JPH09288058A

JPH09288058A - 油中ガス検出装置

Info

Publication number: JPH09288058A
Application number: JP10038196A
Authority: JP
Inventors: Teruyuki Nakamura; 晃之中村
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1996-04-22
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】設置，取外し及び製作が容易で、光伝送路に
絶縁油が浸入することのない油中ガス検出装置を提供す
る。【解決手段】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
中ガス検出装置において、油中に溶存したガスを分離抽
出する油中ガス分離部２１と、分離抽出されたガスを検
出する光学検出部２２とが分割して形成され、上記油中
ガス分離部２１と上記光学検出部２２とを連結する導管
２３を設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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ガス検出装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力設備の高信頼性の要求から設
備診断の重要性が高まっている。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、局部加熱などの劣化現象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】この分析手順は、電気設備を一時的に運転
を停止させた後、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、この方法では測定手順が複雑で、ほ
とんどが手作業であり、停電させなければならないため
多くの費用と労力を要する。

【０００４】そのため、近年ではケーブル接続部の注油
孔に油中溶存ガスを検出するセンサを取り付け、そのセ
ンサの検知情報を常時監視する方法が検討されつつあ
る。

【０００５】例えば、図５に示すように、ガスの光学的
性質を利用すると共に、光ファイバを利用して遠隔から
油中溶存ガス濃度を測定する装置がある。

【０００６】ここで、その構成を説明する。ＯＦケーブ
ル１等の接続部２に油中ガス分離セル３が取り付けられ
ている。この油中ガス分離セル３は、ＯＦケーブル１か
ら抽出された絶縁油が満たされる油相室４と、その絶縁
油中の各種ガス（炭化水素系ガス等）が透過してくる気
相室５とを有している。油相室４は気相室５を囲繞して
設けられており、これらは、多孔質金属にフッ素樹脂
（ＰＦＡ等）をコーティングした透過膜６によって区画
されている。そして、ＯＦケーブル１と油相室４との接
続部２から導管を介して連結されている。この接続部２
から絶縁油が油相室４に抽出され満たされ、この絶縁油
に溶存している各種ガスが透過膜６により透過し、気相
室５に分離捕捉されるように構成されている。

【０００７】油中ガス分離セル３内の気相室５の両端に
は、光伝送手段である光ファイバ７，８がそれぞれ挿通
して設けられており、これら光ファイバ７，８の端部
９，１０は、気相室５内で所定の間隔を隔てて配置され
ている。光ファイバ７，８のそれぞれの端部９，１０間
には、気相室５内で捕捉された各種ガスが混在する雰囲
気中を透過する光伝送路１１が形成されることになる。

【０００８】油中ガス分離セル３が取り付けられた接続
部２から離れた位置、例えば監視所等にガスの分析を行
う監視箱１２が設けられている。この監視箱１２には、
各種ガスの吸収スペクトルに一致する異なる波長を有す
る光を生成し発光させる発光手段が各種ガス毎に設けら
れ、戻った光を検出してガス濃度を求める信号処理部１
８が設けられ、さらに、ＯＦケーブル１等の劣化を診断
する劣化診断部２０が設けられている。

【０００９】発光手段は、例えば、アセチレンの赤外吸
収スペクトルに等しい波長を持つレーザ光を生成するレ
ーザ装置１３と、そのレーザ装置１３を駆動させる駆動
回路１４とが設けられている。

【００１０】信号処理部１８は、光ファイバ８と接続さ
れた光検出器１９を有し、光検出器１９で得られた検出
信号のうち、特定の成分を位相敏感検波して得られるガ
ス信号より、ガス濃度を求めるように構成されている。
劣化診断部２０は、信号処理部１８で得られたガス濃度
情報により、ＯＦケーブル１等の劣化診断を行うように
構成されている。

【００１１】レーザ装置１３は、往路用の光伝達手段で
ある光ファイバ７を介して油中ガス分離セル３内のガス
の捕捉を行う気相室５の片端部に接続されている。そし
て、気相室５の他端部は、復路用の光ファイバ８を介し
て光検出器１９に接続されている。

