KR20070112014A

KR20070112014A - 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법

Info

Publication number: KR20070112014A
Application number: KR1020070047996A
Authority: KR
Inventors: 가츠히토 다카하시; 야스노리 핫타; 히데노부 고이데; 가즈미 후지이
Original assignee: 가부시키가이샤 니혼 에이이 파워시스템즈
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: HK1115441A1; KR101442064B1

Abstract

본 발명은 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스분석장치 및 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스의 분석방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 범용성이 있는 반도체센서를 사용하여 검출의 재현성이 높은 각종 가스의 농도의 검출을 가능하게 한 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법을 실현할 수 있다.

Description

절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법{IN INSULATING OIL GAS ANALYZER APPARATUS AND METHOD}

도 1은 본 발명의 일 실시예인 절연유입 변압기에 설치되는 절연유중 가스분석장치의 구성을 나타내는 전체 구성도,

도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 절연유중 가스분석장치에서의 절연유중 가스분석의 순서를 나타내는 플로우도,

도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 절연유중 가스분석장치에서 유중 용존 가스 추출시의 사방밸브의 개폐상황을 나타내는 전체 구성도,

도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 절연유중 가스분석장치에서 시료가스 측정시의 사방밸브의 개폐상황을 나타내는 전체 구성도,

도 5는 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 절연유중 가스분석장치에서 용존되어 있는 각종 가스의 가스농도를 검출하는 반도체센서의 출력을 모식적으로 나타내는 특성도,

도 6은 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 절연유중 가스분석장치의 연산장치에서 용존되어 있는 각종 가스의 가스농도를 산출하는 시퀀스를 나타내는 연산블럭도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예인 가반형의 절연유중 가스분석장치의 구성을 나타내는 전체 구성도,

도 8은 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치에 어서의 절연유중 가스분석의 순서를 나타내는 플로우도,

도 9는 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치에서 절연유중 용존 가스 추출시의 사방밸브의 개폐상황을 나타내는 전체 구성도,

도 10은 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치에서의 시료가스 측정시의 사방밸브의 개폐상황을 나타내는 전체 구성도,

도 11은 도 7에 나타낸 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치에서의 연산장치에 있어서 용존되어 있는 각종 가스의 가스농도를 산출하는 시퀀스를 나타내는 연산블럭도,

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치를 구비한 변압기의 감시장치를 나타내는 전체 구성도,

도 13은 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치의 가스 채취부의 구조를 나타내는 도,

도 14는 도 13에 나타낸 본 발명의 다른 실시예의 가스 채취부의 홈부착 플랜지의 구조를 나타내는 도,

도 15는 도 13에 나타낸 본 발명의 다른 실시예의 가스 채취부의 홈형상 가스 저장실이 원호형상의 홈부착 플랜지를 구비한 것을 나타내는 도,

도 16은 도 13에 나타낸 본 발명의 다른 실시예의 가스 채취부의 홈형상 가스 저장실이 지그재그형상의 홈부착 플랜지를 구비한 것을 나타내는 도,

도 17은 도 13에 나타낸 본 발명의 다른 실시예의 가스 채취부의 홈형상 가스 저장실이 소용돌이형상의 홈부착 플랜지를 구비한 것을 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유입 변압기 2 : 절연유

3 : 가스 추출기 4 : 개방밸브

5A, 5B : 송유펌프 6 : 질소봄베

7 : 산소봄베 8A, 8B : 레귤레이터

9A, 9B : 유량계 10 : 사방변환밸브

11 : 에어펌프 12 : 필터

13 : 가스조정장치 14 : 온도조절기

15 : 가스검출기 16 : 컴퓨터

17 : 체크밸브 18A : 질소공급배관

18B : 산소공급배관 18C1 : 가스공급계 배관

18C2 : 가스추출계 배관

18D : 유중 용존 가스 혼합가스공급배관

18E : 시료가스공급배관 18F : 공기공급배관

18G : 배출 배관 20, 30 : 유중 가스 분석장치

31 : 공기정화장치

201, 202, 203, 204, 205 : 연산기

210 : 감시장치 220 : 설정장치

230 : 표시장치 301, 302, 303 : 연산기

310 : 감시장치 320 : 설정장치

330 : 표시장치 501 : 절연유 주입기

502 : 오일 배출구

401, 402, 403 : 통신수단부착의 유중 가스 분석장치

420 : 중앙감시장치 430 : 전화 회선

450 : 휴대전화 회선 440 : 무선 회선

S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7 : 반도체센서

1101 : 홈부착 플랜지 1102 : 가스 투과막

1103 : 홈형상 가스 저장실 1104 : 캐리어 가스 공급구

1105 : 캐리어 가스 추출구 1106a, 1106b, 1106c : 밸브

1107 : 패킹 1201 : 배유구

1202 : 배유밸브 1203 : 절연유

1300 : 캐리어 가스공급부 1400 : 가스 측정부

1501 : 배관 1502 : 배관

1503 : 배관

본 발명은 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스분석장치 및 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스의 분석방법에 관한 것이다.

오일이 봉입, 또는 내장된 기기인 변압기의 오일에 관한 절연유중 가스분석장치의 종래기술의 하나로서, 일본국 특개소59-160745호 공보에는 가스 투과재를 사용하여 절연유중의 가스를 분리하고, 분리한 가스를 수종류의 가스에 반응하는 반도체센서를 복수개 사용하여 검지하고, 가스농도와 반응특성과의 관계를 나타낸 복수의 연산식을 다원 연립방정식으로 하여 가스농도에 대하여 해석함으로써 유중 가스 중의 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌의 농도를 구하는 기술이 개시되어 있다.

또, 절연유중 가스분석장치에 관한 종래기술의 하나로서, 일본국 특개평5-52787호 공보에는, 각종 가스 추출법에 의하여 추출한 유중 용존 가스를 단일 가스로 분리하지 않고 수소에만 반응하는 센서, 아세틸렌에만 반응하는 센서 등의 반도체센서에 의하여 각각 수소, 아세틸렌을 검지하는 기술이 개시되어 있다.

