JPH05296993A - 水分検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用環境に影響を受けず、且つ、使用環境に
悪影響を与えないような、安定性及び信頼性の高い、簡
略な構成の水分検出器を提供する。 【構成】 水分により変色する指示体１と、この指示体
１の表面を覆うように設けられ、水分透過性を有する透
明または半透明の保護膜３とを備える。あるいは、透明
または半透明の窓５と、この窓５の片面に固着され、水
分により変色する指示体１を備える。指示体１として
は、代表的には、塩化コバルトが使用される。また、保
護膜３としては、代表的には、ＰＴＦＥ、ＰＦＡなどの
フッ素樹脂が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体または液体中に含
まれている水分の検出を行うための水分検出器に係り、
特に、電気機器の絶縁ガスや絶縁油中の水分検出に適し
た水分検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水分の管理を行う場合には、多種
多様のセンサや分析方法が用いられている。屋内の湿度
を測定するためには、各種の湿度計が使用され、また、
湿度を検出し、電子回路での結露を防止するために、色
々な湿度センサが使用されている。例えば、毛髪やナイ
ロンフィルムなどの膨潤性を利用した機械式センサ、蒸
発による湿球の温度降下の程度から相対湿度を求める乾
湿球式センサ、赤外線・マイクロ波などの電磁波の減衰
の程度から空気中の水分量を求める電磁波式センサ、電
解質系・高分子系・金属酸化物などによるインピーダン
ス変化式センサ、空気中の絶対湿度による熱伝導率の違
いを利用した熱伝導変化式センサなどである。これらの
定量的なセンサの主なねらいは、水分量の定量化に置か
れており、これらのセンサによって水分量の絶対的・相
対的な値が測定できる。

【０００３】一方、水分があるかないかの表示のみを行
う定性的なセンサもある。代表的なものに、気中の水分
吸着剤として用いられるシリカゲルがある。このシリカ
ゲルは、水分を吸着するための吸着剤に塩化コバルトを
含んでおり、吸着剤が水分を吸着すると変色し、この変
色によって水分が吸着されたことを指示するものであ
る。これらの定性的なセンサは、前述の定量的なセンサ
と異なり、水分の絶対量を測定することはできないが、
水分の有無については的確に把握することができ、しか
も、安価で故障などのトラブルやメンテナンスがないと
いう利点を有している。

【０００４】また、最近、電力用機器の分野において
は、電力の安定供給のために、機器の性能・状態を監視
する要求が高まっており、このような監視の一つとし
て、水分量の監視が行われている。すなわち、例えば、
変圧器やブッシング中に封入されている絶縁ガスや絶縁
油中に水分が混入すると、絶縁物の劣化を引き起こし、
最終的には絶縁破壊などの事故に至る。このような事故
の発生を防止するために、水分量の監視が行われてい
る。この場合に使用されるセンサとしては、インピーダ
ンス変化式センサや電磁波式・熱伝導変化式センサなど
がある。これらのセンサにより検出された水分量は、電
気信号に変換されて伝送されるが、電力用の機器は高電
圧であり、電線を用いて信号を伝送することはできない
ため、通常は、光ファイバケーブルを用いたり、一度光
信号に置き換えて、その光を接地点に伝送している。

【０００５】具体的に、図１０は、従来の定量的な湿度
センサを水分検出器として電力用のブッシングに取り付
けた例を示している。すなわち、図１０において、ブッ
シング１１は、ブッシング頭部１２及びブッシング碍管
１３からなり、ブッシング頭部１２内には、絶縁油１４
の油面上に、絶縁ガスが充填されたガス空間１２ａが形
成されている。そして、このブッシング頭部１２のガス
空間１２ａ内の水分濃度を測定するために、ブッシング
頭部１２の側面には、内外に貫通する形で、湿度センサ
１５が取り付けられている。この湿度センサ１５の取り
付け部分には高い電圧が印加されているため、電線を用
いて信号を伝送することはできない。そのため、湿度セ
ンサ１５にて得られる電気信号は、光変換回路１６で光
信号に変換された後、光ファイバケーブル１７により伝
送される。伝送された光信号は、受信機１８により再び
電気信号に変換され、この電気信号に基づいて、水分濃
度が規定値であるか否かの判定が行われる。

