(57)【要約】【課題】本発明は、汎用の半導体センサを用いて再現性が高い各種ガスの濃度の検出を可能にした油中ガス分析装置を提供することにある。【解決手段】本発明の油中ガス分析装置は、内蔵されている油を機器から取り出すガス抽出器と、ガス抽出器に取り出した油に含まれる複数の成分ガスの濃度を検出する複数の半導体センサを有するガス検知部と、ガス抽出器に取り出した油から複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガス供給系統と、半導体センサの検出値の基準となる基準ガスをガス検出部に供給する基準ガス供給系統と、この試料ガス供給系統と基準ガス供給系統とを切替てガス検知部に供給する切替え供給手段と、試料ガス及び基準ガスをガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに油に溶存する複数の成分ガスの濃度を算出する演算装置を有する油中ガス分析装置を備えるように構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器に内蔵されている油を機器から取り出すガス抽出器と、このガス抽出器に取り出された油に含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度を検出する複数の半導体センサを有するガス検知部と、ガス抽出器に取り出された油の中から含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスの供給系統と、半導体センサの検出値の基準となる基準ガスをガス検出部に供給する基準ガスの供給系統と、この試料ガスの供給系統と基準ガスの供給系統とを切替てガス検知部に供給する切替え供給手段と、ガス抽出器に取り出された油から採取した試料ガス及び基準ガスをガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに油に溶存する複数の成分ガスの濃度を算出する演算装置を有する油中ガス分析装置を備えたことを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項２】
請求項1に記載の油中ガス分析装置において、前記演算装置は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と、複数の半導体センサで測定した基準ガスの検出値に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を夫々演算によって求めるように構成されていることを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の油中ガス分析装置において、前記演算装置は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と基準ガスの検出値との比に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を算出することを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項４】
請求項1又は請求項２に記載の油中ガス分析装置において、基準ガスの供給系統によって供給される基準ガスには、酸素と不活性ガスとの混合ガス、又は空気を用いていることを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項５】
請求項1又は請求項２に記載の油中ガス分析装置において、ガス抽出器の油の中から複数の成分ガスを採取して試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスは、不活性ガスをガス抽出器の油中に導いてバブリングにより油中から採取した溶存ガスとこの不活性ガスとの混合ガスに酸素を添加するガス調整装置を設けて試料ガスを生成することを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項６】
請求項1又は請求項２に記載の油中ガス分析装置において、試料ガス及び基準ガスの温度または湿度を所望の値に保持する調節器を備えたことを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項７】
請求項1又は請求項２に記載の油中ガス分析装置において、前記演算装置は、ガス検知部に設置された複数の半導体センサの中の第１のセンサ群で検出された検出値から試料ガス中の或る特定の成分のガス濃度を算出し、次に複数の半導体センサの中の第２のセンサ群で検出された検出値と第1のセンサ群で検出して算出した特定の成分のガス濃度とから残りの他の成分のガスの濃度を求めて試料ガス中の複数の成分ガスの濃度を求めるように構成されていることを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項８】
請求項1又は請求項７に記載の油中ガス分析装置において、前記演算装置で算出した油に溶存する複数の成分ガスの濃度を監視する監視装置を備えたことを特徴とする油中ガス分析装置。
【請求項９】
変圧器に内蔵されている絶縁油を変圧器から取り出すガス抽出器と、このガス抽出器に取り出された絶縁油に含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度を検出する複数の半導体センサを有するガス検知部と、ガス抽出器に取り出された絶縁油の中から含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスの供給系統と、半導体センサの検出値の基準となる基準ガスをガス検出部に供給する基準ガスの供給系統と、この試料ガスの供給系統と基準ガスの供給系統とを切替てガス検知部に供給する切替え供給手段と、ガス抽出器に取り出された絶縁油から採取した試料ガス及び基準ガスをガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに絶縁油に溶存する複数の成分ガスの濃度を算出する演算装置を有することを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１０】
請求項９に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、前記演算装置は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と、複数の半導体センサで測定した基準ガスの検出値に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を夫々演算によって求めるように構成されていることを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、前記演算装置は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と基準ガスの検出値との比に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を算出することを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１２】
請求項９又は請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、基準ガスの供給系統によって供給される基準ガスには、酸素と不活性ガスとの混合ガス、又は空気を用いていることを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１３】
請求項９又は請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、ガス抽出器の油の中から複数の成分ガスを採取して試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスは、不活性ガスをガス抽出器の油中に導いてバブリングにより油中から採取した溶存ガスとこの不活性ガスとの混合ガスに酸素を添加するガス調整装置を設けて試料ガスを生成することを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１４】
請求項９又は請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、試料ガス及び基準ガスの温度または湿度を所望の値に保持する調節器を備えたことを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１５】
請求項９又は請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、前記演算装置は、ガス検知部に設置された複数の半導体センサの中の第１のセンサ群で検出された検出値から試料ガス中の或る特定の成分のガス濃度を算出し、次に複数の半導体センサの中の第２のセンサ群で検出された検出値と第1のセンサ群で検出して算出した特定の成分のガス濃度とから残りの他の成分のガスの濃度を求めて試料ガス中の複数の成分ガスの濃度を求めるように構成されていることを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１６】