【００１２】以上の構成により、監視箱１２内のレーザ
装置１３からレーザ光が往路用の光ファイバ７，光伝送
路１１及び復路用の光ファイバ８を通過して信号処理部
１８に入り、劣化診断部２０においてＯＦケーブル１等
の劣化診断を行うこととなる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の技術においては、油中ガス分離セル内に油中ガス
を分離する機構と、ガスを検出する機構（光伝送路）と
を合せ持たせているために次のような問題点がある。

【００１４】（１）油中ガス分離セルが大きく、また、
通常ＯＦケーブル接続部は三相上下に密に並んでいるた
めに、設置や取外しが困難である。

【００１５】（２）透過膜が破損してしまった場合に、
絶縁油が光伝送路に浸入してしまい、光伝送路や光ファ
イバ等が破損してしまう。

【００１６】（３）油相室と気相室とを同時に密閉する
必要があり、また、油中ガスを分離する機構と、ガスを
検出する機構との合わせ加工となるために、製作が非常
に困難である。

【００１７】そこで、本発明の課題は、上記の問題を解
決し、設置，取外し及び製作が容易で、光伝送路に絶縁
油が浸入することのない油中ガス検出装置を提供するこ
とである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく本
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ガス
検出装置において、油中に溶存したガスを分離抽出する
油中ガス分離部と、分離抽出されたガスを検出する光学
検出部とが分割して形成され、上記油中ガス分離部と上
記光学検出部とを連結する導管を設けたものである。

【００１９】そして、上記導管が、その途中に弁を備え
たものが好ましい。

【００２０】上記構成によれば、接続部に設置される油
中ガス分離セルを小型化することができ、設置，取外し
及び製作が容易となり、油中ガス分離部と、光学検出部
とが分割して形成されており、また、その中間に弁が設
けられているため、光伝送路に絶縁油が浸入することが
ない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って説明する。

【００２２】図１は、本発明を適用した油中ガス検出装
置を示した断面図である。

【００２３】まず、本発明の構成を説明する。本発明
は、油中に溶存したガスを分離抽出する油中ガス分離部
と、分離抽出されたガスを検出する光学検出部とを分割
して形成するようにしたことに特徴を有するものであ
る。

【００２４】図示するように、ＯＦケーブル１の接続部
２に、油中に溶存したガスを分離抽出する油中ガス分離
部２１が取り付けられている。この油中ガス分離部２１
は、ＯＦケーブル１から抽出された絶縁油が満たされる
油相室４と、その絶縁油中の各種ガス（炭化水素系ガス
等）が透過してくる気相室５とを有している。油相室４
と気相室５とは、多孔質金属にフッ素樹脂（ＰＦＡ等）
をコーティングした透過膜６によって区画されている。
気相室５は円筒型に成形された透過膜６によって形成さ
れ、油相室４は気相室５を囲繞して設けられており、内
側を透過膜６、外側を円筒型の外筒４ａによって形成さ
れている。そして、油相室４と気相室５の両端部にはそ
れぞれ蓋板４ｂ，４ｃが密閉固定されている。

【００２５】ＯＦケーブル１と油相室４とは、ＯＦケー
ブル１の接続部２から導管を介して連結されている。こ
の接続部２から絶縁油が油相室４に抽出され満たされ、
この絶縁油に溶存している各種ガスが透過膜６により透
過し、気相室５に分離捕捉されるように構成されてい
る。

【００２６】気相室５は、導管２３及び弁２４を介し
て、油中ガス分離部２１と分割して形成され、ガスを検
出する光学検出部２２に接続され、油中ガス分離部２１
で分離捕捉された各種ガスが導管２３、弁２４を通過し
て光学検出部２２内に導入されるように構成されてい
る。光学検出部２２には、その両端部に光伝送手段であ
る光ファイバ７，８が光学検出部２２に臨んで設けられ
ている。光ファイバ７，８の各端部９，１０は、光学検
出部２２内で所定の間隔を隔てて同軸上に配置され、光
学検出部２２内に混在する雰囲気中を透過する光伝送路
２７を形成している。

【００２７】油中ガス分離部２１が取り付けられた接続
部２から離れた位置、例えば監視所等にガスの分析を行
う監視箱１２が設けられている。この監視箱１２には、
各種ガスの吸収スペクトルに一致する異なる波長を有す
る光を生成し発光させる発光手段が各種ガス毎に設けら
れ、戻った光を検出してガス濃度を求める信号処理部１
８が設けられ、さらに、ＯＦケーブル１等の劣化を診断
する劣化診断部２０が設けられている。

