JP5128380B2

JP5128380B2 - 分解ガスセンサ

Info

Publication number: JP5128380B2
Application number: JP2008160623A
Authority: JP
Inventors: 裕行新開
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP2010002271A

Description

本発明は、分解ガスセンサに関する。更に詳述すると、本発明は、ガス絶縁電力機器に設けられ、接地容器内に封入されている絶縁ガスの分解ガスを検出する分解ガスセンサに関するものである。

ガス絶縁電力機器の接地容器内に充填された絶縁ガスの分解ガスを検出するセンサとして、例えば特開昭６０−１４１５２号公報に開示された分解生成物検知装置１０１がある。この分解生成物検知装置１０１を図４及び図５に示す。分解生成物検知装置１０１は分解ガスを吸着除去する吸着剤１０２を利用して分解ガスを検出するものであり、一対の電極１０３，１０３間に吸着剤１０２を充填すると共に、各電極１０３，１０３を誘電特性測定部１０４に接続し、誘電特性の変化から分解ガスの発生を検出するものである。

特開昭６０−１４１５２号

しかしながら、上述の分解生成物検知装置１０１では、誘電特性を測定するためには各電極１０３，１０３間に電圧を印加しなければならず、そのための電源が必要になる。

本発明は、測定対象となる電圧を発生させるために専用の電源を必要としない分解ガスセンサを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の分解ガスセンサは、絶縁ガスが封入されている接地容器内に収容された導体と電極とで形成され、絶縁ガスを誘電体とする第１のコンデンサと、電極とグランドとの間に設けられ、２枚の電極間に分解ガスを吸着することで誘電率が変化する吸着剤を誘電体として介在させた第２のコンデンサと、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間に設けられ、第２のコンデンサの吸着剤の誘電率の変化に基づく静電容量の変化に応じて第１のコンデンサの静電容量との関係から変化する導体の電圧の分圧が測定される電圧測定部とを備えるものである。

接地容器内での絶縁破壊の発生等により絶縁ガスが分解されて分解ガスが発生すると、第２のコンデンサの誘電体である吸着剤が分解ガスを吸着し保持するので、この誘電体の誘電率が変化し、第２のコンデンサの静電容量が変化する。一方、分解ガスの発生量は接地容器内の絶縁ガスの封入量に比べてごく少量であり、また、発生した分解ガスは吸着剤に吸着されて除去されるので、分解ガスが発生しても第１のコンデンサの誘電体（絶縁ガス又は絶縁ガス＋分解ガス）の誘電率は変化しない又は変化したとしても極僅かである。そのため、第１のコンデンサの静電容量は変化しない又は変化しないとみなすことができる。

電圧測定部の電圧Ｖｄは導体に印加されている電圧の分圧として測定されるものであり、導体の電圧をＶ、第１のコンデンサの静電容量をＣ１、第２のコンデンサの静電容量をＣ２とすると、数式１によって求められる。

〈数１〉
Ｖｄ＝（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））Ｖ

したがって、分解ガスの発生によって、第２のコンデンサの静電容量Ｃ２が変化し、第１のコンデンサの静電容量Ｃ１が一定であると、電圧測定部の電圧Ｖｄが変化するので、電圧Ｖｄの変化に基づいて分解ガスの発生を検出することができる。

また、請求項２記載の分解ガスセンサは、第２のコンデンサが、接地容器の外に設けられた部屋に収容されており、部屋に接地容器内の分解ガスを導く流路を備えるものである。したがって、接地容器内で発生した分解ガスは、流路を通って第２のコンデンサが収容されている部屋に導かれ、第２のコンデンサの誘電体である吸着剤によって吸着され除去される。これにより、第２のコンデンサの静電容量が変化し、電圧測定部の電圧Ｖｄが変化する。