請求項９又は請求項１０に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、前記演算装置で算出した油に溶存する複数の成分ガスの濃度を監視する監視装置を備えたことを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の油中ガス分析装置を備えた変圧器において、監視装置における変圧器の絶縁油に溶存する複数の成分ガスの濃度に対する監視状況を外部に発信する通信手段を設置したことを特徴とする油中ガス分析装置を備えた変圧器。
【請求項１８】
機器に内蔵されている油を取り出してガス抽出器に供給し、ガス抽出器に取り出した油から油中に含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとして試料ガスの供給系統を通じてガス検出部に供給可能とし、ガス検知部に備えた複数の半導体センサの検出値の基準となる基準ガスを基準ガスの供給系統を通じてガス検出部に供給可能とし、試料ガスの供給系統を通じて供給される試料ガスと基準ガスの供給系統を通じて供給される基準ガスとを切替てガス検知部に選択して供給を行い、この試料ガスに含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度及び基準ガスの濃度をガス検知部に備えた複数の半導体センサによって検出し、試料ガス及び基準ガスに対してガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度を演算によって求めることを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項１９】
請求項1８に記載の油中ガスの分析方法において、試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度の演算は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と、複数の半導体センサで測定した基準ガスの検出値に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を夫々演算によって求めるようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の油中ガスの分析方法において、試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度の演算は、複数の半導体センサで測定した試料ガスの検出値と基準ガスの検出値との比に基づいて、試料ガスに含まれている各成分ガスの濃度を算出するようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２１】
請求項1８又は請求項１９に記載の油中ガスの分析方法において、基準ガスの供給系統を通じて供給される基準ガスには、酸素と不活性ガスとの混合ガス、又は空気を用いるようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２２】
請求項1８又は請求項１９に記載の油中ガスの分析方法において、ガス抽出器の油の中から複数の成分ガスを採取してガス検出部に供給する試料ガスは、不活性ガスをガス抽出器の油中に導いてバブリングにより油中から採取した溶存ガスとこの不活性ガスとの混合ガスに酸素を添加して生成するようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２３】
請求項1８又は請求項１９に記載の油中ガスの分析方法において、試料ガス及び基準ガスの温度または湿度を所望の値の範囲に保持させて複数の半導体センサで検出するようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２４】
請求項1８又は請求項１９に記載の油中ガスの分析方法において、試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度の演算は、ガス検知部に備えられた複数の半導体センサの中の第１のセンサ群で検出された検出値から試料ガス中の或る特定の成分のガス濃度を算出し、次に複数の半導体センサの中の第２のセンサ群で検出された検出値と第1のセンサ群で検出して算出した特定の成分のガス濃度とから残りの他の成分のガスの濃度を求めて試料ガス中の複数の成分ガスの濃度を求めるようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【請求項２５】
請求項1８又は請求項２４に記載の油中ガスの分析方法において、試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度について演算によって算出した複数の成分ガスの濃度を監視するようにしたことを特徴とする油中ガスの分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油が内蔵された変圧器等の機器の油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油が内蔵された変圧器等の機器の油中ガスの分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油が封入、或いは内蔵された機器である変圧器の油に関する油中ガス分析装置の従来技術の一つとして、特開昭５９−１６０７４５号公報には、ガス透過材を用いて絶縁油中のガスを分離し、分離したガスを数種類のガスに反応する半導体センサを複数個使用して検知し、ガス濃度と反応特性との関係を表した複数の演算式を多元連立方程式としてガス濃度について解くことにより、油中ガス中の水素、一酸化炭素、二酸化炭素メタン、エタン、エチレン、アセチレンの濃度を求める技術が開示されている。
【０００３】
また、油中ガス分析装置に関する従来技術の一つとして、特開平５−５２７８７号公報には、各種ガス抽出法によって抽出した油中溶存ガスを単一ガスに分離せずに水素のみに反応するセンサ、アセチレンにのみに反応するセンサ等の半導体センサによって、夫々、水素、アセチレンを検知する技術が開示されている。
【０００４】
同様に、油中ガス分析装置に関する従来技術の一つとして、特開平６−１６０３２９号公報には、各種ガス抽出法によって抽出した油中溶存ガスを単一ガスに分離せずに水素のみに反応するセンサ、一酸化炭素のみに反応するセンサ、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン等の総可燃性ガスに反応するセンサ等の半導体センサによって、夫々、水素、一酸化炭素、総可燃性ガスを検知する技術が開示されている。
【０００５】
また、油入の変圧器の内部で放電や過熱の発生や、封入或いは内蔵された絶縁油が劣化する等の異常が生じると、絶縁油が分解して油中にガスが発生する。変圧器の内部で生じる異常の種類によって油中で発生するガスの発生量やガスの発生パターンが異なる。よって、ガスの発生量やガス発生のパターンを調査して過去の事例と参照することにより、異常の種類や程度を判定することが可能である。そこで、従来より、油入変圧器の油の劣化や異常診断方法の1つとして、絶縁油中に溶存するガスの分析（以下、油中ガス分析と称する）が行なわれてきた。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１６０７４５号公報
【特許文献２】特開平５−５２７８７号公報
【特許文献３】特開平６−１６０３２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、各種ガス抽出法に基づき油中ガス分析装置でガスを検出する汎用の半導体センサである酸化スズ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物からなる半導体センサは、各種ガスに反応するという特性がある反面、特定のガスの濃度を精度良く検出できないという問題がある。更に、半導体センサの特性として、濃度一定の特定のガスに対してもそのセンサの出力は一定とはならずにセンサ出力が変化してしまうという問題がある。これは、半導体センサ表面に付着した水分や汚染物質の影響が原因と考えられている。
【０００８】
特許文献１に記載のガスの検出方法では、絶縁油中のガスのみを半導体センサで測定しているが、それでもセンサ出力が一定とならずに測定再現性が得られないという問題がある。
【０００９】
特許文献２及び特許文献３に記載のガスの検出方法でも、絶縁油中のガスのみを半導体センサで測定しているが、センサ出力が一定とならずに測定再現性が得られない。
【００１０】
また、特許文献２、及び特許文献３によるガスの検出方法は、ガス選択性のある半導体センサを用いてガス濃度を求めるが、ガス選択性のある半導体センサは水素、一酸化炭素、アセチレンに対してだけ検出可能に留まっており、メタン、エタン、エチレンの各ガス成分濃度を検出することができない。
【００１１】