【００２８】発光手段は例えば、アセチレンの赤外吸収
スペクトルに等しい波長を持つレーザ光を生成するレー
ザ装置１３と、そのレーザ装置１３を駆動させる駆動回
路１４とが設けられている（他のレーザ装置は図示せ
ず）。

【００２９】信号処理部１８は、光ファイバ８と接続さ
れた光検出器１９を有し、光検出器１９で得られた検出
信号のうち、特定の成分を位相敏感検波して得られるガ
ス信号より、ガス濃度を求めるように構成されている。
劣化診断部２０は、信号処理部１８で得られたガス濃度
情報により、ＯＦケーブル１等の劣化診断を行うように
構成されている。なお、信号処理部１８は、駆動回路１
４と接続され、これにより駆動させられるようになって
いる。

【００３０】レーザ装置１３は、往路用の光伝達手段で
ある光ファイバ７を介して光学検出部２２の片端部に接
続されている。そして、光学検出部２２の他端部は、復
路用の光ファイバ８を介して光検出器１９に接続されて
いる。

【００３１】油中ガス分離部２１と光学検出部２２とを
連結させる導管２３の途中に設けられた弁２４は、図２
に示すように、その内径が導管２３の内径よりも大きく
形成されており、その両端部には、それぞれ導管２３と
弁２４の内部を接続するテーパ部２６が形成されてい
る。そして、弁２４内には、導管２３の内径よりも大き
く、弁２４の内径よりも小さい直径を有する球体２５が
挿入され設けられている。すなわち、通常ガスが大気圧
下で導管２３を通過して、弁２４内に入っても球体２５
は図示した状態から移動せず、各種ガスはその隙間を通
過することができる。しかし、仮に油中ガス分離部２１
の透過膜が破損して絶縁油が弁２４内に流れてきたとき
は、球体２５が油圧によって押され、光学検出部２２側
のテーパ部２６に押し当てられ、固定されることにな
り、絶縁油が光学検出部２２側に浸入しないように構成
されている。

【００３２】なお、本実施の形態においては、接続部２
の上口に油中ガス分離部２１を取り付けるようにした
が、特開平４−９７３５号公報に示すように、接続部上
口から油中ガス分離部、接続部下口へというように油の
循環系路を形成すれば、油中ガスを早く検出することが
できる。

【００３３】以上の構成から本発明の実施の形態の作用
を使用方法に基づいて説明する。

【００３４】ＯＦケーブル１が劣化すると、局部加熱や
部分放電により絶縁油が分解され、炭化水素系ガス等が
発生し、油中に溶存することになる。

【００３５】まず、油中ガス分離部２１を接続部２の上
口から導管を介して接続する。そして、ＯＦケーブル１
内の絶縁油を、油相室４内に抽出し満たす。油相室４を
満たした絶縁油中の各種ガス（炭化水素系ガス等）は、
ガスのみを通す透過膜６を透過して、気相室５内に入
る。気相室５内に透過してきた各種ガスは、導管２３及
び弁２４を介して、光学検出部２２内へ移動する。所定
の時間経過後に気相室５及び光学検出部２２内の光伝送
路２７にガスが充満する。

【００３６】一方、監視箱１２において、一例として、
アセチレンの赤外吸収スペクトルに等しい波長を有する
レーザ光を生成するレーザ装置１３を、駆動回路１４で
駆動させ、レーザ光を出射する。その出射されたレーザ
光は、往路用の光ファイバ７に入射され、ガス検出機能
を持つ光学検出部２２内に伝達され、光ファイバ７の端
部９から光伝送路２７を通り、復路用の光ファイバ８の
端部１０に入射され、光ファイバ８を伝達されて光検出
器１９に入る。

【００３７】そして、光検出器１９で得られた検出信号
のうち、特定の成分を位相敏感検波して得られるガス信
号より、ガス濃度を信号処理部１８で求める。このガス
濃度情報が劣化診断部２０に送られ、ここでＯＦケーブ
ル１の劣化診断が行われることとなる。

