JPH06148067A

JPH06148067A - 油中溶存ガスの検出装置

Info

Publication number: JPH06148067A
Application number: JP29586592A
Authority: JP
Inventors: Atsuhiko Ishibashi; 厚彦石橋; Yasuo Yoshida; 安夫吉田; Masahiko Uchida; 昌彦内田
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1994-05-27

Abstract

(57)【要約】【目的】油圧変動や衝撃の影響を受けることなく正確
かつ安定に油中の溶存ガスを検出できる油中溶存ガスの
検出装置を提供することにある。【構成】油中に溶存するガスを分離すると共に採取し
たガスを光ファイバ１５、１６を用いて光学的に検出す
る油中溶存ガスの検出装置において、油中よりガスのみ
を透過させる略円筒状のフィルタ１０と、そのフィルタ
１０の周囲に設けられフィルタ１０の回りを油で満たす
ための採油チャンバ１１と、フィルタ１０の両端面に設
けられフィルタ１０内を密閉するための蓋板１９、２０
と、両蓋板１９、２０を貫通すると共に同軸かつ端面が
対向する一対の光ファイバ１５、１６と、フィルタ１０
内に設けられ両光ファイバ１５、１６を保持すると共
に、両端が蓋板１９、２０にばね３４ａ、３４ｂ、３４
ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃを介して取り付けられた光
学ベース１４とを備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油中に溶存するガスを
分離すると共に採取したガスを光ファイバを用いて光学
的に検出する油中溶存ガスの検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力設備の高信頼性の要求から設
備診断の重要性は益々高まっている。変圧器、ＯＦケー
ブルといった油入り電気機器の診断については、内部の
部分放電、局部的加熱の検出を油中ガス分析によって行
う方法が広く用いられている。

【０００３】現在この分析手順は、電気設備を一時的に
運転を停止した後電気機器より油を抽出し、その油より
ガスを分離し専用のガス分析装置で測定する方法をとっ
ている。しかし、この方法だと測定手順が複雑で、ほと
んどが手作業であるため多くの費用と労力を要する。

【０００４】そこで本発明者らは、高分子膜により油中
からガスのみを選択透過させ、採取したガスを、電磁誘
導障害に強く遠隔測定も可能な光ファイバを用いて検出
することができる油中溶存ガスの検出装置を提案した
（特開平４−６４０３９号公報）。

【０００５】図４は従来の油中溶存ガスの検出装置の断
面図である。

【０００６】同図において、検出装置は、集光効率を高
めるため光ファイバ成端部（光ファイバ２＋レセプタク
ル３＋コリメートレンズ４）１と、油中よりガスを抽出
するため検出部５のケース全周に設けた焼結金属と高分
子膜とからなるフィルタ６と、検出部５の外周に油槽あ
るいは油入り電気ケーブル接続箱に接続した導管７で連
結した採油チャンバ８とを検出部５の同軸上に配置して
構成したものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの装置
は、次の様な問題点があった。

【０００８】（１）透過膜を用いて油中ガスを抽出する
場合、採取する気相側のガス分圧は油中ガスの分圧分に
バランスするまで透過する。一般にヘンリーの法則から
油中ガス濃度は数１に示すように圧力換算できる。

【０００９】

【数１】Ｐ＝ｋ×ｖここで、Ｐは油中ガスの圧力換算値、ｋは定数（ガスの
種類による固有の値）、ｖは油中ガス濃度（２０℃大気
圧下での油の容量に対するガスの容量の割合）を表す。

【００１０】従って、気相側に抽出したガスより油中溶
存ガスの濃度を求めるためには、まず気相側に抽出した
ガス濃度を求め、同時にそのときの気相側の全圧も測定
し、求めた２つの値から検出ガスの分圧を求め、その値
から数１を用いて油中ガス濃度の換算を行う。このよう
な、測定を可能とするためには、気相部が完全密封され
ていなければならない。そうでなければ、油中ガス濃度
の換算ができないだけでなく、逆に気相から油中へのガ
スの逆流も生じてしまう。たとえば、気相が開放系でか
つ窒素、酸素の分圧は油中に比べて気相の方が高い場合
にはこれらのガスが油中に溶存し信頼性をそこなうこと
になる。