本発明の目的は、汎用性のある半導体センサを用いて、検出の再現性が高い各種ガスの濃度の検出を可能にした、油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を装備した変圧器、及び油中ガスの分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の油中ガス分析装置は、機器に内蔵されている油を機器から取り出すガス抽出器と、このガス抽出器に取り出された油に含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度を検出する複数の半導体センサを有するガス検知部と、ガス抽出器に取り出された油の中から含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスの供給系統と、半導体センサの検出値の基準となる基準ガスをガス検出部に供給する基準ガスの供給系統と、この試料ガスの供給系統と基準ガスの供給系統とを切替てガス検知部に供給する切替え供給手段と、ガス抽出器に取り出された油から採取した試料ガス及び基準ガスをガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに油に溶存する複数の成分ガスの濃度を算出する演算装置を有する油中ガス分析装置を備えるように構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の油中ガス分析装置を備えた変圧器は、変圧器に内蔵されている絶縁油を変圧器から取り出すガス抽出器と、このガス抽出器に取り出された絶縁油に含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度を検出する複数の半導体センサを有するガス検知部と、ガス抽出器に取り出された絶縁油の中から含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとしてガス検出部に供給する試料ガスの供給系統と、半導体センサの検出値の基準となる基準ガスをガス検出部に供給する基準ガスの供給系統と、この試料ガスの供給系統と基準ガスの供給系統とを切替てガス検知部に供給する切替え供給手段と、ガス抽出器に取り出された絶縁油から採取した試料ガス及び基準ガスをガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに絶縁油に溶存する複数の成分ガスの濃度を算出する演算装置を備えるように構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の油中ガスの分析方法は、機器に内蔵されている油を取り出してガス抽出器に供給し、ガス抽出器に取り出した油から油中に含まれている複数の成分ガスを採取し測定対象の試料ガスとして試料ガスの供給系統を通じてガス検出部に供給可能とし、ガス検知部に備えた複数の半導体センサの検出値の基準となる基準ガスを基準ガスの供給系統を通じてガス検出部に供給可能とし、試料ガスの供給系統を通じて供給される試料ガスと基準ガスの供給系統を通じて供給される基準ガスとを切替てガス検知部に選択して供給を行い、この試料ガスに含まれる複数の成分ガスから成分ガスの濃度及び基準ガスの濃度をガス検知部に備えた複数の半導体センサによって検出し、試料ガス及び基準ガスに対してガス検出部の複数の半導体センサによって夫々測定した各検出値をもとに試料ガスに含まれる複数の成分ガスの濃度を演算によって求めるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、汎用性のある半導体センサを使用して、検出の再現性が高い各種ガスの濃度の検出を可能にした、油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油中ガスの分析方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に本発明の実施例である油入変圧器に設置される油中ガス分析装置について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
本発明の第１の実施例として、図１は本発明の一実施例である油入変圧器に設置される油中ガス分析装置２０の構成を示すものであり、内部に絶縁油が封入或いは内蔵された変圧器に据え付けるタイプの油中ガス分析装置である。本実施例の油入変圧器に設置される油中ガス分析装置は、水素、一酸化炭素、アセチレン、エチレン、メタン、エタンについて油中ガス分析を行なう。
【００１８】
図１において、油入変圧器１の内部には絶縁油２が充填されている。油中ガス分析装置２０は、油入変圧器１とは配管２５Ａ及び配管２５Ｂを通じて連通され、油入変圧器１から絶縁油２が流入、流出されるガス抽出器３を設置することにより、このガス抽出器３にてバブリング法により前記油入変圧器１の内部に封入或いは内蔵された絶縁油２の油中に発生するガスの抽出を行なう。
【００１９】
ガス抽出器３の本体には開放弁４が設けられている。配管２５Ａ及び２５Ｂには送油ポンプ５Ａ及び５Ｂが夫々設置されており、送油ポンプ５Ａは油入り変圧器１の絶縁油２をガス抽出器３に所定量だけ供給する。また、送油ポンプ５Ｂはガス抽出後の絶縁油２をガス抽出器３から油入り変圧器１に返還する。
【００２０】
窒素を供給する窒素ボンベ６が設置されており、窒素ボンベ６から窒素供給配管１８Ａを通じて窒素を後述する四方切替え弁１０へ導いている。また、酸素を供給する酸素ボンベ７が設置されており、酸素ボンベ７から酸素供給配管１８Ｂを通じて酸素を後述するガス調整装置１３へ導いている。
【００２１】
前記窒素供給配管１８Ａ及び酸素供給配管１８Ｂにはレギュレータ８Ａ及び８Ｂが夫々設置されており、窒素ボンベ６及び酸素ボンベ７から四方切替え弁１０及びガス調整装置１３に夫々供給される窒素及び酸素の圧力を調整するようになっている。
【００２２】
同様に、前記窒素供給配管１８Ａ及び酸素供給配管１８Ｂには流量計９Ａ及び９Ｂが夫々設置されており、窒素ボンベ６及び酸素ボンベ７から四方切替え弁１０及びガス調整装置１３に夫々供給される窒素及び酸素の流量を計測している。
【００２３】
四方切替え弁１０は、窒素ボンベ６から窒素を供給する窒素供給配管１８Ａと、この窒素供給配管１８Ａを通じて供給される窒素をガス抽出器３に導くガス抽出系配管１８Ｃ１とに接続するように構成されている。
【００２４】
そして、この四方切替え弁１０を切替え操作することにより、窒素ボンベ６から窒素供給配管１８Ａ及びガス抽出系配管１８Ｃ１を通じて窒素ガスをガス抽出器３に供給する流路を形成する。
【００２５】
また、四方切替え弁１０は、油入変圧器１の内部に封入した絶縁油２の油中に発生した油中溶存ガス混合ガスをガス抽出器３から導出するガス抽出系配管１８Ｃ２と、このガス抽出系配管１８Ｃ２を通じて導かれた油中溶存ガス混合ガスをガス調整装置１３に導く油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄとに接続するように構成されている。
【００２６】
そして、この四方切替え弁１０を切替え操作することにより、ガス抽出器３からガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを通じて油中溶存ガス混合ガスを後述するガス検出器１５に供給する流路を形成する。
【００２７】
前記ガス抽出系配管１８Ｃ１にはエアポンプ１１が配設されており、このエアポンプ１１を稼動させることによりバブリングを行なうようになっている。そして、ガス抽出器３にはフィルタ１２が設けられており、ガス抽出器３に導かれた油入変圧器１の内部に封入した絶縁油２の油中に発生した油中溶存ガス混合ガスをガス抽出系配管１８Ｃ２を通じてガス抽出器３から四方切替え弁１０に導出する際に、油中溶存ガス混合ガスに霧状となって混入した絶縁油を除去する。
【００２８】
ガス抽出器３に導かれた油入変圧器１の内部に封入した絶縁油２の油中に発生した油中溶存ガス混合ガスは、四方切替え弁１０の切替え操作によりガス抽出系配管１８Ｃ２、油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄ及び試料ガス供給配管１８Ｅを通じてガス検出器１５に供給される。
【００２９】
油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄ及び試料ガス供給配管１８Ｅとの接続部にはガス調整装置１３が設置されており、このガス調整装置１３には、酸素ボンベ７から酸素を供給する酸素供給配管１８Ｂが接続されている。
【００３０】
そして、前記ガス調整装置１３により、ガス検出器１５に供給される油中溶存ガス混合ガスに酸素を所定の割合に混合して試料ガスを生成するようになっている。ガス調整装置１３で生成した試料ガスは試料ガス供給配管１８Ｅを通じて温度調節器１４に供給され、窒素、酸素、及び油中溶存ガスをガス調整装置１３で混合した混合ガスである試料ガスの温度をこの温度調節器１４によって所定の温度に調整する。
【００３１】
前記ガス検出器１５には酸化スズ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物からなる半導体センサが設置されており、この半導体センサによって試料ガスである窒素と酸素との混合ガス、及び窒素と酸素と油中溶存ガスとの混合ガスを夫々測定して、それらの測定値を出力信号としてコンピュータ１６に出力する。