【００３８】以上のように、油中ガス分離部２１と、光
学検出部２２とを分割して形成したので、これまでの油
中ガス分離セル３の大きさが、φ１５０ｍｍ×Ｌ３５０
ｍｍからφ１００ｍｍ×Ｌ１００ｍｍに小型化された。

【００３９】油中ガス分離部２１と光学検出部２２とを
連結する導管２３は、実験により内径φ４程度、長さ５
００ｍｍ以下が適当であることが求められた。以下に、
その実験結果を示す。

【００４０】光学系内蔵型ガスセル（ガス分離部Ｖｇ内
に光学系存在）と分割型ガスセル（ガス分離部Ｖｇと光
学系Ｖｋを分割＋導管Ｖｈ）の油中ガス透過の比較実験
を行った。図３に実験構成図、図４に油中ガス透過実験
結果、表１にそれぞれの体積条件を示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】分離型ガスセルの測定するガス濃度は、導
管の拡散抵抗の成分が加わるため、理論曲線からずれる
と考えられたが、内径φ４×導管長５００ｍｍの場合、
測定長と理論曲線とが一致していることから、総合的な
時定数を考えるとき、気相側体積の増加のみを考慮すれ
ばよいことが分かった。

【００４３】また、導管長を１０００ｍｍにすると時定
数が二倍になり、また、導管の径をφ２にすると時定数
が四倍になることが、他の実験で確認されている。これ
らの結果を考慮し、また、径を大きくすると体積が増加
しその分だけ時定数が大きくなることから、径としては
φ４程度が、導管長は５００ｍｍ以下が適切であること
が分かる。さらに、導管長５００ｍｍは、三相分並んだ
ＯＦケーブル実線路を考えると、光学検出分を設置する
スペースがある距離であり、適切な値であるといえる。

【００４４】次の理論式から、本実験のそれぞれの時定
数（６３％透過）及び飽和時間（９０％）をまとめると
表２のようになる。

【００４５】 τ（６３％）＝Ｖ／（１０１３２５×Ａ×α） τ（９０％）＝２．３×Ｖ／（１０１３２５×Ａ×α） τ：油中ガス透過時定数Ｖ：気相側体積Ａ：膜面積（６５．９７×１０^-4ｍ²） α：油中ガス透過係数（ｌ／ｍ²・ｓ・Ｐａ）ＣＨ₄＝８．１４×１０^-11、Ｃ₂Ｈ₂＝９．４７×１
０^-11

【００４６】

【表２】

【００４７】実際の光検出部の気相側体積は、４０ｃｃ
程度と考えると、上記式より時定数１４日程度（飽和約
１ケ月）と考えられる。

【００４８】ＯＦケーブル荷電状態を一時的に停止さ
せ、ＯＦケーブル接続部より油を抽出し、その油よりガ
スを分離し、ガス濃度測定する方法では、３年毎の定期
検査となっており、上記時定数は十分なものといえる。

【００４９】

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

【００５０】（１）油中ガス分離部と、光学検出部とを
分割して形成したので、油中ガス分離部を小型化でき、
ＯＦケーブルの接続部への設置、取り外しが容易であ
る。

【００５１】（２）油中ガス分離部と光学検出部それぞ
れを個別に製作できるので、製作が容易である。

【００５２】（３）故障時の修理や交換が個別にでき、
メンテナンス性に優れている。

【００５３】（４）油中ガス分離部と、光学検出部とを
導管で連結し、弁を設けたので油中ガス分離部の透過膜
が破損し、絶縁油が気相部に浸入したとしても、弁で止
まり、光検出部の光伝送路に浸入することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した油中ガス検出装置を示す断面
図である。

【図２】弁の拡大断面図である。

【図３】油中ガス透過の比較実験の実験構成図である。

【図４】油中ガス透過実験結果を示すグラフである。

【図５】従来の油中ガス検出装置を示す断面図である。

【符号の説明】

７，８光ファイバ２１油中ガス分離部２２光学検出部２３導管２４弁

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
中ガス検出装置において、油中に溶存したガスを分離抽
出する油中ガス分離部と、分離抽出されたガスを検出す
る光学検出部とが分割して形成され、上記油中ガス分離
部と上記光学検出部とを連結する導管を設けたことを特
徴とする油中ガス検出装置。
【請求項２】上記導管が、その途中に弁を備えた請求
項１記載の油中ガス検出装置。