마찬가지로 절연유중 가스분석장치에 관한 종래기술의 하나로서, 일본국 특개평6-160329호 공보에는, 각종 가스 추출법에 의하여 추출한 유중 용존 가스를 단일 가스로 분리하지 않고 수소에만 반응하는 센서, 일산화탄소에만 반응하는 센서, 수소, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 등의 총가연성 가스에 반응하는 센서 등의 반도체센서에 의하여 각각 수소, 일산화탄소, 총가연성 가스를 검지하는 기술이 개시되어 있다.

또, 절연유중 가스분석장치에 관한 종래기술의 하나로서, 일본국 특개평5-346414호 공보에는 추출한 유중 용존 가스의 온도변화에 따라 온도 보정 계수를 수 정하여 반도체센서의 검출값을 온도 보상하는 기술이 개시되어 있다.

또, 유입 변압기의 내부에서 방전이나 과열의 발생이나, 봉입 또는 내장된 절연유가 열화하는 등의 이상이 생기면, 절연유가 분해되어 유중에 가스가 발생한다. 변압기의 내부에서 생기는 이상의 종류에 따라 유중에서 발생하는 가스의 발생량이나 가스의 발생 패턴이 다르다. 따라서 가스의 발생량이나 가스발생의 패턴을 조사하여 과거의 사례와 참조함으로써 이상의 종류나 정도를 판정하는 것이 가능하다. 그래서 종래부터 유입 변압기의 오일의 열화나 이상진단방법의 하나로서, 절연유중에 용존되는 가스의 분석(이하, 유중 가스분석이라 부른다)이 행하여져 왔다.

[특허문헌 1]

일본국 특개소59-160745호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개평5-52787호 공보

[특허문헌 3]

일본국 특개평6-160329호 공보

[특허문헌 4]

일본국 특개평5-346414호 공보

그런데, 각종 가스추출법에 의거하여 유중 가스 분석장치에서 가스를 검출하는 범용의 반도체센서인 산화주석, 산화텅스텐, 산화지르코늄 등의 금속 산화물로 이루어지는 반도체센서는, 각종 가스에 반응한다는 특성이 있는 반면, 특정한 가스 의 농도를 정밀도 좋게 검출할 수 없다는 문제가 있다. 또한 반도체센서의 특성으로서, 농도 일정한 특정의 가스에 대해서도 그 센서의 출력은 일정하게는 되지 않고 센서출력이 변화된다는 문제가 있다. 이것은 반도체센서 표면에 부착된 수분이나 오염물질의 영향이 원인이라고 생각되고 있다.

특허문헌 1 및 특허문헌 4에 기재된 가스의 검출방법에서는 절연유중의 가스만을 반도체센서로 측정하고 있으나, 그래도 센서출력이 일정하게 되지 않아 측정 재현성이 얻어지지 않는다는 문제가 있다.

특허문헌 2 및 특허문헌 3에 기재된 가스의 검출방법에서도 절연유중의 가스만을 반도체센서로 측정하고 있으나, 센서출력이 일정하게 되지 않아 측정 재현성이 얻어지지 않는다.

또, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 의한 가스의 검출방법은, 가스 선택성이 있는 반도체센서를 사용하여 가스농도를 구하나, 가스 선택성이 있는 반도체센서는 수소, 일산화탄소, 아세틸렌에 대해서만 검출 가능하게 고정되어 있고, 메탄, 에탄, 에틸렌의 각 가스 성분농도를 검출할 수 없다.

본 발명의 목적은 범용성이 있는 반도체센서를 사용하여 검출의 재현성이 높은 각종 가스의 농도의 검출을 가능하게 한, 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 절연유중 가스분석장치는, 기기에 내장되어 있는 절연유를 기기로 부터 인출하는 가스 추출기와, 이 가스 추출기에 인출된 절연유에 포함되는 복수의 성분가스로부터 성분가스의 농도를 검출하는 복수의 반도체센서를 가지는 가스검출기와, 가스 추출기에 인출된 절연유중에서 포함되어 있는 복수의 성분가스를 채취하여 측정대상의 시료가스로서 가스검출부에 공급하는 시료가스의 공급계통과, 반도체센서의 검출값의 기준이 되는 기준가스를 가스검출기에 공급하는 기준가스의 공급계통과, 이 시료가스의 공급계통과 기준가스의 공급계통을 변환하여 가스검출기에 공급하는 변환 공급수단과, 가스 추출기에 인출된 절연유로부터 채취한 시료가스 및 기준가스를 가스검출기의 복수의 반도체센서에 의하여 각각 측정한 각 검출값을 기초로 절연유에 용존되는 복수의 성분가스의 농도를 산출하는 연산장치를 가지는 절연유중 가스분석장치를 구비하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 절연유중 가스의 분석방법은, 기기에 내장되어 있는 절연유를 인출하여 가스 추출기에 공급하고, 가스 추출기에 인출한 절연유로부터 절연유중에 포함되어 있는 복수의 성분가스를 채취하여 측정대상의 시료가스로서 시료가스의 공급계통을 통하여 가스검출기에 공급 가능하게 하고, 가스검출기에 구비한 복수의 반도체센서의 검출값의 기준이 되는 기준가스를 기준가스의 공급계통을 통하여 가스검출기에 공급 가능하게 하고, 시료가스의 공급계통을 통하여 공급되는 시료가스와 기준가스의 공급계통을 통하여 공급되는 기준가스를 변환하여 가스검출기에 선택하여 공급을 행하고, 이 시료가스에 포함되는 복수의 성분가스로부터 성분가스의 농도 및 기준가스의 농도를 가스검출기에 구비한 복수의 반도체센서에 의하여 검출하고, 시료가스 및 기준가스에 대하여 가스검출기의 복수의 반도체센서에 의하여 각각 측정한 각 검출값을 기초로 시료가스에 포함되는 복수의 성분가스의 농도를 연산에 의하여 구하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

다음에 본 발명의 실시예인 절연유입 변압기에 설치되는 절연유중 가스분석장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

본 발명의 제 1 실시예로서, 도 1은 본 발명의 일 실시예인 절연유입 변압기에 설치되는 절연유중 가스분석장치(20)의 구성을 나타내는 것으로, 내부에 절연유가 봉입 또는 내장된 변압기에 설치하는 타입의 절연유중 가스분석장치이다. 본 실시예의 절연유입 변압기에 설치되는 절연유중 가스분석장치는, 수소, 일산화탄소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄에 대하여 유중 가스분석을 행한다.

