JP4879936B2 - ガス充填検査装置及びガス漏れ検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、容器に遮断器、断路器、接地開閉器等の開閉機器が収容され、内部に乾燥空気または窒素ガス等の絶縁ガスが充填されたガス絶縁開閉装置のガス漏れ検出を行うガス充填検査装置、およびガス漏れ検査方法に関する。

電気機器の絶縁媒体として広く用いられているＳＦ_６ガスが、１９９７年の地球温暖化防止京都会議において、排出抑制ガスに指定され、今後はガス絶縁開閉装置にはＳＦ_６ガスの使用が制限され、ＳＦ_６ガスを全く使用しないガス絶縁開閉装置が開発され実用化されてきている。例えば、２４ｋＶ級のガス絶縁開閉装置としては、文献「ＳＦ_６ガスフリーの新型２４ｋＶスイッチギア」（電気評論 ２００１年 ３月号掲載）に示されたものがある。

そのガス絶縁開閉装置の全体構成を図４、遮断部の構成を図５に示す。図において、１ａ、１ｂ、１ｃは真空スイッチ、２ａ、２ｂ、２ｃは線路側断路器、３ａ、３ｂ、３ｃは真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃを開閉する絶縁操作ロッド、４ａ、４ｂ、４ｃは接続導体、５ａ、５ｂ、５ｃは接続ブッシング、６は真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、断路器２ａ、２ｂ、２ｃ、操作ロッド３ａ、３ｂ、３ｃが収容された遮断部容器、７は真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃを開閉操作する遮断部操作機構、１０は遮断部容器６に真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、線路側断路器２ａ、２ｂ、２ｃ、操作ロッド３ａ、３ｂ、３ｃ等が収容された部分と、接続ブッシング５ａ、５ｂ、５ｃ、遮断部操作機構７、線路側ブッシング８ａ、８ｂ、８ｃとで構成された遮断部である。９ａ、９ｂ、９ｃは線路側ブッシング８ａ、８ｂ、８ｃと線路間を接続する絶縁導体である。

２２ａ、２２ｂ、２２ｃは母線側断路器、２３ａ、２３ｂ、２３ｃは母線と接続する母線側ブッシング、２６は母線側断路器２２ａ、２２ｂ、２２ｃが収容された母線側断路器容器、２７は母線側断路器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを操作する母線側断路器操作機構である。２０は母線側断路器容器２６に収容された母線側断路器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと母線側断路器操作機構２７とで構成された母線側断路器部である。２９は遮断部１０、母線側断路器部２０を収容した筐体である。３０は筐体２９に遮断部１０及び母線側断路部２０及びその他の機器が収容されたガス絶縁開閉装置である。

遮断部１０の内部構造は、真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃの軸方向から見た構成図の図５に示すように、真空スイッチ１ａ、１ｃを両側に配置し、中央相の真空スイッチ１ｂは上方にずらせて配置し、各相の相間には絶縁バリア１１ａ、１１ｂ、１１ｃを配置した構成である。ガス絶縁開閉装置３０は上記の図示された部分に隠れた位置に接地開閉器が配置されている。

このように構成されたガス絶縁開閉装置３０は、遮断部１０が遮断器部容器６、母線側断路器部２０が母線側断路器部容器２６にそれぞれ収容されて、それぞれの容器６及び２６に乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを大気圧よりも少し高い圧力で充填した構成であり、各相充電部分の対地間及び相間に絶縁バリアを配置することにより、地球温暖化係数の大きなＳＦ_６ガスを使用しないで、ＳＦ_６ガスを使用した場合と寸法的に遜色がないガス絶縁開閉装置として実現したものである。