【０００６】しかしながら、以上のように、ブッシング
などの電力用機器のガス空間内の水分濃度を測定するた
めに、定量的な湿度センサを使用し、得られた電気信号
を光信号に変換して伝送する方法を採用した場合、信号
を２度変換することから検出精度が低下するだけでな
く、構造が複雑化し、コストが高くなってしまう問題が
ある。その上、高電圧部から光ファイバケーブルを敷設
する場合、絶縁の信頼性を確保できるように設計しなけ
ればならない。また、電子回路を使用するためにその電
源が必要となるが、前述した通り、電力用の機器は高電
圧であり、電線を使用できないために、電池を用いるこ
とになり、定期的な電池交換が必要となる問題もある。
さらに、変電所などで発生する強力なノイズに耐えられ
る装置とするためにはさらにコストが高くなってしま
う。

【０００７】一方、以上のような電力用機器を含めて、
実際には、一般的に、水分濃度を定量的に把握できなく
ても、水分の有無のみを判断できれば、１次診断として
の監視の目的を十分に達せられるという場合が多い。す
なわち、定性的なセンサで水分の有無を判断し、その後
で、必要に応じて定量的な分析を行うことにより、有効
な水分監視を効率的に実施できる場合が多い。

【０００８】図１１は、このような場合に適合する構成
として、従来の定性的な水分センサを水分検出器として
電力用のブッシング内に設けた例を示している。ここで
は、定性的な水分センサの一例として、コストの安いシ
リカゲルを使用した例を示している。すなわち、図１１
においては、ブッシング頭部１２内のガス空間１２ａ内
に、箱状の透明容器１９が配置され、この透明容器１９
内に、センサとして、シリカゲル２０が収納されてい
る。そして、ブッシング頭部１２内のガス空間１２ａ内
に水分が侵入した場合には、シリガケル２０の色が変化
し、その変化を、ブッシング頭部１２の側面に設けられ
た油面監視用のガラス窓１２ｂから監視できるようにな
っている。この方法は、図１０に示した方法よりも格段
に構成が簡略であり、コストも安価となるため、より実
用的である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブッシ
ング１１の水分を監視するためのセンサとして、以上の
ようにシリカゲル２０を使用した場合には、シリカゲル
２０が絶縁油１４またはガス空間１２ａ中の汚染物質な
どによって汚染されて色が変化し、水分の有無の判断が
不可能になる可能性がある。特に、ブッシング１１は、
その取り付け時において、縦横に動かされるため、内部
の絶縁油１４が動き、シリカゲル２０を汚染する可能性
がある。また、シリカゲルは、化学的に不安定であり、
それ自体が溶け出したり異物となるなどして周囲を汚染
する可能性もある。さらに、以上のような問題は、ブッ
シングに限らず、各種の電力用機器について、水分によ
って変色するシリカゲルまたは他の物質を含むセンサを
使用して、水分の有無を検出する場合にも同様に存在し
ており、さらに、より一般的に、各種の分野において、
同様の物質を利用して水分の有無を検出する場合にも同
様に存在している。

【００１０】本発明は、上記のような従来技術の課題を
解決するために提案されたものであり、その目的は、使
用環境に影響を受けず、且つ、使用環境に悪影響を与え
ないような、安定性及び信頼性の高い、簡略な構成の水
分検出器を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の水分検
出器は、検出対象空間の気体または液体中に含まれてい
る水分を検出する水分検出器において、水分により変色
する指示体と、この指示体の表面を覆うように設けら
れ、水分透過性を有する透明または半透明の保護膜とを
備えたことを特徴としている。

【００１２】請求項２の発明の水分検出器は、検出対象
空間の気体または液体中に含まれている水分を検出する
水分検出器において、透明または半透明の窓と、この窓
の片面に固着され、水分により変色する指示体を備えた
ことを特徴としている。

【００１３】請求項３の発明の水分検出器は、請求項２
の発明の構成に加えて、さらに、指示体の表面を覆うよ
うに設けられ、水分透過性を有する保護膜を備えたこと
を特徴としている。

【００１４】いずれの発明においても、水分により変色
する指示体としては、代表的には、塩化コバルトが使用
される。また、請求項１及び３の発明において、水分透
過性を有する透明または半透明の保護膜としては、代表
的には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、Ｐ
ＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂が使用され
る。

