(57)【要約】【課題】ＳＦ６絶縁ガスの分解ガスの濃度をより簡便に、より早く、より正確に計測できるガスセンサを提供する。【解決手段】本発明に係るガスセンサは、格子５で微細な空隙６を形成する結晶構造体４と、この結晶構造体４の両側に設けた電極７と、結晶構造体４に設けた加熱媒体９とを備えるとともに、結晶構造体４の空隙６を、計測対象とするガスのみを捕捉できる空孔寸法に設定した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子で微細な空隙を形成する結晶構造体と、この結晶構造体の両側に設けた電極と、前記結晶構造体に設けた加熱媒体とを備えるとともに、前記結晶構造体の前記空隙を、計測対象とするガスのみを捕捉できる空孔寸法に設定したことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
格子で微細な空隙を形成し、この空隙で計測対象とするガスのみを捕捉する空孔寸法に設定した第１結晶構造体と、格子で微細な空隙を形成し、この空隙で非計測対象とするガスのみを捕捉する空孔寸法に設定した第２結晶構造体と、前記第１結晶構造体および前記第２結晶構造体のそれぞれに装着した電極とを備えたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
結晶構造体は、絶縁性材で作製したことを特徴とする請求項１または２記載のガスセンサ。
【請求項４】
絶縁性材はセラミックスであることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
【請求項５】
電極は金属板に導電材料を被着したことを特徴とする請求項１または２記載のガスセンサ。
【請求項６】
導電材料はＣｕおよびＡｌのうち、いずれかであることを特徴とする請求項５記載のガスセンサ。
【請求項７】
加熱媒体はヒータであることを特徴とする請求項１記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス絶縁開閉装置内で異常事態が発生したとき、ＳＦ６絶縁ガスから分解発生する分子量の異なる分解ガスを検出するガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の変電設備では、容量の大形化、良質な電力の供給化を目指して電気絶縁性、アークの消弧性に優れたＳＦ６絶縁ガス（六弗化ガス）を器内の充填ガスとして用いたガス絶縁開閉装置が営業運転により多く稼動している。
【０００３】
電気絶縁性等に優れたＳＦ６絶縁ガスを用いるガス絶縁開閉装置は、絶縁距離を短くし、設備自体をコンパクト化できる利点を持っている反面、部分放電や地絡等によってＳＦ６絶縁ガスが分解し、生成した分解ガスに基づく電気的性能を著しく低下させる問題点があった。
【０００４】
ガス絶縁開閉装置内に部分放電等が発生すると、その熱エネルギでＳＦ６絶縁ガスは、熱分解し、亜硫酸ガス、四弗化炭素、弗化水素、弗化チオン等の分子量の異なる分解ガスを生成する。
【０００５】
このため、ガス絶縁開閉装置は、ＳＦ６絶縁ガスから弗化水素等の分解ガスを検出すれば、器内に部分放電等の異常状態が発生していることがわかる。
【０００６】
ＳＦ６絶縁ガスから分解された分解ガスを検出する手段には、例えば弗化水素の場合、電解質や結晶水を含む物質に出合うと弗酸として反応し導電性を示すため、この原理を応用したセンサが出現されており、その構成として、例えば図５に示す構成のものがある。
【０００７】
このセンサは、周縁を電極板１，１で囲われた結晶水含有基板２と、積分装置３と、電源Ｅとを備え、結晶水含有基板２にＳＦ６絶縁ガスを投入すると、ここで水分子Ｈ２Ｏと反応し、水蒸気ＳＴやイオンＩを生成し、生成したイオンＩに基づいて一方の電極板１から他方の電極板１に電流が流れ、分解ガス濃度に比例する電流の強弱を積分装置３で積算して分解ガスを検出する構成になっている。
【０００８】
このように、従来のＳＦ６絶縁ガスの分解ガスの検出方法には、イオン導電性を利用したものが比較的取扱いが容易なため、より多く使用されていた。
【０００９】
また、ＳＦ６絶縁ガスの分解ガスを検出する他の方法には、サンプリングしたＳＦ６絶縁ガスをガスクロマトグラフィー、イオンクロマトグラフィー等を用いて分析し、器内に異常事態が発生していないかの有無を確認する手段が用いられている。
【００１０】
さらに、部分放電や地絡等に基づくＳＦ６絶縁ガスの分解ガス検出手段として、例えば、特開平４−２１５０７４号（特許公報１参照）、特開平６−１１８０５５号（特許公報２参照）、特開平１１−２６０６４８号（特許公報３参照）、特開平７−２３５２８号（特許公報４参照）等、数多くの発明が提案されている。
【００１１】
【特許公報１】
特開平４−２１５０７４号
【００１２】
【特許公報２】
特開平６−１１８０５５号
【００１３】
【特許公報３】
特開平１１−２６０６４８号
【００１４】
【特許公報４】
特開平７−２３５２８号
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示した従来のセンサは、取扱いが簡便な利便性を持っているものの、幾つかの問題点を抱えている。