請求項１記載の分解ガスセンサでは、分解ガスの発生により電圧測定部の電圧Ｖｄが変化するので、電圧Ｖｄの変化に基づいて分解ガスの発生を検出することができる。第１及び第２のコンデンサは導体とグランドとの間に直列に設けられており、電圧測定部は２つのコンデンサの間に設けられている。即ち、電圧Ｖｄは導体の電圧の分圧として測定されるものであり、電圧Ｖｄを発生させるために専用の電源を必要としない。このため、測定対象の電圧Ｖｄを発生させるための専用の電源を不要にすることができる。

また、請求項２記載の分解ガスセンサでは、第２のコンデンサを接地容器の外に設けることができるので、内部の清浄性と気密性が高度に要求される接地容器を開けずに吸着剤の交換等を行うことができ、接地容器の清浄性及び気密性の維持と第２のコンデンサのメンテナンスの容易性をともに高レベルで両立させることができる。

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の分解ガスセンサの実施形態の一例を示す。分解ガスセンサは、絶縁ガス１が封入されている接地容器２内に収容された導体３と電極４とで形成され、絶縁ガス１を誘電体とする第１のコンデンサ５と、電極４とグランド６との間に設けられ、２枚の電極７，８間に分解ガスを吸着することで誘電率が変化する吸着剤１５を誘電体として介在させた第２のコンデンサ９と、第１のコンデンサ５と第２のコンデンサ９との間に設けられ、第２のコンデンサ９の吸着剤１５の誘電率の変化に基づく静電容量Ｃ２の変化に応じて第１のコンデンサ５の静電容量Ｃ１との関係から変化する導体３の電圧の分圧が測定される電圧測定部１０とを備えるものである。なお、図１において配線図的に表した仮想的な第１のコンデンサ５を２点鎖線で示している。

分解ガスセンサは、ガス絶縁電力機器１１に設置され、接地容器２内に封入された絶縁ガス１の分解ガスを検出するものである。ガス絶縁電力機器１１は、例えばガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ：Gas-Insulated Switchgear）、ガス絶縁送電線路（ＧＩＬ：Gas-Insulated Line）等のガス絶縁電力機器である。ただし、これらに限るものではない。本実施形態では、ＧＩＳを例に説明する。

接地容器２は例えばＧＩＳの接地タンクであり、その内部には絶縁ガス１が封入されている。絶縁ガス１としては、例えばＳＦ_６ガス、Ｎ_２ガス、ＣＯ_２ガス等の使用が可能である。ただし、これらに限るものではなく、その他の絶縁ガス１の使用も可能である。絶縁ガス１が例えばＳＦ_６ガスである場合、分解ガスとして例えばＨＦ，ＳＦ_４，ＳＯＦ_２，ＳＯ_２等が発生する。分解ガスを吸着し保持する吸着剤１５としては、コンデンサの誘電体として使用可能な絶縁材料で形成され、且つ分解ガスの吸着によって誘電率が変化するもの、例えば合成ゼオライト（例えば、商品名ゼオラム；東ソー株式会社製）等の使用が可能である。ただし、吸着剤１５はこれに限るものではなく、分解ガスを吸着し保持することができ、且つコンデンサの誘電体として使用可能で分解ガスの吸着によって誘電率が変化するものであれば特に制限されない。導体３は例えばＧＩＳの中心導体であり、例えば６６〜５００ｋＶ級の高電圧が印加されている。ただし、導体３に印加されている電圧の大きさはこれに限るものではない。

第１のコンデンサ５と第２のコンデンサ９は、導体３とグランド６との間に直列に設けられている。導体３に近い側の第１のコンデンサ５は、導体３と導体３から距離をあけて設けられた電極４とで形成されている。電極４は例えば平板電極であり、接地容器２に形成された凹部２ａに設けられ、接地容器２と面一になっている。電極４を接地容器２と面一にすることで、この部分が絶縁破壊の起点になるのを防止している。電極４は接地容器２に対して絶縁されている。なお、電極４は平板電極に限るものではなく、導体３とで絶縁ガス１（又は絶縁ガス１と分解ガス）を誘電体とする第１のコンデンサ５を形成することができるものであれば特に制限されない。