【００３２】
コンピュータ１６では、ガス検知部１５に設置された半導体センサからの出力信号をもとに油中溶存ガスのガス成分濃度を演算により算出し、算出された油中溶存ガスのガス成分濃度等をモニタ等に表示する。
【００３３】
また、コンピュータ１６は、本発明の実施例の油入変圧器に設置される油中ガス分析装置を構成するポンプ類のＯＮ、ＯＦＦや、切替え弁、排気弁類の切替え操作や開閉操作を各要素に指示するように構成されている。
【００３４】
ガス検出器１５に設置された半導体センサで検出された窒素、酸素、及び油中溶存ガスが混合した試料ガスのガス成分は、それらの各ガス成分濃度を検出後に排出配管１８Ｇを通じて外部に排出されるが、この排出配管１８Ｇには逆止弁１７が設置されており、外部の気体がガス検出器１５の内部に流入するのを防止している。
【００３５】
上記した配管のうち、ガス抽出系配管１８Ｃ１は、四方切替え弁１０から該ガス抽出系配管１８Ｃ１に設置したエアポンプ１１、ガス抽出器３、該ガス抽出器３に設置したフィルタ１２、ガス抽出系配管１８Ｃ２を経由して、再び四方切替え弁１０へ戻る配管である。
【００３６】
また、油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄは、窒素と油中溶存ガスとの混合ガスを温度調節器１４、ガス検出器１５に導く配管である。試料ガス供給配管１８Ｅは、ガス調整装置１３にて生成した油中溶存ガスと窒素と酸素との混合ガスを温度調節器１４、ガス検出器１５へ導く配管である。
【００３７】
次に、図１に示した本発明の一実施例である油入変圧器に設置される油中ガス分析装置について、その油中ガス分析の各手順を図２に示す。図２において、測定操作は、まず測定準備１０１の手順を行なう。
【００３８】
次に油中溶存ガス抽出１０２の手順を行なう。油中溶存ガス抽出１０２の手順と並行して、基準ガスである窒素酸素混合ガス測定１０３の手順を行なう。最後に試料ガス測定１０４の手順を行なう。窒素酸素混合ガス測定１０３の手順及び試料ガス測定１０４の手順の各測定結果をもとに各成分ガスの濃度を算出するガス濃度算出１０５の手順を行なう。また、測定操作の各手順は繰り返し行なう。
【００３９】
詳細に説明すると、測定準備１０１の手順では、四方切替え弁１０を図１に示すように操作して、窒素ボンベ６から窒素を窒素供給配管１８Ａを通じて四方切替え弁１０に供給する。供給された窒素は窒素供給配管１８Ａから四方切替え弁１０を経由して、ガス抽出系配管１８Ｃ１からガス抽出器３に流入する。
【００４０】
その後、窒素はこのガス抽出器３を経由してガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを流下して、窒素供給配管１８Ａから油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄに至るこれらの各機器及び流路内を窒素にて置換する。
【００４１】
また、酸素ボンベ７からは酸素供給配管１８Ｂを通じて酸素がガス調整装置１３に供給され、供給された酸素はガス調整装置１３にて窒素ガスと混合して基準ガスとなる窒素酸素混合ガスを生成する。
【００４２】
その後、このガス調整装置１３で生成した基準ガスの窒素酸素混合ガスは試料ガス供給配管１８Ｅを通じて温度調節器１４及びガス検知器１５に順次流下して、それらの各機器及び流路内を基準ガスの窒素酸素混合ガスにて置換する。
【００４３】
次に、油中溶存ガス抽出１０２の手順では、図３に示すように四方切替え弁１０を操作して切替える。そして、この四方切替え弁１０の切替えによって、ガス抽出系配管１８Ｃ１、ガス抽出系配管１８Ｃ２及びガス抽出器３とで閉じた系となるような流路Ａと、窒素を窒素ボンベ６から窒素供給配管１８Ａ及び四方切替え弁１０を経由してガス調整装置１３に供給するような流路Ｂとを形成する。
【００４４】
そして、酸素を酸素ボンベ７からは酸素供給配管１８Ｂを通じてガス調整装置１３に供給することにより、ガス調整装置１３にて流路Ｂを流下する窒素に酸素を混合させた基準ガスとなる窒素酸素混合ガスを生成し、この基準ガスの窒素酸素混合ガスを試料ガス供給配管１８Ｅを通じて温度調節器１４及びガス検知器１５に供給する。
【００４５】
前記流路Ａではガス抽出操作を行なう。即ち、流路Ａにおけるガス抽出の操作として、まず、ガス抽出器３に設けた開放弁４を開放した状態にしておき、配管２５Ａに設けた送油ポンプ５Ａを稼動して油入り変圧器１の内部に封入されている絶縁油２をガス抽出器３に供給する。
【００４６】
次に、ガス抽出器３への絶縁油２の注入が完了すると同時に開放弁４を閉じ、流路Ａを形成するガス抽出系配管１８Ｃ１に設けたエアポンプ１１を稼動させて、流路Ａ内の窒素を循環させてバブリングによりガス抽出器３に注入した絶縁油２に溶存している溶存ガスの採取を行なう。
【００４７】
バブリングとは、密閉された系内で試料対象のガスが溶存する液体内に窒素等の不活性ガスを吹き込んで液体内の溶存ガスと液面上のガスを平衡させた後に、液面上のガスを採取する試料ガスの採取方式のことをいう。
【００４８】
バブリングを行なう不活性ガスに窒素を使用するのは、酸素が絶縁油中へ混入するのを防止するためである。変圧器１に封入された絶縁油２から溶存ガスを採取された後の絶縁油２はガス抽出器３から変圧器１に戻して再使用するが、絶縁油２に酸素が混入した場合、酸素による絶縁油２や絶縁紙の劣化が懸念される。そのため、バブリングには、窒素、或いはヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを使用する。
【００４９】
バブリングを行なう際には、バブリング時間と密閉された系内を循環する不活性ガスの窒素中のガス濃度との相関を事前に調査しておき、妥当なバブリング時間を選定しておく。
【００５０】
また、絶縁油２の溶存ガスの濃度とバブリングにより試料ガスとして抽出されるガスの濃度との関係はガス成分により異なる。よって、絶縁油中の溶存ガスの量とバブリングにより抽出されるガスの量との相関関係を予め求めておく。
【００５１】
次に、基準ガスである窒素酸素混合ガス測定１０３の手順では、四方切替え弁１０の切替え操作によって形成される流路Ｂを通じて基準ガスとなる窒素酸素混合ガスに対する測定をガス検知器１５にて行なう。
【００５２】
即ち、窒素ボンベ６から窒素を窒素供給配管１８Ａ及び四方切替え弁１０を通じてガス調整装置１３に供給し、酸素ボンベ７から酸素を酸素供給配管１８Ｂを通じてガス調整装置１３に供給し、このガス調整装置１３にて両者の成分割合を調整した基準ガスの窒素酸素混合ガス（酸素２０％、窒素８０％）を試料ガス供給配管１８Ｅ、温度調節器１４を経由してガス検知器１５に供給する。
【００５３】
ガス検出器１５に設置された半導体センサＳ１−Ｓ７で検出される基準ガスの検出出力が安定したところで、その検出した出力を基準ガスである窒素酸素混合ガスに対するセンサ出力としてコンピュータ１６に入力する。
【００５４】
次に、試料ガス測定１０４の手順では、図４に示すように四方切替え弁１０を切替え、窒素ボンベ６から窒素を窒素供給配管１８Ａ、四方切替え弁１０、及びガス抽出系配管１８Ｃ１を通じてガス抽出器３に供給し、供給された窒素をこのガス抽出器３からガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを通じてガス調整装置１３に流下させる。
【００５５】
これらの操作によって、流路Ａ内の採取された油中溶存ガス混合ガスは窒素ボンベ６から供給された窒素により押し出されてガス調整装置１３に導かれる。導かれた油中溶存ガス混合ガスは、酸素ボンベ７から酸素供給配管１８Ｂを通じて供給された酸素をガス調整装置１３にて添加して試料ガスを生成する。
【００５６】
そして、このガス調整装置１３で生成した試料ガスをガス検知器１５に供給して、試料ガスの成分濃度を検出することになる。ここで、ガス調整装置１３で油中溶存ガス混合ガスに酸素を添加して試料ガスを生成するのは、ガス検知器１５に設けられた半導体センサＳ１−Ｓ７による試料ガスの測定に酸素が必要なためである。
【００５７】
ガス検知器１５に設けられた半導体センサＳ１−Ｓ７に供給される気体が基準ガスの窒素酸素混合ガスから試料ガスに切り替わることにより、半導体センサＳ１−Ｓ７で検出される試料ガスのセンサ出力は供給される気体の切替え前後で大きく変化する。センサ出力の変化後でセンサ出力がほぼ一定に安定したところで、これらのセンサ出力を試料ガスに対する半導体センサＳ１−Ｓ７の各センサ出力としてコンピュータ１６に入力する。
【００５８】
そして、試料ガスをガス検知器１５の半導体センサＳ１−Ｓ７で測定した後は配管２５Ｂに設けた送油ポンプ５Ｂを稼動しながら窒素ボンベ６から窒素をガス抽出器３に供給して、ガス抽出器３に供給した絶縁油２を油入変圧器１に戻す。これら一連の操作はコンピュータ１６からの指示を受けて自動的に行なうようにしてある。
【００５９】
図５はガス検知器１５に設けられた半導体センサＳ１−Ｓ７で検出されたガスのセンサ出力を模式的に示した図であり、横軸は時間t、縦軸は半導体センサＳ１−Ｓ７で検出されるセンサ出力の電気抵抗Ｒを示し、センサ出力は図中に曲線で表している。
【００６０】