【００１５】より具体的に、請求項１の発明において
は、基台上に指示体を固着し、その表面を保護膜で覆う
構成が可能である。また、請求項２及び３の発明におい
ては、窓の材料として、透明または半透明のガラスある
いは樹脂を使用することが可能であるが、請求項１の発
明においても、前述の基台の材料として、同様に、透明
または半透明のガラスあるいは樹脂を使用することが可
能である。そして、請求項２及び３の発明においては、
機器の監視窓の内面に、そのまま指示体を配置する構成
なども可能である。

【００１６】さらに、いずれの発明においても、水分を
保持する吸着剤を指示体と混合することが可能である。
そして、請求項１の発明においては、指示体の両面を保
護膜で覆う構成や、保護膜内に粒子状の指示体を混入す
る構成なども可能である。また、請求項１の発明におい
ては、ブッシングなどの油密封電気機器の油面監視用の
浮き子の表面に、そのまま指示体を固着し、その表面に
透明または半透明の保護膜を設ける構成なども可能であ
る。

【００１７】

【作用】以上のような構成を有する本発明の水分検出器
によれば、水分により変色する指示体を使用しているこ
とから、検出対象空間に水分が含まれている場合には、
この水分が指示体に接触して変色するため、この変色を
確認することによって水分の存在を容易に検出すること
ができる。例えば、指示体として塩化コバルトを使用し
た場合には、塩化コバルトは乾燥状態において青色であ
るが、水分を吸収すると赤色に変色し、窓または保護膜
の外部から、この変色を確認することができる。

【００１８】特に、請求項１及び３の発明においては、
水分透過性を有する保護膜で覆ったことにより、検出対
象空間に含まれている水分を、保護膜を透過させて指示
体に接触させることができると共に、検出対象空間内に
存在する各種の異物から、保護膜により、指示体を保護
することができ、また逆に、指示体自体が溶け出したり
異物となるなどして周囲を汚染することも防止できる。
すなわち、まず、検出対象空間に水分が存在する場合に
は、この水分が保護膜を透過し、指示体に触れて指示体
を変色させるため、透明または半透明の保護膜あるいは
窓の外部から、この指示体の変色を確認することができ
る。

【００１９】そしてまた、具体的に、本発明の水分検出
器を、ブッシングなどの電力用機器に適用した場合に
は、絶縁油などの異物は、保護膜を透過することはない
ため、指示体がこれらの異物によって汚染されることを
防止でき、逆に、指示体自体が溶け出したり異物となる
などして周囲を汚染することも防止できる。例えば、保
護膜としてＰＴＦＥ、ＰＦＡなどのフッ素樹脂を使用し
た場合には、これらのフッ素樹脂は、化学的に安定で、
表面に絶縁油などの異物が付着しても、それによって劣
化したり、外部に溶け出したりすることはなく、長期に
亘って安定して機能する。なお、請求項２の発明におい
ては、必ずしも保護膜を設けなくてもよい場合が存在す
る。すなわち、指示体が、窓に強固に固着され、絶縁油
の付着の恐れがほとんどない位置に配置され、仮に絶縁
油が付着した場合でも、絶縁油に溶解しないような優れ
た性質を有するならば、保護膜を省略することができ
る。

【００２０】一方、水分を保持する吸着剤を指示体と混
合した場合には、一度侵入した水分が吸着剤に吸着され
るため、指示体の変色の安定性を向上できる。また、請
求項１の発明において、指示体の両面を保護膜で覆った
場合には、水分透過性を有する保護膜の表面積を拡大で
きるため、水分を吸収する能力を向上できる。さらに、
保護膜内に粒子状の指示体を混入した場合には、指示体
の量を必要最小限に低減することができる。

【００２１】

【実施例】以下には、本発明による水分検出器の複数の
実施例について、図１乃至図９を参照して具体的に説明
する。この場合、図１は、本発明による水分検出器の代
表的な一実施例（第１実施例）を示す断面図、図２は、
図１の水分検出器をブッシングに取り付けた例を示す構
成図、図３乃至図６は、本発明による水分検出器の他の
実施例（第２乃至第５実施例）を示す断面図、図７は、
本発明における保護膜の形成方法の一例を示す説明図、
図８は、本発明による水分検出器の作成方法の一例を示
す説明図、図９は、本発明による水分検出器の第６実施
例を示す断面図である。

