JP3972606B2

JP3972606B2 - 吸着装置

Info

Publication number: JP3972606B2
Application number: JP2001209266A
Authority: JP
Inventors: 博一寺内; 四郎山内
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP2003019416A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばガス絶縁開閉機器（ＧａｓＩｎｓｕｌａｔｅｄＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ。以下、ＧＩＳという。）などの高電圧機器を収納した密閉容器内に充填された絶縁ガス中の不純物ガスを除去するための吸着装置に関し、特に吸着剤の劣化具合の判定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、例えば特開昭６０−１４１５２号公報に示されたガス絶縁電気機器に使用される従来の吸着装置の構成を示す概略断面図である。図６において、１はガス絶縁された高電圧導体で、断路部２を有する。この高電圧導体１は、ガス区分用の絶縁スペーサ３によって金属製の密閉容器４に対して絶縁支持されている。絶縁スペーサ３によって区分された各密閉容器４内には、ＳＦ₆（六ふっ化硫黄）ガスなどの絶縁ガス５が充填されている。
６は密閉容器４の外側に向けて突設された吸着剤収納部で、絶縁ガス５の分解により発生する分解生成物を吸着除去するための吸着剤７Ａが充填されている。
８は誘電特性測定用の電極装置で、一対の電極９Ａ、９Ｂ間に吸着剤７Ａと同じ種類の吸着剤７Ｂが充填されている。一対の電極９Ａ、９Ｂは測定ケーブル１０を介して密閉容器４の外側に設置した誘電特性測定部１１に接続されている。
【０００３】
次に、動作について説明する。図６において、密閉容器４内の断路部２を開閉した場合、発生するアークにさらされた絶縁ガス５が分解して活性な分解生成物が発生する。この分解生成物は放置しておくと絶縁性能に悪影響を及ぼすため、吸着剤収納部６内の吸着剤７Ａにより吸着除去できるようになっている。
断路部２の開閉が繰り返し行われると、分解生成物の吸着剤７Ａへの吸着が徐々に増加し、やがて飽和して吸着できなくなってくる。そこで、吸着剤７Ａの劣化具合を把握するために、吸着剤７Ａの誘電特性（例えば静電容量など）と絶縁ガス５の分解生成物の吸着率との関係をあらかじめ測定しておく。そして、電極装置８の一対の電極９Ａ、９Ｂ間に充填した吸着剤７Ｂの誘電特性を密閉容器４の外側に設置した誘電特性測定部１１で定期的に測定することで、吸着剤７Ａの吸着率や交換時期を把握することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の吸着装置においては、誘電特性は吸着剤収納部６内での吸着剤７Ａ，７Ｂの充填状態や温度、水分などに影響されて変動し易く、また吸着剤７Ａ，７Ｂを交換するたびに誘電特性に影響する要因をすべて同一条件にすることが難しい。そのため、誘電特性の値が同じでも吸着率が異なることがあり、吸着剤の劣化具合を把握する際、正確さに欠ける場合があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、吸着剤の劣化具合をより正確に把握できる吸着装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、高電圧機器を収納するとともに絶縁ガスを充填した密閉容器内に設けた吸着剤により密閉容器内に発生する被吸着ガスを吸着するようにした吸着装置において、被吸着ガスと接触するようにした検出電極と、被吸着ガスとの接触を遮断するためのカバーで被覆した対向電極と、両電極間に密着挟持され被吸着ガスと反応する固体電解質とからなる電気化学素子を吸着剤を充填した吸着剤充填ケース内に配置し、電気化学素子の両電極間に直流電圧を印加したときに被吸着ガスの濃度に応じて両電極間に発生する電流値を密閉容器の外部に出力するとともに、電流値または電流値から換算した被吸着ガスの濃度により吸着剤の劣化具合を判定するようにしたものである。
【０００７】
また、電気化学素子の固体電解質をふっ素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体としたものである。
【０００８】
