(57)【要約】【課題】通電条件や環境因子の影響を考慮してガス圧力の温度補正を行い、ガスリークを高精度に検出可能なガスリーク検知装置を提供する。【解決手段】圧力センサ１０と、温度センサ１１と、電流値を取り込む電流データ取り込み部６と、ガス圧力の測定値と表面温度の測定値と電流値を記録する記録部２０と、電流値に応じた内部ガス平均温度と表面温度の関係が予めデータベース化されているデータ記憶部３０と、記録部２０に記録された表面温度から内部ガス平均温度を算出する照合部４１と、記録部２０に記録されたガス圧力を基準温度のガス圧力値に補正する圧力演算部４２と、補正されたガス圧力を直線回帰し、回帰直線の傾きが規定濃度のガスリークの傾きを上回るかどうかを検定する検定部４３とを備えたガスリーク検知装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス圧力容器のガス圧力を測定する圧力センサと、
前記ガス圧力容器の表面温度を測定する温度センサと、
前記ガス圧力容器内に配された母線を流れる電流値を取り込む電流データ取り込み部と、
前記ガス圧力の測定値と前記ガス圧力容器の表面温度の測定値と前記電流値を記録する記録部と、
前記電流値の範囲に応じた前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度と前記ガス圧力容器の表面温度との関係が予めデータベース化されているデータ記憶部と、
前記記録部に記録された電流値に対応する、前記データ記憶部に記憶された前記内部ガス平均温度と前記表面温度との関係を抽出し、前記記録部に記録された前記ガス圧力容器の表面温度から前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度を算出する照合部と、
前記内部ガス平均温度を用いて、前記記録部に記録された前記ガス圧力を基準温度のガス圧力値に補正する圧力演算部と、
前記補正されたガス圧力を直線回帰し、これにより得られた回帰直線の傾きが規定濃度のガスリークの傾きを上回るかどうかを検定する検定部と、
を備えたガスリーク検知装置。
【請求項２】
ガス圧力容器のガス圧力を測定する圧力センサと、
前記ガス圧力容器の表面温度を測定する温度センサと、
前記ガス圧力容器の位置する地域の気象データより風速を保存する気象データサーバと、
前記ガス圧力容器内に配された母線を流れる電流値を取り込む電流データ取り込み部と、
前記ガス圧力の測定値と前記ガス圧力容器の表面温度の測定値と前記風速と前記電流値を記録する記録部と、
前記電流値と前記風速の範囲に応じた、前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度と前記ガス圧力容器の表面温度との関係が予めデータベース化されているデータ記憶部と、
前記記録部に記録された電流値と風速に対応する、前記データ記憶部に記憶された前記内部ガス平均温度と前記表面温度との関係を抽出し、前記記録部に記録された前記ガス圧力容器の表面温度から前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度を算出する照合部と、
前記内部ガス平均温度を用いて、前記記録部に記録された前記ガス圧力を基準温度のガス圧力値に補正する圧力演算部と、
前記補正されたガス圧力を直線回帰し、これにより得られた回帰直線の傾きが規定濃度のガスリークの傾きを上回るかどうかを検定する検定部と、
を備えたガスリーク検知装置。
【請求項３】
前記データ記憶部に記憶される前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度が、前記ガス圧力容器内部の頂部と底部の温度の平均であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置。
【請求項４】
前記データ記憶部に記憶されるガス圧力容器の内部ガス平均温度が、ガス圧力容器の赤道付近を除いた４箇所以上の複数個所の平均であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置。
【請求項５】
前記ガス圧力容器の表面温度が前記ガス圧力容器の地面側半分の領域で測定された値であることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置。
【請求項６】
前記ガス圧力容器の表面温度がガス圧力容器の底部で測定されることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置。
【請求項７】
前記記録部は、該記録部に記録されたデータを無線で飛ばす発信機を有し、
前記演算部は、前記データを受信する受信機を有することを特徴とする、
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のガスリーク検知装置を用いたガスリーク検査方法であって、
