JP5159992B2

JP5159992B2 - 水分濃度検出装置

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Publication number: JP5159992B2
Application number: JP2012543069A
Authority: JP
Inventors: 智恵子西田; 達也矢部
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-18
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-04-02
Also published as: WO2012157349A1; US9201033B2; CN103430015A; US20130313111A1; CN103430015B; JPWO2012157349A1

Description

この発明は、ガス絶縁機器内に充填された絶縁ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出装置に関するものである。

ガス絶縁機器には、例えばＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが充填されている。従来のＳＦ_６ガス中の水分濃度検出装置では、水分を感知する水分センサがガス絶縁機器内に設置されている。この水分センサは、互いに対向して設けられた多孔質性電極と、該多孔質性電極間に設けられＳＦ_６ガス中の水分濃度と平衡状態にある水素イオン伝導性の固体電解質膜とを備えて構成される。この水分濃度検出装置では、多孔質性電極に交流電圧を印加し、ＳＦ_６ガス中の水分濃度に対応して変化する電極間の交流インピーダンスを計測することにより、ＳＦ_６ガス中の水分濃度を計測している（特許文献１参照）。

特開２００６−３０８５０２号公報

実運用されているガス絶縁機器での絶縁ガス中の水分濃度は一般に数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍである。したがって、上記従来の水分濃度検出装置の水分センサはこの環境に配置されることになる。ここで、水分濃度が数百ｐｐｍから数十ｐｐｍまで下がると、固体電解質膜の交流インピーダンスは水分濃度の低下に伴い十オーム程度から指数関数的に増加して１メガオーム以上にも達する（特許文献１参照）。

一方、大気環境では水分濃度は数１００００ｐｐｍもしくはそれ以上であり、ガス絶縁機器の内部とは非常に大きな濃度差がある。そのため、測定前に例えば大気環境の水分濃度と平衡状態にあった水分センサの固体電解質膜をガス絶縁機器内に配置した場合、この固体電解質膜が数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍのガス絶縁機器内部の水分濃度と平衡に達するまでには相当の時間を要し、水分センサが一定の計測値を示すまでには、数時間〜数日以上の時間がかかるため、短時間のうちに測定結果が出ないという問題があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、短時間で水分濃度を検出することが可能な水分濃度検出装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る水分濃度検出装置は、ガス絶縁機器内に充填された絶縁ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出装置であって、前記ガス絶縁機器から導入された前記絶縁ガスを封入するガス室と、このガス室内で互いに対向して配置された多孔質性の電極と、これらの電極間に挟持され固着された水素イオン導電性の固体電解質膜と、前記電極に交流電圧を印加して前記電極間の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、前記インピーダンス測定手段により測定された前記交流インピーダンスに基づいて前記絶縁ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出部と、前記水分濃度の測定開始前に、前記絶縁ガスが前記ガス絶縁機器から導入される前の前記ガス室内の雰囲気から水分を除去する乾燥手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、短時間で水分濃度を検出することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る水分濃度検出装置の構成図である。図２は、絶縁ガス中の水分濃度と固体電解質膜の交流インピーダンスとの関係の一例を示したグラフである。図３は、複数の異なる水分濃度に対して温度とインピーダンスとの関係を示したグラフである。図４は、インピーダンス素子７で測定された交流インピーダンスの時間変化曲線の例を示した図である。図５は、実施の形態２に係る水分濃度検出装置の構成図である。図６は、実施の形態３に係る水分濃度検出装置の構成図である。図７は、実施の形態４に係る水分濃度検出装置の構成図である。図８は、実施の形態５に係る水分濃度検出装置の構成図である。

以下に、本発明に係る水分濃度検出装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る水分濃度検出装置の構成図である。図１では、例えばＳＦ_６ガス等の絶縁ガスが充填されたガス絶縁機器２０と、このガス絶縁機器２０に取り付けられた水分濃度検出装置３０が示されている。具体的には、水分濃度検出装置３０は、その取付口４０をガス絶縁機器２０の配管２１にバルブ２２を介して取り付けることにより、ガス絶縁機器２０と接続されている。バルブ２２を開放すると、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガスが配管２１を通じて水分濃度検出装置３０内に導入され、サンプリングガスとして使用される。

