JP4780250B2 - 油中ガス濃度測定システムおよび該システムを用いた油中ガス濃度測定方法 - Google Patents
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Description
本発明は、油中ガス濃度を測定するためのシステムおよび該システムを用いた油中ガスの測定方法に関するものである。
従来より、変圧器などの電気機器の異常を早期に察知する方法として、電気機器内部の絶縁油に溶解したガス成分（油中ガスともいう。）を測定する方法が知られている。この方法によれば、例えば変圧器が局部過熱、放電等の異常時に発生して絶縁油中に溶解している特有の分解ガス成分（油中ガス）を測定することにより変圧器の異常の有無を判断し、重大な事故を防止することが可能であることから、事故の予防および変圧器の保全のための方法として広く用いられている。
変圧器内の絶縁油中に溶解しているガス成分の分析は、一般に、溶解している複数のガス成分（油中ガス）を気相部に抽出し、ガスクロマトグラフやガスセンサー等を用いて、当該抽出ガスの検出およびその濃度を測定することにより行われる（例えば、特許文献１、２等参照）。
油中ガスを気相部に抽出する方法としては、不活性ガスを試料となる絶縁油（試料油）に吹き込み、不活性ガスと油中ガスとを置換して抽出する置換抽出法、抽出容器内に入れられた絶縁油の上部に真空の気相部を設け、油中ガスを気相部に抽出する真空抽出法、気相部を有するように試料油をバイアル瓶等に封入して、振とうし、気液平衡を利用して気相部に油中ガスを抽出する平衡抽出法などがある。
油中ガスを気相部に抽出する方法としては、不活性ガスを試料となる絶縁油（試料油）に吹き込み、不活性ガスと油中ガスとを置換して抽出する置換抽出法、抽出容器内に入れられた絶縁油の上部に真空の気相部を設け、油中ガスを気相部に抽出する真空抽出法、気相部を有するように試料油をバイアル瓶等に封入して、振とうし、気液平衡を利用して気相部に油中ガスを抽出する平衡抽出法などがある。
このうち置換抽出法には、ガスクロマトグラフのキャリアガスを試料油に吹き込み、抽出された油中ガスを直接ガスクロマトグラフに導入するストリッピング法、試料油を不活性ガスでバブリングして、抽出した油中ガスをガス溜めに捕集するバブリング法などがある。
例えばストリッピング法では、図１に示すような抽出装置を用いて油中ガスが抽出される。図１に基づいて簡単に説明すると、シリンジ１に採取された絶縁油試料を試料注入口３を介して抽出器４に注入し、抽出器４に注入された絶縁油試料２に対して、ガス流路５からキャリアガスを吹き込み、油中ガスを抽出する。抽出されたガス（抽出ガス）は、キャリアガスとともに抽出器４の上部に設けられた枝管６からジョイント７、油トラップ８を経てガスクロマトグラフ９に流入し、抽出ガスの測定、分析が行われる。
例えばストリッピング法では、図１に示すような抽出装置を用いて油中ガスが抽出される。図１に基づいて簡単に説明すると、シリンジ１に採取された絶縁油試料を試料注入口３を介して抽出器４に注入し、抽出器４に注入された絶縁油試料２に対して、ガス流路５からキャリアガスを吹き込み、油中ガスを抽出する。抽出されたガス（抽出ガス）は、キャリアガスとともに抽出器４の上部に設けられた枝管６からジョイント７、油トラップ８を経てガスクロマトグラフ９に流入し、抽出ガスの測定、分析が行われる。
ところで、従来より行われている上記の各種方法を用いて油中ガスを分析する場合においては、ガスクロマトグラフなどを用いた測定結果から、測定対象の絶縁油（実試料という場合がある。）中の油中ガス濃度を求めるために、既知の対象ガスを溶解させた標準油の測定データと実試料の測定データの比較から試料中の油中ガス濃度を求める方法が広く用いられている。即ち、先ず、溶存ガスを脱気して正確に質量および容量を計量した未使用の絶縁油に、正確に容量を計量した対象ガスを溶解して、油中ガス濃度既知の標準油を調製し、該標準油について実試料の測定と同一条件で抽出を行い、抽出ガス濃度から測定に使用する抽出器の抽出率を求める。次に、実試料の測定結果から実試料中の油中ガス濃度を求める際には、標準油を用いて予め求めた抽出率で補正して、実試料中の油中ガス濃度を算出する。
しかし、上記のような標準油の調製は、作業効率が悪く、熟練を要する手順が必要となるなどの問題があった。このような問題を改善するため、例えば特許文献３では、標準ガスのガス溜まりを設けた特殊シリンジにより、注入した標準ガスの撹拌効率が向上し絶縁油への溶解速度を速めることで標準油調製時の効率の改善を図る装置が提案されている。