グランド６に近い側の第２のコンデンサ９は、接地容器２の外に設けられた部屋１２に収容されている。第２のコンデンサ９を収容する部屋１２の概念を図２に示す。部屋１２に接地容器２内の分解ガスを導く流路１３が設けられている。本実施形態では、流路１３として往路１３ａと復路１３ｂとを別々に形成し、絶縁ガス１を接地容器２→往路１３ａ→部屋１２→復路１３ｂ→接地容器２へと循環させている。往路１３ａ及び復路１３ｂは接地容器２に設けられているハンドホールフランジ（開口フランジ）蓋１４に接続されている。往路１３ａ，復路１３ｂには開閉弁１９，１９が設けられており、部屋１２を開ける場合には開閉弁１９，１９を閉じて接地容器２内の気密性と清浄性を維持することができる。

第２のコンデンサ９は、２枚の電極７，８間に分解ガスを吸着する吸着剤１５を挟み込んで形成されている。即ち、吸着剤１５を誘電体としている。電極７，８としては、例えば平板電極の使用が可能であるがこれに限るものではなく、間に吸着剤１５を挟み込んで又は充填して第２のコンデンサ９を形成することができるものであれば特に限定されない。２枚の電極７，８のうち、一方の電極７は第１のコンデンサ５の電極４に接続され、他方の電極８はグランド６に接続されている。一方の電極７と第１のコンデンサ５の電極４とを接続する導線１６は接地容器２に対して絶縁されている。導線１６の途中には電圧測定部１０が設けられている。

部屋１２内には、第２のコンデンサ９の他に、絶縁ガス１の分解ガスを吸着除去する吸着剤１７と、絶縁ガス１を循環させるポンプ１８が収容されている。ポンプ１８によって接地容器２内→往路１３ａ→部屋１２内→復路１３ｂ→接地容器２内へと循環する絶縁ガス１の流れが形成される。第２のコンデンサ９は吸着剤１７よりも上流側に設けられており、吸着剤１７に吸着除去される前に分解ガスを吸着し、より早期の分解ガスの検出を可能にしている。

次に、分解ガスセンサによる分解ガスの検出について説明する。

接地容器２内の絶縁ガス１は、ポンプ１８によって接地容器２内→往路１３ａ→部屋１２内→復路１３ｂ→接地容器２内へと循環されるので、接地容器２内で発生した分解ガスも絶縁ガス１と一緒に接地容器２内→往路１３ａ→部屋１２へと循環する。部屋１２内に流入した分解ガスは、第２のコンデンサ９の誘電体である吸着剤１５や第２のコンデンサ９とは別に設けられた吸着剤１７によって吸着され除去される。そして、分解ガスが除去された絶縁ガス１がポンプ１８によって部屋１２→復路１３ｂ→接地容器２へと循環される。これにより、接地タンク内の分解ガスが除去される。

発生する分解ガスの量は絶縁ガス１の量に比べると圧倒的に少なく、また、発生した分解ガスは上述の通り吸着剤１５，１７によって吸着除去される。そのため、第１のコンデンサ５の誘電体（絶縁ガス１、又は絶縁ガスと分解ガス）の誘電率は変化しない又は変化したとしても極僅かであり、第１のコンデンサ５の静電容量Ｃ１は変化しない又は変化しないとみなすことができる。

一方、分解ガスの吸着によって第２のコンデンサ９の誘電体（吸着剤１５）の誘電率が変化し、第２のコンデンサ９の静電容量Ｃ２が変化する。したがって、数式２によって求められる電圧測定部１０での電圧Ｖｄが変化する。

〈数２〉
Ｖｄ＝（Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２））Ｖ
ここで、Ｖ：導体３の電圧、Ｃ１：第１のコンデンサ５の静電容量、Ｃ２：第２のコンデンサ９の静電容量である。

この電圧Ｖｄの変化に基づいて分解ガスの発生を検出することができる。このとき、第２のコンデンサ９の誘電体（吸着剤１５）には分解ガスが蓄積されるので、第２のコンデンサ９の静電容量Ｃ２の変化が大きくなる。このため、より確実に分解ガスの発生を検出することができる。