도 1에서 절연유입 변압기(1)의 내부에는 절연유(2)가 충전되어 있다. 절연유중 가스분석장치(20)는, 절연유입 변압기(1)와는 배관(25A) 및 배관(25B)을 통하여 연통되고, 절연유입 변압기(1)로부터 절연유(2)가 유입, 유출되는 가스 추출기(3)를 설치함으로써 이 가스 추출기(3)로 버블링법에 의하여 상기 절연유입 변압기(1)의 내부에 봉입 또는 내장된 절연유(2)의 유중에 발생하는 가스의 추출을 행한다.

가스 추출기(3)의 본체에는 개방밸브(4)가 설치되어 있다. 배관(25A 및 25B)에는 송유펌프(5A 및 5B)가 각각 설치되어 있고, 송유펌프(5A)는 유입 변압기(1)의 절연유(2)를 가스 추출기(3)에 소정량만큼 공급한다. 또 송유펌프(5B)는 가스 추출후의 절연유(2)를 가스 추출기(3)로부터 유입 변압기(1)에 반환한다.

질소를 공급하는 질소봄베(6)가 설치되어 있고, 질소봄베(6)로부터 질소공급배관(18A)을 통하여 질소를 뒤에서 설명하는 사방변환밸브(10)로 유도하고 있다. 또 산소를 공급하는 산소봄베(7)가 설치되어 있고, 산소봄베(7)로부터 산소공급배관(18B)을 통하여 산소를 뒤에서 설명하는 가스조정장치(13)로 유도하고 있다.

상기 질소공급배관(18A) 및 산소공급배관(18B)에는 레귤레이터(8A 및 8B)가 각각 설치되어 있고, 질소봄베(6) 및 산소봄베(7)로부터 사방변환밸브(10) 및 가스조정장치(13)에 각각 공급되는 질소 및 산소의 압력을 조정하도록 되어 있다.

마찬가지로 상기 질소공급배관(18A) 및 산소공급배관(18B)에는 유량계(9A 및 9B)가 각각 설치되어 있고, 질소봄베(6) 및 산소봄베(7)로부터 사방변환밸브(10) 및 가스조정장치(13)에 각각 공급되는 질소 및 산소의 유량을 계측하고 있다.

사방변환밸브(10)는, 질소봄베(6)로부터 질소를 공급하는 질소공급배관(18A)과, 이 질소공급배관(18A)을 통하여 공급되는 질소를 가스 추출기(3)로 유도하는 가스공급계 배관(18C1)과 접속하도록 구성되어 있다.

그리고 이 사방변환밸브(10)를 변환조작함으로써 질소봄베(6)로부터 질소공급배관(18A) 및 가스공급계 배관(18C1)을 통하여 질소가스를 가스 추출기(3)에 공급하는 유로를 형성한다.

또, 사방변환밸브(10)는, 유입 변압기(1)의 내부에 봉입한 절연유(2)의 유중에 발생한 유중 용존가스 혼합가스를 가스 추출기(3)로부터 도출하는 가스추출계 배관(18C2)과, 이 가스추출계 배관(18C2)을 통하여 유도된 유중 용존 가스 혼합가스를 가스조정장치(13)로 유도하는 유중 용존 가스 혼합가스 공급배관(18D)에 접속 하도록 구성되어 있다.

그리고 이 사방변환밸브(10)를 변환 조작함으로써 가스 추출기(3)로부터 가스 추출계 배관(18C2) 및 유중 용존 가스 혼합가스 공급배관(18D)을 통하여 유중 용존가스 혼합가스를 뒤에서 설명하는 가스검출기(15)에 공급하는 유로를 형성한다.

상기 가스공급계 배관(18C1)에는 에어펌프(11)가 설치되어 있고, 이 에어펌프(11)를 가동시킴으로써 버블링을 행하도록 되어 있다. 그리고 가스 추출기(3)에는 필터(12)가 설치되어 있고, 가스 추출기(3)로 유도된 유입 변압기(1)의 내부에 봉입한 절연유(2)의 유중에 발생한 유중 용존가스 혼합가스를 가스추출계 배관(18C2)을 통하여 가스 추출기(3)로부터 사방변환밸브(10)에 도출할 때에, 유중 용존가스 혼합가스에 안개형상이 되어 혼입한 절연유를 제거한다.

가스 추출기(3)로 유도된 유입 변압기(1)의 내부에 봉입한 절연유(2)의 유중에 발생한 유중 용존가스 혼합가스는, 사방변환밸브(10)의 변환조작에 의하여 가스추출계 배관(18C2), 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D) 및 시료가스공급배관(18E)을 통하여 가스검출기(15)에 공급된다.

유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D) 및 시료가스공급배관(18E)의 접속부에는 가스조정장치(13)가 설치되어 있고, 이 가스조정장치(13)에는 산소봄베(7)로부터 산소를 공급하는 산소공급배관(18B)이 접속되어 있다.

그리고 상기 가스조정장치(13)에 의하여 가스검출기(15)에 공급되는 유중 용존가스 혼합가스에 산소를 소정의 비율로 혼합하여 시료가스를 생성하도록 되어 있 다. 가스조정장치(13)에서 생성된 시료가스는 시료가스공급배관(18E)을 통하여 온도조절기(14)에 공급되고, 질소, 산소 및 유중 용존 가스를 가스조정장치(13)로 혼합한 혼합가스인 시료가스의 온도를 이 온도조절기(14)에 의하여 소정의 온도로 조정한다.