このように構成されたガス絶縁開閉装置３０は、真空スイッチ１ａ、１ｂ、１ｃ、線路側断路器２ａ、２ｂ、２ｃ等の開閉機器が遮断器部容器６に収容され、母線側も同様に母線側断路器２２ａ、２２ｂ、２２ｃが母線側断路器部容器２６に収容されて絶縁ガスが充填された構成であり、それぞれの容器６または２６に漏れがあると絶縁性能が維持できなくなるので、容器の製作過程においてはガス漏れが生じないように厳密な管理のもとに製作され、開閉機器が組み込まれた状態においては、内部に漏れ検査のためのヘリウムガスを充填し、容器の周囲を検査容器に入れて真空引き等によってヘリウムガスの充填圧力よりも低い状態を確保して所定の時間保持し、検査容器中のヘリウムガスの有無及び濃度をヘリウムガス検出器により検知して漏れ検査を行っている。

漏れ検査のために充填したヘリウムガスは、容器内に残留した場合の耐電圧性能への影響について把握できていないために、漏れ検査後に開閉機器が収容された容器６または２６内を真空引きしてヘリウムガスを抜き取り、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力で充填している。

「ＳＦ６ガスフリーの新型２４ｋＶスイッチギア］（電気評論 ２００１年 ３月号掲載）

上記従来の空気絶縁式のガス絶縁開閉装置では、開閉機器が収容された容器内にヘリウムガスを充填し、開閉機器が収容された容器６または２６の周囲を減圧状態として漏れ検査を行い、漏れ検査後にヘリウムガスが充填された容器内を真空引きしてヘリウムガスを抜き取り、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力に充填した構成であり、漏れ検査後に容器６または２６の真空引き作業、絶縁ガスの充填作業があり、組立作業時間が長く、製作コストが高くなるという問題点があった。

この発明は、ガス絶縁開閉装置のガス漏れ検査後に、漏れ検査のために充填した検査用ガスを抜き取ることをなくし、漏れ検査後の真空引き作業及び絶縁ガスの充填作業を不要として、ガス絶縁開閉装置の組立作業時間を短縮することを目的とする。

この発明に係るガス充填検査装置は、開閉機器を密閉容器に収容するガス絶縁開閉装置からのガス漏れ検出を行うガス充填検査装置であって、
開閉可能な蓋を備えた真空容器と、
真空容器内に設置された開閉機器を密閉容器に収容するガス絶縁開閉装置と、
バルブを介して真空容器内と大気とを連通する配管と、
真空容器内に配置されたバルブと真空容器外に配置されたバルブと絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとを連通してガス絶縁開閉装置に絶縁ガスを供給する配管と、
真空容器外に配置されたバルブと絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における絶縁ガスを供給する配管に連通するヘリウムガス供給配管と、
ヘリウムガス供給配管に配置されたバルブと、
真空容器外に配置されたバルブと絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における絶縁ガスを供給する配管に連通する真空ポンプに接続された配管と、
真空ポンプに接続された配管に配置されたバルブと、
真空容器外に配置されたバルブと絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における絶縁ガスを供給する配管と真空容器の内部とをバルブを介して連通する配管と、
真空容器内と連通してヘリウムガスを検出するヘリウムガス検出装置とを設けたものである。

この発明によれば、ガス絶縁開閉装置からのガス漏れ検査後に、漏れ検査のために充填した検査用ガスを抜き取ることをなくし、漏れ検査後の真空引き作業及び絶縁ガスの充填作業を不要として、ガス絶縁開閉装置の組立作業時間を短縮する。

実施の形態１．
実施の形態１は、使用制限されている地球温暖化ガスのＳＦ_６ガスを使用しないガス絶縁開閉装置の構成を変えることなく、漏れ検査に必要な量のヘリウムガスを残留させて、乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを充填した状態で使用できるようにしたものである。

漏れ検査後に、漏れ検査のために充填したヘリウムガスを抜き取ることなく所定の圧力の乾燥空気または窒素と酸素の混合ガスを追加する状態で充填することができれば組立時間が短縮できることに着目して次の実験を実施した。
窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスに、漏れ検査に必要なヘリウムガスの混合比を変えて破壊電圧を求めた結果を図１、図２に示す。図１は先端曲率半径２５ｍｍの棒電極対平板電極の電極間距離を３０ｍｍ、ガス圧力を０.２５ＭＰaとし、ヘリウムガスの混合比が０のときの雷インパルスの破壊電圧を１.０としてヘリウムガスの混合比と破壊電圧の関係を示すものである。図２は先端曲率半径１０ｍｍの棒電極対平板電極の電極間距離を６０ｍｍとし、電極の中間に厚さ１０ｍｍの絶縁バリアを棒電極から１５ｍｍ、平板電極から３５ｍｍの間隔に配置し、ガス圧力を０.２０ＭＰaとし、ヘリウムガスの混合比が０のときの雷インパルスの破壊電圧を１.０としてヘリウムガスの混合比と破壊電圧を関係を示すものである。