特許文献３に記載の装置を用いることで、上記の問題点はある程度改善される可能性はあるものの、標準油を調製する必要があることには変わりなく、煩雑で熟練を要する手順は依然として必要であり、また、標準油調製時のハンドリングによる誤差は避けられないといった問題がある。さらに、調製した標準油の精度を検証することは極めて困難であるという問題もある。
特に、粘度の高い絶縁油（高粘度油）では、溶存ガスを脱気した試料油のシリンジへの移し替えが難しく、また溶存ガスを脱気する際や対象ガスを溶解する際に撹拌が困難であることから、標準油の調製が困難であるうえ、従来の抽出方法では抽出率が低く、精度に問題があることから分析方法が確立されていないのが現状である。
特に、粘度の高い絶縁油（高粘度油）では、溶存ガスを脱気した試料油のシリンジへの移し替えが難しく、また溶存ガスを脱気する際や対象ガスを溶解する際に撹拌が困難であることから、標準油の調製が困難であるうえ、従来の抽出方法では抽出率が低く、精度に問題があることから分析方法が確立されていないのが現状である。
上記問題点に鑑み、本発明は、煩雑で熟練を要する手順が必要になる標準油を用いることなく、絶縁油に溶解している分解ガス成分（油中ガス）の濃度を精度良く測定することが可能な油中ガス濃度測定システムおよび該システムを用いた油中ガス濃度測定方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題解決のため鋭意検討を重ねた結果、絶縁油試料から油中ガスの抽出を２回以上行い、その測定結果を用いれば、標準油を用いることなく、油中ガス濃度を精度良く測定することが可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の第１は、絶縁油試料から油中ガスを抽出するガス抽出手段と、該ガス抽出手段で抽出された油中ガスの成分を検出する成分検出手段と、該成分検出手段の検出データに基づき検出されたガス成分の抽出ガス濃度を算出する抽出ガス濃度算出手段と、前記ガス抽出手段により２回以上行なわれる油中ガスの抽出の結果、前記抽出ガス濃度算出手段で算出される各回の抽出ガス濃度の情報を記憶する抽出ガス濃度記憶手段と、前記抽出ガス濃度記憶手段に記憶された抽出ガス濃度に基づき当該ガス成分の油中ガス濃度を算出する油中ガス濃度算出手段とを備え、前記油中ガス濃度算出手段が、算出する油中ガス濃度をＱ、油中ガスの抽出率をＲ（未知の定数）、前記抽出ガス濃度記憶手段から抽出されるｎ回目の抽出ガス濃度をＸｎとして表した下記式（１）のうち、ｎが異なる少なくとも２式を用いて、油中ガス濃度（Ｑ）を算出することを特徴とする油中ガス濃度測定システム。
（ｎ＝１，２，・・・・、Ｘ0＝０）
本発明では、前記成分検出手段が、前記ガス抽出手段により抽出された抽出ガスを前記成分検出手段に供給するガス流路の開閉を制御する流路切替手段を設けてなるものであってもよい。
また本発明では、前記ガス抽出手段が、絶縁油試料の排出防止手段を設けてなるものであってもよい。
さらに本発明では、前記ガス抽出手段が、絶縁油試料の計量手段を有する油中ガス分析装置よりなるものであってもよい。
本発明の第２は、絶縁油試料から油中ガスを抽出するガス抽出手段と、該ガス抽出手段で抽出された油中ガスの成分を検出する成分検出手段と、該成分検出手段の検出データに基づき検出されたガス成分の抽出ガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、前記抽出ガス濃度算出手段で算出される抽出ガス濃度の情報を記憶する抽出ガス濃度記憶手段と、前記抽出ガス濃度記憶手段に記憶された抽出ガス濃度に基づき当該ガス成分の油中ガス濃度を算出する油中ガス濃度算出手段とを設けるとともに、前記ガス抽出手段による油中ガスの抽出、前記成分検出手段による油中ガスの成分の検出、前記抽出ガス濃度算出手段による検出ガス成分のガス濃度の算出、及び前記抽出ガス濃度記憶手段による抽出ガス濃度の情報の記憶よりなる一連の工程を２回以上行い、前記油中ガス濃度算出手段により、算出する油中ガス濃度をＱ、油中ガスの抽出率をＲ（未知の定数）、前記抽出ガス濃度記憶手段から抽出されるｎ回目の抽出ガス濃度をＸｎとして表した下記式（１）のうち、ｎが異なる少なくとも２式を用いて、油中ガス濃度（Ｑ）を算出することを特徴とする油中ガス濃度測定方法。
（ｎ＝１，２，・・・・、Ｘ0＝０）
本発明によれば、煩雑で熟練を要する手順が必要になる標準油を用いることなく、絶縁油に溶解している分解ガス成分（油中ガス）の濃度を精度良く測定することが可能である。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。図２に示す一実施形態は、本発明の油中ガス濃度測定システム１０を模式的に示したものであり、変圧器等の電気機器内部の絶縁油中に溶解した複数のガス成分を測定するために、変圧器等から採取した一つの絶縁油試料について油中ガスの抽出を２回以上行って、油中ガス濃度を測定するものであり、絶縁油試料から油中ガスを抽出するガス抽出手段１１と、抽出され油中ガスの成分を検出する成分検出手段１２と、成分検出手段１２によって検出された単一ガス成分を定量化して油中ガス濃度を算出する演算装置２２とを少なくとも備えている。