상기 가스검출기(15)에는 산화주석, 산화텅스텐, 산화지르코늄 등의 금속 산화물로 이루어지는 반도체센서가 설치되어 있고, 이 반도체센서에 의하여 기준가스인 질소와 산소와의 혼합가스 및 질소와 산소와 유중 용존 가스의 혼합가스로 이루어지는 시료가스를 각각 측정하여, 그것들의 측정값을 출력신호로서 컴퓨터(16)에 출력한다.

컴퓨터(16)에서는 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서로부터의 출력신호를 기초로 유중 용존 가스의 가스성분농도를 연산에 의하여 산출하고, 산출된 유중 용존 가스의 가스성분 농도 등을 모니터 등에 표시한다.

또, 컴퓨터(16)는, 본 발명의 실시예의 유입 변압기에 설치되는 유중 가스 분석장치를 구성하는 펌프류의 ON, OFF나, 변환밸브, 배기밸브류의 변환조작이나 개폐조작을 각 요소에 지시하도록 구성되어 있다.

가스검출기(15)에 설치된 반도체센서로 검출된 질소, 산소 및 유중 용존 가스가 혼합된 시료가스의 가스성분은, 그것들의 각 가스성분 농도를 검출 후에 배출 배관(18G)을 통하여 외부로 배출되나, 이 배출 배관(18G)에는 체크밸브(17)가 설치되어 있어 외부의 기체가 가스검출기(15)의 내부로 유입하는 것을 방지하고 있다.

상기한 배관 중, 가스공급계 배관(18C1)은, 사방변환밸브(10)로부터 상기 가 스공급계 배관(18C1)에 설치한 에어펌프(11), 가스 추출기(3), 상기 가스 추출기(3)에 설치한 필터(12), 가스 추출계 배관(18C2)을 경유하여, 다시 사방변환밸브(10)로 되돌아가는 배관이다.

또, 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)은, 질소와 유중 용존 가스와의 혼합가스를 온도조절기(14), 가스검출기(15)로 유도하는 배관이다. 시료가스공급배관(18E)은, 가스조정장치(13)에서 생성된 유중 용존 가스와 질소와 산소와의 혼합가스를 온도조절기(14), 가스검출기(15)로 유도하는 배관이다.

다음에 도 1에 나타낸 본 발명의 일 실시예인 유입 변압기에 설치되는 유중 가스 분석장치에 대하여, 그 유중 가스분석의 각 순서를 도 2에 나타낸다. 도 2에서 측정조작은 먼저 측정준비(101)의 순서를 행한다.

다음에 유중 용존 가스 추출(102)의 순서를 행한다. 유중 용존 가스추출(102)의 순서와 병행하여 기준가스인 질소산소 혼합가스 측정(103)의 순서를 행한다. 제일 마지막으로 시료가스측정(104)의 순서를 행한다. 질소산소 혼합가스 측정(103)의 순서 및 시료가스측정(104) 순서의 각 측정결과를 기초로 각 성분가스의 농도를 산출하는 가스농도산출(105)의 순서를 행한다. 또 측정조작의 각 순서는 반복하여 행한다.

상세하게 설명하면, 측정준비(101)의 순서에서는 사방변환밸브(10)를 도 1에 나타내는 바와 같이 조작하여, 질소봄베(6)로부터 질소를 질소공급배관(18A)을 통하여 사방변환밸브(10)에 공급한다. 공급된 질소는 질소공급배관(18A)에서 사방변환밸브(10)를 경유하여 가스공급계 배관(18C1)으로부터 가스 추출기(3)에 유입된 다.

그후, 질소는 이 가스 추출기(3)를 경유하여 가스추출계 배관(18C2) 및 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)을 유하하여 질소공급배관(18A)으로부터 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)에 이르는 이들 각 기기 및 유로 내를 질소로 치환한다.

또, 산소봄베(7)로부터는 산소공급배관(18B)을 통하여 산소가 가스조정장치(13)에 공급되고, 공급된 산소는 가스조정장치(13)로 질소가스와 혼합하여 기준가스가 되는 질소산소 혼합가스를 생성한다.

그후, 이 가스조정장치(13)에서 생성된 기준가스의 질소산소 혼합가스는 시료가스공급배관(18E)을 통하여 온도조절기(14) 및 가스검출기(15)에 차례로 유하하여 그들 각 기기 및 유로 내를 기준가스의 질소산소 혼합가스로 치환한다.

다음에 유중 용존 가스추출(102)의 순서에서는 도 3에 나타내는 바와 같이 사방변환밸브(10)를 조작하여 변환한다. 그리고 이 사방변환밸브(10)의 변환에 의하여 가스공급계 배관(18C1), 가스추출계 배관(18C2) 및 가스 추출기(3)로 폐쇄된 시스템이 되는 바와 같은 유로 A와, 질소를 질소봄베(6)로부터 질소공급배관(18A) 및 사방변환밸브(10)을 경유하여 가스조정장치(13)에 공급하는 바와 같은 유로 B를 형성한다.

그리고 산소를 산소봄베(7)로부터는 산소공급배관(18B)을 통하여 가스조정장치(13)에 공급함으로써 가스조정장치(13)에서 유로 B를 유하하는 질소에 산소를 혼합시킨 기준가스가 되는 질소산소 혼합가스를 생성하고, 이 기준가스의 질소산소 혼합가스를 시료가스공급배관(18E)을 통하여 온도조절기(14) 및 가스검출기(15)에 공급한다.

상기 유로 A에서는 가스추출조작을 행한다. 즉, 유로 A에서의 가스추출의 조작으로서, 먼저 가스 추출기(3)에 설치한 개방밸브(4)을 개방한 상태로 하여 두고, 배관(25A)에 설치한 송유펌프(5A)를 가동하여 유입 변압기(1)의 내부에 봉입되어 있는 절연유(2)를 가스 추출기(3)에 공급한다.

다음에 가스 추출기(3)에의 절연유(2)의 주입이 완료됨과 동시에 개방밸브(4)을 폐쇄하고, 유로 A를 형성하는 가스공급계 배관(18C1)에 설치한 에어펌프(11)를 가동시켜 유로 A 내의 질소를 순환시켜 버블링에 의하여 가스 추출기(3)에 주입한 절연유(2)에 용존되어 있는 용존 가스의 채취를 행한다.