前記演算部においてガス圧力を基準温度のガス圧力値に補正した後、日没直後の前記補正されたガス圧力の標準偏差の半分以下となる時間帯の補正ガス圧力データを使用して、前記補正ガス圧力データの直線回帰を行い、これにより得られた回帰直線の傾きが規定許容濃度のガスリーク直線の傾きを上回るかどうかを判定することでガスリークの有無を判断することを特徴とする
ガスリーク検査方法。
【請求項９】
ガス圧力容器内のガス圧力を測定することにより、前記ガス圧力容器からのガスリークを検知する方法において、
前記ガス圧力容器内のガス圧力を圧力センサにより計測し、
前記ガス圧力容器の表面温度を温度センサにより測定し、
前記ガス圧力容器内に配された母線を流れる電流値を電流データ取り込み部を介して取得し、
前記電流値に対応する前記ガス圧力容器の内部ガス平均温度と前記ガス圧力容器の表面温度との関係を、予め作成したデータベースより抽出し、
前記データベース中の前記内部ガス平均温度と前記表面温度との関係を用いて、前記測定したガス圧力容器の表面温度から内部ガス平均温度を算出し、
前記算出した内部ガス平均温度を用いて前記測定したガス圧力を基準温度におけるガス圧力に補正し、
前記補正したガス圧力を直線回帰し、これにより得られた回帰直線の傾きが規定許容濃度のガスリーク直線の傾きを上回るかどうかを判定することでガスリークの有無を判断することを特徴とする
ガスリーク検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置などの密閉容器に封入された絶縁ガスの微少な漏れを検知するガス絶縁電気機器のガスリーク検知装置および検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置は，落雷などで異常電流が流れた場合，変電所の設備を保護するために，電流を瞬時に遮断する設備である。ガス絶縁開閉装置は複数のガス圧力容器が連結した構造となっており，ガス圧力容器内には遮断器や断路器が不活性ガスと共に収納されている。ガス圧力容器に封入する不活性ガスとして，六フッ化イオウ（以下ＳＦ６と略す）が使用されている。ＳＦ6は，地球温暖化係数がＣＯ2の２４,０００倍と高いため管理の対象となっており、ガス絶縁電気機器のガスリーク検知が必要とされている。
【０００３】
ガスリークの検出，すなわちガス量を経時的にモニタリングするために，ガス圧力を測定するのが一般的である。しかしながら，ガス圧力は温度によって大きく変動するため、基準温度２０℃におけるガス圧力に換算する補正を行う。
【０００４】
従来のガスリーク検知に係る技術として、特許文献１に記載がある。本文献には、ガス圧力容器の外部温度を測定し、温度測定した時刻から所定の時間後のガス圧力を前記測定温度により補正する方式が示されている。
【０００５】
また、従来のガスリーク検知に係る技術として、特許文献２に記載がある。本文献には、ガス圧力容器の内部と外部の温度を測定し、この２つの温度差が小さな時間帯において内部ガス圧力の温度補正を行う方式が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１９３６１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１３０５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で開示される方式では、ガス圧力容器の外部温度とガス圧力との関係を、遅延時間で関係づけ、ガス圧力を外部温度で補正している。しかしながら、外部温度とガス圧力を１対１で対応させるのは困難であり、外部温度を用いて補正したガス圧力には誤差が生じやすくなる。
【０００８】
特許文献２では、ガス圧力容器内部の温度測定が一箇所であるため、通電やガス対流により生じる温度分布を正確に示すことができない。また、ガス絶縁開閉装置は複数のガス圧力容器から構成されるため、全てのガス圧力容器の内部に温度センサを設置し、内部温度を測定するのは、設置コストの観点から現実的でない。
【０００９】
さらに、特許文献１ならびに特許文献２では、ガス圧力容器内部の温度に大きく影響を及ぼす風の影響が考慮されていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ガス圧力容器内部温度に大きな影響を及ぼす通電条件や風の影響を考慮してガス圧力の温度補正を行い、ＳＦ６のガスリークを高精度に検出可能なガスリーク検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のガスリーク検知装置は、ガス圧力容器のガス圧力を測定する圧力センサと、ガス圧力容器の表面温度を測定する温度センサと、ガス圧力容器内に配された母線を流れる電流値を取り込む電流データ取り込み部と、ガス圧力の測定値と前記ガス圧力容器の表面温度の測定