水分濃度検出装置３０は、例えばポータブル式の装置であり、ガス室３１及び信号処理部３２から成る。ガス室３１は、壁部４で互いに仕切られたガス室３１ａ（第１のガス室）及びガス室３１ｂ（第２のガス室）から成る。ただし、壁部４にはガス室３１ａ，３１ｂ間を連通する連通路５と、この連通路５の開閉を行うことができるバルブ６が設けられている。

ガス室３１ａは、配管２１及びバルブ２２を介して、ガス絶縁機器２０と直接接続される室であり、バルブ２２を開放することにより、ガス絶縁機器２０からの絶縁ガスをサンプリングガスとして封入することができる。ガス室３１ａ内には、互いに対向して配置された一対の多孔質性の電極１と、電極１間に挟持され固着された固体電解質膜２が配置されている。

電極１は、例えば白金に無電解メッキを施すことにより形成され、微視的には多孔質性である。電極１を用いることにより、絶縁ガス中の水分が固体電解質膜２に浸透し易くなる。固体電解質膜２は例えば水素イオン導電性ポリマで構成され、その含水率は絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態となる。即ち、絶縁ガス中の水分濃度が高くなると含水率が増大し、逆に絶縁ガス中の水分濃度が低くなると含水率が低下する。固体電解質膜２としては、例えばデュポン社のナフィオン（ＮＡＦＩＯＮ（登録商標））を用いることができる。後述するように、電極１と固体電解質膜２とによって水分センサとしてのインピーダンス素子７が構成される。

電極１の例えば一方には、温度センサ３が取り付けられている。温度センサ３は、例えばＰｔ１００（白金抵抗体）などの測温抵抗体を備えて構成される。温度センサ３は、電極１に取り付けられているので、固体電解質膜２近傍のガス温度を測定することができる。

ガス室３１ｂ内には、吸着剤４２が配置されている。この吸着剤４２は、ガス室３１内の水分を吸着し、固体電解質膜２近傍の雰囲気を極乾燥状態にすることができる。吸着剤４２としては、吸着性に優れたものが好ましい。

信号処理部３２内には、インピーダンス測定回路１０、温度測定回路１１、演算部１２、及び表示器１３が配置されている。

インピーダンス測定回路１０は、電極１に接続され、電極１に交流電圧を印加することにより電極１間の交流インピーダンス（即ち、固体電解質膜２の交流インピーダンス）を測定する（インピーダンス測定手段）。インピーダンス測定回路１０は、例えば、電極１に電圧を印加する交流電源（図示せず）、及びこの交流電源により電圧を印加した状態で電極１間に流れる交流電流を検出する分圧抵抗（図示せず）等を備えて構成される。なお、詳細は例えば特許文献１に記載されているので省略する。

温度測定回路１１は、温度センサ３に接続され、固体電解質膜２の近傍の絶縁ガスの温度を計測することができる（温度測定手段）。温度測定回路１１は、例えば温度センサ３に電圧を印加する直流電源（図示せず）、及び温度センサ３に流れる電流を検出する分圧抵抗（図示せず）等を備えて構成される。

演算部１２は、演算機能及び制御処理機能を有する。演算部１２は、特に水分濃度検出部としての機能を有し、インピーダンス測定回路１０から得られたインピーダンス値と温度測定回路１１から得られた温度測定値とに基づいて水分濃度を求めることができる。また、演算部１２は、バルブ６の開閉を制御することができる。また、表示器１３は、演算部１２の出力を表示することができる。なお、水分濃度検出装置３０は、その他、当該装置を制御等するための入力部なども備えているが、図では省略している。

ここで、演算部１２による水分濃度の検出処理について具体的に説明する。絶縁ガスの温度が一定の条件下では、絶縁ガス中の水分濃度と固体電解質膜２の交流インピーダンスとの間には、例えば図２に示すような関係が存在する。図２は、温度がある一定値の場合において、絶縁ガス中の水分濃度（ｐｐｍ）と固体電解質膜２の交流インピーダンス（Ω）との関係を示したグラフであり、測定結果に基づいて作成されたものである。なお、ここでは一例として電源周波数５０Ｈｚで取得した結果を示している。図２に示すように、交流インピーダンスは水分濃度の増加に対して単調減少している。そこで、図２のような関係を示すデータ、具体的には、交流インピーダンスに対して水分濃度を与えるデータを予め演算部１２に付与しておけば（あるいは、演算部１２に接続された図示しない記憶装置に予め保存しておけば）、演算部１２は、少なくとも温度が当該一定値の環境下では、予め付与されたデータを参照することにより、インピーダンス測定回路１０から得られたインピーダンス値に対応する水分濃度を求めることができる。

