(57)【要約】【課題】ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断する。【解決手段】ガス絶縁開閉装置内にてウィスカが部分放電を起こしたときに生じるウィスカの加熱生成物及びウィスカを構成する元素を含む化合物のいずれかの生成物が、診断対象のガス絶縁開閉装置内から検出されたときに、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが診断対象のガス絶縁開閉装置内に生じていると診断するようにした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内にて発生したことにより生じる前記ウィスカの加熱生成物及び前記ウィスカを構成する元素を含む化合物のいずれかの生成物が、診断対象のガス絶縁開閉装置内から検出されたときに、前記ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが前記診断対象のガス絶縁開閉装置内に生じていると診断することを特徴とするガス絶縁開閉装置の状態診断方法。
【請求項２】
前記診断対象のガス絶縁開閉装置の、開閉接点を含まないガス区画から前記生成物が検出されたときに、前記ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが前記開閉接点を含まないガス区画及び開閉接点を含むガス区画に生じていると診断する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ウィスカは亜鉛ウィスカ又はスズウィスカである、請求項１又は２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置の状態診断方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断するのに好適な状態診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置の状態診断方法としては、ガス検知管（ＳＯ２、ＨＦ）を用いたＳＦ６分解ガス分析を利用した方法が知られている（非特許文献１〜４）。この方法により、開閉接点（遮断器、断路器、接地開閉器等）の正常な開閉動作による電流遮断時の放電によりＳＦ６分解ガスが発生するような部位以外、つまり、開閉接点を含まない部位の異常診断を行うことができる。
【０００３】
また、特許文献１では、開閉接点を含む部位のようにＳＦ６分解ガスが発生するような部位では、ＳＦ６分解ガスを指標として異常診断を行うことができないことに鑑みて、このような部位における異常診断方法を提案している。具体的には、開閉接点付近に接触不良や微小ギャップが発生して異常加熱や微弱な部分放電が生じると、開閉接点の少なくとも可動部に塗布されている導電性グリースが加熱されて炭化物（炭素）を発生させ、この炭化物がＳＦ６分解ガスと反応してＣＦ４となることを利用して、ＣＦ４をモニターガスとして異常診断を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０３４５３１号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電力中央研究書研究報告  Ｈ０５００９（２００６）  新開裕行，五島久司，八島政史：「ガス絶縁開閉装置の状態診断手法の開発−分解ガスの蓄積による部分放電の高感度な検出法−」
【非特許文献２】電気学会論文誌Ｂ，１２７  巻１号，ｐｐ．２３１−２４０（２００７）  新開裕行，五島久司，八島政史：「ガス絶縁開閉装置の状態診断手法の検討−分解ガスの蓄積による部分放電の高感度な検出法−」
【非特許文献３】電力中央研究書研究報告  Ｈ０７０２０（２００８）  新開裕行，五島久司，八島政史：「ガス絶縁開閉装置の状態診断手法の開発（その２）−スペーサ劣化診断および接触不良検出に関する検討−」
【非特許文献４】電気学会論文誌Ｂ，１２９  巻１号，ｐｐ．１７４−１８１（２００９）  新開裕行，五島久司，八島政史：「ガス絶縁開閉装置の状態診断手法の検討（その２）−ＳＦ６中水分量の影響，スペーサ上の部分放電および接触不良に伴う繰り返し放電と異常加熱の検出に関する検討−」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従前は、ガス絶縁開閉装置の内面には、ウィスカが発生しないというのが技術常識であった。しかしながら、本発明者がガス絶縁開閉装置に関する調査を行った結果、ガス絶縁開閉装置の内面にウィスカが発生している場合があることを発見した。
【０００７】
ここで、ウィスカの発生は、ガス絶縁開閉装置の接地側で起こっていた。また、ウィスカの成長には長い年月を必要とすると考えられる。したがって、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクは高いものではないと考えられる。しかし、ガス絶縁開閉装置は安全性が確実に確保されている必要がある。そのためには、ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内で実際に起こっているか否かについての情報を得て、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断することが極めて重要であると考えられる。
【０００８】