ガス抽出手段１１は、変圧器等の電気機器から採取した絶縁油試料から油中ガスを抽出する工程を行う手段であり、各種電気機器から採取した絶縁油試料から油中ガスを抽出する抽出器１３、抽出器内外への気体および絶縁油試料の通路回路を切り替える６方電動切替コックａ１４、絶縁油試料を一時的に貯留するための試料保持容器１５、抽出器に導入する絶縁油試料を計量するための計量手段（計量管）１６、計量管１６へ絶縁油試料を導入するための送液ポンプ１７とで構成される油中ガス抽出装置よりなる。
抽出器１３は、耐油性の金属、ガラス、樹脂等により成形された中空の略円柱状の容器であり、密閉状態を維持することが可能なものである。抽出器１３の上面には、一端がポートＡ〜Ｆを備える６方電動切替コックａ１４のポートＡに接続されている流路Ｐ１を備え、他端が抽出器内部の底部付近に至っている。また、側面上部には、後述するポートＧ〜Ｌを備える６方電動切替コックｂ２３のポートＬおよびポートＪにそれぞれ接続される流路Ｐ２およびＰ３を備える。流路Ｐ３は流路Ｐ１から分岐した流路である。
尚、図２では、流路Ｐ３は抽出器１３の内部の上部において分岐しているが、抽出器１３の外部で分岐しても構わない。また、Ｐ３上には抽出器１３内部とポートＪとの連通を切り替える電磁弁Ｖ１を設けている。
尚、図２では、流路Ｐ３は抽出器１３の内部の上部において分岐しているが、抽出器１３の外部で分岐しても構わない。また、Ｐ３上には抽出器１３内部とポートＪとの連通を切り替える電磁弁Ｖ１を設けている。
また、抽出器１３の上部には、その内部に導入された絶縁油試料が、油中ガスを抽出する際に、流路Ｐ２等から抽出器１３の外部に排出されることを防止するため、抽出器系外への排出防止手段１８を設けると良い。後述するように油中ガスを抽出するための気体（以下、キャリアガスという場合がある。）を抽出器１３に導入すると、絶縁油試料から絶縁油の油膜、油泡が発生し、該油膜、油泡が前記気体と共に流路Ｐ２等から抽出器１３系外へ排出されることが多い。本発明では、後述するように抽出器１３に導入された一つの絶縁油試料に対して２回以上抽出処理を行って、前記式（１）を用いて油中ガス濃度等を算出するものであるため、絶縁油試料が外部に排出されると、その算出ができなくなるためである。抽出器系外への排出防止手段１８の構成としては、発生した絶縁油の油膜、油泡を破壊することが可能で、気体が通過することが可能であればどのようなものでも用いることができる。例えば、耐油性の材質（例えば金属など）から作製した網目状、渦巻き状等のフィルタなどが挙げられる。さらに油膜、油泡を破壊するための針状の構造を付与したものであっても良い。また、前記油膜、油泡が抽出器内の絶縁油試料液面から、流路Ｐ２等に至る距離を長くするために抽出器１３の高さをより高くしても良い。
また、図２では、抽出器１３の側面部および底面部には、絶縁油試料の粘度を低下させて試料中でのキャリアガスの気泡の表面積を大きくすることにより抽出率を高めるために、加熱手段１９を設けている。従って、絶縁油試料が高粘度を有するものである場合に、特に有効である。加熱手段を使用する際の温度条件は、絶縁油試料の抽出率（特に１回目の抽出時の算出値）が後述する所定の範囲になるようにできる温度であれば、特に限定はないが、更なる分解ガスの発生を防止するため、絶縁油試料（抽出温度）が４０〜１００℃となるのが好ましい。加熱手段としては、具体的には加熱ヒーターなどの公知のものを用いることができ、抽出器内に図示しない温度計を設置して、温度制御を行うことができるものが好ましい。
６方電動切替コックａ１４はポートＡ〜Ｆを備え、ポートＡと抽出器１３、ポートＢと６方電動切替コックｂ２３、ポートＥと試料保持容器１５、ポートＣおよびＦと計量管１６とが接続され、キャリアガスの流路を切り替える役割を有する。即ち、キャリアガスが成分検出手段１２からガス抽出手段１１へ導入された場合に、キャリアガスの抽出器１３への導入流路を計量管１６を経由するか否かの選択を行うものである。従って、６方電動切替コックａ１４は、抽出ガスを成分検出手段１２に供給する流路の開閉を制御するものではない。