また、電気化学素子の固体電解質を水素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体としたものである。
【０００９】
また、固体電解質がふっ素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体からなる電気化学素子と、水素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体からなる電気化学素子とを併用して吸着剤充填ケース内に配置したものである。
【００１０】
また、電気化学素子を吸着剤充填ケース内の被吸着ガスの流入する側から奥に向かって所定間隔あけて複数個分散して配置したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の一形態を図１および図２に基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図１は、この発明の実施の形態１の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図、図２は、この発明の実施の形態１の吸着装置に用いた電気化学素子の構成図である。図１において、４は高電圧機器を収納した金属製の密閉容器４で（一部省略して図示）、ＳＦ₆（六ふっ化硫黄）ガスなどの絶縁ガス５が充填されている。
６は密閉容器４の外側に向けて突設された吸着剤収納部で、上面が多孔性シート１２Ａからなる吸着剤充填ケース１２が収納されており、蓋１３で密閉容器４の外部と遮断されている。吸着剤充填ケース１２には合成ゼオライト（例えば、商品名ゼオラム；東洋ソ−ダ工業製）からなる粒子状の吸着剤１４が充填されており、絶縁ガス５中の被吸着ガス５Ａは多孔性シ−ト１２Ａを透過して吸着剤充填ケース１２内に流入して吸着剤１４に吸着されるようになっている。
１５は吸着剤１４中に配置した電気化学素子であり、この電気化学素子１５と密閉容器４の外部に設けた出力部１７とを、蓋１３に設けた気密端子１６を介して、測定ケーブル１８により電気的に接続している。このように、電気化学素子１５を吸着剤１４中に配置することにより、電気化学素子１５と吸着剤１４とが同一のガス雰囲気になるようにしている。
そして、出力部１７では、図示しない直流電源により、検出電極１５Ｂと対向電極１５Ｃとの間に所定の電圧をかけたときに発生する電流を検出し、その電流値を被吸着ガス５Ａの濃度に換算して表示できるようになっている。
【００１２】
電気化学素子１５は、図２に示すように、固体電解質１５Ａの対向する面にそれぞれ密着して設けた多孔性の金属薄膜からなる検出電極１５Ｂと対向電極１５Ｃ、および対向電極１５Ｃが被吸着ガス５Ａと接しないようにその表面を覆う絶縁物からなるカバー１５Ｄから構成されており、検出電極１５Ｂおよび対向電極１５Ｃがそれぞれ測定ケーブル１８により出力部１７と接続されている。
固体電解質１５Ａとしては、ふっ素イオン導電性または水素イオン導電性の固体電解質を用いる。ふっ素イオン導電性の固体電解質としては、例えば弗化ランタンにユ−ロピウムが２モル％添加されたものである。この場合、ふっ素を含むガス、例えばＨＦ（ふっ化水素）が被吸着ガス５Ａとして作用する。
また、水素イオン導電性の固体電解質としては、例えばパ−フルオロスルフォン型陽イオン交換膜；商品名Ｎａｆｉｏｎ（ナフィオン）−１１７（デュポン社製）または、アンモニウム・ヒドロニウムβ”アルミナ；化学式（ＮＨ₃／Ｈ₃Ｏ）_1.67Ｍｇ_0.67Ａｌ_10.33Ｏ₁₇）を用いる。この場合、Ｈ₂Ｏが被吸着ガス５Ａとして作用する。
【００１３】
次に、固体電解質１５Ａがふっ素イオン導電性の場合の動作について説明する。密閉容器４内の高電圧機器の開閉動作などで発生するアークにさらされた絶縁ガス５が分解して、活性な分解生成物が発生し、この分解生成物が被吸着ガス５Ａとして吸着剤１４に吸着される。被吸着ガス５Ａが、例えばＳＦ₆ガス分解生成物の一つであるＨＦ（ふっ化水素）ガスの場合、被吸着ガス５Ａと接する検出電極１５Ｂでは、
ＨＦ＋２ｅ^- → Ｈ₂＋２Ｆ^-
の反応が起こり、一方、被吸着ガス５Ａと接しないように絶縁カバー１５Ｄで覆われた対向電極１５Ｃでは、
２Ｆ^- → Ｆ₂＋２ｅ^-
の反応が起こる。
【００１４】
次に、固体電解質１５Ａが水素イオン導電性の場合の動作について説明する。密閉容器４のシール部に不具合が生じて、そのガスリーク箇所から流入した外気中のＨ₂Ｏが被吸着ガス５Ａとなる場合、検出電極１５Ｂ上では、
Ｈ₂Ｏ→２Ｈ⁺＋（１／２）Ｏ₂＋２ｅ^-
の反応が起こり、一方、対向電極１５Ｃ上では、