しかしながら、非特許文献１〜４に記載の診断方法や特許文献１に記載の診断方法では、ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内で実際に起こっているか否かについての情報を得ることはできず、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断することはできなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決するため、本発明のガス絶縁開閉装置の状態診断方法は、ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内にて発生したことにより生じるウィスカの加熱生成物及びウィスカを構成する元素を含む化合物のいずれかの生成物が、診断対象のガス絶縁開閉装置内から検出されたときに、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが診断対象のガス絶縁開閉装置内に生じていると診断するようにしている。
【００１１】
ここで、本発明のガス絶縁開閉装置の状態診断方法において、診断対象のガス絶縁開閉装置の、開閉接点を含まないガス区画から上記生成物が検出されたときに、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが前記開閉接点を含まないガス区画及び開閉接点を含むガス区画に生じていると診断するようにすることが好ましい。
【００１２】
また、本発明のガス絶縁開閉装置の状態診断方法において、ウィスカは亜鉛ウィスカ又はスズウィスカであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内で実際に起こっているか否かについての情報を得ることができるので、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断することが可能となる。したがって、この絶縁性能低下リスクの発生の有無に応じて、ガス絶縁開閉装置を構成する機器を交換する等といった対策を講じることが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。
【００１５】
本発明のガス絶縁開閉装置の状態診断方法は、ウィスカを起点とする部分放電がガス絶縁開閉装置内にて発生したことにより生じるウィスカの加熱生成物及びウィスカを構成する元素を含む化合物のいずれかの生成物が、診断対象のガス絶縁開閉装置内から検出されたときに、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが診断対象のガス絶縁開閉装置内に生じていると診断するようにしている。
【００１６】
ウィスカは、各種金属材料や合金材料が針状に結晶成長することにより生じる。このような材料がガス絶縁開閉装置の内面に使用されていると、そこにウィスカが発生する可能性がある。そして、このウィスカを起点とする部分放電が発生する可能性がある。例えば、ガス絶縁開閉装置においては、防錆対策としてスズめっきや亜鉛めっきが施されることがある。この場合、スズめっきや亜鉛メッキは筐体の内面にまで施される。したがって、ガス絶縁開閉装置の筐体の内面にスズウィスカや亜鉛ウィスカが発生し、これらのウィスカに起因する部分放電を起こす可能性がある。
【００１７】
ウィスカを起点とする部分放電が発生すると、ウィスカの加熱生成物及びウィスカを構成する元素（以下、「ウィスカ構成元素」呼ぶ）を含む化合物が生じる（以下、この生成物を「ウィスカ由来生成物」と呼ぶ）。診断対象のガス絶縁開閉装置内からウィスカ由来生成物が検出された場合、診断対象のガス絶縁開閉装置内にてウィスカを起点とする部分放電が実際に起こっているという情報が得られることになる。そして、この情報が得られた場合には、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが診断対象のガス絶縁開閉装置内に生じていると診断することができる。換言すれば、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが顕在化していると診断することができる。
【００１８】
ウィスカ由来生成物は、ウィスカ構成元素、ガス絶縁開閉装置内の絶縁性ガス種、ガス絶縁開閉装置内に意図せず含まれ得る不純物、部分放電時に発生する熱やプラズマ等を考慮して予測することができる。ウィスカ構成元素は、ガス絶縁開閉装置の内面において使用されている材料のうち、ウィスカとして結晶成長し得る材料を構成する元素を考慮して決定すればよい。
【００１９】
ウィスカを起点とする部分放電が起こると、熱が発生し、ウィスカの一部が加熱される。これにより、ウィスカの加熱生成物が生成される。具体的には、蒸気、この蒸気が部分放電発生箇所を起点として拡散する過程で冷却されることにより微粉等の状態で存在し得る。
【００２０】
また、ウィスカを起点とする部分放電が起こると、絶縁性ガスが分解して分解ガスが生じる。そして、この分解ガスがウィスカの加熱生成物と反応することにより、反応生成物が生じる。さらに、ガス絶縁開閉装置内には、絶縁性ガス以外にも、意図しない不純物（例えば水蒸気等）が極微量に含まれ得る。したがって、この不純物がウィスカの加熱生成物と反応することによっても、反応生成物が生じる。また、ウィスカの加熱生成物が、上記分解ガスと上記不純物の双方と反応することによっても、反応生成物が生じる。このようにして、ウィスカ構成元素を含む化合物が生成される。