試料保持容器１５は、変圧器等から採取した絶縁油試料を貯留するためのもので、流路Ｐ５を介して６方電動切替コックａ１４のポートＥに接続されている。また、流路Ｐ５上には、試料保持容器１５と６方電動切替コックａ１４との連通を切り替える電磁弁Ｖ２を備える。さらに、図２に示すように、絶縁油試料を複数測定する場合は、試料保持容器１５を複数用意して、流路Ｐ５から分岐した流路、電磁弁をそれぞれ設けると良い。
６方電動切替コックａ１４のポートＤには流路Ｐ６の一端が接続されると共に、流路Ｐ６上には試料保持容器１５内の絶縁油試料を計量管１６に導入するための送液ポンプ１７が配されている。尚、流路Ｐ６の他端は、絶縁油試料を排出するための廃液容器２０に接続されている。
計量管１６は、気体を通さず、耐油性の金属、ガラス、樹脂などの材料から作製された管状の部材であり、所定の容積を有する内部空間に絶縁油試料を一定量保持するものである。送液ポンプ１７により試料保持容器１５から６方電動切替コックａ１４を介して計量管１６に絶縁油試料が導入され、計量管内に導入された絶縁油試料が、抽出容器１３内に導入され、油中ガス濃度の測定に供される。
尚、本実施形態では、絶縁油試料の抽出器１３への導入に際して、６方電動切替コックａ１４、計量管１６、試料保持容器１５等を用いているが、これらに代えて、図１に示すようなシリンジを用いても良い。
成分検出手段１２は、検出部２１、流路切替手段２３とで構成される。尚、図２では流路切替手段２３はポートＧ〜Ｌを備えた６方電動切替コックｂである。
検出部２１は、ガス抽出手段１１において抽出された多成分の油中ガスから各成分を分離する分離部２４、分離された油中ガスのガス成分を検出する成分検出部２５、キャリアガスの送気量を調整する流量調整バルブ２６とで構成される。
分離部２４は、油中ガスに含まれる複数の成分を分離することができるものであれば、特に限定はなく、例えば、ガスクロマトグラフにおいて一般に用いられる分離カラムを用いればよい。具体的には、油中ガス成分に含まれる炭化水素を分離可能な活性アルミナを充填材として用いたカラムなどが挙げられる。
分離部２４は、一端が流路Ｐ７を介して６方電動切替コックｂ２３のポートＧと接続し、他端が成分検出部２５と接続される。また、ガス成分に一酸化炭素や二酸化炭素が含まれる場合は、これらの成分をメタン化するためのメタナイザーを分離部２４に設けても良い。このようなメタナイザーは市販のものを用いることができる。
成分検出部２５は、分離部２４で分離された各ガス成分を検出するものであり、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、光イオン検出器（ＰＩＤ）などガスクロマトグラフ等において使用されている種々の検出器を用いることができる。成分検出部２５には流路Ｐ８が設けられ、検出されたガス成分等が外部に放出される（回収して処理することが好ましい）。
成分検出部２５において検出された各単一ガス成分の検知信号（検出データ）は、配線Ｌ１を介して後述する演算装置２２に与えられる。
分離部２４および成分検出部２５は、図示しない加熱ヒーターなどの加熱手段により加熱され、４０〜１００℃の範囲の所定温度で保持される。分離部２４の活性化、成分検出部２５の検出感度を向上させるためである。
流量調整バルブ２６は、キャリアガスの送気量を調整し、抽出器１３における抽出時の通気量・通気時間を調整するためのものである。本発明では、後述するように同一の試料について２回以上油中ガスの抽出を行うため、前述のような油膜、油泡の発生を抑え、各回の抽出量が成分検出部２５の検出範囲であることが望ましい一方で、測定時間はできるだけ短い方が望ましい。その様な観点から、本発明では、３０〜５０ｍＬ／ｍｉｎの流量で調整するのが好ましい。また抽出時の通気時間（抽出時間）は３０〜９０秒が好ましい。
また、使用するキャリアガスとしては、分離部２４、成分検出部２５、絶縁油試料に対して影響のない気体を用いることが望ましく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが用いられる。
以上のような検出部２１は、ガスクマトグラフなどの公知の装置、あるいは該装置の機能の一部を用いて、構成することができる。
成分検出手段１２の流路切替手段２３は、キャリアガス、抽出した油中ガス、抽出器１３内の洗浄のための洗浄ガス、抽出器１３内から除去される絶縁油試料の流路を切り替える役割を有し、図２では、ポートＧ〜Ｌを備える６方電動切替コックｂ２３で示される。ポートＧは流路Ｐ７を介して分離部２４と接続され、ポートＨは流路Ｐ９に接続され、図示しないキャリアガス源と接続される。また、ポートＩは流路Ｐ４を介して６方電動切替コックａ１４のポートＢと接続され、ポートＪは流路Ｐ３と接続され抽出器１３内と連通されると共に、測定後の絶縁油試料を収容するための廃液容器３６とも接続されている。ポートＫは流路Ｐ１０と接続され、抽出器１３内の絶縁油試料を排出し、洗浄するための洗浄ガスのガス源と連通されており、流路Ｐ１０上には洗浄ガスの導入を制御する電磁弁Ｖ３を配している。またポートＬは流路Ｐ２と接続され、抽出器１３内と連通している。
