JPH04186138A - 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熔解
している可燃性ガスを分離し、分離された可燃性ガスの
量を測定して油入変圧器の異状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起きると、その周辺の絶縁油や絶縁
物が分解し、ガスを発生ずる。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、その分析結果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おり、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。

一般に行われて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
リ真空やテプラポンプによる真空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
、手動または半自動で行われるため、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１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　
（特公昭５２−２０９号公報、雑誌「富士時報」第４５
巻第１１号、１石油学会誌」第２４巻第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置に代わるも
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、例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圧器
内部の絶縁油中に溶は込み、変圧器に悪影響を与える欠
点もあった。

以上の問題を解決するために、本発明者らの発明になる
油中可燃性ガス検出装置を特許出願中である　（特願昭
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、以下にこの図を参照しつつ装置の各構成部材
とその作用ならびに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Ｎ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と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
檜して結ぶ経路、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１ｏ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
だめの真空ポンプに接続される経路から構成されている
。ガス検知室３内には抽出ガス中の可燃性ガス社を測定
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
て種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、以下の手順で行われる。

測定を開始する前にガス検知室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で流量調節バルブ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
、さらにガス検知室３内の空気は電磁弁８を通って系外
へ流出する。また、ガス溜め室２内の抽出ガスは電磁弁
７を開けて攪拌ポンプ１２を稼働することにより、ガス
溜め室２−電磁弁７−撹拌ボンプ１２−ガス溜め室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。したがって、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を閉し、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１
２を通ってガス溜め室２に流入し、ガス溜め室２内の抽
出ガスは三方電磁弁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、抽出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１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操り返すことにより、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
つヘロー問 ズとシリンダとの間の空気−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室に送り込まれるのに
先立ち、あらかしめ前回のガス検出時にガス溜め室内に
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梠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常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
発明者らのその後の研究によれば、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す、油温の変化に対
応して測定値にばらつきが生しることが判明した。

この発明の目的は、測定値のばらつきが小さくなり、こ
れにより誤差レヘ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。

〔課題を解決するだめの手段〕

前記の課題を解決するため、本発明においては、油中可
燃性ガス検出装置を、ヘ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、油温を測定するた
めの温度計測器を用いて構成し、前記温度計測器により
ガス抽出時の油温を測定して前記ガス検知素子により測
定された測定値をあらかじめ求められている補正式によ
り補正して出力する装置とするか、あるいは、油中可燃
性ガス検出装置を、ヘ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
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、前記抽出器内に採取
された油の温度を一定にするためのヒータを取り付けた
恒温室を用いて構成し、該抽出器内に採取された油の温
度が一定となった後ガス抽出を行い、抽出ガスをガス検
知室に送り込め、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
測定する装置とするものとする。

そして、恒温室を備えた装置の場合には、ガス抽出器を
恒温室内に設置するか、あるいは、ガス□　抽出器の採
油口側に、溶解ガスが抽出される絶縁油が貯留されるタ
ンクを配設し、このタンクを恒温室内に設置する装置構
成とするものとする。

〔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
を抽出する際の油の温度によってガスの抽出効率が異な
るために、結果として抽出ガス中の可燃性ガス量が変わ
り、これが可燃性ガス量測定時のばらつきの原因となる
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、ヘローズを備えたピストンをシリンダ内で進退さ
せ、ピストンを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
た空間内に油中溶存ガスが抽出されるが、このときの油
温によって油中溶存ガスの抽出効率が異なる。したがっ
て−足回数の抽出動作によってガス溜め室内に貯留され
る抽出ガス量が異なり、ガス溜め室内の抽出ガスをガス
検知室内へ送り出して抽出ガス中の可燃性ガス量を測定
したときの測定値にばらつきが生じる。

そこで、本発明のように、油中可燃性ガス検出装置内に
、ガス抽出時の油温を測定するための温度計測器を設け
、ガス抽出時の油温を測定して測定された可燃性ガス量
の値をあらかじめ求められている補正式によって補正す
るようにすれば、実施例の項で詳述するように、ガス抽
出効率が異なってもその補正ができ、測定値のばらつき
は顕著に小さくなる。あるいはガス抽出器内の油温を一
定にするためのヒータを設置した恒温室を設け、ガス抽
出時の油温を一定にすることによってガス抽出効率は一
定となり、測定値のばらつきは顕著に小さくなる。

そして、恒温室を備えた装置の場合に、ガス抽出器を恒
温室内に設置するようにすれば、簡易な装置構成を保持
してガス抽出効率を一定にすることができ、また、ガス
抽出器の採油口側に、溶解ガスが抽出される絶縁油が貯
留されるタンクを配設し、このタンクを恒温室内に設置
するようにすれば、もちろんこの場合にはガス抽出器の
シリンダを保温材で包む等の付随的措置が必要となるが
、一定量の絶縁油中から溶解ガスを抽出する際の抽出速
度に関係なくガス抽出効率を一定に保ちうるメリットが
得られる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき説明する。

第１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
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このガス抽出器１内に一定量採取
され、ここで絶縁油中に溶解しているガスが抽出される
。また、このガス抽出器の油入口に温度計測器１３が設
けられており、ガス抽出時の油温が測定されて図示して
いない来泊中可燃性ガス検出装置のＣＰＵ　　（コンビ
１〜−夕の中央処理装置）内に記憶される。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ＩＯ、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内を真空にするための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種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、以下の手順で行われる。