なお、ガス絶縁機器２０が屋外に設置される場合は、ガス絶縁機器２０内部の温度が一般に数十℃も変化するので、水分濃度の検出に際しては、一般に交流インピーダンスの温度依存性を考慮する必要がある。そこで、本実施の形態では、固体電解質膜２の近傍に配置された温度センサ３を用いて絶縁ガスの温度を計測するとともに、温度と交流インピーダンスに対して水分濃度を与えるマトリックスデータを予め演算部１２に付与しておく（あるいは、演算部１２に接続された図示しない記憶装置に予め保存しておく）。こうすることで、演算部１２は、このマトリックスデータを参照することにより、インピーダンス測定回路１０から得られたインピーダンス値と温度測定回路１１から得られた温度測定値とに対応する水分濃度を検出値として出力することができる。なお、マトリックデータは例えば次のようにして作成することができる。図３は、複数の異なる水分濃度に対して温度と交流インピーダンスとの関係を示したグラフであり、測定結果に基づいて作成したものである。図３では、５つの異なる曲線は、水分濃度が１００（ｐｐｍ）、３００（ｐｐｍ）、１０００（ｐｐｍ）、３０００（ｐｐｍ）、１００００（ｐｐｍ）の場合を示している。そこで、図３のグラフの温度及びインピーダンスをそれぞれ離散化することにより、インピーダンスと温度とに対して水分濃度を与えるマトリックスデータを得ることができる。なお、図３に示すように、３０００（ｐｐｍ）より低い水分濃度に対しては、温度の上昇とともにインピーダンスも増大する。３０００（ｐｐｍ）より高い水分濃度に対しては、温度の上昇とともにインピーダンスは減少する。

次に、インピーダンス素子７を用いた水分濃度の検出処理について説明する。ガス室３１ａ内に絶縁ガスを導入すると、やがて固体電解質膜２の水分量は絶縁ガスに含まれる水分と平衡状態になる。その後、電極１にインピーダンス測定回路１０から交流電圧を加えると、固体電解質膜２の水分濃度に応じた交流インピーダンスがインピーダンス測定回路１０で測定される。インピーダンス測定回路１０は、インピーダンス測定値を演算部１２に出力する。また、温度測定回路１１は、温度センサ３により検出された絶縁ガスの温度測定値を演算部１２に出力する。演算部１２は、上記のように、予め付与されたマトリックスデータを参照して、インピーダンス測定値と温度測定値に対応する水分濃度を求める。演算部１２は、得られた水分濃度を表示器１３に送り表示させる。

ところで、水分濃度検出装置３０のガス室３１は、水分濃度の測定開始前は、大気環境の通常の空気又は前回の測定で使用されたサンプリングガスが満たされた状態にある。空気中の水分濃度は一般に数１００００ｐｐｍもしくはそれ以上となり得る。一方、実運用されているガス絶縁機器２０内の絶縁ガス中の水分濃度は一般に数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍであり、空気中の水分濃度とは非常に大きな濃度差が存在する。そこで、この濃度差が測定に与える影響について説明する。

図４は、インピーダンス素子７で測定された交流インピーダンスの時間変化曲線の例を示した図である。図４では、大気雰囲気中に置かれていたインピーダンス素子７を、所定の水分濃度の環境におき、水分濃度の測定を開始した場合の交流インピーダンスの時間変化を示したものである。図中、Ｉ１は水分濃度が数百ｐｐｍの場合の測定結果を示し、Ｉ２は水分濃度が数十ｐｐｍの場合の測定結果を示している。図４からわかるように、絶縁ガス中の水分濃度が高い方（より大気雰囲気に近い方）であるＩ２が早く収束し、水分濃度が低い方（大気雰囲気から離れている方）であるＩ１は収束するのに時間がかかる傾向が確認される。

