JPH02227674A - 油中可燃性ガス検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油入機器、例えば油入変圧器の絶縁油中に溶解
している可燃性ガスを分離し１分離された可燃性ガスの
量を測定して油入変圧器の異常を早期に検出する装置に
関する。

〔従来の技術〕

油入電気機器、例えば油入変圧器などの内部に熱的もし
くは電気的な異常がおきると、その周辺の絶縁油や絶縁
物が分解し、ガスを発生する。これらのガスは絶縁油中
に溶解し、油中のガス濃度が増大するので油中に溶存し
ているガス（以下、油中ガスと称する）を抽出して分析
し、その分析ＷＩ呆から変圧器内部の異常状態を診断す
る方法が既によく知られて怠り、異常状態を早期に発見
できるので国内外で広く用いられている。

一般に行なわれ°Ｃいる油中ガスの分析方法は、対象と
する変圧器から絶縁油を採取したのち水銀を使ったトリ
チェリ真空やチックポンプによる真便を利用して油中ガ
スを抽出し、抽出ガスをガスクロマトグラフにより分析
するものである。しかし、この方法は手軽に実施できる
反面１手動または半自動で行なわれるため、分析開始か
ら終了までの全過程を通して人手を必要とし、しかも操
作が複雑であって精度の高い分析をするためには熟練し
た技術者が必要である。そしてかなりの労力、時間、経
費を必要とする。このため、これらの操作を自動化した
現地据え付は型の自動ガス分析装置も開発されている（
％公開５２−２０９号公報、雑誌「富士時報」第４５巻
！１１号、「石油学会誌」第ス巻Ｉ！２号参照）が、装
置が高価であり、保守の面でも労力が大きい欠点がある
。

一方、最近では、操作が複雑なガス抽出装ｆｉｌζ代わ
るものとして液体は通過させないで気体のみを通過させ
るガス透過材を利用する方法が考案されている。この方
法は変圧器の一部、たとえば排油口などに高分子膜を取
り付けて油とガス検知室とを分離し、膜を透過したガス
を検知室内に設けた電解質電極あるいは接触燃焼式や半
導体式のガス検知素子で検知し、変圧器内部の異常を発
見しようとするものである。この方法は装置が単純で安
価である反面、ガスの透過速度が比較的遅いため検知室
内のガス濃度がなかなか平衡に達しないので異常の発見
が遅れる欠点がある。さらに検知室内の酸素が膜を通し
て変舶器内部の絶縁油中に溶は込み、変圧器に悪影醤を
与える欠点もあつた。

以上の問題を解決するために、本発明者らの発明磨こな
る油中可燃性ガス検出装置を特許出賦中である（％願昭
６３−２８５２５号および特願昭６３−２９２９７号参
照）。第４図はこの油中可燃性ガス検出装置の構成とと
もに油とガスの経路を説明するための系統図を示したも
のであり、以下に装置の各構成部材とその作用を図を参
照しつつ変圧器内の絶縁油中に溶解しているガスを抽出
器で抽出した抽出ガス中の可燃性ガス量の測定過程を説
明する。

後に詳細を説明するガス抽出器１に接続されている配管
から図示されていない変圧器内の絶縁油がこのガス抽出
器１内に一定量採取され、ここでＪｌ！Ｉ　Ｍ　油中に
齢解しているガスが抽出される。このガス抽出器から上
方に延びる配管にはガス溜め室が接続され、さらにここ
から電磁弁１０．ガス検知輩３および電磁弁８を介して
系外の自由端に接続される経路、系外の自由端から電磁
弁６．エアボンダ４ｅＦｒｔ量詞節パルプ５および電磁
弁９を介してガス抽出器ｌとガス溜め室２とを結ぶ配管
の中間に接続される経路、この二つの経路を電磁弁７を
介して結ぶ経路、および、ガス溜め室２と電磁弁１０と
を結ぶ配管の中間から電磁弁１１を介して図示していな
い空気導入口やガス溜め室２内を真空にする真空ポンプ
に接続される経路とから構成されている。ガス検知室３
内には抽出ガス中の可燃性ガス量を測定するために接触
燃焼式のガス検知素子が設置されており、この接触燃焼
式ガス検知素子は可燃性ガス警報器として徨々市販され
ているもので適当な温度に加熱された触媒に可燃性ガス
を含んだ空気が接触すると触媒表面で燃焼し、触媒内の
金属導体が加熱されて電気抵抗が変化するのでこの変化
を測定すれば抽出ガス中の可燃性ガス量が測定できる。