上記のような流路切替手段２３は、主として、ポートＨとＧとの連通を制御することで、前記ガス抽出手段１１により抽出された抽出ガスを前記成分検出手段１２に供給するガス流路の開閉を制御する役割を有する。
上記のような流路切替手段２３は、主として、ポートＨとＧとの連通を制御することで、前記ガス抽出手段１１により抽出された抽出ガスを前記成分検出手段１２に供給するガス流路の開閉を制御する役割を有する。
演算装置２２は、成分検出手段１２の検出部２１によって検知された各単一ガス成分を定量化して、油中ガス濃度の算出を行うものであり、配線Ｌ１を介して検出部２１と接続されている。
演算装置２２は、図３に示すように、処理装置２７を中心に、記憶装置２８、マウスやキーボード等の入力手段２９、演算結果等を出力するするディスプレイなどの表示手段３０が接続されたコンピュータであり、処理装置２７はマイクロプロセッサなどのＣＰＵを主体に構成され、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭからなる記憶部を有して、各種処理動作の手順を規定するプログラムや処理データが記憶されている。
演算装置２２は、図３に示すように、処理装置２７を中心に、記憶装置２８、マウスやキーボード等の入力手段２９、演算結果等を出力するするディスプレイなどの表示手段３０が接続されたコンピュータであり、処理装置２７はマイクロプロセッサなどのＣＰＵを主体に構成され、図示しないＲＡＭ、ＲＯＭからなる記憶部を有して、各種処理動作の手順を規定するプログラムや処理データが記憶されている。
処理装置２７は、機能的には、成分検出手段１２の検出データに基づき、検出された抽出ガス濃度を算出する抽出ガス濃度算出手段としての抽出ガス濃度算出部３１、抽出ガス濃度に基づき、当該ガス成分の油中ガス濃度を算出する油中ガス濃度算出手段としての油中ガス濃度算出部３２を少なくとも備え、これらの機能は上記プログラムにより規定される。
また、記憶装置２８は、成分検出手段１２の検出データを記憶する検出データ記憶部３３と、上記抽出ガス濃度算出部３１により算出される抽出ガス濃度の情報を記憶する抽出ガス濃度記憶部３４と、上記油中ガス濃度算出部３２により算出される油中ガス濃度を記憶する油中ガス濃度記憶部３５を少なくとも備えている。
抽出ガス濃度算出部３１は、検出データ記憶部３３に記憶されている、検出部２１において検出された各単一ガス成分の検知信号に基づいて各単一ガス成分の濃度を算出し、算出結果を抽出ガス濃度記憶部３４に記憶する。本例では、ガス抽出手段１１において２回以上行なわれる油中ガスの各単一ガス成分のガス濃度の情報がそれぞれ抽出ガス濃度記憶部３４に記憶される。
油中ガス濃度算出部３２は、算出する油中ガス濃度をＱ、油中ガスの抽出率をＲ、前記抽出ガス濃度記憶部３４から抽出されるｎ回目のガス濃度をＸnとして表した前記式（１）を用いて、油中ガス濃度（Ｑ）、必要により抽出率（Ｒ）を算出する。
前記式（１）は、絶縁油中のガス成分と気相中に抽出された該ガス成分との間で成立するとされている経験式をもとにしたものである。ある成分の油中ガス濃度Ｑおよび抽出率Ｒの算出原理を、ｎ＝３の場合を例にして説明する。即ち、１回目の抽出を行った場合、Ｘ1＝ＲＱの関係が成立する。ＲとＱは未知の定数であり、Ｘ1が検出データに基づく算出値（既知）である。２回目の抽出を行った場合、絶縁油中から１回目の油中ガスが抽出されたことにより、絶縁油中には（Ｑ−Ｘ1）の濃度の油中ガスが存在することになる。その際の気相中の濃度がＸ2となり、Ｘ2＝Ｒ（Ｑ−Ｘ1）の関係が成立する。これら２式から、未知定数Ｒ、Ｑが、Ｒ＝（Ｘ1−Ｘ2）／Ｘ1、Ｑ＝Ｘ1 2／（Ｘ1−Ｘ2）として算出され、絶縁油試料に溶解している油中ガス濃度Ｑおよび抽出率Ｒが算出される。
さらに、算出値Ｑの信頼性を確認するために３回目の抽出を行った場合は、Ｘ3＝Ｒ（Ｑ−Ｘ1−Ｘ2）の関係が成立する。そして、Ｘ1＝ＲＱとの２式から、Ｒ＝（Ｘ1−Ｘ3）／（Ｘ1＋Ｘ2）が算出される。１回目と２回目の測定結果をもとにして得られた抽出率（Ｒ１とする）と、１〜３回目の測定結果をもとにして得られた抽出率（Ｒ２とする）との比（抽出率比、Ｒ１／Ｒ２）を求めることで、ある成分の油中ガス濃度Ｑの信頼性を確認することができる。この場合、抽出率Ｒ１が０．５以上、好ましくは０．６以上で、抽出率比が０．９０〜１．１０、好ましくは０．９４〜１．０２、より好ましくは０．９７〜１．０２であると、油中ガス濃度Ｑの信頼性があると判断できる。