このように、測定開始時に、固体電解質膜２の含水率が、測定対象となる絶縁ガス中の水分濃度と近い状態にある場合にはインピーダンス素子７の応答は短時間で収束するが、逆にその含水率が絶縁ガス中の水分濃度から大きくかけ離れていた場合には、インピーダンス素子７の応答は中々収束せず、すぐに最終的な測定値を得ることは困難である。

すなわち、短時間のうちに最終的な「測定値」を得るためには、測定当初から測定対象となる絶縁ガスの水分状態にできるだけ近い状態にインピーダンス素子７を置いておくことが望ましく、そうすることで絶縁ガス中の水分濃度の測定結果を短時間で得ることができる。

そこで、本実施の形態では、ガス室３１ｂ内に吸水性の吸着剤４２を置き、例えば水分濃度の測定時以外はバルブ６を開放してガス室３１ａとガス室３１ｂとを連通路５を通じて連通した状態にし、又は例えば水分濃度の測定開始前の所定時間内はバルブ６を開放してガス室３１ａとガス室３１ｂとを連通路５を通じて連通した状態にすることにより、水分濃度の測定開始前に、ガス室３１ａ内を極乾燥状態にする。そうすると、固体電解質膜２はこの乾燥した雰囲気と平衡状態となり、固体電解質膜２中の水分は著しく減少する。そして、水分濃度の測定開始時には、まず、バルブ６を閉じてガス室３１ａをガス室３１ｂから隔絶した状態にして水分濃度の測定に吸着剤４２が影響を及ぼさないようにし、更に配管２１のバルブ２２を開放して、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガスをガス室３１ａ内に流入させる。バルブ６は、測定中には閉じた状態である。

ガス室３１ａ内の絶縁ガス中に配置された固体電解質膜２は、既にその含水率が低減されているので、短時間で絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になる。つまり、本実施の形態では、吸着剤４２を用いることにより、測定開始時における固体電解質膜２の含水率が絶縁ガス中の水分濃度に近くなるように低減されているので、インピーダンス値は測定開始後短時間で収束する。その後の、インピーダンス測定回路１０、温度測定回路１１、及び演算部１２による水分濃度検出処理は既に説明したとおりである。吸着剤４２の量は除湿能力に影響するが、その量は測定対象である絶縁ガス中のおよその水分濃度（一般に数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ）に応じて決めることができる。

なお、バルブ６による連通路５の開閉は演算部１２により制御される。例えば、水分濃度検出装置３０の入力部を操作することにより、バルブ６の開閉信号を入力することができ、演算部１２はこの開閉信号を受けると当該信号内容に応じてバルブ６を開又は閉制御するようにしてもよい。また、演算部１２が、水分濃度測定の開始及び終了を自動で認識し、測定終了時にバルブ６を開状態とし、測定開始時にバルブ６を閉状態とするようにしてもよい。

このように、本実施の形態においては、インピーダンス素子７全体が配置されるガス室３１ａ内の雰囲気を、乾燥手段としての吸着剤４２を用いることで、予めガス絶縁機器２０内部の絶縁ガスの水分濃度の状態と近い極乾燥状態とすることにより、固体電解質膜２の含水率が絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になるまでの時間が短縮されるので、水分濃度の測定を短時間で実施することができるという効果がある。

通常、水分センサは大気の湿度のコントロールなどの用途に使われるため、本実施の形態のように極めて低い水分濃度の領域を対象としていない。しかしながら、ガス絶縁機器２０内部の絶縁ガス中の水分濃度を測定する場合は、通常の測定範囲を超えて測定することとなり、上記のように測定時間の問題が顕在化する。大気の湿度を測定する場合は、通常は、測定開始後数分のうちに測定結果が出力されるが、測定対象の水分濃度と固体電解質膜２の初期の含水率との間に桁違いの水分濃度差があった場合には、特に測定対象の水分濃度がより低い場合は、固体電解質膜２から水分が十分に抜ける必要があるため、その状態になるまでには非常に時間がかかる。したがって、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガス中の水分濃度の測定においては、本実施の形態は測定時間の短縮に非常に有効な手段を提供するといえる。