ガス溜め室２内に集められている抽出ガス中の可燃性ガ
ス量の測定は以下の手順で行なわれる。測定を開始する
前に図示していないガス検知素子の出力を安定させるた
めに電磁弁６を介して系外から導入した空気をエアボン
グ４で流量調節バルブ５．電磁弁７を通してガス検知室
３にお（す、さら醤こガス検知室３内の空気は亀―弁８
を通って系外に流出する。ガス検知素子の出力が安定し
たのち電磁弁９およびｌＯを開けると同時に電磁弁７を
閉めると、今まで電磁弁７を通りてガス検知室に流れて
いた空気は電磁弁９を通ってガス溜め室２に流入し、ガ
ス溜め室２内の抽出ガスは電磁弁１０を通ってガス検知
室３に流入する。ガス検知室３に流入した抽出ガス中の
可燃性ガスはガス検知素子上で燃焼するのでガス検知素
子の金属導体の電気抵抗が変化し、これによって可燃性
ガス量が測定される。ガス検知室３内で燃焼した残りの
ガスおよび未燃焼のガスは電磁弁８を通って系外に排出
される。

ところで、上述の油中可燃性ガス検出装置を構成するガ
ス抽出器ｌは、ベローズの一方端が一方の面に固着され
たピストンをシリンダ内に収納し、ベローズの他方端を
シリンダ底面に固着してなるもので、ベローズを備えた
ピストンの進退動作を繰り返すことにより、前回のガス
検出時に抽出器内に残留していた古い絶縁油を排除しつ
つベローズとシリンダとの間の空間に機器内の新しい絶
縁油を採取することが可能になるとともに、この採取さ
れた新しい絶縁油に溶解しているガスを、前記ピストン
を再び進退動作させて前記ベローズとシリンダとの間に
採取された油をピストンを前後に貫通する細孔を通して
ピストン背後の減圧された空間に激しく噴出させること
により抽出することができるから、絶縁油中の溶解ガス
は外気と接触することなく抽出される。また、真空ポン
プは。

ピストン背後に抽出されたガスがピストンの進退動作に
よりガス溜め富に送り込まれるのに先立ち。

あらかじめ前回のガス検出時にガス溜め案内に残留して
いたガスを完全に除去するから、ガス溜め室内には全く
新しいガスのみが貯留されることになる。また、このガ
ス溜め室内に導入されガス検知室内に送入されてこの室
内に設置されたガス検知素子の校正に用いられる標準混
合ガスも、校正終了後は完全に除去され、この校正ガス
も溶解ガスの検出精度には影響を与えない。さらに、こ
の装置構成では、抽出ガスがガス検知室に送り込まれる
のに先立ち、エアポンプにより外部の新しい空気がガス
検知室に送り込まれ、かつこの空気はガス検知室から装
置の系外へ排出されるから、ガス検知室内はエアポンプ
の運転中宮に新しい空気で洗われ、このためガス検知素
子は前回の抽出ガスや校正ガスの影響のない、新しくか
つ安定した状態で検知動作に入ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述の油中可燃性ガス検出装置による本
願発明者らのその後の研究−ζよれば、上述のように測
定精度に配慮した装置構成にもかかわらず、測定値に誤
差が生じ、この誤差は真の値よりも高い方に生じるとと
もに測定値自体にばらつきが岨じることが判明した。

この発明の目的は、測定値のばらつきが小さくなり、こ
れにより誤差レベルの評価が容易となる油中可燃性ガス
検出装置の構成、あるいは、測定値自体の誤差が小さく
なる油中可燃性ガス検出装置の構成を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