図５において、時間ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ1の測定期間は、基準ガスである窒素酸素混合ガス（酸素２０％、窒素８０％）を測定している時のセンサ出力を示している。
【００６１】
また、時間ｔ＝ｔ1からｔ＝ｔ2の測定期間は、試料ガスを測定している時のセンサ出力を示し、時間ｔ＝ｔ2からｔ＝ｔ3の測定期間は、再び基準ガスである窒素酸素混合ガスを測定している時のセンサ出力を示している。
【００６２】
まず、時間ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ1の測定期間で、時間ｔ＝ｔ1における基準ガスのセンサ出力である電気抵抗ＲはＲ０を示す。時間ｔ＝ｔ０からｔ＝ｔ1にかけてセンサ出力が緩やかに変化しているのは、センサ出力がドリフトしているためである。
【００６３】
時間ｔ＝ｔ1からｔ＝ｔ2の測定期間は、四方切替え弁１０の切替え操作によって基準ガスから切替て供給される試料ガスを測定している時のセンサ出力を示している。時間ｔ＝ｔ1にて試料ガスの供給を開始して測定することにより、センサ出力は急激に減少した後に次第にセンサ出力の変化は緩やかになり、時間ｔ＝ｔ2でセンサ出力は安定する。
【００６４】
時間ｔ＝ｔ2における試料ガスのセンサ出力である電気抵抗ＲはＲ１を示す。
【００６５】
時間ｔ＝ｔ2からｔ＝ｔ3の測定期間は、四方切替え弁１０の切替え操作によって再び試料ガスから基準ガスに供給を切替て基準ガスの窒素酸素混合ガスを測定した時のセンサ出力を示している。時間ｔ＝ｔ2にて基準ガスの窒素酸素混合ガスの供給を開始して測定することにより、センサ出力は急激に増加した後に次第にセンサ出力の変化は緩やかになり、時間ｔ＝ｔ3でセンサ出力は安定する。
【００６６】
時間ｔ＝ｔ3における基準ガスのセンサ出力である電気抵抗ＲはＲ２を示す。時間ｔ＝ｔ3からｔ＝ｔ4に至るまでのセンサ出力はそれ程変化せず安定している状況を示している。
【００６７】
ここで、基準ガスの窒素酸素混合ガスについて、半導体センサによるセンサ出力の電気抵抗Ｒ０を予め検出してコンピュータ１６に登録しておく。また、試料ガスについては、分析対象のガス成分となる、例えば一酸化炭素のガスに関して、特定の濃度、例えばガス濃度10ppmの場合における半導体センサによるセンサ出力の電気抵抗Ｒ１となるＲCO1を予め検出してコンピュータ１６に登録しておく。同様に、検出対象となる他のガスである、水素、アセチレン、エチレン、メタン、エタンについても特定の濃度の場合における前記半導体センサによるセンサ出力の電気抵抗Ｒの値を予め検出してコンピュータ１６に夫々登録しておく。
【００６８】
そして、上記のように基準ガスと試料ガスについてガス検知器１５に設けた半導体センサＳ１−Ｓ７によって測定することにより、基準ガスに対するセンサ出力の電気抵抗Ｒ０と、試料ガスの中の測定対象ガス、例えば一酸化炭素のガスに対するセンサ出力の電気抵抗Ｒ１を計測して、この一酸化炭素のガスについてのセンサ出力の比Ｒ０/Ｒ１を計算する。
【００６９】
そして、コンピュータ１６に予め検出したガス濃度10ppmの一酸化炭素のガスの電気抵抗ＲCO1に基づくセンサ出力の比Ｒ０/ＲCO1を計算して前記のセンサ出力の比Ｒ０/Ｒ１と比較すれば、試料ガス中の一酸化炭素のガス濃度を正確に演算することができる。
【００７０】
同様の手法によって、基準ガスと試料ガスについてガス検知器１５に設けた半導体センサＳ１−Ｓ７によって測定することにより、試料ガス中の検出対象となる他のガスである、水素、アセチレン、エチレン、メタン、エタンについても前記のセンサ出力の比Ｒ０/Ｒ１を演算して比較すれば、試料ガス中の特定成分のガス濃度を正確に演算することができる。
【００７１】
ここで、ドリフトによる測定の誤りを防止するために、基準ガスである窒素酸素混合ガスの測定値は、試料ガスに切替える直前の時間ｔ＝ｔ1における基準ガスのセンサ出力であるＲ０や、再度、基準ガスの窒素酸素混合ガスに切替えた後の出力が安定した時間ｔ＝ｔ3における基準ガスのセンサ出力Ｒ２を用いる。
【００７２】
そして、試料ガスの測定値は、窒素酸素混合ガスへ切替える直前の時間ｔ＝ｔ2における試料ガスのセンサ出力Ｒ１を用いれば、ドリフトによる測定の誤りを防止できる。この場合、算出するセンサ出力の比はＲ０/Ｒ１ではなく、出力の比Ｒ２/Ｒ１を演算すればよい。
【００７３】
また、時間ｔ＝ｔ1以降も基準ガスの窒素酸素混合ガスを測定し続けたと仮定して、時間ｔ＝ｔ2における窒素酸素混合ガスに対するセンサ出力Ｒ０’を推定し、試料ガス中の検出対象のガス濃度に対応する出力を、センサ出力Ｒ０’/Ｒ１として算出しても良い。
【００７４】
図６は図１乃至図５に示した本発明の第１の実施例の油中ガス分析装置におけるガス検出器１５に設置された半導体センサＳ１−Ｓ７で検出した基準ガスと試料ガスに対するセンサ出力としてコンピュータ１６に入力し、試料ガスに含まれる検出対象の各ガスのガス濃度を演算する場合の演算シーケンスを示す。
【００７５】
前述したように、基準ガス、並びに検出対象の各種ガスに対応させて、予め、基準ガスと、特定の濃度における検出対象の各種ガスに対する半導体センサＳ１−Ｓ７のセンサ出力である電気抵抗Ｒを得ておく。
【００７６】
図６において、基準ガスである窒素酸素混合ガスと試料ガスに対して特性が異なる複数の半導体センサＳ１−Ｓ７によって検出した出力をもとに、試料ガスに含まれる測定対象の各ガス成分の濃度をコンピュータ１６に備えられた演算器２０１乃至演算器２０５によって算出する。使用する半導体センサは反応するガスの種類が少ない方が好ましい。
【００７７】
試料ガスに含まれる測定対象の各種ガスのガス濃度を算出する手順として、まず、半導体センサＳ１−Ｓ７のうち、少数の半導体センサで検出した出力によって濃度を求めることが可能なガス成分から先にガス濃度を求めていく。
【００７８】
次に、残りの半導体センサで検出した出力を用いて、反応特性とガス濃度との関係を表した計算式に、先に求めたガス成分の濃度を代入して未知のガス濃度を算出する。このような計算を繰り返して未知のガス濃度を求めていき、未知のガス濃度の数を計算により順次減らして最終的にすべてのガス成分の濃度を計算で求める。
【００７９】
本実施例では、水素、一酸化炭素、アセチレン、エチレン、メタン、エタンの順でその濃度を算出する。
【００８０】
半導体センサＳ１−Ｓ７のうち、少数の半導体センサによって濃度を求めることが可能なガス成分から先にガス濃度を求めていくことにより、ガス濃度算出の計算量を減らすことができ、また、検出対象のガスに対する検出精度も向上する。
【００８１】
また、図６に示したガス濃度を演算する演算シーケンスにおいて、演算器２０１乃至演算器２０５によって算出した試料ガスに含まれる検出対象の水素、一酸化炭素、アセチレン、エチレン、メタン、エタンの各ガス濃度の演算値を監視装置２１０に入力して常時監視することも可能である。
【００８２】
この場合、前記検出対象の各ガス濃度の許容値を設定装置２２０から監視装置２１０に入力しておけば、これらの許容値を越えた検出対象の各ガス濃度に対して監視装置２１０にて警報を出すことも可能となる。また、表示装置２３０には前記検出対象の各ガス濃度と警報表示を監視装置２１０から表示させることも可能である。
【００８３】
次に、本実施例において、検出対象のガス濃度と半導体センサの検出特性との間に線形性が成立する場合について、ガス濃度の算出方法を説明する。
【００８４】
図６において、基準ガスである窒素酸素混合ガス及び試料ガスを検出する場合のガス濃度算出について説明する。まず、試料ガスから水素の濃度NH2を求める場合、センサＳ１が検出した出力G1と検出対象のガスである水素の濃度NH2についての検量線（検出濃度とセンサ出力の電気抵抗の比）は、演算器２０１に登録された関数式である（式１）で表わされる。
【００８５】
G1＝１＋A11・（NH2）B11          ・・・（式１）
ここで、A11、B11はセンサＳ１によって水素と空気との混合ガスを測定して求めた定数である。
【００８６】
センサＳ１が検出した出力を演算器２０１の（式１）におけるG1に代入することにより水素濃度NH2が演算により求められる。
【００８７】
次に試料ガスから一酸化炭素の濃度NCOを求める場合、センサＳ２が検出した出力G2と水素の濃度NH2、一酸化炭素の濃度NCOについての検量線は、演算器２０２に登録された関数式である（式２）で表わされる。
【００８８】
G2＝1+NH2/（NH2+NCO）・A21・（NH2）B21＋NCO/（NH2+NCO）A22・（NCO）B22  ・・・（式２）
ここで、A21、A22、B21、B22はセンサＳ２により水素と空気の混合ガスおよび一酸化炭素と空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【００８９】
センサＳ２の出力を演算器２０２の（式２）におけるG2に、先に求めた水素濃度をNH2に代入して一酸化炭素濃度NCOが演算により求められる。
【００９０】
次に試料ガスからアセチレンの濃度NC2H2を求める場合、センサＳ３が検出した出力G3と一酸化炭素の濃度NCO、アセチレンの濃度NC2H2についての検量線は、演算器２０３に登録された関数式である（式３）で表わされる。
【００９１】
