JP5214067B2 - 水分濃度検出装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る水分濃度検出装置の構成図である。図1に示すように、SF6ガス中の水分濃度を検出する水分濃度検出装置100は、インピーダンス素子50、交流電源4、分圧抵抗5、アンプ6、フィルタ3、ログアンプ7、マイコン(水分濃度検出部)11、V−I変換回路12を備える。
実運用されているガス絶縁機器の水分濃度は一般に数十ppm〜数百ppmであり、水分濃度が数十ppmまで下がると、水分濃度低下に伴い上記固体電解質膜の交流インピーダンスは十オーム程度から指数関数的に増加し1メガオーム以上にも達する(特許文献1参照)。
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)。
図9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9では、例えばSF6ガス等の絶縁ガスが充填されたガス絶縁機器13と、このガス絶縁機器13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13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13と接続されている。バルブ22を開放すると、ガス絶縁機器13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。
実施の形態3では、例えば測定開始後一定時間tが経過したときのインピーダンス値A[Ω]を測定することにより水分濃度を求めたが、本実施の形態は、インピーダンス値の初期の傾きによって水分濃度を求めるものである。
2 固体電解質膜
3 フィルタ
4 交流電源
5,9 分圧抵抗
6,10 アンプ
7 ログアンプ
8 直流電源
11 マイコン
12 V−I変換回路
13 ガス絶縁機器
17 インピーダンス測定回路
18 記憶装置
20 表示器
33 温度センサ
50 インピーダンス素子
100 水分濃度検出装置
Claims (9)
- 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、
前記絶縁ガス中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325Hzの周波数または10Hz以下の周波数で交流電圧を印加する電圧印加部と、
交流電圧が印加された状態で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を対数変換して出力するログアンプと、
前記ログアンプから出力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、
水分濃度の測定開始前は大気雰囲気の空気が封入され、水分濃度の測定開始時に前記ガス絶縁機器から導入された前記絶縁ガスが封入され、内部に前記電極が互いに対向して配置されたガス室と、
前記絶縁ガス中の水分濃度に応じた前記交流インピーダンスの時間変化を表すインピーダンス時間変化曲線群を複数の異なる水分濃度毎に記憶する記憶部と、
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る交流インピーダンスの測定値が収束する前において、少なくとも一以上の時点における前記交流インピーダンスの測定値又は一定の期間内における前記交流インピーダンスの測定値の挙動と、前記記憶部に記憶されたインピーダンス時間変化曲線群とを比較し、前記挙動と同じ挙動を示すインピーダンス時間変化曲線を特定して、当該特定されたインピーダンス時間変化曲線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水分濃度検出装置。 - 前記ログアンプは、140dB以上の入力特性を持つことを特徴とする請求項1に記載の水分濃度検出装置。
- 前記電極に印加される交流電圧の周波数が325Hzであって、
50Hzおよび60Hzが含まれる所定の周波数以下の成分を除去し、325Hzの成分を通過させるハイパスフィルタをさらに備え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。 - 前記電極に取り付けられた温度センサを用いて前記絶縁ガスの温度を計測する温度計測手段を備え、
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データ又は関数を予め保持しており、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計測手段により計測された前記温度とに基づいて、前記データ又は前記関数を用いて、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計測手段により計測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4に記載の水分濃度検出装置。
- 前記マトリックスデータは、特定の水分濃度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し、前記特定の水分濃度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ものであることを特徴とする請求項5に記載の水分濃度検出装置。
- 前記水分濃度検出部は、前記水分濃度の測定開始後所定の時間が経過した時点における前記交流インピーダンスの測定値と、前記記憶部に記憶された前記インピーダンス時間変化曲線群とを比較し、前記所定の時間が経過した時点における交流インピーダンスの値が前記交流インピーダンスの測定値と一致し又は最も近いインピーダンス時間変化曲線を特定して、当該特定されたインピーダンス時間変化曲線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1に記載の水分濃度検出装置。
- 前記水分濃度検出部は、所定の期間における前記交流インピーダンスの測定値の傾きと、前記記憶部に記憶された前記インピーダンス時間変化曲線群とを比較し、前記所定の期間における交流インピーダンスの傾きが前記交流インピーダンスの測定値の傾きと一致し又は最も近いインピーダンス時間変化曲線を特定して、当該特定されたインピーダンス時間変化曲線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7に記載の水分濃度検出装置。
- 前記記憶部は、前記絶縁ガス中の水分濃度および温度に応じた前記交流インピーダンスの時間変化を表すインピーダンス時間変化曲線群を複数の異なる水分濃度および複数の異なる温度毎に記憶し、
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る交流インピーダンスの測定値が収束する前において、前記温度計測手段により計測された前記絶縁ガスの温度に基づき、少なくとも一以上の時点におけるインピーダンス値又は一定の期間内におけるインピーダンス値の挙動と、前記記憶部に記憶された前記温度に対応するインピーダンス時間変化曲線群とを比較し、前記挙動と同じ挙動を示すインピーダンス時間変化曲線を特定して、当該特定されたインピーダンス時間変化曲線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4に記載の水分濃度検出装置。
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