【００１６】
イオン導電性の原理を利用するセンサは、結晶水や含有水等の多量の水を含むセンサ素子を使用するものであるが、万一水漏れ等があった場合、水分を嫌うガス絶縁開閉装置においては、水分の吸湿構成部品に絶縁破壊を起こさせ、電気性能低下の要因になる等の心配がある。
【００１７】
また、イオン導電性の原理を利用するセンサは、ＳＦ６絶縁ガスから分解される、例えば弗化水素が極く微量であるから、検出電流値の強弱も少なく、このためノイズ等の外乱を多く含む可能性があり、計測精度上、充分と言い難い。
【００１８】
また、弗酸は、活性であるから、電極板等の構成部品を腐食させるおそれがあり、このため電極板の通電が悪くなって計測精度が悪くなる。
【００１９】
さらに、この種のセンサは、検出する僅かな電流値を積算する積分装置を備えているが、この積分装置内で長い間使用した結果、発生するドリフトやオフセットによる自己積分量を更正することが難しい。
【００２０】
一方、ガスクロマトグラフィー等を用いて分解ガスを検出する手段では、人手と時間がかかる上、分解ガスの化学反応があり、計測精度が高い。
【００２１】
また、既に開示された上述の発明では、装置の複雑化を招いたり、あるいは、製作上、困難を来すのではないかと思われるものもあり、新たなセンサの実現が求められていた。
【００２２】
本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、ＳＦ６絶縁ガスからの分解ガスの濃度をより簡便な手法で、より早く、より正確に計測できるガスセンサを提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、格子で微細な空隙を形成する結晶構造体と、この結晶構造体の両側に設けた電極と、前記結晶構造体に設けた加熱媒体とを備えるとともに、前記結晶構造体の前記空隙を、計測対象とするガスのみを捕捉できる空孔寸法に設定したものである。
【００２４】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、格子で微細な空隙を形成し、この空隙で計測対象とするガスのみを捕捉する空孔寸法に設定した第１結晶構造体と、格子で微細な空隙を形成し、この空隙で非計測対象とするガスのみを捕捉する空孔寸法に設定した第２結晶構造体と、前記第１結晶構造体および前記第２結晶構造体のそれぞれに装着した電極とを備えたものである。
【００２５】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、結晶構造体は、絶縁性材で作製したものである。
【００２６】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、絶縁性材はセラミックスであることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、電極は金属板に導電材料を被着したものである。
【００２８】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、導電材料はＣｕおよびＡｌのうち、いずれかであることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係るガスセンサは、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、加熱媒体はヒータであることを特徴とするものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガスセンサの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るガスセンサの第１実施形態を示す概念図である。
【００３２】
本実施形態に係るガスセンサは、例えば、ゼオライト等の人工結晶で作製された結晶構造体４の分子間で形成する格子５の空隙６の空孔寸法を、計測対象とする分解ガスの分子径よりも大きくし、ＳＦ６絶縁ガスの分子径よりも小さく形成したものである。
【００３３】
また、本実施形態に係るガスセンサは、結晶構造体４の両側面に電極板７，７を配置し、電極板７，７にリード線８，８を介して電流を通電し、格子５の空隙６に捕捉された分解ガスに基づく電流の強弱を計測して分解ガスの濃度を計測する分析部（図示せず）と、分解ガスの濃度を計測後、格子５の空隙６に捕捉された分解ガスに熱を加えて放出させ、計測前の初期の状態にリセットさせる加熱媒体９、具体的にはヒータとを備えている。
【００３４】
このような構成を備えるガスセンサにおいて、ＳＦ６絶縁ガスから分解された、計測対象となる、例え亜硫酸ガスＳＯ２は、図４に示すように、格子５の空隙６で捕捉されるが、ＳＦ６絶縁ガスは捕捉されない。
【００３５】
格子５の空隙６に捕捉された亜硫酸ガスＳＯ２は、図１に示すように、結晶構造体４の電極７，７にリード線８，８を介して電流を通電し、変化値、例えば電気伝導あるいは通電率を分析部で検出し、亜硫酸ガスＳＯ２の濃度を計測し、計測した亜硫酸ガスＳＯ２の濃度からガス絶縁開閉装置の部分放電等を認識する。
【００３６】