버블링이란, 밀폐된 시스템 내에서 시료대상의 가스가 용존ㅏ는 액체 내에 질소 등의 불활성 가스를 흡입하여 액체 내의 용존 가스와 액면상의 가스를 평형시킨 후에 액면상의 가스를 채취하는 시료가스의 채취방식의 것을 말한다.

버블링을 행하는 불활성 가스에 질소를 사용하는 것은, 산소가 절연유중으로 혼입하는 것을 방지하기 위함이다. 변압기(1)에 봉입된 절연유(2)로부터 용존 가스를 채취한 후의 절연유(2)는 가스 추출기(3)로부터 변압기(1)로 되돌려 재사용하나, 절연유(2)에 산소가 혼입한 경우, 산소에 의한 절연유(2)나 절연지의 열화가 염려된다. 그 때문에 버블링에는 질소, 또는 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용한다.

버블링을 행할 때에는 버블링시간과 밀폐된 시스템 내를 순환하는 불활성가 스의 질소 중의 가스농도와의 상관을 사전에 조사하여 두고, 타당한 버블링시간을 선정하여 둔다.

또 절연유(2)의 용존 가스의 농도와 버블링에 의하여 시료가스로서 추출되는 가스의 농도와의 관계는 가스성분에 따라 다르다. 따라서 절연유중의 용존 가스량과 버블링에 의하여 추출되는 가스량과의 상관관계를 미리 구하여 둔다.

다음에 기준가스인 질소산소 혼합가스측정(103)의 순서에서는 사방변환밸브(10)의 변환조작에 의하여 형성되는 유로 B를 통하여 기준가스가 되는 질소산소 혼합가스에 대한 측정을 가스검출기(15)로 행한다.

즉, 질소봄베(6)로부터 질소를 질소공급배관(18A) 및 사방변환밸브(10)를 통하여 가스조정장치(13)에 공급하고, 산소봄베(7)로부터 산소를 산소공급배관(18B)을 통하여 가스조정장치(13)에 공급하여, 이 가스조정장치(13)에서 양자의 성분비율을 조정한 기준가스의 질소산소 혼합가스(산소 20%, 질소 80%)를 시료가스공급배관(18E), 온도조절기(14)를 경유하여 가스검출기(15)에 공급한다.

가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)에서 검출되는 기준가스의 검출 출력이 안정된 곳에서 그 검출한 출력을 기준가스인 질소산소 혼합가스에 대한 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력한다.

다음에 시료가스측정(104)의 순서에서는 도 4에 나타내는 바와 같이 사방변환밸브(10)을 변환하여 질소봄베(6)로부터 질소를 질소공급배관(18A), 사방변환밸브(10) 및 가스공급계 배관(18C1)을 통하여 가스 추출기(3)에 공급하고, 공급된 질소를 이 가스 추출기(3)로부터 가스추출계 배관(18C2) 및 유중 용존가스 혼합가스 공급배관(18D)을 통하여 가스조정장치(13)에 유하시킨다.

이들 조작에 의하여 유로 A 내의 채취된 유중 용존가스 혼합가스는 질소봄베(6)로부터 공급된 질소에 의하여 밀어내져 가스조정장치(13)로 유도된다. 유도된 유중 용존가스 혼합가스는, 산소봄베(7)로부터 산소공급배관(18B)를 통하여 공급된 산소를 가스조정장치(13)에서 첨가하여 시료가스를 생성한다.

그리고 이 가스조정장치(13)에서 생성된 시료가스를 가스검출기(15)에 공급하여 시료가스의 성분농도를 검출하게 된다. 여기서 가스조정장치(13)에서 유중 용존가스 혼합가스에 산소를 첨가하여 시료가스를 생성하는 것은, 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)에 의한 시료가스의 측정에 산소가 필요하기 때문이다.

가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)에 공급되는 기체가 기준가스의 질소산소 혼합가스로부터 시료가스로 변환됨으로써 반도체센서(S1-S7)로 검출되는 시료가스의 센서출력은 공급되는 기체의 변환 전후에서 크게 변화된다. 센서출력의 변화후에 센서출력이 대략 일정하게 안정된 곳에서 이들 센서출력을 시료가스에 대한 반도체센서(S1-S7)의 각 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력한다.

그리고 시료가스를 가스검출기(15)의 반도체센서(S1-S7)로 측정한 후에는 배관(25B)에 설치한 송유펌프(5B)를 가동하면서 질소봄베(6)로부터 질소를 가스 추출기(3)에 공급하고, 가스 추출기(3)에 공급한 절연유(2)를 유입 변압기(1)로 되돌린다. 이들 일련의 조작은 컴퓨터(16)로부터의 지시를 받아 자동적으로 행하 도록 하고 있다.

도 5는 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)로 검출된 가스의 센서출력을 모식적으로 나타낸 도면으로, 가로축은 시간(t), 세로축은 반도체센서(S 1-S7)로 검출되는 센서출력의 전기저항(R)을 나타내고, 센서출력은 도면 중에 곡선으로 표시하고 있다.

도 5에서 시간 t = t0 내지 t = t1의 측정기간은, 기준가스인 질소산소 혼합가스(산소 20%, 질소 80%)를 측정하고 있을 때의 센서출력을 나타내고 있다.

또, 시간 t = t1 내지 t = t2의 측정기간은, 시료가스를 측정하고 있을 때의 센서출력을 나타내고, 시간 t = t2 내지 t = t3의 측정기간은, 다시 기준가스인 질소산소 혼합가스를 측정하고 있을 때의 센서출력을 나타내고 있다.

먼저, 시간 t = t0 내지 t = t1의 측정기간에서, 시간 t = t1에서의 기준가스의 센서출력인 전기저항(R)은 R0을 나타낸다. 시간 t = t0 내지 t = t1에 걸쳐 센서출력이 완만하게 변화되고 있는 것은, 센서출력이 드리프트하고 있기 때문이다.