【００２２】まず、図１に示す第１実施例は、請求項１
の発明に従う実施例であり、水分により変色する指示体
１が基台２上に固着され、この指示体１及びその周囲に
露出した基台２の表面全体が薄い保護膜３でコーティン
グされている。この場合、指示体１としては塩化コバル
トが使用され、また、保護膜３としては、多孔質のＰＴ
ＦＥ膜が、薄く、無色透明に近い形で使用されている。
さらに、基台２としては、電力用の機器への適用などの
観点から、絶縁性材料が使用されている。

【００２３】このように構成した水分検出器において
は、薄い、ほぼ無色透明の保護膜３を通して、内部の指
示体１の色を知ることができる。すなわち、本実施例に
おいては、指示体１として塩化コバルトを使用している
ため、水分を吸収した場合には、指示体１は青色から赤
色に変化するが、この変色を、保護膜３の外部から容易
に確認することができる。特に、本実施例のように、保
護膜３を多孔質のＰＴＦＥ膜とした場合、この多孔質の
ＰＴＦＥ膜は、水分子あるいはガス分子を透過させる一
方、水以外の液体は透過させないという性質を持ってい
るため、検出対象空間の気体または液体中の水分子を透
過させて、指示体１に確実に接触させることができる。
加えて、ＰＴＦＥ膜は、化学的に非常に安定であり、表
面に絶縁油などの異物が付着しても、それによって劣化
したり、外部に溶け出したりすることはなく、長期に亘
って安定して機能する。

【００２４】次に、図１の水分検出器を、ブッシングに
取り付ける場合には、図２に示すような構成が可能であ
る。すなわち、図２において、ブッシング１１は、ブッ
シング頭部１２及びブッシング碍管１３からなり、ブッ
シング頭部１２内には、絶縁油１４の油面上に、絶縁ガ
スが充填されたガス空間１２ａが形成されている。ま
た、このブッシング頭部１２の側面には、油面監視用の
ガラス窓１２ｂが設けられている。そして、ブッシング
頭部１２のガス空間１２ａ内におけるガラス窓１２ｂの
近傍には、基台２を内側、保護膜３を外側として、図１
の水分検出器が配置されており、基台２及び支持部材４
によってブッシング頭部１２の側面に固定されている。

【００２５】このように構成した場合、前述の通り、保
護膜３を構成する多孔質のＰＴＦＥ膜は、水分子あるい
はガス分子を透過させる一方、水以外の液体は透過させ
ないという性質を持っているため、その表面に、絶縁油
１４が付着しても、これを透過させることはなく、ガス
空間１２ａ内に水分子が存在した場合に、この水分子を
透過させて、指示体１に接触させ、これを変色させる。
そして、この指示体１の変色は、油面監視用のガラス窓
１２ｂを通して、ブッシング１１の外部から容易に確認
することができる。

【００２６】図３に示す第２実施例は、前記第１実施例
の変形例であり、基台の材料をガラス５とした実施例で
ある。この実施例は、請求項１の発明に従う実施例とも
言えるが、より実質的には、請求項２及び３の発明に従
い、窓の材料として、ガラス５を使用し、その表面に指
示体１を固着し、保護膜３でコーティングした構成を有
する実施例である。この場合には、ガラス５を通して、
内部の指示体１の色の変化をより明確に確認できる利点
がある。さらに、この実施例の応用例として、図２に示
すような油面監視用のガラス窓１２ｂの内面に、そのま
ま指示体１を固着し、保護膜３でコーティングする構成
も可能であり、この場合には、機器全体の構成を簡略化
できる。

【００２７】図４に示す第３実施例は、前記第１実施例
の変形例であり、水分を保持する吸着剤６を、指示体１
と混合した実施例である。この場合には、保護膜３を通
してその内部に一度侵入した水分が、吸着剤６に吸着さ
れるため、指示体１の変色の安定性を向上でき、従っ
て、水分検出器の安定性を向上できる。

【００２８】図５に示す第４実施例は、前記第１実施例
の変形例であり、指示体１の両面を保護膜３で覆った実
施例である。この場合には、水分透過性を有する保護膜
３の表面積を拡大できるため、水分を吸収する能力を向
上できる。具体的には、前記第１乃至第３実施例に比べ
て、保護膜３の表面積を約２倍にできるため、水分を吸
収する能力を単純に約２倍にできる。

【００２９】図６に示す第５実施例は、前記第４実施例
の変形例であり、保護膜３内に粒子状の指示体１を混入
した実施例である。この場合には、指示体１の量を必要
最小限に低減することができるため、水分検出器を小型
化できる。