２Ｈ⁺＋（１／２）Ｏ₂＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ
の反応が起こる。
【００１５】
上記のいずれの電解反応においても、反応時に両電極１５Ｂ、１５Ｃ間に発生する電流値は、被吸着ガス５ＡであるＨＦまたはＨ₂Ｏの濃度に対応した関数になる。そこで、両電極間に発生する電流値とＨＦまたはＨ₂Ｏの濃度との関係を予め求めておき、出力部１７で電流値をＨＦ濃度またはＨ₂Ｏ濃度に換算して表示することにより、被吸着ガス５Ａの濃度から吸着剤１４の劣化具合を判定することができる。
例えば、吸着剤１４の充填直後は、発生する被吸着ガス５Ａに対して吸着剤１４の吸着能力が十分あるため、ほぼすべての被吸着ガス５Ａが吸着剤１４に吸着される。従って、電気化学素子１５周辺のガス雰囲気中にはＨＦまたはＨ₂Ｏはほとんど無いため、出力部１６におけるＨＦまたはＨ₂Ｏ濃度は検出限界以下（例えば、０．２ｐｐｍ以下）と表示される。
そして、吸着剤１４の充填後から長時間（ｔ時間）経過すると、吸着剤１４がすでに多くのＨＦまたはＨ₂Ｏを吸着しており、吸着性能が飽和状態に近づいてくると、吸着剤１４はＨＦまたはＨ₂Ｏをほとんど吸着できなくなる。その結果、ＨＦまたはＨ₂Ｏは電気化学素子１５の周辺で滞留するため、出力部１７では高濃度の被吸着ガス濃度（例えば、３０ｐｐｍ）が表示される。
【００１６】
ここで、吸着剤１４の吸着能力Ｃとして、
Ｃ＝（１−ｔ時間後のガス濃度（または電流値）／設定濃度（または電流値））×１００（％）
と定義する。ここで、設定濃度（または電流値）とは、吸着剤１４が被吸着ガス５Ａを全く吸着しなくなったときの電気化学素子１５周辺の被吸着ガス５Ａの濃度（または、そのときの電流値）である。たとえば、設定濃度を５０ｐｐｍとすると、上記例の場合では、充填直後はほぼ１００％（Ｃ＝（１−０．２／５０）×１００＝９９．６％）であった吸着能力Ｃが、ｔ時間経過後は、Ｃ＝４０％（Ｃ＝（１−３０／５０）×１００＝４０％）になっていることになる。そして、例えば、吸着能力Ｃが５０％以下の場合を吸着剤１４の交換目安とすれば、この吸着剤１４は交換時期にきていることがわかる。
したがって、吸着剤１４と接するガス雰囲気中の被吸着ガス５Ａの濃度を電気化学素子１５により測定すれば、吸着剤１４の充填状態などに影響されることなく吸着剤１４の劣化具合を把握することができる。
【００１７】
このように、吸着剤１４と接する被吸着ガス５Ａの濃度を吸着剤１４中に配置した電気化学素子１５により測定することにより、吸着剤１４の劣化具合を正確に把握できるので、吸着剤１４が飽和状態に達する前に確実に交換することができ、分解ガスまたは水分増大等に起因する地絡事故を未然に防止することができる。
【００１８】
また、出力部１７をＧＩＳの密閉容器４の外部に設けたので、ＧＩＳの密閉容器４をあけることなく吸着剤１４の劣化具合を把握することができる。
【００１９】
なお、この実施の形態１では、出力部１７で、電流値をガス濃度に換算して劣化具合を判定するようにしたが、被吸着ガス５Ａの濃度に換算せずに電流値をそのまま利用しても同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態２．
この発明の他の実施の一形態を、図３に基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図３は、この発明の実施の形態２の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図である。図３において、４〜６、１２〜１８は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
３１、３２はそれぞれ吸着剤１４中に配置した電気化学素子であり、その構成は実施の形態１で示した図２と同様であるが、電気化学素子３１は固体電解質１５Ａとしてふっ素イオン導電性のものを使用し、一方電気化学素子３２は固体電解質１５Ａとして水素イオン導電性のものを使用している。つまり、この実施の形態２では、絶縁ガス５の分解生成物、例えばＨＦを被吸着ガス５Ａとする電気化学素子３１と、水分を被吸着ガス５Ａとする電気化学素子３２とを併用するようにしたものである。
【００２１】
従って、例えば吸着剤１４がＨＦを吸着することにより劣化した場合は、電気化学素子３１から出力されるガス濃度が高くなり、電気化学素子３１の吸着能力Ｃが低下する。また、吸着剤１４が水分を吸着することにより劣化した場合は、電気化学素子３２から出力されるガス濃度が高くなり、電気化学素子３２の吸着能力Ｃが低下する。