図１では、混合比０〜約１５％までは、ほぼ破壊電圧は一定である。０％での破壊電圧が１％や５％に比べてやや低いが、これはばらつきの範囲内と推定される。また図２でも、混合比０〜１５％までは破壊電圧はほぼ一定である。

上記の結果から漏れ検査のために充填するヘリウムガスをガス絶縁開閉装置の絶縁ガスに対する分圧比が１５％以下となる量のヘリウムガスを充填して漏れ検査を実施し、漏れ検査後に所定の圧力まで乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを充填することにより、ヘリウムガスを含まない場合と同等の絶縁耐力が確保されたガス絶縁開閉装置となる。

ガス絶縁開閉装置の容器６または２６に開閉機器を組み込んだ後に実施する漏れ検査は、開閉機器が収容された容器内に漏れ検査のために必要な量のヘリウムガスを充填し、容器の周囲がヘリウムガスの充填圧力よりも低い圧力となるように真空容器に入れて真空引きし、所定の時間真空状態を保持し、真空容器内のヘリウムガスの有無及びヘリウムガス濃度を検知する方法にて漏れ検査を行う。漏れ検査後に開閉機器が収容された容器６または２６の内部にヘリウムガスを残留させたまま乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力で充填して組み立てられる。

漏れ検査は、例えば図３に示すガス充填検査装置を準備し、この装置によって行うことで漏れ検査、絶縁ガスの充填作業を効率的に行うことができる。図３において、３１は真空容器、３２はヘリウムガス検出装置、３３はガス絶縁開閉装置１０または２０に設けられたバルブ、３４は真空容器３１壁を貫通する配管に設けられたバルブ、３５は真空容器３１に設けられたバルブ、３６は真空ポンプに接続された配管に設けられたバルブ、３７はヘリウムガスボンベに接続されたバルブ、３８は乾燥空気タンクまたは窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等のほぼ８：２に混合された絶縁ガスのタンクに接続されたバルブ、３９は真空容器３１に設けられた真空容器３１内を大気圧に戻すためのバルブである。

図３に示すガス充填検査装置による漏れ検査およびガス充填作業は、例えば次の手順で行う。
（ａ）組み立てられたガス絶縁開閉装置１０または２０を真空容器３１内に収容し、バルブ３３とバルブ３４を接続し、バルブ３３を開状態として真空容器３１の蓋を取り付けて封止する。
（ｂ）バルブ３４、３５を開状態とし、バルブ３７、３８を閉状態とし、真空ポンプを運転してバルブ３６を開状態にして、ガス絶縁開閉装置１０または２０の内部および真空容器３１の内部を真空引きする。
（ｃ）所定の真空度に到達後に、バルブ３４、３５、３６を閉状態とし、バルブ３８の閉状態を維持して、バルブ３７を開状態とし、バルブ３４を開状態にしてヘリウムガスを所定の圧力に充填した後にバルブ３４、３７を閉状態にする。
（所定の圧力＝ガス絶縁開閉装置の全圧力の３〜７％または３〜１５％）
（ｄ）ヘリウムガスが充填された状態を所定の時間維持して、ヘリウムガス検査装置３２により、真空容器３１内のヘリウムガスの有無およびヘリウムガス濃度を検知する。
（ｅ）（ｄ）においてヘリウムガス検出値が限界値以下のときに「漏れなし」と判定し、以下の作業を行う。
（ｆ）バルブ３３、３４は開状態、バルブ３５、３６、３７は閉状態とし、バルブ３９を開状態にして真空容器３１内の真空状態を大気圧状態にする。
（ｇ）バルブ３５の閉状態を確認し、バルブ３８を開状態にし、バルブ３４を開状態にして乾燥空気または窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力に充填し、バルブ３４を閉状態にする。
（ｈ）真空容器３１の蓋を取り外し、バルブ３３を閉状態にして、ガス絶縁開閉装置を取り出すことにより、漏れ検査およびガス充填作業が完了する。
また、（ｄ）（ｅ）の作業を（ｇ）の後に実施しても、漏れ検査とガス充填作業が行える。