시간 t = t1 내지 t = t2의 측정기간은, 사방변환밸브(10)의 변환조작에 의하여 기준가스로부터 변환하여 공급되는 시료가스를 측정하고 있을 때의 센서출력을 나타내고 있다. 시간 t = t1에서 시료가스의 공급을 개시하여 측정함으로써 센서출력은 급격하게 감소한 후에 점차로 센서출력의 변화는 완만해져 시간 t = t2에서 센서출력은 안정된다.

시간 t = t2에서의 시료가스의 센서출력인 전기저항(R)은 R1을 나타낸다.

시간 t = t2 내지 t = t3의 측정기간은 사방변환밸브(10)의 변환조작에 의하 여 다시 시료가스로부터 기준가스로 공급을 변환하여 기준가스의 질소산소 혼합가스를 측정하였을 때의 센서출력을 나타내고 있다. 시간 t = t2에서 기준가스의 질소산소 혼합가스의 공급을 개시하여 측정함으로써 센서출력은 급격하게 증가한 후에 점차로 센서출력의 변화는 완만해져 시간 t = t3에서 센서출력은 안정된다.

시간 t = t3에서의 기준가스의 센서출력인 전기저항(R)은 R2를 나타낸다. 시간 t = t3 내지 t = t4에 이르기까지의 센서출력은 그 정도 변화되지 않고 안정되어 있는 상황을 나타내고 있다.

여기서 기준가스의 질소산소 혼합가스에 대하여, 반도체센서에 의한 센서출력의 전기저항(R0)을 미리 검출하여 컴퓨터(16)에 등록하여 둔다. 또 시료가스 에 대해서는 분석대상의 가스성분이 되는 예를 들면 일산화탄소의 가스에 관하여 특정한 농도, 예를 들면 가스농도 10 ppm의 경우에 있어서의 반도체센서에 의한 센서출력의 전기저항(R1)이 되는 RC01을 미리 검출하여 컴퓨터(16)에 등록하여 둔다. 마찬가지로 검출대상이 되는 다른 가스인 수소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄에 대해서도 특정한 농도의 경우에 있어서의 상기 반도체센서에 의한 센서출력의 전기저항(R)의 값을 미리 검출하여 컴퓨터(16)에 각각 등록하여 둔다.

그리고 상기한 바와 같이 기준가스와 시료가스에 대하여 가스검출기(15)에 설치한 반도체센서(S1-S7)에 의하여 측정함으로써 기준가스에 대한 센서출력의 전기저항(R0)과, 시료가스 중의 측정대상 가스, 예를 들면 일산화탄소의 가스에 대한 센서출력의 전기저항(R1)을 계측하여 이 일산화탄소의 가스에 대한 센서출력의 비(R0/R1)를 계산한다.

그리고 컴퓨터(16)에 미리 검출한 가스농도 10 ppm의 일산화탄소의 가스의 전기저항(RC01)에 의거하는 센서출력의 비(R0/RC01)를 계산하여 상기한 센서출력의 비(R0/R1)와 비교하면 시료가스 중의 일산화탄소의 가스농도를 정확하게 연산할 수 있다.

동일한 방법에 의하여 기준가스와 시료가스에 대하여 가스검출기(15)에 설치한 반도체센서(S1-S7)에 의하여 측정함으로써 시료가스 중의 검출대상이 되는 다른 가스인 수소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄에 대해서도 상기한 센서출력의 비(R0/R1)를 연산하여 비교하면, 시료가스 중의 특정성분의 가스농도를 정확하게 연산할 수 있다.

여기서 드리프트에 의한 측정의 잘못을 방지하기 위하여 기준가스인 질소산소 혼합가스의 측정값은, 시료가스로 변환하기 직전의 시간 t = t1에서의 기준가스의 센서출력인 R0이나, 다시 기준가스의 질소산소 혼합가스로 변환한 후의 출력이 안정된 시간 t = t3에 있어서의 기준가스의 센서출력(R2)을 사용한다.

그리고 시료가스의 측정값은 질소산소 혼합가스로 변환하기 직전의 시간 t = t2에서의 시료가스의 센서출력(R1)을 이용하면 드리프트에 의한 측정의 잘못을 방지할 수 있다. 이 경우 산출하는 센서출력의 비는 R0/R1가 아니라, 출력의 비 R2/R1를 연산하면 좋다.

또, 시간 t = t1 이후도 기준가스의 질소산소 혼합가스를 계속해서 측정하였다고 가정하고, 시간 t = t2에서의 질소산소 혼합가스에 대한 센서출력(R0')을 추정하여 시료가스 중의 검출대상의 가스농도에 대응하는 출력을 센서출력(R0'/R1)으 로서 산출하여도 좋다.

도 6은 도 1 내지 도 5에 나타낸 본 발명의 제 1 실시예의 유중 가스분석장치에서의 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)로 검출한 기준가스와 시료가스에 대한 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력하여 시료가스에 포함되는 검출대상의 각 가스의 가스농도를 연산하는 경우의 연산 시퀀스를 나타낸다.

상기한 바와 같이 기준가스 및 검출대상의 각종 가스에 대응시켜 미리 기준가스와, 특정한 농도에 있어서의 검출대상의 각종 가스에 대한 반도체센서(S1-S7)의 센서출력인 전기저항(R)을 얻어 둔다.

도 6에서 기준가스인 질소산소 혼합가스와 시료가스에 대하여 특성이 다른 복수의 반도체센서(S1-S7)에 의하여 검출한 출력을 기초로, 시료가스에 포함되는 측정대상의 각 가스성분의 농도를 컴퓨터(16)에 구비된 연산기(201) 내지 연산기(205)에 의하여 산출한다. 사용하는 반도체센서는 반응하는 가스의 종류가 적은 쪽이 바람직하다.

시료가스에 포함되는 측정대상의 각종 가스의 가스농도를 산출하는 순서로서, 먼저 반도체센서(S1-S7) 중, 소수의 반도체센서로 검출한 출력에 의하여 농도를 구하는 것이 가능한 가스성분부터 먼저 가스농도를 구하여 간다.