G3＝1+NCO/（NCO+NC2H2）・A31・（NCO）B31＋NC2H2/（NCO+NC2H2）A32・（NC2H2）B32・・・（式３）
ここで、A31、A32、B31、B32はセンサＳ３により一酸化炭素と空気の混合ガスおよびアセチレンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。センサＳ３の出力を式のG3に、先に求めた一酸化炭素濃度をNCOに代入してアセチレン濃度NC2H2が演算により求められる。
【００９２】
次に試料ガスからエチレンの濃度NC2H4を求める場合、センサＳ４の出力G4とアセチレンの濃度NC2H2、エチレンの濃度NC2H4についての検量線は、演算器２０４に登録された関数式である（式４）で表わされる。
【００９３】
G4＝1+NC2H2/（NC2H2+NC2H4）・A41・（NC2H2）B41＋NC2H4/（NC2H2+NC2H4）A42・（NC2H4）B42
・・・（式４）
ここで、A41、A42、B41、B42はセンサＳ４によりアセチレンと空気の混合ガスおよびエチレンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【００９４】
センサＳ４の出力を演算器２０４の（式４）におけるG4に、先に求めたアセチレン濃度をNC2H2に代入してエチレン濃度NC2H2が演算により求められる。
【００９５】
次に試料ガスからメタンの濃度NCH4、エタンの濃度NC2H6を求める場合、センサＳ５の出力G5と水素の濃度NH2、一酸化炭素の濃度NCO、アセチレンの濃度NC2H2、エチレンの濃度NC2H4、メタンの濃度NCH4、エタンの濃度NC2H6についての検量線は、演算器２０５に登録された関数式である（式５）で表わされる。
【００９６】
G5＝          1  + A51・NH2/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NH2）B51
+ A52・NCO/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NCO）B52
+ A53・NC2H2/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H2）B53
+ A54・NC2H4/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H4）B54
+ A55・NCH4/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NCH4）B55
+ A56・NC2H6/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H6）B56
・・・（式５）
ここで、A51、A52、A53、A54、A55、A56、B51、B52、B53、B54、B55、B56はセンサＳ５により水素と空気の混合ガス、一酸化炭素と空気の混合ガス、アセチレンと空気の混合ガス、エチレンと空気の混合ガス、メタンと空気の混合ガス、エタンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【００９７】
また、試料ガスからメタンの濃度NCH4、エタンの濃度NC2H6を求める場合、センサＳ６の出力G6と水素の濃度NH2、一酸化炭素の濃度NCO、アセチレンの濃度NC2H2、エチレンの濃度NC2H4、メタンの濃度NCH4、エタンの濃度NC2H6についての検量線は、演算器２０５に登録された別の関数式である（式６）で表わされる。
【００９８】
G6＝          1  
+ A61・NH2/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NH2）B61
+ A62・NCO/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NCO）B62
+ A63・NC2H2/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H2）B63
+ A64・NC2H4/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H4）B64
+ A65・NCH4/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NCH4）B65
+ A66・NC2H6/（NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4）・（NC2H6）B66
・・・（式６）
ここで、A61、A62、A63、A64、A65、A66、B61、B62、B63、B64、B65、B66はセンサＳ６により水素と空気の混合ガス、一酸化炭素と空気の混合ガス、アセチレンと空気の混合ガス、エチレンと空気の混合ガス、メタンと空気の混合ガス、エタンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【００９９】
センサＳ５、センサＳ６の出力をそれぞれ演算器２０５の（式５）におけるG５、並びに演算器２０５の（式６）におけるＧ６に、（式５）、（式６）のNH2、NCO、NC2H2、NC2H4に先に求めたガス濃度を代入して連立方程式とする。NCH4、NC2H6について解くことにより、メタンとエタンの濃度が演算により求められる。
【０１００】
以上より、水素、一酸化炭素、メタン、エタン、エチレン、アセチレンの濃度が演算により夫々求められる。
【０１０１】
本発明の実施例によれば、汎用性のある半導体センサを使用して、検出の再現性が高い各種ガスの濃度の検出を可能にした、油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油中ガスの分析方法を実現することが可能となる。
【実施例２】
【０１０２】
本発明の第２の実施例として、図７は本発明の他の実施例である油中ガス分析装置の構成を示すものであり、内部に絶縁油が封入された機器に対応した可搬型の油中ガス分析装置である。本実施例の油中ガス分析装置は、水素およびアセチレンについて油中ガス分析を行なう。
【０１０３】
図７に示した本実施例の油中ガス分析装置３０は、図１、図３及び図４に示した第１の実施例と基本構成は共通であるので、共通の構成の部分についてはその説明を省略し、相違する部分について説明する。
【０１０４】
図７において、可搬型の油中ガス分析装置は、油中ガスの分析が必要な図示していない分析対象の機器の内部には絶縁油２が充填されている。油中ガス分析装置３０は絶縁油注入器５０１を備えており、弁５０３を備えた配管２５Ｃを通じて絶縁油注入器５０１と連通したガス抽出器３を設置することにより、ガス抽出器３にてバブリング法により絶縁油注入器５０１で採取した絶縁油２の油中に発生するガスの抽出を行なう。
【０１０５】
この絶縁油注入器５０１はシリンダ形状で、油中ガスの分析対象の機器に封入されている絶縁油２を採取し、採取した絶縁油２をガス抽出器３に所定量だけ供給する。ガス抽出器３の底部には弁５０２を備えた油排出口５０４が設けられており、分析対象の油中ガスを抽出した後の絶縁油２を外部に排出する。
【０１０６】
空気浄化装置３１が設置されており、大気中より取り入れた空気から有機ガスを除去し、湿度を調整して空気を清浄にした基準ガスとなる清浄な空気を、空気供給配管１８Ｆを通じて四方切替え弁１０に導く。
【０１０７】
四方切替え弁１０を切替え操作することにより、空気浄化装置３１から空気供給配管１８Ｆ及びガス抽出系配管１８Ｃ１を通じて清浄な空気を不活性ガスとしてガス抽出器３に供給する流路を形成する。尚、空気浄化装置３１の代わりに、清浄な空気を貯蔵した空気ボンベを使用しても良い。
【０１０８】
また、四方切替え弁１０は、絶縁油２の油中に発生した油中溶存ガス混合ガスをガス抽出器３から導出するガス抽出系配管１８Ｃ２と、このガス抽出系配管１８Ｃ２を通じて導かれた油中溶存ガス混合ガスをガス調整装置１３に導く油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄとに接続するように構成されている。
【０１０９】
そして、この四方切替え弁１０を切替え操作することにより、ガス抽出器３からガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを通じて油中溶存ガス混合ガスを後述する温度調節器１４に流下させて所定の温度に調整してガス検出器１５に供給する流路を形成する。
【０１１０】
前記ガス抽出系配管１８Ｃ１にはエアポンプ１１が配設されており、このエアポンプ１１を稼動させることにより前述した第１の実施例と同様にバブリングを行なうようになっている。
【０１１１】
そして、ガス抽出器３にフィルタ１２を設けて、絶縁油２の油中に発生した油中溶存ガス混合ガスをガス抽出器３から四方切替え弁１０に導出する際に、油中溶存ガス混合ガスに霧状となって混入した絶縁油を除去している。
【０１１２】
前記ガス検出器１５には酸化スズ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物からなる半導体センサが設置されており、この半導体センサによって試料ガスである窒素と酸素との混合ガス、及び窒素と酸素と油中溶存ガスとの混合ガスを夫々測定して、それらの測定値を出力信号としてコンピュータ１６に出力する。