【００１１】（２）光ファイバを用いたガス検出におい
て、検出原理としてガスが特定の波長の光をよく吸収す
る性質がありその吸収量はガスの濃度と空間伝搬距離に
依存する性質を利用している。光源としては単色性のレ
ーザ光が適している。ガス濃度として数ｐｐｍまで検出
するような微量測定では空間伝搬距離１０ｃｍ、光ファ
イバとしてシングルモードファイバを用いる必要性があ
る。その場合先に提案した検出装置の光学系は、採油チ
ャンバと一体構造となっているためチャンバ内の油圧変
動等による歪が光学系にも影響し光の伝送損失が大きく
変動するため、油中溶存ガスを安定して検出することが
できない。

【００１２】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、油圧変動や衝撃の影響を受けることなく正確かつ安
定に油中の溶存ガスを検出できる油中溶存ガスの検出装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、油中に溶存するガスを分離すると共に採取
したガスを光ファイバを用いて光学的に検出する油中溶
存ガスの検出装置において、油中よりガスのみを透過さ
せる略円筒状のフィルタと、そのフィルタの周囲に設け
られフィルタの回りを油で満たすための採油チャンバ
と、フィルタの両端面に設けられフィルタ内を密閉する
ための蓋板と、両蓋板を貫通すると共に同軸かつ端面が
対向する一対の光ファイバと、フィルタ内に設けられ両
光ファイバを保持すると共に、両端が蓋板にばねを介し
て取り付けられた光学ベースとを備えたものである。

【００１４】

【作用】上記構成によれば、光学ベースと採油チャンバ
とが一体的に形成されておらず光学ベースがばねを介し
て採油チャンバに取り付けられているので、振動や油圧
変動等が発生してもばねや採油チャンバだけが影響を受
け、光学ベース上の光ファイバは影響を受けない。ま
た、気相部と外界との境界部にある光ファイバを低融点
ガラスにより封止するため、フィルタ内を気密構造にす
ることができ、外界からフィルタ内にガスが混入して油
側に逆流することがない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００１６】図１は本発明の油中溶存ガスの検出装置の
一実施例の断面図である。

【００１７】同図において、油中溶存ガスの検出装置
は、油中よりガスのみを抽出する円筒状フィルタ１０
と、このフィルタ１０の周囲に設けられフィルタ１０の
回りを油で満たすための金属製外筒からなる採油チャン
バ１１と、この採油チャンバ１１にフィルタ１０を固定
するためのフランジ１２、１３と、気相部であるフィル
タ１０の内部に設けられた光学ベース１４と、光学ベー
ス１４上に固定された２本の光ファイバ１５、１６と、
光学ベース１４上に固定され、２枚の集光レンズを保持
するレンズホルダ１７、１８と、光学ベース１４をばね
を介して両側からはさみこみ、気相部の気密を保つ蓋板
１９、２０とを備えている。

【００１８】同図を参照にして油中溶存ガスの検出装置
の構造をさらに詳しく説明する。

【００１９】フィルタ１０は、表面に高分子膜１０ａを
コーティングした焼結金属１０ｂ（またはセラミックス
等）よりなり、ガス透過面積を増やし、かつ高い油圧に
対して強度向上を図るため円筒容器となっている。この
フィルタ１０の径より大きい径を有する採油チャンバ１
１は、油がフィルタ１０と採油チャンバ１１の間に満た
されるように金属製のフランジ１２、１３で溶接接続さ
れている。尚、採油チャンバ１１には油注入用の導管２
１と、エア抜き用の導管２２とが設けられ、両導管２
１、２２には封止弁がそれぞれ設けられている。操作者
は採油チャンバ１１に油を注入する時はこの封止弁を
「開」にしておき採油チャンバ１１が油が充填されてい
るか否かを確認することができる。また導管２１とエア
抜き用導管２２とは、両導管２１、２２の中心軸が同軸
にならないように形成され、油注入時には気体の滞留が
生じないようになっている。またフランジ１３にとりつ
けたエア抜き導管２３は、真空ポンプを用いて気相部を
真空引きすることができるようになっている。

【００２０】フィルタ１０の円筒の焼結金属１０ｂへの
高分子膜１０ａのコーティングは静電塗装方式を用い
た。両フランジ１２、１３とフィルタ１０との溶接はア
ルゴン溶接により行い、溶接によるコーティングの破損
を防ぐため溶接終了後高分子膜１０ａのコーティング処
理を行う。