また、本実施の形態では、固体電解質膜２の交流インピーダンスと固体電解質膜２の近傍のガス温度を測定することにより、水分濃度を検出するようにしている。その際に、例えば、交流インピーダンス測定結果と温度測定結果を基に予め求めておいたマトリックスデータを用いて水分濃度を検出する。したがって、本実施の形態によれば、温度の影響を受けず正しい水分濃度を測定できるので、水分濃度の測定誤差を小さくすることができるという効果がある。

本実施の形態では、固体電解質膜２の有する温度特性を考慮して水分濃度を求めるために、インピーダンスと温度とに対して水分濃度を与えるマトリックスデータ（テーブルデータ）を予め用意しておき、このマトリックスデータを参照することにより水分濃度を求めるようにしているが、マトリックスに限らず、インピーダンスと温度とに対して水分濃度を与えるものであればよく、例えば関数などで与えてもよい。

なお、絶縁ガスの温度が略一定の環境下では、インピーダンスの温度依存性は無視できるので、この場合は、温度センサ３及び温度測定回路１１を設けずともよく、演算部１２は、インピーダンスに対して水分濃度を与えるデータ（テーブルデータ）を予め用意しておき、このデータを参照することによりインピーダンス値から水分濃度を求めることができる。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態に係る水分濃度検出装置の構成図である。なお、図５では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。実施の形態１では、インピーダンス素子７が設置されたガス室３１ａを、ガス絶縁機器２０内部の水分状態に近い環境にするためにガス室３１ｂ内に吸着剤４２を設置したが、本実施の形態では、図５に示すように、測定開始前にガス室３１内の水分をガス室３１外部に放出し、ガス室３１内にある雰囲気を極乾燥状態にする除湿機４３をガス室３１に設ける構成とする。

即ち、本実施の形態では、実施の形態１の壁部４、連通路５、バルブ６、及び吸着剤４２を設けることなく、ガス室３１も単一の室として、ガス室３１には乾燥手段としての除湿機４３を設置している。除湿機４３は、ガス室３１内の雰囲気の水分を除去してその水分を水分濃度検出装置３０外部に放出することにより、ガス室３１内の雰囲気を極乾燥状態にすることができる。除湿機４３には、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチ（図示せず）が設けられており、このスイッチを操作することにより、除湿機４３を稼動又は停止させることができる。

本実施の形態では、例えば水分濃度の測定開始前の所定時間内に除湿機４３を稼働することにより、水分濃度の測定開始前に、ガス室３１内を極乾燥状態にする。除湿機４３の稼働時間は、測定対象である絶縁ガス中のおよその水分濃度（一般に数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ）に応じて設定する。そして、水分濃度の測定開始時には、除湿機４３を停止した状態にして水分濃度の測定に除湿機４３の存在が影響を及ぼさないようにし、更に配管２１のバルブ２２を開放して、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガスをガス室３１内に導入する。

ガス室３１ａ内の絶縁ガス中に配置された固体電解質膜２は、既にその含水率が低減されているので、短時間で絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になる。つまり、本実施の形態では、除湿機４３を用いることにより、測定開始時における固体電解質膜２の含水率が絶縁ガス中の水分濃度に近くなるように低減されているので、測定されるインピーダンス値は測定開始後短時間で収束する。その後の水分濃度検出処理は実施の形態１で説明したとおりである。

本実施の形態によれば、ガス室３１内に除湿機４３を設置し、測定開始前にガス室３１内の雰囲気を極乾燥状態とすることにより、固体電解質膜２の含水率が絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になるまでの時間が短縮されるので、水分濃度の測定を短時間で実施することができるという効果がある。なお、本実施の形態のその他の構成、動作、及び効果は実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
図６は、本実施の形態に係る水分濃度検出装置の構成図である。なお、図６では、図５と同一の構成要素には同一の符号を付している。実施の形態２では、インピーダンス素子７が設置されたガス室３１を、測定開始前にガス絶縁機器２０内部の水分状態に近い環境にするために、ガス室３１内に除湿機４３を設置したが、本実施の形態では、図６に示すように、水分濃度検出装置３０の外部に真空ポンプ４１を設け、この真空ポンプ４１をガス室３１の排気口３５に接続し、測定開始前に真空ポンプ４１を稼動してガス室３１内のガスをそれに含まれる水分とともにガス室３１外部に放出し、ガス室３１内を極乾燥状態にする構成とする。