以上のように、ｎ＝３の場合を例にして説明したが、任意回数行って、同様な演算を行っても良い。尚、ガス抽出手段１１と成分検出手段１２の動作の制御も前記演算装置２２のコンピュータを用いて行うことができる。また、抽出ガス濃度の算出と油中ガス濃度の算出を別の演算装置で行うようにしても良い。
本発明において測定可能な絶縁油は、特に制限はなく、ＪＩＳ１種油、鉱物油、植物油など種々の絶縁油を用いることができ、粘度が低いものは勿論、粘度の高いものでも測定することができる。
次に、本実施形態の油中ガス濃度測定システムの作用について説明する。
先ず絶縁油試料、キャリアガス、洗浄ガスの準備を完了し、油中ガス濃度測定システム１０の電源をオンにして、演算装置２２を作動させ、図４に示すように、６方電動切替コックａ１４のポートＡとＢ、ＣとＤ、ＥとＦとを連通させるとともに、６方電動切替コックｂ２３のポートＨとＩ、ＪとＫ、ＬとＧとを連通させる。これにより、キャリアガスが流量調整バルブ２６で調整された流量で、流路Ｐ９、ポートＨ、Ｉ、ポートＢ、Ａ、流路Ｐ１、抽出器１３、流路Ｐ２、ポートＬ、Ｇ、分離部２４、成分検出部２５の順に流通し、外部へ流出する。これと並行して、送液ポンプ１７が作動して、絶縁油試料が、試料保持容器１５から解放状態にされた電磁弁Ｖ２を通って流路Ｐ５、ポートＥ、Ｆ、計量管１６、ポートＣ、Ｄ、流路Ｐ６の順に流通する。この状態をしばらく維持して、キャリアガスによる流路内の洗浄を行うと共に、計量管１６内に絶縁油試料を満たす。併せて、検出部２１、必要により設けられる抽出器１３の加熱手段１９の温度を所定温度になるようにする。また、電磁弁Ｖ１、３は閉じた状態にする。
先ず絶縁油試料、キャリアガス、洗浄ガスの準備を完了し、油中ガス濃度測定システム１０の電源をオンにして、演算装置２２を作動させ、図４に示すように、６方電動切替コックａ１４のポートＡとＢ、ＣとＤ、ＥとＦとを連通させるとともに、６方電動切替コックｂ２３のポートＨとＩ、ＪとＫ、ＬとＧとを連通させる。これにより、キャリアガスが流量調整バルブ２６で調整された流量で、流路Ｐ９、ポートＨ、Ｉ、ポートＢ、Ａ、流路Ｐ１、抽出器１３、流路Ｐ２、ポートＬ、Ｇ、分離部２４、成分検出部２５の順に流通し、外部へ流出する。これと並行して、送液ポンプ１７が作動して、絶縁油試料が、試料保持容器１５から解放状態にされた電磁弁Ｖ２を通って流路Ｐ５、ポートＥ、Ｆ、計量管１６、ポートＣ、Ｄ、流路Ｐ６の順に流通する。この状態をしばらく維持して、キャリアガスによる流路内の洗浄を行うと共に、計量管１６内に絶縁油試料を満たす。併せて、検出部２１、必要により設けられる抽出器１３の加熱手段１９の温度を所定温度になるようにする。また、電磁弁Ｖ１、３は閉じた状態にする。
次に、図５に示すように、６方電動切替コックｂ２３の各ポートの連通状態は維持したまま、６方電動切替コックａ１４のポートＢとＣ、ＤとＥ、ＦとＡとが連通するように流路を切り替える。その時または相前後して、送液ポンプ１７が停止し、電磁弁Ｖ２が閉鎖される。これにより、キャリアガスが、計量管１６に導入され、計量管内の絶縁油試料が流路Ｐ１を経て抽出器１３内に送液されると共に、油中ガスの抽出が行われる。この間、抽出された油中ガスは、抽出器１３系外への排出防止手段１８を抜け、流路Ｐ２、７を通って、分離部２４に導入される一方、前述のとおり絶縁油試料は抽出器１３内に保持される。分離部２４では、抽出された多成分の油中ガスが各成分に分離され、順次成分検出部２５に導入されると、各ガス成分はそれぞれその濃度に応じた信号として検知され、検知された信号（検出データ）は配線Ｌ１を介して処理装置２２に与えられる。処理装置２２では、前記検出データ（検出データ記憶部に記憶されている場合がある）に基づいて、各単一ガス成分の濃度を算出し、その各成分の抽出ガス濃度の情報が、１回目の測定結果として、それぞれ抽出ガス濃度記憶部３４に記憶される。
予め設定した時間が経過した後、図６に示すように、６方電動切替コックａ１４の各ポートの連通状態は維持したまま、６方電動切替コックｂ２３のポートＨとＧ、ＩとＪ、ＫとＬが連通するように流路を切り替える。これにより、キャリアガスは、流路Ｐ９、ポートＨ、Ｇ、流路Ｐ７を経由して、抽出器１３内を経由せず、直接、分離部２４、成分検出部２５へ導入され、前記成分検出手段１２および演算装置２２での処理が継続される。一方、抽出器１３の内部は気密状態に保持される。
油中ガスの各成分の抽出ガス濃度の算出結果が抽出ガス濃度記憶部３４に記憶され、分離部２４、成分検出部２５が、再度測定可能な状態になった後、再度、図５に示すように、６方電動切替コックａ１４と６方電動切替コックｂ２３の各ポートの状態に切り替え、２回目の抽出を行う。そして、所定時間が経過した後、再び図６に示すように、各コックの連通状態を切り替える。以上のような操作を、さらに１回以上繰返すと、その都度、油中ガスの各成分の抽出ガス濃度の算出結果が抽出ガス濃度記憶部３４に記憶される。