【００２１】図２（ａ）はブロックにレンズホルダを取
り付ける前の状態を示す図、図２（ｂ）はブロックにレ
ンズホルダを取り付けた後の状態を示す図である。

【００２２】フィルタ１０の内部に設けられる光学ベー
ス１４は、円柱を軸方向に２分した構造で、その平面部
に２本の光ファイバ１５、１６と集光レンズとが固定さ
れている。結合効率を高めるため集光レンズには非球面
レンズを用いるのが好ましい。そのためのレンズホルダ
１７（１８）は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示した
ように２つの中空のネジ切りしたシリンダ１７ａ（１８
ａ）、１７ｂ（１８ｂ）と、これらのシリンダ１７ａ
（１８ａ）、１７ｂ（１８ｂ）を押さえるリング１７ｃ
（１８ｃ）とで集光レンズ２４（２５）をはさみ込む構
造となっており、このレンズホルダ１７、１８を、Ｖ溝
を切ったブロック２６（２７）にのせ半田で固定する。

【００２３】図２（ｃ）は光ファイバをブロックに固定
する前の様子を示す図であり、図２（ｄ）は光ファイバ
をブロックに固定した後の様子を示す図である。

【００２４】光ファイバ１５（１６）はそのコア１５ａ
（１６ａ）の先端部１５ｂ（１６ｂ）に金メッキコーテ
ィングが施され、パイプ２８（２９）に挿入された後先
端部１５ｂ（１６ｂ）が半田で固定される。光ファイバ
１５（１６）は、端面からの反射防止のため半田固定し
た後斜め研磨加工され、このパイプ２８（２９）を固定
するためのブロック３０（３１）にＹＡＧ溶接される。
このレンズ用のブロック３０（３１）にファイバ用のブ
ロック２６（２７）がＹＡＧ溶接される。その際、光フ
ァイバ１５（１６）の一方の側より使用波長の光を入力
し、光ファイバ１５（１６）の他方の側より出射した光
が集光レンズ２４（２５）を通過する際平行光になるよ
うに微動台（図示せず）で位置調整を行った後２つのブ
ロック２６、３０（２７、３１）を溶接する。

【００２５】このようにしてできた２つの集光レンズ付
きのファイバ成端部を光学ベース１４上に搭載し、一方
の光ファイバ１５（１６）より光を入力し、平行光とな
った光を別の集光レンズ付きの光ファイバ１６（１５）
で受光し、結合効率が最大に成ったところでレンズ用の
ブロック２７（２６）と光学ベース１４とをＹＡＧ溶接
あるいは、半田等を用いて固定する。

【００２６】光軸調整された光学ベース１４は、前述し
たフランジ１２、１３により採油チャンバ１１と一体と
なったフィルタ１０の内部に挿入され、両側より蓋板１
９、２０で密封される。フランジ１２、１３と蓋板１
９、２０間には気密パッキン３２、３３が取り付けてあ
る。

【００２７】光学ベース１４の両端は、それぞれ３つの
圧縮ばね３４ａ、３４ｂ、３４ｃ（３５ａ、３５ｂ、３
５ｃ）を用いてフィルタ１０に固定されている（図３参
照）。光学ベース１４の両側にはリング３６（３７）が
設けられ、このリング３６（３７）にばね３４ａ、３４
ｂ（３５ａ、３５ｂ）を固定するためのパイプ３８ａ、
３８ｂ（３９ａ、３９ｂ）が２本溶接されている。光学
ベース１４が、パイプ３８ａ、３８ｂ（３９ａ、３９
ｂ）の穴に合うネジによりリング３６（３７）に押しつ
けられた構造となっている。蓋板１９、２０と光学ベー
ス１４との間にも１つの圧縮ばね３４ｃ（３５ｃ）を設
けられて固定されている。

【００２８】光学ベース１４から引き出された光ファイ
バ１５、１６は、蓋板１９、２０に設けたパイプ４０、
４１から外部に出される。蓋板１９、２０の両フランジ
１２、１３への固定には六角穴付きボルト４２、４３が
用いられる。またボルト４２、４３で固定した後誤って
触手等によりボルト４２、４３を緩めてしまうおそれが
あるので、ボルト４２、４３の穴は埋め込み化されてい
る。光ファイバ１５、１６のジャケットはこれらのパイ
プ４０、４１の出口まで露出されており、このパイプ４
０、４１の出口付近は低融点ガラスにより封止される。
封止後、再度光ファイバ１５、１６の結合効率を測定
し、初期設定時と比較し大きな損失劣化がないかを確認
し、封止作業により光ファイバ１５、１６に応力がかか
り断線等していないかを確認する。