即ち、本実施の形態では、実施の形態２の除湿機４３を設ける代わりに、ガス室３１につながる排気口３５を設け、この排気口３５に乾燥手段としての真空ポンプ４１を接続する。なお、排気口３５には、図示しないバルブが設けられていて、真空ポンプ４１を取り外したときに、このバルブを閉じることでガス室３１を密封することができる。

本実施の形態では、例えば水分濃度の測定開始前の所定時間に真空ポンプ４１を稼働することにより、少なくとも水分濃度の測定開始直前には、ガス室３１内を極乾燥状態にする。真空ポンプ４１の稼働時間は、測定対象である絶縁ガス中のおよその水分濃度（一般に数十ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ）に応じて設定する。そして、水分濃度の測定開始時には、真空ポンプ４１を停止した状態にして水分濃度の測定に真空ポンプ４１の存在が影響を及ぼさないようにし、更に配管２１のバルブ２２を開放して、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガスをガス室３１内に導入する。

ガス室３１ａ内の絶縁ガス中に配置された固体電解質膜２は、既にその含水率が低減されているので、短時間で絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になる。つまり、本実施の形態では、真空ポンプ４１を用いることにより、測定開始時における固体電解質膜２の含水率が絶縁ガス中の水分濃度に近くなるように低減されているので、測定されるインピーダンス値は測定開始後短時間で収束する。その後の水分濃度検出処理は実施の形態１，２で説明したとおりである。

本実施の形態は、実施の形態２と同様に、水分濃度の測定を短時間で実施することができるという効果がある。なお、本実施の形態のその他の構成、動作、及び効果は実施の形態２と同様である。

実施の形態４．
図７は、本実施の形態に係る水分濃度検出装置の構成図である。なお、図７では、図１と同一の構成要素には同一の符号を付している。実施の形態１では、インピーダンス素子７が設置されたガス室３１ａを、ガス絶縁機器２０内部の水分状態に近い環境にするためにガス室３１ｂ内に吸着剤４２を設置したが、本実施の形態では、図７に示すように、電極１の例えば一方の表面にヒーター４５を設置し、このヒーター４５で電極１の表面を加熱することにより、固体電解質膜２に含まれる水分の離脱を促進させる構成である。

即ち、本実施の形態では、実施の形態１の壁部４、連通路５、バルブ６、及び吸着剤４２を設けることなく、ガス室３１も単一の室として、ガス室３１内の電極１の表面にヒーター４５を設置している。また、信号処理部３２内には、ヒーター４５の加熱を制御するヒーター制御部４６が設けられている。ヒーター制御部４６は、更に例えば演算部１２により制御される構成としてもよい。ヒーター４５は、少なくともいずれか一方の電極１の表面に設けることができるが、温度センサ３が設置された電極１と対向する電極１に設けることが好ましい（図７参照）。これは、ヒーター４５による局所的な加熱の影響が温度センサ３による温度計測に影響を及ぼさないようにするためである。

本実施の形態では、測定開始前に、ヒーター４５によりインピーダンス素子７を加熱することにより、固体電解質膜２から水分を離脱させる。加熱時間は、長いほど好ましいが、少なくとも所定の時間は継続する。そして、水分濃度の測定開始時には、ヒーター４５を停止した状態にし、更に配管２１のバルブ２２を開放して、ガス絶縁機器２０内の絶縁ガスをガス室３１内に導入する。また、ヒーター４５は、測定中は停止する。

ガス絶縁機器２０からガス室３１内に流れ込んできた測定対象の絶縁ガスに対して、固体電解質膜２の含水率は予めヒーター４５による加熱で減少しているので、固体電解質膜２の含水率は短時間で絶縁ガス中の水分濃度と平衡状態になる。その後の水分濃度検出処理は実施の形態１〜３で説明したとおりである。

本実施の形態によれば、ヒーター４５の加熱により予め固体電解質膜２の含水率を低くしておくことで、水分濃度の測定を短時間で実施することができるという効果がある。なお、本実施の形態のその他の構成、動作、及び効果は実施の形態１〜３と同様である。