値と電流値を記録する記録部と、電流値の範囲に応じたガス圧力容器の内部ガス平均温度とガス圧力容器の表面温度との関係が予めデータベース化されているデータ記憶部と、記録部に記録された電流値に対応する、データ記憶部に記憶された内部ガス平均温度と表面温度との関係を抽出し、記録部に記録されたガス圧力容器の表面温度からガス圧力容器の内部ガス平均温度を算出する照合部と、内部ガス平均温度を用いて、記録部に記録されたガス圧力を基準温度のガス圧力値に補正する圧力演算部と、補正されたガス圧力を直線回帰し、これにより得られた回帰直線の傾きが規定濃度のガスリークの傾きを上回るかどうかを検定する検定部とを備えた点を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、通電条件や環境因子の影響を考慮してガス圧力の温度補正を行い、ＳＦ6のガスリークを高精度に検出可能なガスリーク検知装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一の実施形態に係るガスリーク検知装置の構成図。
【図２】第一の実施形態に係るガスリークの検知フローを示すブロック図。
【図３】データ記憶部に記憶されるデータベースの一例を示す図。
【図４】ガス圧力容器内部の流速ベクトルの一例を示す図。図面を簡略化して、ガス  圧力容器の右側半分のみを示している。
【図５】ガス圧力容器内部の平均温度を求める方法を示す図。
【図６】測定圧力と補正圧力の経時変化を示す図。
【図７】補正ガス圧力の標準偏差の夜間における時間推移を示す図。
【図８】第一の実施形態に係るガス圧力データのフィルタリングを示す図。
【図９】補正ガス圧力の直線回帰を示す図。
【図１０】補正ガス圧力の回帰直線の傾きを示す図。
【図１１】第二の実施形態に係るガスリーク検知装置の構成図。
【図１２】第三の実施形態に係るガスリーク検知装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、後述する実施の形態は一例であって、各実施の形態同士の組み合わせ、公知又は周知の技術との組み合わせや置換による他の態様も可能である。
【実施例１】
【００１５】
図１は、第一の実施例であるガスリーク検知装置の構成を示している。図２は、ガスリークの検知フローを示すブロック図である。図３はデータ記憶部に記憶されるデータベースの一例を示す図である。図４は、ガス圧力容器内部の流れの一例を示す速度ベクトル図である。図５は、ガス圧力容器内部の平均温度を求める方法を示す図である。図６は、測定圧力と補正圧力の経時変化を示す図である。図７は、補正ガス圧力の標準偏差の夜間における時間推移を示す図である。図８は、第一の実施形態に係るガス圧力データのフィルタリングを示す図である。図９は、補正ガス圧力の直線回帰を示す図である。図１０は、補正ガス圧力の回帰直線の傾きを示す図である。
【００１６】
図１に示したように、ガス絶縁開閉装置１は複数のガス圧力容器２ａ〜２ｃが連結された構造になっており、これらのガス圧力容器と同軸方向にその中心部を母線５が貫通している。母線５に流れている電流値は、変電所の保護制御システムからの情報を、電流データ取り込み部６を介して、記録部２０に送られる。
【００１７】
ガス圧力容器２ａ〜２ｃには所定のガス圧力の絶縁性ガスＳＦ6が封入されている。ガス圧力の監視は各ガス圧力容器２ａ〜２ｃごとに行うため、配管３ａ〜３ｃおよびバルブ４ａ〜４ｃを介してガス圧力センサ１０ａ〜１０ｃが接続されている。これらのガス圧力センサ１０ａ〜１０ｃにより、ガス圧力容器２ａ〜２ｃ内部のガス圧力が測定される。
【００１８】
ガス圧力容器２ａ〜２ｃの表面には温度センサ１１ａ〜１１ｃが設置されており、ガス圧力容器２ａ〜２ｃの表面温度を測定する。なお、直射日光の影響を考慮し、ガス圧力容器の地面側半分の領域において表面温度を測定するのが好ましく、ガス圧力容器の底部で表面温度を測定するのがより好ましい。
【００１９】
ガス圧力センサ１０ａ〜１０ｃ、温度センサ１１ａ〜１１ｃの情報は記録部２０に送られる。
【００２０】
データ記憶部３０には、ガス圧力容器の内部ガス平均温度と表面温度との関係がデータベースとして記憶されている。
【００２１】
演算部４０は照合部４１と圧力演算部４２と検定部４３から構成されている。
【００２２】
照合部４１は記録部２０とデータ記憶部３０に接続されている。照合部４１では、記録部２０に記録された電流値に対応するガス圧力容器の内部ガス平均温度と表面温度との関係をデータ記憶部３０から抽出し、記録部２０に記録されたガス圧力容器２ａ〜２ｃの表面温度からガス圧力容器２ａ〜２ｃの内部ガス平均温度を決定する。
【００２３】
圧力演算部４２では、上記内部ガス平均温度を使用して、記録部２０に記録されたガス圧力容器２ａ〜２ｃのガス圧力を基準温度（例えば２０℃）におけるガス圧力へと温度補正する。検定部４３では、上記のように温度補正されたガス圧力（以下、補正ガス圧力という。）の経時変化が規定濃度のガスリークを上回るかを検定する。