【００３０】また、本発明における保護膜の形成は、例
えば、図７に示すようにして行われる。すなわち、塩化
コバルトなどの指示体１を、容器７内に収納し、保護膜
の材料となる物質を溶解してなる溶液として、例えばＰ
ＴＦＥの溶液８を入れ、溶媒を気化させて、指示体１の
表面にＰＴＦＥの保護膜３を形成する。

【００３１】さらに、図８に示すように、容器７内に、
ＰＴＦＥの溶液８を充填し、この溶液８中に基台２を配
置し、その上に、指示体１を適量配置して、溶媒を気化
させることによって指示体１の固着及び保護膜３の形成
を同時に行うことも可能である。このような方法を採用
した場合には、水分検出器を容易に作成することができ
る。なお、この場合、基台２としては、保護膜３の材質
に合わせて、透明なフッ素樹脂を使用することにより、
基台２と保護膜３の固着性を高めることができる。

【００３２】一方、図９に示す第６実施例は、請求項１
の発明の応用例として、ブッシングなどの油密封電気機
器において従来使用されている油面監視用の浮き子９の
表面に、そのまま指示体１を固着し、その表面に透明ま
たは半透明の保護膜３を設けて水分検出器を構成したも
のである。このように構成した場合には、浮き子９を外
部から監視するために通常設けられている監視窓（例え
ば、図２に示す油面監視用のガラス窓１２ｂ）から、浮
き子９を監視することにより、油面を監視できると同時
に、その表面の指示体１によって水分の有無を監視で
き、機器全体としての構成を簡略化できる。

【００３３】なお、本発明による水分検出器は、ブッシ
ングに限らず、各種の電力用機器に同様に適用可能であ
り、さらに、より一般的に、各種の分野において、水分
の有無を検出するために同様に適用可能である。また、
本発明において、指示体としては、塩化コバルト以外の
各種の材料を同様に適用可能であり、また、保護膜の材
料は、ＰＴＦＥに限定されるものではなく、ＰＦＡなど
の他のフッ素樹脂も同様に適用可能であり、さらに他の
材料を使用することも可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、水分により変色する指示体を使用し、この指示体の
表面を、水分透過性を有する透明または半透明の保護膜
で覆うか、あるいはまた、指示体を、透明または半透明
の窓の片面に固着することにより、使用環境に影響を受
けず、且つ、使用環境に悪影響を与えないような、安定
性及び信頼性の高い、簡略な構成の水分検出器を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水分検出器の代表的な一実施例
（第１実施例）を示す断面器。

【図２】図１の水分検出器をブッシングに取り付けた例
を示す構成図。

【図３】本発明による水分検出器の第２実施例を示す断
面図。

【図４】本発明による水分検出器の第３実施例を示す断
面図。

【図５】本発明による水分検出器の第４実施例を示す断
面図。

【図６】本発明による水分検出器の第５実施例を示す断
面図。

【図７】本発明における保護膜の形成方法の一例を示す
説明図。

【図８】本発明による水分検出器の作成方法の一例を示
す説明図。

【図９】本発明による水分検出器の第６実施例を示す断
面図。

【図１０】従来の定量的な湿度センサを水分検出器とし
てブッシングに取り付けた例を示す構成図。

【図１１】従来の定性的な水分センサを水分検出器とし
てブッシングに取り付けた例を示す構成図。

【符号の説明】

１…指示体 ２…基台 ３…保護膜 ４…支持部材 ５…ガラス ６…吸着剤 ７…容器 ８…溶液 ９…浮き子 １１…ブッシング １２…ブッシング頭部 １２ａ…ガス空間 １２ｂ…ガラス窓 １３…ブッシング碍管 １４…絶縁油

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 恒夫 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 鈴木 敏夫 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出対象空間の気体または液体中に含ま
   れている水分を検出する水分検出器において、 水分により変色する指示体と、この指示体の表面を覆う
   ように設けられ、水分透過性を有する透明または半透明
   の保護膜とを備えたことを特徴とする水分検出器。
2. 【請求項２】 検出対象空間の気体または液体中に含ま
   れている水分を検出する水分検出器において、 透明または半透明の窓と、この窓の片面に固着され、水
   分により変色する指示体とを備えたことを特徴とする水
   分検出器。
3. 【請求項３】 前記指示体の表面を覆うように設けら
   れ、水分透過性を有する保護膜を備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の水分検出器。