다음에 나머지 반도체센서로 검출한 출력을 사용하여 반응특성과 가스농도의 관계를 나타낸 계산식에, 먼저 구한 가스성분의 농도를 대입하여 미지의 가스농도를 산출한다. 이와 같은 계산을 반복하여 미지의 가스농도를 구하여 가고, 미지의 가스농도의 수를 계산에 의하여 차례로 줄여 최종적으로 모든 가스성분의 농도를 계산으로 구한다.

본 실시예에서는 수소, 일산화탄소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄의 순으로 그 농도를 산출한다.

반도체센서(S1-S7) 중, 소수의 반도체센서에 의하여 농도를 구하는 것이 가능한 가스성분부터 먼저 가스농도를 구하여 감으로써 가스농도산출의 계산량을 줄일 수 있고, 또 검출대상 가스에 대한 검출 정밀도도 향상한다.

또, 도 6에 나타낸 가스농도를 연산하는 연산 시퀀스에서 연산기(201) 내지 연산기(205)에 의하여 산출한 시료가스에 포함되는 검출대상의 수소, 일산화탄소, 아세틸렌, 에틸렌, 메탄, 에탄의 각 가스농도의 연산값을 감시장치(210)에 입력하여 상시 감시하는 것도 가능하다.

이 경우, 상기 검출대상의 각 가스농도의 허용값을 설정장치(220)로부터 감시장치(210)에 입력하여 두면, 이들 허용값을 넘은 검출대상의 각 가스농도에 대하여 감시장치(210)에서 경보를 내는 것도 가능해진다. 또 표시장치(230)에는 상기 검출대상의 각 가스농도와 경보표시를 감시장치(210)로부터 표시시키는 것도 가능하다.

다음에 본 실시예에서 검출대상의 가스농도와 반도체센서의 검출특성과의 사이에 선형성이 성립하는 경우에 대하여, 가스농도의 산출방법을 설명한다.

도 6에서 기준가스인 질소산소 혼합가스 및 시료가스를 검출하는 경우의 가스농도산출에 대하여 설명한다. 먼저 시료가스부터 수소의 농도(NH2)를 구하는 경우, 센서(S1)가 검출한 출력(G1)과 검출대상 가스인 수소의 농도(NH2)에 대한 검량 선(검출농도와 센서출력의 전기저항의 비)은, 연산기(201)에 등록된 함수식 인 수학식 1로 나타내진다.

여기서 A11, B11은 센서(S1)에 의하여 수소와 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

센서(S1)가 검출한 출력을 연산기(201)의 수학식 1에서의 G1에 대입함으로써 수소농도(NH2)가 연산에 의하여 구해진다.

다음에 시료가스로부터 일산화탄소의 농도(NC0)를 구하는 경우, 센서(S2)가 검출한 출력(G2)과 수소의 농도(NH2), 일산화탄소의 농도(NC0)에 대한 검량선은, 연산기(202)에 등록된 함수식인 수학식 2로 나타내진다.

여기서 A21, A22, B21, B22는 센서(S2)에 의하여 수소와 공기의 혼합가스 및 일산화탄소와 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

센서(S2)의 출력을 연산기(202)의 수학식 2에서의 G2에, 먼저 구한 수소농도를 NH2에 대입하여 일산화탄소농도(NCO)가 연산에 의하여 구해진다.

다음에 시료가스로부터 아세틸렌의 농도(NC2H2)를 구하는 경우, 센서(S3)가 검출한 출력(C3)과 일산화탄소의 농도(NC0), 아세틸렌의 농도(NC2H2)에 대한 검량 선은, 연산기(203)에 등록된 함수식인 수학식 3으로 나타내진다.

여기서, A31, A32, B31, B32는 센서(S3)에 의하여 일산화탄소와 공기의 혼합가스 및 아세틸렌과 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다. 센서(S3)의 출력을 식의 G3에, 먼저 구한 일산화탄소농도를 NC0에 대입하여 아세틸렌농도 (NC2H2)가 연산에 의하여 구해진다.

다음에 시료가스로부터 에틸렌의 농도(NC2H4)를 구하는 경우, 센서(S4)의 출력(G4)과 아세틸렌의 농도(NC2H2), 에틸렌의 농도(NC2H4)에 대한 검량선은 연산기(204)에 등록된 함수식인 수학식 4로 나타내진다.

여기서, A41, A42, B41, B42는 센서(S4)에 의하여 아세틸렌과 공기의 혼합가스 및 에틸렌과 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

센서(S4)의 출력을 연산기(204)의 수학식 4에서의 G4에, 먼저 구한 아세틸렌 농도를 NC2H2에 대입하여 에틸렌 농도(NC2H2)가 연산에 의하여 구해진다.

다음에 시료가스로부터 메탄의 농도(NCH4), 에탄의 농도(NC2H6)를 구하는 경우, 센서(S5)의 출력(G5)과 수소의 농도(NH2), 일산화탄소의 농도(NC0), 아세틸렌 의 농도(NC2H2), 에틸렌의 농도(NC2H4), 메탄의 농도(NCH4), 에탄의 농도(NC2H6)에 대한 검량선은, 연산기(205)에 등록된 함수식인 수학식 5로 나타내진다.

여기서 A51, A52, A53, A54, A55, A56, B51, B52, B53, B54, B55, B56은 센서(S5)에 의하여 수소와 공기의 혼합가스, 일산화탄소와 공기의 혼합가스, 아세틸렌과 공기의 혼합가스, 에틸렌과 공기의 혼합가스, 메탄과 공기의 혼합가스, 에탄과 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

또, 시료가스로부터 메탄의 농도(NCH4), 에탄의 농도(NC2H6)를 구하는 경우, 센서(S6)의 출력(G6)과 수소의 농도(NH2), 일산화탄소의 농도(NC0), 아세틸렌의 농도(NC2H2), 에틸렌의 농도(NC2H4), 메탄의 농도(NCH4), 에탄의 농도(NC2H6)에 대한 검량선은, 연산기(205)에 등록된 다른 함수식인 수학식 6으로 나타내진다.