【００２９】以上でガス検出装置の製作は終了である。
つぎに本検出装置の取り付け手順について説明する。ま
ず油注入用の導管２１を、検出すべき電気機器に接続す
るとともに、エア抜き用の導管２２に真空ポンプを取り
付けて、１０^-2Torr以下の圧力しておき油の注入を行
う。つぎに気相部の内部エアを除去するためのエア抜き
用の導管２２に真空ポンプを接続して気相部圧力を１０
^-2Torr以下にする。以上の操作が終われば準備が終了す
る。準備終了後、油内にＨ₂、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂が何ら
かの原因で発生した場合、これらのガスが高分子膜１０
ａ及び焼結金属層１０ｂを通過していく。検出対象とす
るガスの吸収線と同じ波長をもつレーザ光（例えばアセ
チレンでは１．５μｍ近辺）を光ファイバ１５、１６中
に伝送させると、ガス検出器の気相部で光の減衰が生じ
る。ガス吸収線の中心での吸収量と光源の波長をややシ
フトしたときの減衰量の差から吸収線の線幅からガス濃
度と全圧とが求まる。ここで求めた濃度と全圧とから検
出ガスの分圧が求まる。求めた分圧から数１を用いれば
検出ガスの油中ガス濃度の算出を行なうことができる。

【００３０】以上において、本実施例によれば油中より
ガスのみを透過させる略円筒状のフィルタ１０と、フィ
ルタ１０の周囲に設けられフィルタ１０の回りを油で満
たすための採油チャンバ１１と、フィルタ１０の両端面
に設けられフィルタ１０内を密閉するための蓋板１９、
２０と、両蓋板１９、２０を貫通すると共に同軸かつ端
面が対向する一対の光ファイバ１５、１６と、フィルタ
１０内に設けられ両光ファイバ１５、１６を保持すると
共に、両端が蓋板１９、２０にばね３４ａ、３４ｂ、３
４ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃを介して取り付けられた
光学ベース１４とを備えたので、油圧変動や衝撃の影響
を受けることなく正確かつ安定に油中の溶存ガスを検出
できる油中溶存ガスの検出装置を提供することができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００３２】(1) 油圧変動や衝撃の影響を受けることな
く正確かつ安定に油中の溶存ガスを検出できる。

【００３３】(2) 外界から油側へのガスの逆流がないの
で信頼性の高いガス検出器を構成できる。

【００３４】(3) 既成の油槽、油入り電気ケーブルの接
続箱等に「後付け」、「外付け」の形で本装置を取り付
けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の油中溶存ガスの検出装置の一実施例を
示す縦断面図である。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示した油中溶存ガ
スの検出装置に用いられる集光レンズを固定するブロッ
クの説明図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、光ファイバを
固定するブロック及びレンズ固定用のブロックとファイ
バ固定用のブロックとの組み立てを説明する説明図であ
る。

【図３】図１に示した光学ベースのばねによる固定を説
明する説明図である。

【図４】従来の油中溶存ガス測定装置の断面図である。

【符号の説明】

１０円筒状フィルタ１０ａ焼結金属１０ｂ高分子膜１１採油チャンバ１２、１３フランジ１４光学ベース１５、１６光ファイバ１７、１８レンズホルダ１７ａ、１８ａシリンダ１７ｂ、１８ｂレンズホルダ１７ｃ、１８ｃ固定リング１９、２０蓋板２１導管（絶縁油注入用）２２導管（エア抜き用）２３導管（気相エア抜き用）２４、２５集光レンズ２６、２７、３０、３１ブロック３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃば
ね３６、３７ばね固定用リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田昌彦茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油中に溶存するガスを分離すると共に採
取したガスを光ファイバを用いて光学的に検出する油中
溶存ガスの検出装置において、油中よりガスのみを透過
させる略円筒状のフィルタと、そのフィルタの周囲に設
けられフィルタの回りを油で満たすための採油チャンバ
と、上記フィルタの両端面に設けられフィルタ内を密閉
するための蓋板と、両蓋板を貫通すると共に同軸かつ端
面が対向する一対の光ファイバと、上記フィルタ内に設
けられ両光ファイバを保持すると共に、両端が上記蓋板
にばねを介して取り付けられた光学ベースとを備えたこ
とを特徴とする油中溶存ガスの検出装置。