【０１１３】
コンピュータ１６では、ガス検知部１５に設置された半導体センサからの出力信号をもとに油中溶存ガスのガス成分濃度を演算により算出し、算出された油中溶存ガスのガス成分濃度等をモニタ等に表示する。このコンピュータ１６は、本発明の実施例に設置される油中ガス分析装置を構成するポンプ類のＯＮ、ＯＦＦや、切替え弁、排気弁類の切替え操作や開閉操作を各要素に指示するように構成されている。
【０１１４】
次に、図７に示した本発明の第２の実施例である可搬型の油中ガス分析装置について、その油中ガス分析の各手順を図８に示す。図８において、測定操作は、まず測定準備１１１の手順を行なう。
【０１１５】
次に油中溶存ガス抽出１１２の手順を行なう。油中溶存ガス抽出１１２の手順と並行して、基準ガスである空気ガス測定１１３の手順を行なう。最後に試料ガス測定１１４の手順を行なう。空気ガス測定１１３の手順及び試料ガス測定１０４の手順の各測定結果をもとに各成分ガスの濃度を算出するガス濃度算出１１５の手順を行なう。また、測定操作の各手順は繰り返し行なう。
【０１１６】
詳細に説明すると、測定準備１１１の手順では、四方切替え弁１０を図７に示すように操作して、空気浄化装置３１から清浄な空気を空気供給配管１８Ｆを通じて四方切替え弁１０に供給する。
【０１１７】
供給された清浄な空気は空気供給配管１８Ｆから四方切替え弁１０を経由して、ガス抽出系配管１８Ｃ１からガス抽出器３に流入する。その後、清浄な空気はこのガス抽出器３を経由してガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを流下して、空気供給配管１８Ｆから油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄに至るこれらの各機器及び流路内を清浄な空気にて置換する。
【０１１８】
次に、油中溶存ガス抽出１１２の手順では、図９に示すように四方切替え弁１０を操作して切替える。そして、この四方切替え弁１０の切替えによって、ガス抽出系配管１８Ｃ１、ガス抽出系配管１８Ｃ２及びガス抽出器３とで閉じた系となるような流路Ａを形成する。
【０１１９】
また、四方切替え弁１０の切替えによって、清浄な空気を空気浄化装置３１から空気供給配管１８Ｆ及び四方切替え弁１０を経由して温度調節器１４に供給するような流路Ｂを形成する。そして、温度調節器１４にて流路Ｂを流下する清浄な空気を設定温度に調整して基準ガスとなる清浄な空気を生成し、この基準ガスの清浄な空気をガス検知器１５に供給する。
【０１２０】
前記流路Ａではガス抽出操作を行なう。流路Ａにおけるガス抽出の操作として、まず、ガス抽出器３に設けた開放弁４を開放した状態にしておき、絶縁油注入器２０１にて絶縁油２をガス抽出器３に注入する。
【０１２１】
次に、ガス抽出器３への絶縁油２の注入が完了すると同時に開放弁４を閉じ、流路Ａを形成するガス抽出系配管１８Ｃ１に設けたエアポンプ１１を稼動させて、流路Ａ内の清浄な空気を循環させてバブリングによりガス抽出器３に注入した絶縁油２に溶存している溶存ガスを清浄な空気中に抽出して採取し、試料ガスを製造する。
【０１２２】
次に、基準ガスである空気ガス測定１１３の手順では、四方切替え弁１０の切替え操作によって形成される流路Ｂを通じて空気浄化装置３１から温度調節器１４に供給されて温度を調整された基準ガスとなる清浄な空気に対する測定をガス検知器１５にて行なう。
【０１２３】
即ち、空気浄化装置３１から空気供給配管１８Ｆ及び四方切替え弁１０を通じて清浄な空気を温度調節器１４に供給し、温度調節器１４にて設定温度に調節した基準ガスとなる清浄な空気を生成してガス検知器１５に供給する。ガス検出器１５に設置された半導体センサＳ１−Ｓ７で検出される基準ガスの清浄な空気を検出した出力が安定したところで、その検出した出力を基準ガスである清浄な空気に対するセンサ出力としてコンピュータ１６に入力する。
【０１２４】
次に、試料ガス測定１１４の手順では、図１０に示すように四方切替え弁１０を切替え、空気浄化装置３１から空気供給配管１８Ｆ、四方切替え弁１０、及びガス抽出系配管１８Ｃ１を通じてガス抽出器３に供給し、供給された清浄な空気をこのガス抽出器３からガス抽出系配管１８Ｃ２及び油中溶存ガス混合ガス供給配管１８Ｄを通じて温度調節器１４に流下させる。
【０１２５】
これらの操作によって、流路Ａ内の採取された油中溶存ガス混合ガスは浄化装置３１から供給された清浄な空気により押し出され、四方切替え弁１０を経由して温度調節器１４に導かれる。
【０１２６】
導かれた油中溶存ガス混合ガスは、温度調節器１４にて設定温度に調節されて試料ガスを生成する。そして、この生成した試料ガスをガス検知器１５に供給して、試料ガスの成分濃度を検出することになる。
【０１２７】
ガス検知器１５に設けた半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４に供給される気体が基準ガスの空気から試料ガスに切り替わることにより、半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４で検出する試料ガスのセンサ出力は供給される気体の切替え前後で大きく変化する。
【０１２８】
センサ出力の変化後でセンサ出力がほぼ一定に安定したところで、これらのセンサ出力を試料ガスに対する半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４の各センサ出力としてコンピュータ１６に入力する。
【０１２９】
このガス検知器１５に設けた半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４で検出される基準ガス並びに試料ガスについてのセンサ出力は、図示を省略するが前述の図５と同様のものである。
【０１３０】
そして、これらの基準ガスに対するセンサ出力の電気抵抗Ｒ０と、試料ガスの中の測定対象ガスに対するセンサ出力の電気抵抗Ｒ１を計測して、コンプータ１６にて両者のセンサ出力の比Ｒ０/Ｒ１を算出して比較すれば、試料ガス中の測定対象ガスのガス濃度を正確に演算することができる。
【０１３１】
図１１は図７乃至図１０に示した本発明の第２の実施例の油中ガス分析装置におけるガス検出器１５に設置された半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４で検出した基準ガスと試料ガスに対するセンサ出力としてコンピュータ１６に入力し、試料ガスに含まれる検出対象の各ガスのガス濃度を演算する場合の演算シーケンスを示す。
【０１３２】
第１の実施例の場合と同様に、基準ガス、並びに検出対象の各種ガスに対応させて、予め、基準ガスと、特定の濃度における検出対象の各種ガスに対する半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４のセンサ出力である電気抵抗Ｒを得ておく。
【０１３３】
図１１において、基準ガスである清浄な空気及び試料ガスに対して特性が異なる複数の半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４によって検出した出力をもとに、試料ガスに含まれる測定対象の各ガス成分の濃度をコンピュータ１６に備えられた演算器３０１、演算器３０３及び演算器３０４によって算出する。使用する半導体センサは反応するガスの種類が少ない方が好ましい。
【０１３４】
試料ガスに含まれる測定対象の各種ガスのガス濃度を算出する手順として、まず、半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４のうち、少数の半導体センサで検出した出力によって濃度を求めることが可能なガス成分から先にガス濃度を求めていく。
【０１３５】
次に、残りの半導体センサで検出した出力を用いて、反応特性とガス濃度との関係を表した計算式に、先に求めたガス成分の濃度を代入して未知のガス濃度を算出する。このような計算を繰り返して未知のガス濃度を求めていき、未知のガス濃度の数を計算により順次減らして最終的にすべてのガス成分の濃度を計算で求める。本実施例では、水素、アセチレン、エチレンの順でその濃度を算出する。
【０１３６】
半導体センサＳ１、Ｓ３、Ｓ４のうち、少数の半導体センサによって濃度を求めることが可能なガス成分から先にガス濃度を求めていくことにより、ガス濃度算出の計算量を減らすことができ、また、検出対象のガスに対する検出精度も向上する。
【０１３７】
また、図１１に示したガス濃度を演算する演算シーケンスにおいて、演算器３０１、演算器３０３及び至演算器３０４によって算出した試料ガスに含まれる検出対象の水素、アセチレン、エチレンの各ガス濃度の演算値を監視装置３１０に入力して常時監視することも可能である。
【０１３８】
この場合、前記検出対象の各ガス濃度の許容値を設定装置３２０から監視装置３１０に入力しておけば、これらの許容値を越えた検出対象の各ガス濃度に対して監視装置３１０にて警報を出すことも可能となる。また、表示装置３３０には前記検出対象の各ガス濃度と警報表示を監視装置３１０から表示させることも可能である。
【０１３９】