実施の形態５．
図８は、本実施の形態に係る水分濃度検出装置の構成図である。なお、図８では、図１及び図７と同一の構成要素には同一の符号を付している。本実施の形態は、実施の形態１に実施の形態４を適用したものであり、図８に示すように、実施の形態１の構成に更にヒーター４５及びヒーター制御部４６を設けたものである。

本実施の形態では、測定開始前に、実施の形態１で説明したように吸着剤４２でガス室３１ａ内を極乾燥状態にするとともに、実施の形態４で説明したようにヒーター４５で固体電解質膜２からの水分の離脱促進を図る。これにより、水分濃度の測定をより一層短くすることができるという効果がある。本実施の形態のその他の構成、動作、及び効果は実施の形態１，４と同様である。

なお、図は省略するが、本実施の形態と同様にして、実施の形態２に実施の形態４を適用した構成、及び実施の形態３に実施の形態４を適用した構成も可能であり、本実施の形態と同様の効果を奏する。

本発明は、ガス絶縁機器内に充填された絶縁ガス中の水分濃度の検出に適している。

１電極
２固体電解質膜
３温度センサ
４壁部
５連通路
６バルブ
７インピーダンス素子
１０インピーダンス測定回路
１１温度測定回路
１２演算部
１３表示器
２０ガス絶縁機器
２１配管
２２バルブ
３０水分濃度検出装置
３１，３１ａ，３１ｂガス室
３２信号処理部
３５排気口
４０取付口
４１真空ポンプ
４２吸着剤
４３除湿機
４５ヒーター
４６ヒーター制御部

Claims

ガス絶縁機器内に充填された絶縁ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出装置であって、
前記ガス絶縁機器から導入された前記絶縁ガスを封入するガス室と、
このガス室内で互いに対向して配置された多孔質性の電極と、
これらの電極間に挟持され固着された水素イオン導電性の固体電解質膜と、
前記電極に交流電圧を印加して前記電極間の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定手段と、
前記インピーダンス測定手段により測定された前記交流インピーダンスに基づいて前記絶縁ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出部と、
前記水分濃度の測定開始前に、前記絶縁ガスが前記ガス絶縁機器から導入される前の前記ガス室内の雰囲気から水分を除去する乾燥手段と、
を備えることを特徴とする水分濃度検出装置。
前記ガス室は、前記電極及び前記固体電解質膜が配置された第１のガス室と、この第１のガス室との間が壁部で仕切られた第２のガス室とから成り、
前記壁部には、前記第１のガス室と前記第２のガス室との間を連通する連通路と、この連通路を開閉するバルブが設けられ、
前記バルブは、前記水分濃度の測定開始前の少なくとも所定の時間内は開状態にあり、かつ、前記水分濃度の測定中は閉状態にあり、
前記乾燥手段は、前記第２のガス室内に設置された吸着性の吸着剤であることを特徴とする請求項１に記載の水分濃度検出装置。
前記乾燥手段は、前記ガス室に設置され前記ガス室から水分を除去する除湿機であることを特徴とする請求項１に記載の水分濃度検出装置。
前記乾燥手段は、前記ガス室の外部に設置されて前記ガス室と排気口を通じて接続された真空ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の水分濃度検出装置。
少なくともいずれか一方の前記電極の表面に設けられ、前記固体電解質膜に含まれる水分の離脱を促進させるヒーター部をさらに備え、
このヒーター部は、前記水分濃度の測定開始前の少なくとも所定の時間内は加熱状態にあり、かつ、前記水分濃度の測定中は加熱停止状態にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水分濃度検出装置。
前記固体電解質膜の近傍に配置された温度センサを用いて前記絶縁ガスの温度を測定する温度測定手段を備え、
前記水分濃度検出部は、前記インピーダンス測定手段により測定された前記交流インピーダンスと前記温度測定手段により測定された前記温度とに基づいて前記絶縁ガス中の水分濃度を検出することを特徴とする請求項１に記載の水分濃度検出装置。
前記水分濃度検出部は、温度と交流インピーダンスに対して水分濃度を与えるマトリックスデータを予め保持しており、このマトリックスデータを参照して、前記インピーダンス測定手段により測定された前記交流インピーダンスと前記温度測定手段により測定された前記温度とに対応する水分濃度を検出値として出力することを特徴とする請求項６に記載の水分濃度検出装置。