【００２２】
このようにすれば、吸着剤１４の劣化原因が、部分放電箇所における絶縁ガス５の分解生成物によるものか、または密閉容器４のガスリークによる水分によるものかの区別ができるので、不具合原因を解明するための情報を得ることができるという効果がある。
【００２３】
実施の形態３．
この発明の他の実施の一形態を、図４および図５に基づいて従来と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。図４は、この発明の実施の形態３の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図、図５はこの発明の実施の形態３の吸着装置を用いて吸着剤の吸着能力を把握するための説明図である。図４において、４〜６、１２〜１４、１６〜１８は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。４１〜４３はそれぞれ電気化学素子で、蓋１３に設けた気密端子１６を介して、電気化学素子４１〜４３と密閉容器４の外部に設けた出力部１７とを測定ケーブル１８によりそれぞれ電気的に接続している。その他の構成部分は実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
この実施の形態３と実施の形態１との相違は、実施の形態３では同じ種類（例えば固体電解質１５Ａとしてふっ素イオン導電性のもの）の３個の電気化学素子４１〜４３を使用し、この電気化学素子４１〜４３を吸着剤充填ケース１２内の被吸着ガス５Ａの流入する側から奥に向かって、それぞれ位置ア、イ、ウに分散して配置している点が異なっている。
【００２４】
そして、多孔性のシート１２Ａから流入した被吸着ガス５Ａは、まずシート１２Ａの近傍位置アにある吸着剤１４と接触し、順次奥の方の位置イおよび位置ウにある吸着剤１４と接触しながら吸着される。そして、密閉容器４の外部にある出力部１７で、吸着剤１４中の異なる位置ア〜ウにおける被吸着ガス５Ａの濃度を知ることができる。
【００２５】
そこで、図５に示すように、位置ア〜ウにおける吸着剤１４の吸着能力Ｃの時間経過（t₁時間後およびt₂時間後）を測定すれば、吸着剤充填ケース１２内の吸着能力Ｃの分布がわかるので、吸着剤１４の劣化具合をより詳細に把握することができる。
【００２６】
例えば、吸着剤１４の交換目安として、すべての位置ア〜ウでの吸着能力Ｃが５０％以下になった時点とする。図５において、「充填直後」の吸着能力Ｃは、すべての位置ア〜ウでほぼ１００％であるが、「t₁時間後」には、シート１２Ａに近い方の位置アおよび位置イ近傍の吸着剤１４の吸着能力Ｃが５０％以下になっている。そして、すべての位置ア〜ウで吸着能力Ｃが５０％以下になっている「t₂時間後」に吸着剤１４を交換するようにすれば、吸着剤１４の全量を無駄なく有効に使い切ることができる。
【００２７】
なお、この実施の形態３では電気化学素子を３個並べたが、使用する吸着剤１４の容量または吸着剤充填ケース１２の形状に応じて、電気化学素子の設置個数およびその並べ方を適宜変更することにより同様の効果を奏する。
【００２８】
さらに、異なる種類の電気化学素子、例えば実施の形態２のふっ素イオン導電性の固体電解質を使用した電気化学素子３１と水素イオン導電性の固体電解質を使用した電気化学素子３２とを吸着剤１４中にそれぞれ複数個並べて併用すれば、上記効果に加えて、吸着剤１４の劣化が何に起因するものか、すなわち絶縁ガス５の分解生成物によるものか、または密閉容器４のガスリークによる水分によるものかの判断もできるという効果を奏する。
【００２９】
また、吸着能力Ｃの測定に被吸着ガス５Ａの濃度を用いたが、電気化学素子４１〜４３の電流値をそのまま利用しても同様の効果を奏する。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、高電圧機器を収納するとともに絶縁ガスを充填した密閉容器内に設けた吸着剤により密閉容器内に発生する被吸着ガスを吸着するようにした吸着装置において、被吸着ガスと接触するようにした検出電極と、被吸着ガスとの接触を遮断するためのカバーで被覆した対向電極と、両電極間に密着挟持され被吸着ガスと反応する固体電解質とからなる電気化学素子を吸着剤を充填した吸着剤充填ケース内に配置し、電気化学素子の両電極間に直流電圧を印加したときに被吸着ガスの濃度に応じて両電極間に発生する電流値を密閉容器の外部に出力するとともに、電流値または電流値から換算した被吸着ガスの濃度により吸着剤の劣化具合を判定するようにしたので、吸着剤の劣化具合を正確に把握できるので、吸着剤が飽和に達する前に確実に交換することができ、分解ガスまたは水分増大等に起因する地絡事故を未然に防止することができるとともに、密閉容器をあけることなく吸着剤の劣化具合を正確に把握することができる。