以上のように漏れ検査のために充填したヘリウムガスは容器内に残留させて乾燥空気または窒素と酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力に充填したことにより、従来のように漏れ検査後の真空引き、絶縁ガスの充填作業を行うことがなくなり、組立作業時間が短縮できる。

窒素と酸素を混合した絶縁ガスにヘリウムガスを加えた絶縁ガスの破壊電圧特性図である。 窒素と酸素を混合した絶縁ガスにヘリウムガスを加えた絶縁ガスの電極間に絶縁バリアを配置した場合の破壊電圧特性図である。 ガス充填漏れ検査装置の概念図である。 従来の乾燥空気を絶縁媒体とした２４ｋＶ級ガス絶縁開閉装置の構成図である。 図４の遮断部の詳細構成図である。

符号の説明

１０，２０ ガス絶縁開閉装置、３１ 真空容器、３２ ヘリウムガス検出装置、
３３〜３９ バルブ。

Claims (4)

1. 開閉機器を密閉容器に収容するガス絶縁開閉装置からのガス漏れ検出を行うガス充填検査装置であって、
   開閉可能な蓋を備えた真空容器と、
   前記真空容器内に設置された開閉機器を密閉容器に収容するガス絶縁開閉装置と、
   バルブを介して前記真空容器内と大気とを連通する配管と、
   前記真空容器内に配置されたバルブと前記真空容器外に配置されたバルブと絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとを連通して前記ガス絶縁開閉装置に絶縁ガスを供給する配管と、
   前記真空容器外に配置されたバルブと前記絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における前記絶縁ガスを供給する配管に連通するヘリウムガス供給配管と、
   前記ヘリウムガス供給配管に配置されたバルブと、
   前記真空容器外に配置されたバルブと前記絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における前記絶縁ガスを供給する配管に連通する真空ポンプに接続された配管と、
   前記真空ポンプに接続された配管に配置されたバルブと、
   前記真空容器外に配置されたバルブと前記絶縁ガスの供給部に配置されたバルブとの間における前記絶縁ガスを供給する配管と前記真空容器の内部とをバルブを介して連通する配管と、
   前記真空容器内と連通してヘリウムガスを検出するヘリウムガス検出装置とを設けたことを特徴とするガス充填検査装置。
2. 前記密閉容器の圧力が大気圧よりも高くなるよう前記ヘリウムガスを充填したことを特徴とする請求項１記載のガス充填検査装置。
3. 請求項１記載のガス充填検査装置からのガス漏れ検査方法であって、下記（ａ）〜（ｈ）のステップからなるガス漏れ検査方法。
   （ａ）組み立てられたガス絶縁開閉装置を真空容器内に収容し、前記真空容器内に配置されたバルブ（以下内バルブと略す）を開状態として前記真空容器の蓋を取り付けて封止するステップ。
   （ｂ）前記真空容器外に配置されたバルブ（以下外バルブと略す）を開状態、前記絶縁ガスを供給する配管と前記真空容器の内部とを連通する配管に設けられたバルブ（以下真空バルブと略す）を開状態し、前記ヘリウムガス供給配管に配置されたバルブ（以下ヘリウムバルブと略す）を閉状態、絶縁ガスの供給部に配置されたバルブ（以下絶縁ガスバルブと略す）を閉状態とし、真空ポンプを運転して前記真空ポンプに接続された配管に配置されたバルブ（以下真空ポンプバルブと略す）を開状態にして、前記ガス絶縁開閉装置の内部および前記真空容器の内部を真空引きするステップ。