前記の課題を解決するため１本発明にたいては、油中可
燃性ガス検出装置を、ベローズを備えたピストンの進退
動作により油入電気機器内の絶縁油を採取し、かつ該絶
縁油中の溶解ガスを抽出する抽出器、該抽出器に配管さ
れ抽出ガスを貯留するガス溜め室、該ガス溜め室を真空
にする真空ポンプ、該ガス溜め室内の抽出ガスを循環さ
せつつ攪拌する攪拌ポンプ、該ガス溜め室内の抽出ガス
をガス検知室に送り込む空気を送出するエアポンプ、可
燃性ガスを検知するガス検知素子を設置してある前記ガ
ス検知室を用いて僕成し、前記攪拌ポンプにより循環、
ｔ！１拌された抽出ガスを前記ガス検知室に送り込み、
該ガス検知室から流出する抽出ガスを系外へ空気で送り
出しつつ抽出ガス中の可燃性ガス量を測定するか、ある
いは、油中可燃性ガス検出装置を、ベローズを備えたピ
ストンの進退動作により油入電気機器内の絶縁油を採取
し、かつ該絶縁油中の溶解ガスを抽出する抽出器、該抽
出器に配管され抽出ガスを貯留するガス溜め室、該ガス
溜め室を真空にする真空ポンプ、該ガス溜め室内の抽出
ガスをガス検知室に送り込む空気を送出するエアポンプ
、油ミストあるいは油蒸気等の影響を除去する活性炭カ
ラム、詔よび可燃性ガスを検知するガス検知素子を設置
してある前記ガス検知室を用いて構放し、前記ガス溜め
室内の抽出ガスを活性炭カラムを通してガス検知室に送
り込み、該ガス検知室から流出する抽出ガスを系外へ空
気で送り出しつつ抽出ガス中の可燃性ガス量を測定する
ものとする。

〔作用〕

この発明は、ガス抽出器により油中に溶存しているガス
を採取する際に、油の微粒や蒸気が混入して採取され、
これが可燃性ガス量測定時の誤差を与える原因となるこ
とに着目したものである。

すなわち、すでに述べたように、ベローズを備えたピス
トンをシリング内で進退させ、ピストンを前後に貫通す
る細孔を通してピストン背後の減圧された空間に油を激
しく噴出させると、この減圧された空間内には油中溶存
ガスのほかに油の微粒や蒸気が共存し、これを配管を介
してガス溜め室内へ導いたとき、ガス溜め室内には、油
の液状のものはほとんどないが、溶存ガスと油の微粒に
よるミストと油の蒸気とが共存し、しかもこれら溶存ガ
子とミストと蒸気との９間分布が室内で均一にならず、
しかも、この空間分布は時間とともに変化する。このた
め、ガス虐め室内のいわゆる抽出ガスをガス検知室内へ
送り出すときに、送り出しの初期と後期とでは送り出さ
れたガスの組成が異なったものとなり、測定値にばらつ
きが生じる。

また、ガス検知室内へ送り込まれる抽出ガス中には、溶
存ガスのほか油のミストや蒸気が含まれているから、可
燃性ガスのみの真の値を測定することはできない。

そこで、本発明のように、油中可燃性ガス検出装置内に
、ガス溜め室に貯溜された抽出ガスを循還させつつ攪拌
するｔＬｊ拌ポンプを設け、可燃性ガス量測定時にこの
攪拌ポンプを稼動させて抽出ガスを循環させつつ攪拌さ
せ、このようにしてガス溜め室内の組成が均一とな９た
状態の抽出ガスをガス溜め室からガス検知室に送り込む
ようにすれば、測定値のばらつきは顕著に小さ（なる。

また。

攪拌ポンプによる抽出ガスの循環、攪拌時に油の微粒や
蒸気はこの循ｍｔに付着、除去され、運転時間とともに
抽出ガス中の溶存ガスの純夏が向上し、測定値の誤差も
減少してほぼ一定のレベルに落着く。従って、この装置
！！ｉ構成により測定を繰り返し、誤差のレベルを評価
しておくこと番こより、得られた測定ず厘から真の値を
比較的精度よく求めることが可能になる。