このように、ガス抽出手段１１による油中ガスの抽出、成分検出部２５による油中ガスの成分の検出、抽出ガス濃度算出手段３１による検出ガス成分のガス濃度の算出、及び抽出ガス濃度記憶部３４による抽出ガス濃度の情報の記憶よりなる一連の工程を２回以上行い、油中ガス濃度算出部３２により、抽出ガス濃度記憶部３４から抽出される所定のガス成分の抽出ガス濃度を用いてあらわされる前記式（１）を用いて、油中ガス濃度Ｑが算出される。前述のように測定の信頼性を確認するため、抽出率Ｒを算出し、抽出率比を算出しても良い。
以上のようにして、本発明の油中ガス濃度測定システムを用いて、油中ガス濃度を測定することができるが、本発明では、複数の絶縁油試料を用いて測定することが可能である。その際、抽出器１３内の測定済みの絶縁油試料を新たな絶縁油試料に入れ替える必要があるため、その動作を以下に説明する。
前述のように、油中ガス濃度の測定が終了した段階では、各コックは図６に示すような連通状態にある。その状態において、電磁弁Ｖ１およびＶ３を開き、洗浄ガスを、流路Ｐ１０、６方電動切替コックｂ２３のポートＫ、Ｌ、流路Ｐ２を経由して、抽出器１３内に流入させ、抽出器１３内の絶縁油試料を圧送し、流路Ｐ１、Ｐ３を経由して、廃液容器３６に排出させる（図７参照）。暫く洗浄ガスに流路内を循環させた後、図４に示す各コックの連通状態にして、他の絶縁油試料を用いて、同様に油中ガス濃度の測定をすることができる。
尚、洗浄ガスとしては、特に制限はなく、前述のキャリアガスとして用いることができる気体などを用いると良い。
尚、洗浄ガスとしては、特に制限はなく、前述のキャリアガスとして用いることができる気体などを用いると良い。
尚、以上のような、各コックの開閉、各電磁弁の開閉、必要により行う加熱手段の温度調整などは、前述のとおり演算装置２２のコンピュータにより行ってもよい。
次に、上記の実施形態における実施例を以下に示す。
表１〜３に示す抽出条件（抽出時間、抽出温度）において、絶縁油として、一般変圧器油（ＪＩＳ１種油、動粘度：８．５ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表１）、高粘度絶縁油（動粘度：１２４ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表２）、ナタネ油（動粘度：３５．４ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表３）を用い、これらの絶縁油の代表的な炭化水素（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ3Ｈ8、ｉｓｏ−Ｃ4Ｈ10）を溶解させた標準油を調製して絶縁油試料とし、本発明の油中ガス濃度測定システムを用いて、各成分の油中ガス濃度Ｑ、抽出率（Ｒ１、Ｒ２）を求め、実数値と比較した結果を表１〜３に示す。尚、式（１）において、ｎ＝３とした場合の算出例である。各表中、「誤差（濃度）」は、調整濃度に対する、調整濃度と計算濃度Ｑの差の比を百分率で示したもの、「実抽出率」は、調整濃度に対する抽出ガス濃度Ｘ1の比、「誤差（抽出）」は、実抽出率に対する、実抽出率と抽出率Ｒ１との差の比を百分率で示したものである。
表１〜３に示す抽出条件（抽出時間、抽出温度）において、絶縁油として、一般変圧器油（ＪＩＳ１種油、動粘度：８．５ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表１）、高粘度絶縁油（動粘度：１２４ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表２）、ナタネ油（動粘度：３５．４ｍｍ2／ｓ（４０℃））（表３）を用い、これらの絶縁油の代表的な炭化水素（ＣＨ4、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2、Ｃ3Ｈ8、ｉｓｏ−Ｃ4Ｈ10）を溶解させた標準油を調製して絶縁油試料とし、本発明の油中ガス濃度測定システムを用いて、各成分の油中ガス濃度Ｑ、抽出率（Ｒ１、Ｒ２）を求め、実数値と比較した結果を表１〜３に示す。尚、式（１）において、ｎ＝３とした場合の算出例である。各表中、「誤差（濃度）」は、調整濃度に対する、調整濃度と計算濃度Ｑの差の比を百分率で示したもの、「実抽出率」は、調整濃度に対する抽出ガス濃度Ｘ1の比、「誤差（抽出）」は、実抽出率に対する、実抽出率と抽出率Ｒ１との差の比を百分率で示したものである。