このように、本実施形態は、ＳＦ６絶縁ガスから分解した計測対象となる分解ガスだけを捕捉できるように、結晶構造体４における格子５の空隙６の空孔寸法を設定したので、計測対象となる分解ガスを確実に捕捉することができ、微量の計測対象となる分解ガスの濃度でも精度よく計測することができる。
【００３７】
また、本実施形態は、結晶構造体４に加熱媒体９を備え、分解ガスの濃度を計測後、格子５の空隙６に捕捉された分解ガスに熱を加えて放出させる構成にしたので、すぐさま計測前の初期の状態にリセットさせることができ、連続して新たな分解ガスの濃度を計測することができる。
【００３８】
図２は、本発明に係るガスセンサの第２実施形態を示す概念図である。なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００３９】
本実施形態に係るガスセンサは、結晶構造体４の絶縁性物質、具体的にはセラミックスで構成するとともに、セラミックスで作製された結晶構造体４の表面に電極１０，１０を装着したものである。
【００４０】
電極１０，１０は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の板にＡｌ，Ｐｔ等の金属箔を貼り付けたもの、金属を蒸着したもの、導電塗料を塗布したもののうちから選択される。
【００４１】
このように、本実施形態は、結晶構造体４を絶縁性物質、具体的にはセラミックスで構成するとともに、結晶構造体４の表面に、直接、電極１０，１０を装着したので、リード線８，８を介して電極１０，１０に流れる電流に基づくジュール熱の発生を抑制し、格子５の空隙６に捕捉された分解ガスが放出されないで分解ガスの総量が計測できて、さらに計測精度をより一層向上させることができる。
【００４２】
図３は、本発明に係るガスセンサの第３実施形態を示す概念図である。なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には同一符号を付す。
【００４３】
本実施形態に係るガスセンサは、格子５の空隙６の空孔寸法の異なる第１結晶構造体１１と第２結晶構造体１２を備えるとともに、各結晶構造体１１，１２のそれぞれの両側の表面に電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを装着するとともに、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの一側に共通のリード線１４で接続し、電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの他側に第１結晶構造体用出力リード線１５ａと第２結晶構造体用出力リード線１５ｂとを備えたものである。
【００４４】
このように、本実施形態は、格子５の空隙６の空孔寸法の異なる第１結晶構造体１１と第２結晶構造体１２とを備え、例えば第１結晶構造体１１の空隙６に計測対象とするＳＦ６絶縁ガスからの分解ガスを捕捉し、第２結晶構造体１２に計測対象としない別のガスを捕捉させて両方の濃度差を比較する構成にしたので、計測対象としない別のガスに影響を受けることなく計測対象とする分解ガスの濃度を確実に計測することができ、計測精度をより一層向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るガスセンサは、結晶構造体の格子の空隙の空孔寸法を、計測対象となるＳＦ６絶縁ガスからの分解ガスを確実に捕捉できる寸法に設定したので、分解ガスを簡易に、かつ確実に捕捉して分解ガス濃度の計測精度をより一層向上させることができ、部分放電等の異常状態をより正確検知してガス絶縁開閉装置の不具合を迅速に対処させることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係るガスセンサは、格子の空隙の空孔寸法の異なる複数の結晶構造体を備えたので、計測対象とならないガスに影響されることなく計測対象となる分解ガスを捕捉して分解ガス濃度の計測をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガスセンサの第１実施形態を示す概念図。
【図２】本発明に係るガスセンサの第２実施形態を示す概念図。
【図３】本発明に係るガスセンサの第３実施形態を示す概念図。
【図４】本発明に係るガスセンサに適用する結晶構造体でＳＦ６絶縁ガスからの分解ガスを捕捉することを示す概念図。
【図５】従来のガスセンサの原理を示す概念図。
【符号の説明】
１  電極板
２  結晶水含有基板
３  積分装置
４  結晶構造体
５  格子
６  空隙
７  電極板
８  リード線
９  加熱媒体
１０  電極
１１  第１結晶構造体
１２  第２結晶構造体
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ  電極
１４  リード線
１５ａ，１５ｂ  リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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