また、抽出ガスを活性炭カラムを通してガス検知室に送
り込む構成とすれば、活性炭カラムは溶存ガスと同伴す
る油の微粒や蒸気のみを吸着するから、従来のように、
真の値より測定値が高くなることはない。

〔実施例〕

以下、゛本発明を実施例に基づき説明する。

ｇ１図は本発明の第１の実施例による油中可燃性ガス検
出装置の構成とともに油とガスの経路を説明するための
系統図を示したものであり、以下に装置の各４１１成部
材と作用を図を参照しつつ説明する。

ガス抽出器１に接続されている配管から図示されていな
い変圧器内の絶縁油が、ガス抽出器１内に１＆ケラれて
いるベローズピストンの進退動作により一定量抽出器内
に採取され、ここで絶縁油の採取動作と同様にベローズ
ピストンの進退動作によって絶縁油中に溶解しているガ
スが抽出される。

このガス抽出器１から上方に延びる配管にはガス溜め室
２が接続され、さらにここから三方電磁弁１０、ガス検
知室３、および電磁弁８を介して系外の自由端に接続さ
れる経路、系外の自由端から電。

磁弁６．エアポンプ４、流量調節バルブ５．三方電磁弁
９、および攪拌ポンプ１２を介してガス抽出器１とガス
溜め室２とを結ぶ配管の中間に接続される経路、ガス溜
め室２と三方電磁弁１０を結ぶ配管の途中と、攪拌ポン
プ１２と三方電磁弁９とを結ぶ配管の途中とを電磁弁７
を介して結ぶ経路、三方電磁弁１０と三方電磁弁９とを
結ぶように接続される経路、およびガス溜め室２と三方
電磁弁ｌＯとを結ぶ配管の中間から電磁弁１１を介して
図示していない空気導入口やガス溜め室２内を真空ポン
プに接続される経路から構成されている。ガス検矧室３
内には抽出ガス中の可燃性ガス量を測定するために接触
燃焼式のガス検知素子が設置されており、この接触燃焼
式ガス検知素子は可燃性がス醤銀器として種々市販され
ているもので過当な温度に加熱された触媒に可燃性ガス
を含んだ空気が接触すると触媒異面で燃焼し、触媒内の
金属導体が加熱されて電気抵抗が変化するのでこの変化
を測定すれば抽出ガス中の可燃性ガス量が測定できる。

ガス溜め室２内に集められている抽出ガス中の可燃性ガ
ス量のへ１１定は、以下の手順で行なわれる。

測定を開始する前にガス検知型３内に設けられているガ
ス検知素子の出力を安定させるために電磁弁６を介して
導入した空気をエアポンプ４で流量調節パルプ５、三方
電磁弁９、三方電磁弁１０を通してガス検知室３に送り
、さらにガス検知型３内の空気はｔｌｊａｊＰ８を通っ
て系外に吊出する。また、ガス溜め室２内の抽出ガスは
［磁片７を開けて攪拌ポンプ１２を行動することにより
、ガス溜め室２→′ＷＬｆｆｌ弁７→攪拌ポンプ１２→
ガス溜め鼠２の間を循環し、抽出ガス中に含まれている
油中溶存ガス、油の微粒、蒸気などが混合される。した
がりて、最初この系内で不均一状態で存在していた抽出
ガスは、循環・混合されることにより均一な組成となる
。その後、攪拌ポンプ１２を停止して電磁弁７を閉じ、
さらに三方電磁弁９および三方電磁弁１０の流路を切替
えると、今まで三方電磁弁９と三方電磁弁１０とを通っ
てガス検知室３に流れていた空気は、三方電磁弁９およ
び攪拌ポンプ１２を通ってガス溜め室２に流入し、ガス
溜め室ｚ内の抽出ガスは三方電磁弁１０を通りでガス検
知室３に流入する。ガス検知型３内に流入した抽出ガス
は、ガス検知素子に接触して燃焼し、抽石ガス中の可燃
性ガス量に比例してガス検知素子内の金属導体の電気抵
抗が変化する。この抵抗変化をとらえることによって絶
縁油中の可燃性ガス量が測定される。