分解ガスの検出により、接地容器２内での絶縁破壊の発生や、絶縁ガス１の絶縁性能の低下、吸着剤１５，１７の吸着性能の低下等を知ることができる。

電圧Ｖｄの測定は、例えばオシロスコープ、電圧計、テスタ等の測定機器を使用して測定される。例えば、電圧測定部１０に測定用端子を設けておき、必要に応じて測定用端子に測定機器を接続することで、グランド６との間の電圧Ｖｄを測定することができる。あるいは、電圧測定部１０に設けた測定用端子に測定機器を常時接続しておき、電圧Ｖｄを連続的に測定することができる。または、電圧測定部１０に設けた測定用端子に測定機器を常時接続しておき、測定した電圧Ｖｄを有線又は無線のネットワーク、インターネット等の通信回線を介して離れた位置に設けた制御装置に供給するようにしても良い。

電圧Ｖｄは導体３に印加されている電圧の分圧として測定されるので、電圧Ｖｄの発生に専用の電源を必要としない。即ち、専用の電源を設けなくても測定対象の出力信号を発生させることができる。

また、本実施形態では、第２のコンデンサ９を接地容器２の外の部屋１２に設けているので、内部の清浄性と気密性が高度に要求される接地容器２を開けずに吸着剤１５の交換等を行うことができ、接地容器２の清浄性及び気密性の維持と第２のコンデンサ９のメンテナンスの容易性をともに高レベルで両立させることができる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上述の説明では、ポンプ１８を設けて絶縁ガス１の流れを強制的に発生させていたが、ポンプ１８を省略して自然の流れを利用するようにしても良い。この場合には、ポンプ１８を駆動するための電源も不要にすることができる。

また、上述の説明では、分解ガスを接地容器２から部屋１２に導く流路１３を往路１３ａと復路１３ｂに分割していたが、例えばポンプ１８を省略した場合等には、往路１３ａと復路１３ｂに分割しなくても良く、１本の流路１３によって分解ガス及び絶縁ガス１を行き来させても良い。

また、上述の説明では、第２のコンデンサ９の吸着剤（誘電体）１５とは別に吸着剤１７を設けていたが、吸着剤１５によって分解ガスの吸着除去を十分に行える場合には、吸着剤１７を省略しても良い。

さらに、上述の説明では、第２のコンデンサ９を接地容器２の外に設けていたが、例えば図３に示すように、部屋１２を省略し、第２のコンデンサ９を接地容器２内に設けても良い。なお、図３の例では、分解ガスは自然拡散により第２のコンデンサ９の吸着剤（誘電体）１５に到達し、吸着除去される。

本発明の分解ガスセンサの実施形態の一例を示す概略構成図である。同分解ガスセンサの第２のコンデンサが収容される部屋の様子を示す概略構成図である。本発明の分解ガスセンサの他の実施形態を示す概略構成図である。従来の分解生成物検知装置を示す概略構成図である。同分解生成物検知装置の要部の断面図である。

符号の説明

１絶縁ガス
２接地容器
３導体
４第１のコンデンサの電極
５第１のコンデンサ
６グランド
７，８第２のコンデンサの２枚の電極
９第２のコンデンサ
１０電圧測定部
１２部屋
１３流路
１５第２のコンデンサの吸着剤

Claims

絶縁ガスが封入されている接地容器内に収容された導体と電極とで形成され、前記絶縁ガスを誘電体とする第１のコンデンサと、前記電極とグランドとの間に設けられ、２枚の電極間に前記分解ガスを吸着することで誘電率が変化する吸着剤を誘電体として介在させた第２のコンデンサと、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間に設けられ、前記第２のコンデンサの吸着剤の誘電率の変化に基づく静電容量の変化に応じて変化する前記導体の電圧の分圧が測定される電圧測定部とを備えることを特徴とする分解ガスセンサ。
前記第２のコンデンサは、前記接地容器の外に設けられた部屋に収容されており、前記部屋に前記接地容器内の前記分解ガスを導く流路を備えることを特徴とする請求項１記載の分解ガスセンサ。