表１〜３に示すように、抽出温度の条件を問わず、抽出率比Ｒ１／Ｒ２が０．９０〜１．０１であり、誤差（濃度）も絶対値で１０％以下であるので、精度よく油中ガス濃度を測定することができることが分かる。このように、本発明の油中ガス濃度測定システムおよび測定方法を用いれば、標準試料を調製しなくとも、精度よく油中ガス濃度を測定することができることが分かる。
１ シリンジ
２ 絶縁油試料
３ 試料注入口
４ 抽出器
５ ガス流路
６ 枝管
７ ジョイント
８ 油トラップ
９ ガスクロマトグラフ
１０ 油中ガス濃度測定システム
１１ ガス抽出手段
１２ 成分検出手段
１３ 抽出器
１４ ６方電動切替コックａ
１５ 試料保持容器
１６ 計量手段（計量管）
１７ 送液ポンプ
１８ 排出防止手段
１９ 加熱手段
２０ 廃液容器
２１ 検出部
２２ 演算装置
２３ 流路切替手段（６方電動切替コックｂ）
２４ 分離部
２５ 成分検出部
２６ 流量調整バルブ
２７ 処理装置
２８ 記憶装置
２９ 入力手段
３０ 表示手段
３１ 抽出ガス濃度算出部
３２ 油中ガス濃度算出部
３３ 検出データ記憶部
３４ 抽出ガス濃度記憶部
３５ 油中ガス濃度記憶部
３６ 廃液容器
Ｌ１ 配線
Ｐ１〜Ｐ１０ 流路
Ｖ１〜Ｖ３ 電磁弁
２ 絶縁油試料
３ 試料注入口
４ 抽出器
５ ガス流路
６ 枝管
７ ジョイント
８ 油トラップ
９ ガスクロマトグラフ
１０ 油中ガス濃度測定システム
１１ ガス抽出手段
１２ 成分検出手段
１３ 抽出器
１４ ６方電動切替コックａ
１５ 試料保持容器
１６ 計量手段（計量管）
１７ 送液ポンプ
１８ 排出防止手段
１９ 加熱手段
２０ 廃液容器
２１ 検出部
２２ 演算装置
２３ 流路切替手段（６方電動切替コックｂ）
２４ 分離部
２５ 成分検出部
２６ 流量調整バルブ
２７ 処理装置
２８ 記憶装置
２９ 入力手段
３０ 表示手段
３１ 抽出ガス濃度算出部
３２ 油中ガス濃度算出部
３３ 検出データ記憶部
３４ 抽出ガス濃度記憶部
３５ 油中ガス濃度記憶部
３６ 廃液容器
Ｌ１ 配線
Ｐ１〜Ｐ１０ 流路
Ｖ１〜Ｖ３ 電磁弁
Claims (5)
- 絶縁油試料から油中ガスを抽出するガス抽出手段と、該ガス抽出手段で抽出された油中ガスの成分を検出する成分検出手段と、該成分検出手段の検出データに基づき検出されたガス成分の抽出ガス濃度を算出する抽出ガス濃度算出手段と、前記ガス抽出手段により２回以上行なわれる油中ガスの抽出の結果、前記抽出ガス濃度算出手段で算出される各回の抽出ガス濃度の情報を記憶する抽出ガス濃度記憶手段と、前記抽出ガス濃度記憶手段に記憶された抽出ガス濃度に基づき当該ガス成分の油中ガス濃度を算出する油中ガス濃度算出手段とを備え、前記油中ガス濃度算出手段が、算出する油中ガス濃度をＱ、油中ガスの抽出率をＲ（未知の定数）、前記抽出ガス濃度記憶手段から抽出されるｎ回目の抽出ガス濃度をＸｎとして表した下記式（１）のうち、ｎが異なる少なくとも２式を用いて、油中ガス濃度（Ｑ）を算出することを特徴とする油中ガス濃度測定システム。
- 前記成分検出手段が、前記ガス抽出手段により抽出された抽出ガスを前記成分検出手段に供給するガス流路の開閉を制御する流路切替手段を設けてなる請求項１記載の油中ガス濃度測定システム。
- 前記ガス抽出手段が、絶縁油試料の排出防止手段を設けてなる請求項１または２に記載の油中ガス濃度測定システム。
- 前記ガス抽出手段が、絶縁油試料の計量手段を有する油中ガス抽出装置よりなる請求項１から３のいずれかに記載の油中ガス濃度測定システム。
- 絶縁油試料から油中ガスを抽出するガス抽出手段と、該ガス抽出手段で抽出された油中ガスの成分を検出する成分検出手段と、該成分検出手段の検出データに基づき検出されたガス成分の抽出ガス濃度を算出するガス濃度算出手段と、前記抽出ガス濃度算出手段で算出される抽出ガス濃度の情報を記憶する抽出ガス濃度記憶手段と、前記抽出ガス濃度記憶手段に記憶された抽出ガス濃度に基づき当該ガス成分の油中ガス濃度を算出する油中ガス濃度算出手段とを設けるとともに、前記ガス抽出手段による油中ガスの抽出、前記成分検出手段による油中ガスの成分の検出、前記抽出ガス濃度算出手段による検出ガス成分のガス濃度の算出、及び前記抽出ガス濃度記憶手段による抽出ガス濃度の情報の記憶よりなる一連の工程を２回以上行い、前記油中ガス濃度算出手段により、算出する油中ガス濃度をＱ、油中ガスの抽出率をＲ（未知の定数）、前記抽出ガス濃度記憶手段から抽出されるｎ回目の抽出ガス濃度をＸｎとして表した下記式（１）のうち、ｎが異なる少なくとも２式を用いて、油中ガス濃度（Ｑ）を算出することを特徴とする油中ガス濃度測定方法。
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