ガス検知型３内で燃焼した残りのガスおよび未燃焼のガ
スは、電磁弁８を通って系外に排出される。

実際ｉここの装置を用いてガス溜め室ｚ内の抽出ガスの
組成を測定した結果を工員に示す。

この結果、本発明の装置では攪拌ポンプ１２で抽出ガス
を循Ｉｆ混合することによりガス溜め室２内の抽出ガス
が均一な組成になりていることが分かる。

第２図に本発明の第２の実施例を示す６本実施例が第１
の実施例と異なるところは、第１の実施例における攪拌
ポンプ１２　（Ｍ　１図）の代わりに。

ガス検知室３の前段に油ミスト、油蒸気を除去するため
の吸着カラムとして活性炭カラム１３を設けた点である
。実際にこの装はを用いて油ミスト、あるいは油蒸気等
が除去できるかどうかを、活性炭のほか、異なるｌａ着
剤を用いたａ贋カラムにより検討した結果を第３１に示
す。この結果、ａｍカラムを取り付けていない場合は、
真の値より約１３０　ｐｐｓｎ　ｉ！　＜でるのに対し
、活性炭カラムを付けた場合には油ミスト、油蒸気等の
影響を除去できることが分かりた。また、活性炭カラム
以外の第３図に示したカラムでは抽きストあるいは油蒸
気等の影響を低減できるが％完全に除去することはでき
ない。さらに吸着カラムとしてモレキュラーシーブのよ
うなものも考えられるが、これらは抽出ガス中の炭化水
垢ガスも吸着除去してしまうので、これらのカラムを取
り付けた場合には測定値が真の値より低くなってしまう
。したがりてそレキエラーシープのように炭化水素ガス
を吸着除去するカラムは使用できな４い。次に油ミスト
、あるいは油蒸気等を完全に除去する活性炭カラムの長
さを検討した。その結果％　５信のカラムでは特に問題
はなか９たが％１０１のカラムでは可燃性ガスの検出ピ
ークが二つ沓こ分離して測定ができないことが分かった
。したがつて油中可燃性ガス検出装置の活性炭カラムの
長さは５１以下でなければならない。

〔発。明の効果〕

以上実施例で述べたように１本発明によれば油中ガスの
抽出をベローズピストン方式とし、ピストンの進退動作
を繰り返すことによって前回のガス検出時にガス抽出器
内に残留していた古い絶縁油を排除しつつ新しい絶縁油
を採取することが可能になるとともに、新しい絶縁油に
ｍｓしているガスを前記ピストンを再び進退動作させる
ことにより抽出できるので絶縁油中の溶解ガスは外気と
接触することなく抽出され、高分子膜を用いてガスを抽
出する七きのように絶縁油中に外気の酸累が溶は込まな
くなり１機器への悪影響をさけることができる。また、
ガス検出の目的は油入電気機器、特に電力系統の運用に
影響の大きい電力用変圧器の内部異常の有無の検出Ｉζ
あり、異常の原因は異常発生の疑問が生じてからその究
明に着手すればよいころから、原因究明に必要なガスの
種類の判別が可能で高価なガスクロマトグラフでなく。