次に、本実施例において、検出対象のガス濃度と半導体センサの検出特性との間に線形性が成立する場合について、ガス濃度の算出方法を説明する。
【０１４０】
図１１において、基準ガスである清浄な空気及び試料ガスを検出する場合のガス濃度算出について説明する。まず、試料ガスから水素の濃度NH2を求める場合、センサＳ１が検出した出力G1と検出対象のガスである水素の濃度NH2についての検量線（検出濃度とセンサ出力の電気抵抗の比）は、演算器３０１に登録された関数式である（式７）で表わされる。
【０１４１】
G1＝１＋A11・（NH2）B11      ・・・（式７）
ここで、A11、B11はセンサＳ１によって水素と空気との混合ガスを測定して求めた定数である。
【０１４２】
センサＳ１が検出した出力を演算器３０１の（式７）におけるG1に代入することにより水素濃度NH2が演算により求められる。
【０１４３】
次に試料ガスからアセチレンの濃度NC2H2を求める場合、センサＳ３が検出した出力G3とアセチレンの濃度NC2H2、エチレンの濃度NC2H4についての検量線は、演算器３０３に登録された関数式である（式８）で表わされる。
【０１４４】
G3＝1+NC2H2/（NC2H2+NC2H4）・A31・（NC2H2）B31＋NC2H4/（NC2H2+NC2H4）A32・（NC2H4）B32      ・・・（式８）
ここで、A31、A32、B31、B32はセンサＳ３によりアセチレンと空気の混合ガスおよびエチレンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【０１４５】
また、センサＳ４の出力G4とアセチレンの濃度NC2H2、エチレンの濃度NC2H4についての検量線は、演算器３０４に登録された関数式である（式９）で表わされる。
【０１４６】
G4＝1+NC2H2/（NC2H2+NC2H4）・A41・（NC2H2）B41＋NC2H4/（NC2H2+NC2H4）A42・（NC2H4）B42      ・・・（式９）
ここで、A41、A42、B41、B42はセンサＳ４によりアセチレンと空気の混合ガスおよびエチレンと空気の混合ガスを測定して求めた定数である。
【０１４７】
センサＳ３、センサＳ４の各出力を演算器３０３の関数式である（式８）のG3、演算器３０４の関数式である（式９）のＧ4に夫々代入して連立方程式とする。NCH4、NC2H6について解くことにより、エチレンとアセチレンの濃度が演算により求められる。以上より、水素、アセチレンの濃度が演算により夫々求められる。
【実施例３】
【０１４８】
本発明の第３の実施例として、複数の油入変圧器を一括監視して油入変圧器に封入された油中ガスを分析して監視を行なう油入変圧器の監視システムについて説明する。
【０１４９】
図１２は複数の油入変圧器１を一括監視している場合の監視システムの実施例を示す。通信手段付の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３と中央監視装置４２０は、電話回線４３０、携帯電話回線４５０、及び／或いは無線４４０を介して、交信することが可能である。
【０１５０】
通信装置付の夫々の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３には、油入変圧器１と、この油入変圧器１に封入された絶縁油２に含有される各種ガスを採取して分析する油中ガス分析装置２０及び３０と、この油中ガス分析装置２０及び３０で検出された各種ガスを監視する監視装置２１０及び３１０が複数組備えられている。
【０１５１】
そして、これらの通信装置付の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３をＬＡＮで結びＨＵＢに集結して、油中ガス分析装置２０及び３０で採取し分析した各種ガスの濃度や監視結果のデータを中央監視装置４２０に送信するように構成されている。
【０１５２】
送信されるデータの送受信は常時行なう必要はなく、定期的にデータを送受信すればよい。中央監視装置４２０は、送られてきたデータの再現性を確認したい場合や監視による診断結果を受けて監視を強化したい場合には、再測定をしたり、測定間隔を短くしたりして油中ガス分析の指示をすることができる。
【０１５３】
また、診断結果が異常であれば、より高精度なガス分析や油入変圧器の停止などの対策をとることもできる。また、中央監視装置４２０では、通信手段付の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３の動作の確認や、エアボンベの空気残量の確認をすることができるようになっている。
【０１５４】
このシステムは遠隔地に設置された油入変圧器や点在する油入変圧器を一括監して視するのに有効である。また、通信手段付の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３と中央監装置４２０をＬＡＮで直接結ぶシステムや、個々の通信手段付の油中ガス分析装置４０１、４０２、４０３が中央監視装置４２０と電話回線、携帯電話回線により直接交信するシステムを構築しても良い。
【０１５５】
また、各種ガスのガス濃度を検出する各半導体センサの検出出力を中央監視装置４２０で受信して、中央監視装置４２０にて各種ガスのガス濃度の算出を行っても良い。
【０１５６】
本発明の実施例によっても、汎用性のある半導体センサを使用して、検出の再現性が高い各種ガスの濃度の検出を可能にした、油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油中ガスの分析方法を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、油が内蔵された変圧器等の機器の油中ガス分析装置、油中ガス分析装置を備えた変圧器、及び油が内蔵された変圧器等の機器の油中ガスの分析方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】本発明の一実施例である油入変圧器に設置される油中ガス分析装置の構成を示す全体構成図。
【図２】図１に示した本発明の一実施例である油中ガス分析装置における油中ガス分析の手順を示すフロー図。
【図３】図１に示した本発明の一実施例である油中ガス分析装置において油中溶存ガス抽出時の四方弁の開閉状況を表す全体構成図。
【図４】図１に示した本発明の一実施例である油中ガス分析装置において試料ガス測定時の四方弁の開閉状況を表す全体構成図。
【図５】図１に示した本発明の一実施例である油中ガス分析装置において溶存している各種ガスのガス濃度を検出する半導体センサの出力を模式的に表した特性図。
【図６】図１に示した本発明の一実施例である油中ガス分析装置の演算装置において溶存している各種ガスのガス濃度を算出するシーケンスを示す演算ブロック図。
【図７】本発明の他の実施例である可搬型の油中ガス分析装置の構成を示す全体構成図。
【図８】図７に示した本発明の他の実施例である油中ガス分析装置における油中ガス分析の手順を示すフロー図。
【図９】図７に示した本発明の他の実施例である油中ガス分析装置において、油中溶存ガス抽出時の四方弁の開閉状況を表す全体構成図。
【図１０】図７に示した本発明の他の実施例である油中ガス分析装置における試料ガス測定時の四方弁の開閉状況を表す全体構成図。
【図１１】図７に示した本発明の他の実施例である油中ガス分析装置におけるの演算装置において溶存している各種ガスのガス濃度を算出するシーケンスを示す演算ブロック図。
【図１２】本発明の更に他の実施例である油中ガス分析装置を備えた変圧器の監視装置を示す全体構成図。
【符号の説明】
【０１５９】
１：油入変圧器、２：絶縁油、３：ガス抽出器、４：開放弁、５Ａ、５Ｂ：送油ポンプ、６：窒素ボンベ、７：酸素ボンベ、８Ａ、８Ｂ：レギュレータ、９Ａ、９Ｂ：流量計、１０：四方切替え弁、１１：エアポンプ、１２：フィルタ、１３：ガス調整装置、１４：温度調節器、１５：ガス検出器、１６：コンピュータ、１７：逆止弁、１８Ａ：窒素供給配管、１８Ｂ：酸素供給配管、１８Ｃ１：ガス抽出系配管、１８Ｃ２：ガス抽出系配管、１８Ｄ：油中溶存ガス混合ガス供給配管、１８Ｅ：試料ガス供給配管、１８Ｆ：空気供給配管、１８Ｇ：排出配管、２０、３０：油中ガス分析装置、３１：空気浄化装置、２０１、２０２、２０３、２０４、２０５：演算器、２１０：監視装置、２２０：設定装置、２３０：表示装置、３０１、３０２、３０３：演算器、３１０：監視装置、３２０：設定装置、３３０：表示装置、５０１：絶縁油注入器、５０２：油排出口、４０１、４０２、４０３：通信手段付の油中ガス分析装置、４２０：中央監視装置、４３０：電話回線、４５０：携帯電話回線、４４０：無線回線、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７：半導体センサ。
【図１】
2007309770.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2007309770.tif 000011
【図１０】
2007309770.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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