   （ｃ）所定の真空度に到達後に、前記外バルブ、前記真空バルブ及び前記真空ポンプバルブを閉状態とし、前記絶縁ガスバルブの閉状態を維持して、ヘリウムバルブを開状態とし、その後外バルブを開状態にしてヘリウムガスを所定の圧力に充填した後に外バルブ及びヘリウムバルブを閉状態にするステップ。
   （ｄ）ヘリウムガスが充填された状態を所定の時間維持して、前記ヘリウムガス検出装置により、前記真空容器内のヘリウムガスの有無およびヘリウムガス濃度を検知するステップ。
   （ｅ）上記ステップ（ｄ）においてヘリウムガス検出値が限界値以下のときに「漏れなし」と判定するステップ。
   （ｆ）前記内バルブ及び前記外バルブは開状態、前記真空バルブ、前記真空ポンプバルブ及び前記ヘリウムバルブは閉状態とし、前記真空容器内と大気とを連通する配管に設けられたバルブ（以下大気バルブと略す）を開状態にして真空容器内の真空状態を大気圧状態にするステップ。
   （ｇ）真空バルブの閉状態を確認し、前記絶縁ガスバルブを開状態にし、前記外バルブを開状態にして乾燥空気または窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力に充填し、前記外バルブを閉状態にするステップ。
   （ｈ）前記真空容器の蓋を取り外し、前記内バルブを閉状態にして、前記ガス絶縁開閉装置を取り出すステップ。
4. 請求項１記載のガス充填検査装置からのガス漏れ検査方法であって、下記（ａ）〜（ｈ）のステップからなるガス漏れ検査方法。
   （ａ）組み立てられた前記ガス絶縁開閉装置を前記真空容器内に収容し、前記真空容器内に配置されたバルブ（以下内バルブと略す）を開状態として前記真空容器の蓋を取り付けて封止するステップ。
   （ｂ）前記真空容器外に配置されたバルブ（以下外バルブと略す）を開状態、前記絶縁ガスを供給する配管と前記真空容器の内部とを連通する配管に設けられたバルブ（以下真空バルブと略す）を開状態し、前記ヘリウムガス供給配管に配置されたバルブ（以下ヘリウムバルブと略す）を閉状態、前記絶縁ガスの供給部に配置されたバルブ（以下絶縁ガスバルブと略す）を閉状態とし、前記真空ポンプを運転して前記真空ポンプに接続された配管に配置されたバルブ（以下真空ポンプバルブと略す）を開状態にして、前記ガス絶縁開閉装置の内部および前記真空容器の内部を真空引きするステップ。
   （ｃ）所定の真空度に到達後に、前記外バルブ、前記真空バルブ及び前記真空ポンプバルブを閉状態とし、前記絶縁ガスバルブの閉状態を維持して、前記ヘリウムバルブを開状態とし、その後前記外バルブを開状態にしてヘリウムガスを所定の圧力に充填した後に前記外バルブ及び前記ヘリウムバルブを閉状態にするステップ。
   （ｄ）前記内バルブ及び前記外バルブは開状態、前記真空バルブ、前記真空ポンプバルブ及び前記ヘリウムバルブは閉状態とし、前記真空容器内と大気とを連通する配管に設けられたバルブ（以下大気バルブと略す）を開状態にして前記真空容器内の真空状態を大気圧状態にするステップ。
   （ｅ）前記真空バルブの閉状態を確認し、前記絶縁ガスバルブを開状態にし、前記外バルブを開状態にして乾燥空気または窒素、酸素の混合比が乾燥空気と同等となるほぼ８：２の絶縁ガスを所定の圧力に充填し、前記外バルブを閉状態にするステップ。
   （ｆ）ヘリウムガスが充填された状態を所定の時間維持して、前記ヘリウムガス検出装置により、前記真空容器内のヘリウムガスの有無およびヘリウムガス濃度を検知するステップ。
   （ｇ）上記ステップ（ｆ）においてヘリウムガス検出値が限界値以下のときに「漏れなし」と判定するステップ。
   （ｈ）前記真空容器の蓋を取り外し、前記内バルブを閉状態にして、前記ガス絶縁開閉装置を取り出すステップ。

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