【００２４】
表示部５０では、上記補正ガス圧力の経時変化が示されている。
【００２５】
次に、図２を用いてガスリークの検知フローを説明する。
【００２６】
（ステップ1）
ガス圧力センサ１０ａ〜１０ｃにより、ガス圧力容器２ａ〜２ｃ内部のガス圧力を測定する。また温度センサ１１ａ〜１１ｃにより、ガス圧力容器２ａ〜２ｃの表面温度を測定する。このとき、温度センサの設置をガス圧力容器の底部とすることで、日照の影響を受けにくい表面温度を得ることができる。
【００２７】
（ステップ２）
ステップ１において測定されたガス圧力容器内部のガス圧力およびガス圧力容器の表面温度は記録部２０に送られ、ガス圧力とガス圧力容器の表面温度が時系列で記録部２０に記録される。また母線５を流れる電流値についても、記録部２０に送られ、ガス圧力や温度と共に記録される。
【００２８】
（ステップ３）
データ記憶部３０には、通電条件（電流値Ｉ）の範囲に応じて、図３に示すようなガス圧力容器内部の平均温度と表面温度との関係がデータベースとして記憶されている。本データベースは、市販の流体解析コードを用いて作成することができる。ここで、ガス圧力容器内部の温度は、一箇所ではなく、複数個所の平均値が好ましい。ガス圧力がガス温度の平均値に比例するからである。しかしながら、ガス圧力容器内部の平均温度を算出するに当たり、以下の考慮が好ましい。
【００２９】
図４に、ガス圧力容器内部の絶縁ガスの流れの一例を示す。なお、図４では図面を簡略し、断面の右半分のみを示している。母線の表面で上方流が発生し、ガス圧力容器の管壁を辿るように下向きに流れた後、再度上昇するといった、自然対流による循環流が形成されている。さらに、循環流から剥離した渦が赤道付近（図中の中央部）に発生している。この剥離渦の影響で、ガス圧力容器の赤道付近の温度変動が大きいことから、ガス圧力容器内部の平均温度を算出するに当たり、赤道付近の温度を除外するのが好ましい。すなわち、ガス圧力容器内部の頂部と底部の温度の平均を内部平均温度とするのが好ましく、赤道付近を除いた４箇所以上の複数個所の平均を内部平均温度とするのがより好ましい。
【００３０】
照合部４１において、記録部２０に記録された電流値Ｉに対応するデータ記憶部３０のデータベースの通電条件を照合する。
【００３１】
（ステップ４）
照合部４１において、上記照合した通電条件に対応する、ガス圧力容器内部の平均温度と表面温度との関係を抽出する（図３参照）。
【００３２】
（ステップ５）
照合部４１において、上記抽出したガス圧力容器内部の平均温度と表面温度との関係より、図５に示すようにガス圧力容器の表面温度から内部平均温度を算出する。
【００３３】
（ステップ６）
圧力演算部４２において、上記内部平均温度を用いて記録部２０のガス圧力を温度補正する。ガス圧力の温度補正は、例えば式（１）に示される実在気体の状態方程式 Ｂｅａｔｔｉｅ-Ｂｒｉｄｇｅｍａｎ を用いて、基準温度２０℃におけるガス圧力に換算する。
【００３４】
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ここで、ｐ0 はガス圧力（Ｐａ）、ｖ はモル容積（ｍ3 / ｍｏｌ）、Ｒ はガス定数（８．３１Ｊ / ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ はガス温度（Ｋ）であり、式（１）のＡ とＢ は下記で示される。
【００３５】
A ＝ 15.78×10-1（1−0.1062×10-3/ v）                    （２）
B ＝ 0.366×10-3  (1−0.1236×10-3/ v )             （３）
（ステップ７）
ステップ６において温度補正したガス圧力変化の一例を図６に示す。温度補正を行うことで、温度変化に起因する大きな圧力変動が大幅に低減される。しかしながら、微小な圧力変動がなお残る。これは、日照の影響を受ける日中の圧力変動が大きいためである。
【００３６】
そこで、圧力演算部４２において圧力データのフィルタリングを行う。日没後の夜間の補正ガス圧力の標準偏差を１時間間隔で求めた一例を図７に示す。ここでの標準偏差は、補正ガス圧力の変動を見る尺度となる。図７において、日没から数時間経過すると、標準偏差が日没直後の半分以下となり安定することがわかる。日没直後の補正ガス圧力の標準偏差の半分以下となる時間帯（例えば、２３時〜５時の夜間）の補正ガス圧力データを抽出した一例を図８に示す。
【００３７】
補正ガス圧力の標準偏差の小さな時間帯、すなわち日照の影響を受けていない夜間の時間帯のデータのみを抽出することで、日中の圧力変動が除去され，補正ガス圧力の変動が平滑化されることがわかる。よって、圧力の温度補正後に残る微小な圧力変動を低減するためのフィルタリングとして、日没直後の補正ガス圧力の標準偏差の半分以下となる時間帯の補正ガス圧力データのみを使用するのが効果的と言える。