【００３１】
また、電気化学素子の固体電解質をふっ素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体としたので、吸着剤の劣化原因が部分放電における絶縁ガスの分解生成物によるものであると推定できるという効果がある。
【００３２】
また、電気化学素子の固体電解質を水素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体としたので、吸着剤の劣化原因が密閉容器のガスリークによる水分であると推定できるという効果がある。
【００３３】
また、固体電解質がふっ素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体からなる電気化学素子と、水素を含む化合物からなる被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体からなる電気化学素子とを併用して吸着剤充填ケース内に配置したので、吸着剤の劣化原因が部分放電における絶縁ガスの分解生成物によるものか、または密閉容器のガスリークによる水分によるものかの区別ができるという効果がある。
【００３４】
さらにまた、電気化学素子を吸着剤充填ケース内の被吸着ガスの流入する側から奥に向かって所定間隔あけて複数個分散して配置したので、吸着剤充填ケース内の吸着剤の劣化具合の分布を把握することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の吸着装置に用いた電気化学素子の構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３の吸着装置を用いたガス絶縁開閉機器の一部を省略して示す断面構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３の吸着装置を用いて吸着剤の吸着能力を把握するための説明図である。
【図６】従来の吸着装置の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
４密閉容器、５絶縁ガス、５Ａ被吸着ガス、１２吸着剤充填ケース、１４吸着剤、１５、３１、３２、４１、４２、４３電気化学素子、１５Ａ固体電解質、１５Ｂ検出電極、１５Ｃ対向電極、１５Ｄカバー、

Claims

高電圧機器を収納するとともに絶縁ガスを充填した密閉容器内に設けた吸着剤により上記密閉容器内に発生する被吸着ガスを吸着するようにした吸着装置において、上記被吸着ガスと接触するようにした検出電極と、上記被吸着ガスとの接触を遮断するためのカバーで被覆した対向電極と、上記両電極間に密着挟持され上記被吸着ガスと反応する固体電解質とからなる電気化学素子を上記吸着剤を充填した吸着剤充填ケース内に配置し、上記電気化学素子の両電極間に直流電圧を印加したときに上記被吸着ガスの濃度に応じて上記両電極間に発生する電流値を上記密閉容器の外部に出力するとともに、上記電流値または上記電流値から換算した上記被吸着ガスの濃度により上記吸着剤の劣化具合を判定するようにしたことを特徴とする吸着装置。
請求項１記載の吸着装置において、上記電気化学素子の固体電解質がふっ素を含む化合物からなる上記被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体であることを特徴とする吸着装置。
請求項１記載の吸着装置において、上記電気化学素子の固体電解質が水素を含む化合物からなる上記被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体であることを特徴とする吸着装置。
請求項１記載の吸着装置において、上記固体電解質がふっ素を含む化合物からなる上記被吸着ガスと反応するふっ素イオン導電性固体からなる電気化学素子と、水素を含む化合物からなる上記被吸着ガスと反応する水素イオン導電性固体からなる電気化学素子とを併用して上記吸着剤充填ケース内に配置したことを特徴とする吸着装置。
請求項１記載の吸着装置において、上記電気化学素子を上記吸着剤充填ケース内の上記被吸着ガスの流入する側から奥に向かって所定間隔あけて複数個分散して配置したことを特徴とする吸着装置。