はるかに安価なガス検知素子を用いたので、機器ζζ悪
影響を与えることのない、安価にして実用的な、かつ保
守の労力が少ないガス検出装置とすることができる。し
かも、本発明によるガス検出装置は真空ポンプを備え、
ガス検出に先立ち装置の系内に侵留する前回のガス検出
時の抽出ガスが真空ポンプｆζより完全に排除され、新
たに抽出されたガスのみが検出の対象となる。そこで、
この抽出ガスを循環させつつ攪拌する攪拌ポンプを構成
要素として油中可燃性ガス検出装置を構成した場合には
、ガス溜め室内の抽出ガスは測定に先立ち攪拌ポンプに
より循環・混合され、均一な組成にしたのちガス検知室
に送られるので検出結果のばらつきが少なくなり検出結
果に対する信頼性が著しく向上する。従ってまた、検出
結果における誤差のジベル評価が容易となり、真値の推
定が比較的精度よく可能となる。また、従来抽出ガスと
ともにガス検知室に入りて測定値を真値より高くしてい
た油ミスト、油蒸気等を吸着する活性炭カラムを５１以
下の適宜の長さに形成してガス検知室の前段に配した装
置構成とした場合には、油ミスト、油蒸気等は活性炭カ
ラムにより除去され、検出値自体の信頼性が著しく向上
する。また、ガスを検出するガス検知素子が配置された
ガス検知室は、ガスの検出に先立ちエアポンプにより新
しい空気が送りこまれ、しかもこの新しい空気はこれを
系外へ流出させながら洗われるから、前回の抽出ガスや
校正ガスの影響のない、新しくかつ安定した状態で検知
動作に入ることができるので検出結果の信頼性が究極ま
で高められる。なお、本発明の装置１１１１成すなわち
ガス溜め室内に抽出されたガスをガス検知室から系外に
流出させながら検出する装置構成による可燃性ガス量の
測定結果によれば、ガス量を示すオシログラム波形のゼ
ロ線が真直ぐにきれいに得られ、ガス量が正確に得られ
やすいメリットも副次的効果として生ずる。

【図面の簡単な説明】

ｉＧ１図はこの発明のＭｌの実施例によるガス検出装置
の構成と、油とガスとの経路とを示す系統図、纂２図は
この発明の第２の実施例によるガス検出装置の構成と、
油とガスとの経路とを示す系統図、萬３図は活性炭カラ
ムにより油ミストや油蒸気等の測定に影響する物質を除
去できることを示す線図、第４図は従来のガス検出装置
の構成と、油とガスとの経路とを示す系統図である。 １・・・ガス抽出器、２・・・ガス溜め室、３−・・ガ
ス検知室、４・・・エアポンプ、１２・・・攪拌ポンプ
、１３・・・活竿　　１　目 第 図 ｆ　ｔｌ＆ｔＪ′／ｚ罐膚（ｆｌ’ｌｌ）挙 目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ベローズを備えたピストンの進退動作により油入電
   気機器内の絶縁油を採取し、かつ該絶縁油中の溶解ガス
   を抽出するガス抽出器、該抽出器に配管され抽出ガスを
   貯留するガス溜め室、該ガス溜め室を真空にする真空ポ
   ンプ、該ガス溜め室内に貯留されている抽出ガスを循環
   させつつ攪拌する攪拌ポンプ、該ガス溜め室内の抽出ガ
   スをガス検知室に送り込む空気を送出するエアポンプ、
   可燃性ガスを検知する検知素子を設置してある前記ガス
   検知室を備え、前記攪拌ポンプにより攪拌された抽出ガ
   スをガス溜め室からガス検知室を介して系外へ空気で送
   り出しつつ抽出ガス中の可燃性ガス量を測定することを
   特徴とする油中可燃性ガス検出装置。 ２）ベローズを備えたピストンの進退動作により油入電
   気機器内の絶縁油を採取し、かつ該絶縁油中の溶解ガス
   を抽出するガス抽出器、該抽出器に配管され抽出ガスを
   貯留するガス溜め室、該ガス溜め室を真空にする真空ポ
   ンプ、該ガス溜め室内の抽出ガスをガス検知室に送り込
   む空気を送出するエアポンプ、前記ガス検知室の前段に
   配され前記ガス溜め室から送られた抽出ガス中の油ミス
   ト、油蒸気等を除去する活性炭カラム、可燃性ガスを検
   知する検知素子を設置してある前記ガス検知室を備え、
   前記ガス溜め室内の抽出ガスを活性炭カラムとガス検知
   室とを介して系外へ空気で送り出しつつ抽出ガス中の可
   燃性ガス量を測定することを特徴とする油中可燃性ガス
   検出装置。