【００３８】
（ステップ８）
ステップ７においてフィルタリングした補正ガス圧力が規定濃度以上のガスリークに相当するかを検定部４３において行う。まず、補正ガス圧力の経時変化データを直線回帰する。圧力データの直線回帰は、例えば最小二乗法により行う。具体的には、図９に示されるように、時間（Ｘ軸）に対してガス圧力（Ｙ軸）をプロットし、ｙ = ａｘ ＋ ｂ の直線に回帰する。ここで、表示部５０に、補正ガス圧力の経時変化および回帰直線を表示することで、管理者がガス圧力容器の状況を認識しやすくできる。
【００３９】
（ステップ9）
ステップ８において圧力データの直線回帰を行った後、回帰直線ｙ = ａｘ ＋ ｂの傾きａを一日に一回検定部４３に記録する。検定部４３には予め、図１０に示されるように、許容されるガスリーク濃度の直線の傾きｃが保存されている。そこで、日々更新される回帰直線の傾きａと許容ガスリーク直線の傾きｃとの比較を検定部４３にて行い、ガスリークの有無を判断する。
【００４０】
（ステップ１０）
ステップ９において圧力データの回帰直線の傾きａが許容ガスリーク直線の傾きｃを上回った場合、ガスリークと判断し、警報を発する。
【００４１】
上記実施例１によれば、ガス圧力容器の内部温度に大きな影響を及ぼす通電条件を考慮し、予めデータベース化された内部ガス温度と表面温度との関係を用いて内部ガス温度を算出した後にガス圧力の補正を行うため、従来の表面温度を用いた圧力補正よりも高精度なガスリーク検知装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４２】
図１１に本発明の別の実施例を示す。本実施例は、ガス圧力容器周辺の風速の情報を得るために、地方気象台から発信される気象データを保存する気象データサーバ７を設けた点にある。
【００４３】
地方気象台から気象統計情報として、風速、天候（日照）が一定時間ごとに発信される。これらの気象統計情報を気象データサーバ７に取り込み、取り込み情報を記録部２０に転送する。風速と日照の影響を考慮した、ガス圧力容器の内部ガス温度と表面温度との関係を予めデータベース化しておくことで、風と日照の影響を考慮した、より精度の高い内部ガス温度の算出が可能となる。
【００４４】
なお、気象データサーバ７の代わりに、風速計を設置しても良い。また、実施例１で述べたように、補正ガス圧力の標準偏差が小さい夜間の圧力データのみを使用する場合は、天候の情報を取り込まない構成としても良い。
【００４５】
このように、基本的な構造は実施例１と同様であり、風速と日照を考慮した、ガス圧力容器の内部ガス温度と表面温度との関係を予めデータベース化しておく。気象データを利用することで、ガス圧力容器への風や日照の影響を考慮することができ、より精度の高いガス圧力の温度補正が可能となる。
【実施例３】
【００４６】
図１２に本発明の別の実施例を示す。本実施例は、測定したデータを無線で遠隔地に飛ばし、ガス絶縁開閉装置１から離れた地点でガス圧力の管理を行う点が、実施例１と異なる点である。
【００４７】
図１２は、第３の実施例であるガスリーク検知装置を示している。基本構造は実施例１と同様である。実施例３の特徴は、記録部２０に発信器２１を、演算部４０に受信器４５を設置した点にある。
【００４８】
記録部２０に記録された、ガス圧力センサ１０ａ〜１０ｃ、温度センサ１１ａ〜１１ｃの情報、及び気象データサーバ７の情報を、発信器２１から無線で飛ばす。演算部４０やデータ記憶部３０は、ガス絶縁開閉装置１から離れた場所にあり、ガス圧力容器のガスリークを監視している。変電所設備において、耐サージという課題があるが、演算部４０をガス絶縁開閉装置１から離した場所に置くことで、サージ対策が可能となる。また、複数のガス絶縁開閉装置１のガス圧力の情報を遠方で一括して管理可能とする長所を有する。
【００４９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
1…ガス絶縁開閉装置
２ａ、２ｂ、２ｃ…ガス圧力容器
３ａ、３ｂ、３ｃ…配管
４ａ、４ｂ、４ｃ…バルブ
５…母線
６…電流データ取り込み部
７…気象データサーバ
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…ガス圧力センサ
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…温度センサ
２０…記録部
２１…発信器
３０…データ記憶部
４０…演算部
４１…照合部
４２…圧力演算部
４３…検定部
４５…受信器
５０…表示部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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