【００２１】
尚、ウィスカ構成元素を含む化合物は、気体又は固体の状態で存在し得る。
【００２２】
例えば、絶縁性ガスがＳＦ６であり、意図しない不純物として水蒸気が含まれていると仮定した場合を例に挙げて説明すると、ガス絶縁開閉装置内にてウィスカを起点とする部分放電が発生した場合には、ウィスカ由来生成物として、ウィスカの加熱生成物が生成されると共に、硫黄、フッ素、水素及び酸素からなる群から選択される一種以上の元素並びにウィスカ構成元素からなる化合物が生成されると予測することができる。
【００２３】
ここで、ウィスカ由来生成物の優占種は、ウィスカの加熱生成物と絶縁性ガスの分解ガスとの反応生成物である。分析装置の検出感度等を考慮した場合、より生成量の多い生成物を検出対象とすることが好適である。したがって、ウィスカ由来生成物として、ウィスカの加熱生成物と絶縁性ガスの分解ガスとの反応生成物を予測し、これらを検出対象とすることが好適である。例えば、上記の通り、ガス絶縁開閉装置においては、防錆対策としてスズめっきや亜鉛めっきが施されることがあり、この場合にその内面にまで施されているスズめっきや亜鉛めっきに由来するスズウィスカや亜鉛ウィスカが発生し、これを起点として部分放電が発生する可能性がある。この場合、絶縁性ガスがＳＦ６であるならば、ウィスカの加熱生成物と絶縁性ガスの分解ガスとの反応生成物は、スズの硫化物及びフッ化物、あるいは、亜鉛の硫化物及びフッ化物となる。したがって、これらの化合物を検出対象とするのが好適である。そして、絶縁性ガスがＳＦ６であるならば、特にスズのフッ化物、あるいは、亜鉛のフッ化物が多く生成される。したがって、これらのフッ化物を検出対象とするのがより好適である。
【００２４】
ウィスカ由来生成物の検出は、例えば、ガス絶縁開閉装置内のガスを直接採取し、このガス中にウィスカ由来生成物が含まれているか否かを分析することにより行うようにしてもよい。あるいは、ウィスカ由来生成物を吸着可能な吸着剤をガス絶縁開閉装置内のガスと接触させた後、この吸着物中にウィスカ由来生成物が吸着されているか否かを分析することにより行うようにしてもよい。例えば、物質の分子の大きさに応じて物質を分離する効果（分子篩効果）を有する吸着剤を用いて、ウィスカ由来生成物の一部あるいは全部をを吸着し、且つ絶縁性ガスさらには絶縁性ガスの分解ガスを吸着しないようにすることで、診断の指標となる生成物を検出しやすいものとできる。尚、生成物の分析方法としては、生成物をガスのまま分析する場合には、例えばＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）を用いた方法やガスクロマトグラフィー等が挙げられる。生成物を液体に溶かして分析する場合には、例えば液体クロマトグラフィー質量分析法やイオンクロマトグラフィー等が挙げられる。
【００２５】
次に、本発明のガス絶縁開閉装置の状態診断方法の一例として、開閉接点を含まないガス区画と、開閉接点を含むガス区画とを診断対象ガス区画とした場合について説明する。
【００２６】
開閉接点を含まないガス区画を診断対象ガス区画とした場合、開閉接点を含まないガス区画からウィスカ由来生成物が検出されたときには、この開閉接点を含まないガス区画において、ウィスカを起点とする部分放電が発生しており、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じていると診断される。
【００２７】
開閉接点を含むガス区画（遮断器、断路器、接地開閉器を含むガス区画）を診断対象ガス区画とした場合、開閉接点を含むガス区画からウィスカ由来生成物が検出されたときには、この開閉接点を含むガス区画において、ウィスカを起点とする部分放電が発生しており、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じていると診断される。但し、開閉接点にウィスカとして結晶成長し得る材料が使用されている場合には、この材料の加熱生成物やこの加熱生成物とガス絶縁開閉装置内の絶縁性ガスの分解ガスとの反応生成物等が生成されることもあり得る。したがって、この場合には、開閉接点に使用されていないウィスカ構成元素を含むウィスカ由来生成物を検出対象とすることが好適である。
【００２８】
ここで、従前は、ガス絶縁開閉装置の内面には、ウィスカが発生しないというのが技術常識であった。したがって、従来のＳＦ６分解ガス分析を利用した状態診断方法では、ウィスカに起因して絶縁性能低下リスクが生じているか否かを診断することができなかった。また、ガス絶縁開閉装置内の吸着剤にウィスカ由来生成物が吸着されていることはなく、ウィスカ由来生成物が生じていることもこれまではわからなかった。これに対し、本発明によれば、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内で顕在化しているか否かを診断することができ、これまで見過ごされていた可能性のあるウィスカに起因するガス絶縁開閉装置の絶縁性能低下リスクの発生の有無を診断することが可能となる。
【００２９】