測定を開始する前にガス検知室３内に設けられているガ
ス検知素子の出力を安定さゼるために電磁弁６を介して
導入した空気をエアポンプ４で流量調節バルブ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
、さらにガス検知室３内の空気は電磁弁８を通って系外
に流出する。また、ガス溜め室２内の抽出ガスは電磁弁
７を開けて攪拌ポンプ１２を稼働することにより、ガス
溜め室２−電磁弁７−攪拌ポンプ１２−ガス溜め室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。したがって、最初に
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２内の
抽出ガスは三方電磁弁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、抽出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＋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＝１７− が、ここで先に測定されていたガス抽出時の油温を用い
て次式により測定された可燃性ガス量の値が補正される
。

補正油中可燃性力゛ス量（ｐｐｍ）　−測定された可聴
性力゛ス量（ｐｐｍ）　−ａ　ｘ　（ン自県（”Ｃ）−
加℃）ｂ（ａ、　　ｂはｊ１如 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を通って系外へ排出される。

第３図は油温と油中可燃性ガス量の測定値との関係を示
す線図であり、油温が低くなると油中可燃性ガス量の測
定値も低くなっていることが分かる。また、この両者の
相関係数も約０．９７と非常に高いので上式のような補
正式で測定値の補正ができることが分かる。

実際にこの装置を用いてあらかしめ油中可燃性ガス量が
分かっている油を、油温約３℃から４６°Ｃで測定した
結果を下表に示す。

表１．油中可燃性ガス量測定結果 この結果、本発明のｘ　ｊｆ！では油温を測定してその
油温で測定値の補正を行うことによって、測定値のばら
つきは従来の装置の約半分になっ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。本実施例が第１
の実施例と異なるところは、第１の実施例におけるガス
抽出時の油温を測定する温度計測器の代わりに、ガス抽
出器１をヒータを設けて室内の温度を一定とした恒温室
１４内に設置してガス抽出器１内に採取された油の温度
を一定にした点にある。実際にこの装置で、油中可燃性
ガス量の測定値のばらつきが小さくなるかどうかを検討
した結果を次表に示す。

表２．油中可燃性ガス量測定結果 この結果、本発明の装置ではガス抽出器ｌにヒータを取
りつけて油温を一定に制御することによって、測定値の
ばらつきは従来の装置の約半分になっていることが分か
る。

〔発明の効果〕

以上実施例で述べたように、本発明によれば油中ガスの
抽出をヘ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
溶解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
抽出するときのように絶縁油中に外気の酸素が溶は込ま
なくなり、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に
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とから、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はなく
、はるかに安価なガス検知素子を用いたので、機器に悪
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残留する前回のガス検出
時の抽出ガスが真空ポンプに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。さらにこの
抽出ガスを循環させつつ攪拌する攪拌ポンプを備え、ガ
ス溜め室内の抽出ガスは測定に先立ち攪拌ポンプより循
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、油温が一定の場合は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し、検出
結果における誤差のレベル評価が容易となって真値の推
定が比較的精度よく可能となる。しかも、実際のガス抽
出時には油温か変動していることによってガス抽出効率
が異なり、可燃性ガス量の測定値がばらついていたとい
う問題に対してはガス抽出時の油温を温度計測器によっ
て計測し、補正式によって測定値を補正することによっ
て結果のばらつきが少なくなり、従来装置に比べてさら
に検出結果に対する信頼性が著しく向上し、検出結果に
おける誤差のレベル評価が容易となって真価の推定が比
較的精度よく可能となる。

またはガス抽出時の油温を温度計測器によって計測し、
補正式によって測定値を補正する代わりにヒータを設け
て室内の温度を一定とする恒温室を設け、ガス抽出時の
油温を一定とすることにより測定値のばらつきは少なく
なり、従来装置に比べてさらに検出結果に対する信頼性
が著しく向上＝２２− し、検出結果における誤差のレヘル評価が容易となって
真価の推定が比較的精度よく可能となる。

そして、恒温室を備えた装置の場合に、ガス抽出器を恒
温室内に設置した装置とすることにより、簡易な装置構
成を保持してガス抽出効率を一定にすることができ、ま
た、ガス抽出器の採油口側に、溶解ガスが抽出される絶
縁油が貯留されるタンクを配設し、このタンクを恒温室
内に設置した装置とすることにより、一定量の絶縁油中
から溶解ガスを抽出する際の抽出速度に関係なくガス抽
出効率を一定に保ちうるメリットが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１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、第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、第３図は油温と油中可
燃性ガス量との相関を示す線図、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。 ■＝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：温度計測器、
１４：恒温室。

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
   環させつつ撹拌する撹拌ポンプ、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、溶解ガスが抽出される絶縁油の温度を測定す
   るための温度計測器を備え、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し、測定された可燃性ガス量を
   温度計測器で測定された油温により補正して出力するこ
   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、該ガス溜め室内に貯留されている抽出ガスを循環
   させつつ攪拌する撹拌ポンプ、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、前記ガス抽出器内の油を一定温度にするための
   恒温室を備え、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。 ３）請求項第２項に記載の装置において、ガス抽出器が
   恒温室内に収納される装置構成としたことを特徴とする
   油中可燃性ガス検出装置。 ４）請求項第２項に記載の装置において、ガス抽出器の
   採油口側に溶解ガスが抽出される絶縁油を貯留するタン
   クが配設され、このタンクが恒温室内に収納される装置
   構成としたことを特徴とする油中可燃性ガス検出装置。