尚、ガス絶縁開閉装置の機器類は、一般には同じ工場で同時期に作られたものであることが一般的であり、機器間での材料組成等は同一又は類似しているものと考えられる。したがって、一部のガス区画においてウィスカ由来生成物が検出された場合には、他のガス区画においてもウィスカを起点とする部分放電が発生しているか、あるいはウィスカを起点とする部分放電が発生する可能性があり、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが生じていると概略的に診断するようにしてもよい。例えば、開閉接点を含まないガス区画においてウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが生じていると診断された場合、開閉接点を含むガス区画においてもウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが生じていると概略的に診断するようにしてもよい。これにより、開閉接点に使用されている材料によらず、ガス絶縁開閉装置全体におけるウィスカに起因する絶縁性能低下リスクを診断することができる。
【００３０】
上述の実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、ガス絶縁開閉装置内にてガス（絶縁性ガス）が循環している場合には、ウィスカ由来生成物及びウィスカ自体がガス絶縁開閉装置内を移動し得る。したがって、このような循環式のガス絶縁開閉装置内の一部からウィスカ由来生成物が検出された場合には、ガス絶縁開閉装置全体においてウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが生じていると診断することができる。
【００３１】
また、上述の実施形態では、絶縁性ガスがＳＦ６である場合について説明したが、絶縁性ガスとしてＳＦ６以外のガスを用いた場合にも、ウィスカ構成元素、ガス絶縁開閉装置内の絶縁性ガス種、ガス絶縁開閉装置内に意図せず含まれ得る不純物、部分放電時に発生する熱量等を考慮して、ウィスカ由来生成物を予測し、上述の実施形態と同様に、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクが生じているか否かを診断するようにしてもよい。
【００３２】
また、ウィスカ由来生成物には必ずウィスカ構成元素が含まれているので、ガス絶縁開閉装置内から採取されたガスや吸着剤にウィスカ構成元素が含まれているか否かを検出するようにしてもよい。
【実施例】
【００３３】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００３４】
化学平衡計算ソフトであるＨＳＣ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（制作会社：Ｏｕｔｏｋｕｍｐｕ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｏｙ、Ｐｏｒｉ、Ｆｉｎｌａｎｄ、Ａ．Ｒｏｉｎｅ、バージョン４．０）により、ウィスカ構成元素である亜鉛又はスズとガス絶縁開閉装置内のガスとによって生成され得る生成物について解析を行った。
【００３５】
解析条件は以下の通りとした。
＜加熱温度＞
２５℃→３０００℃
＜ガス区画内に存在する物質＞
・ＳＦ６（ｇ）：１ｋｍｏｌ
・Ｈ２Ｏ（ｇ）：１００×１０−９ｋｍｏｌ
・Ｓｎ（ｓ）あるいはＺｎ（ｓ）：０．００１ｋｍｏｌ
【００３６】
上記解析条件において、「ｇ」はガスであり、「ｓ」は固体である。
【００３７】
亜鉛とガス絶縁開閉装置内のガスとによって生成され得る生成物について解析を行った結果、ガス成分として、ＺｎＦ２、ＺｎＳ及びＺｎが生成され、ガス成分以外として、ＺｎＦ２が生成されることがわかった。
【００３８】
また、スズとガス絶縁開閉装置内のガスとによって生成され得る生成物について解析を行った結果、ガス成分として、ＳｎＦ、ＳｎＦ２、ＳｎＦ３、ＳｎＦ４及びＳｎが生成されることがわかった。
【００３９】
以上の解析結果から、ウィスカの加熱生成物及びウィスカ構成元素を含む化合物が生成され得ることがわかった。
【００４０】
ここで、ウィスカを起点とする部分放電が発生するとプラズマが生成される。上記解析は単純な平衡計算による解析であり、プラズマ生成による高エネルギー状態の発生は考慮されていない。プラズマ生成による高エネルギー状態の発生を考慮した場合、ウィスカの加熱生成物及びウィスカ構成元素を含む化合物（ウィスカ構成元素とガス絶縁開閉装置内のガス成分との反応生成物）として考えられる全てのものが、ウィスカ由来生成物となり得ると考えられる。
【００４１】
例えば、亜鉛ウィスカを起点とする部分放電が発生した場合、ウィスカ由来生成物の候補として挙げられるのは、ガス成分としては、Ｚｎ、ＺｎＦ２、ＺｎＨ、Ｚｎ（Ｈ３）、ＺｎＯ、及びＺｎＳ等である。ガス成分以外としては、Ｚｎ、ＺｎＦ２、ＺｎＯ、Ｚｎ（ＯＨ）２、ＺｎＳＯ４、及びＺｎＳ等である。
【００４２】
また、例えば、スズウィスカを起点とする部分放電が発生した場合、ウィスカ由来生成物の候補として挙げられるのは、ガス成分としては、Ｓｎ、Ｓｎ２、ＳｎＦ、ＳｎＦ２、ＳｎＦ３、ＳｎＦ４、ＳｎＨ、Ｓｎ（Ｈ３）、ＳｎＨ４、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、及びＳｎ２Ｓ２等がである。ガス成分以外としては、Ｓｎ、ＳｎＦ２、ＳｎＯ、ＳｎＯ２、Ｓｎ（ＯＨ）２、ＳｎＳＯ４、Ｓｎ（ＳＯ４）２、Ｓｎ（ＨＳ）２、ＳｎＳ、ＳｎＳ２、Ｓｎ２Ｓ３、及びＳｎ３Ｓ４等である。
【００４３】
上記のようなウィスカ由来生成物を検出対象とすることで、ウィスカに起因する絶縁性能低下リスクがガス絶縁開閉装置内に生じているか否かを診断できるものと考えられる。