여기서, A61, A62, A63, A64, A65, A66, B61, B62, B63, B64, B65, B66은 센서(S6)에 의하여 수소와 공기의 혼합가스, 일산화탄소와 공기의 혼합가스, 아세틸렌과 공기의 혼합가스, 에틸렌과 공기의 혼합가스, 메탄과 공기의 혼합가스, 에탄과 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

센서(S5), 센서(S6)의 출력을 각각 연산기(205)의 수학식 5에서의 G5, 및 연산기(205)의 수학식 6에서의 G6에, 수학식 5, 수학식 6의 NH2, NC0, NC2H2, NC2H4에 먼저 구한 가스농도를 대입하여 연립방정식으로 한다. NCH4, NC2H6에 대하여 풀이함으로써 메탄과 에탄의 농도가 연산에 의하여 구해진다.

이상에 의하여 수소, 일산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌의 농도가 연산에 의하여 각각 구해진다.

본 발명의 실시예에 의하면 범용성이 있는 반도체센서를 사용하여 검출의 재현성이 높은 각종 가스의 농도의 검출을 가능하게 한 유중 가스 분석장치, 유중 가스 분석장치를 구비한 변압기 및 유중 가스의 분석방법을 실현하는 것이 가능하게 된다.

(실시예 2)

본 발명의 제 2 실시예로서, 도 7은 본 발명의 다른 실시예인 절연유중 가스분석장치의 구성을 나타내는 것으로, 내부에 절연유가 봉입된 기기에 대응한 가반형의 절연유중 가스분석장치이다. 본 실시예의 절연유중 가스분석장치는, 수소 및 아세틸렌에 대하여 절연유중 가스분석을 행한다.

도 7에 나타낸 본 실시예의 절연유중 가스분석장치(30)는, 도 1, 도 3 및 도 4에 나타낸 제 1 실시예와 기본구성은 공통이기 때문에, 공통구성의 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 상위하는 부분에 대하여 설명한다.

도 7에서 가반형의 유중 가스 분석장치는, 유중 가스의 분석이 필요한 도시 생략한 분석대상의 기기의 내부에는 절연유(2)가 충전되어 있다. 유중 가스 분석장치(30)는 절연유 주입기(501)를 구비하고 있고, 밸브(503)를 구비한 배관(25C)을 통하여 절연유 주입기(501)와 연통한 가스 추출기(3)를 설치함으로써 가스 추출기(3)로 버블링법에 의하여 절연유 주입기(501)에서 채취한 절연유(2)의 유중에 발생하는 가스의 추출을 행한다.

이 절연유 주입기(501)는 실린더형상으로, 유중 가스의 분석대상의 기기에 봉입되어 있는 절연유(2)를 채취하고, 채취한 절연유(2)를 가스 추출기(3)에 소정량만큼 공급한다. 가스 추출기(3)의 바닥부에는 밸브(502)를 구비한 오일 배출구(504)가 설치되어 있고, 분석대상인 유중 가스를 추출한 후의 절연유(2)을 외부로 배출한다.

공기정화장치(31)가 설치되어 있고, 대기 중에서 도입된 공기로부터 유기가 스를 제거하고, 습도를 조정하여 공기를 청정하게 한 기준가스가 되는 청정한 공기를, 공기공급배관(18F)을 통하여 사방변환밸브(10)로 유도한다.

사방변환밸브(10)를 변환 조작함으로써, 공기정화장치(31)로부터 공기공급배관(18F) 및 가스공급계 배관(18C1)을 통하여 청정한 공기를 불활성가스로 하여 가스 추출기(3)에 공급하는 유로를 형성한다. 또한 공기정화장치(31) 대신에, 청정한 공기를 저장한 공기봄베를 사용하여도 좋다.

또, 사방변환밸브(10)는 절연유(2)의 유중에 발생한 유중 용존가스 혼합가스를 가스 추출기(3)로부터 도출하는 가스추출계 배관(18C2)과, 이 가스추출계 배관(18C2)을 통하여 유도된 유중 용존가스 혼합가스를 가스조정장치(13)로 유도하는 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)과 접속하도록 구성되어 있다.

그리고 이 사방변환밸브(10)를 변환 조작함으로써 가스 추출기(3)로부터 가스추출계 배관(18C2) 및 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)을 통하여 유중 용존가스 혼합가스를 뒤에서 설명하는 온도조절기(14)에 유하시켜 소정의 온도로 조정하여 가스검출기(15)에 공급하는 유로를 형성한다.

상기 가스공급계 배관(18C1)에는 에어펌프(11)가 설치되어 있고, 이 에어펌프(11)를 가동시킴으로써 상기한 제 1 실시예와 마찬가지로 버블링을 행하도록 되어 있다.

그리고 가스 추출기(3)에 필터(12)를 설치하여, 절연유(2)의 유중에 발생한 유중 용존가스 혼합가스를 가스 추출기(3)로부터 사방변환밸브(10)에 도출할 때에, 유중 용존가스 혼합가스에 안개형상이 되어 혼입한 절연유를 제거하고 있다.

상기 가스검출기(15)에는 산화주석, 산화텅스텐, 산화지르코늄 등의 금속 산화물로 이루어지는 반도체센서가 설치되어 있고, 이 반도체센서에 의하여 시료가스인 질소와 산소의 혼합가스 및 질소와 산소와 유중 용존 가스와의 혼합가스를 각각 측정하여, 그것들의 측정값을 출력신호로서 컴퓨터(16)에 출력한다.

컴퓨터(16)에서는 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서로부터의 출력신호를 기초로 유중 용존 가스의 가스성분농도를 연산에 의하여 산출하고, 산출된 유중 용존 가스의 가스성분 농도 등을 모니터 등에 표시한다. 이 컴퓨터(16)는 본 발명의 실시예에 설치되는 유중 가스 분석장치를 구성하는 펌프류의 ON, OFF나, 변환밸브, 배기밸브류의 변환조작이나 개폐조작을 각 요소에 지시하도록 구성되어 있다.

다음에, 도 7에 나타낸 본 발명의 제 2 실시예인 가반형의 절연유중 가스분석장치에 대하여, 그 절연유중 가스분석의 각 순서를 도 8에 나타낸다. 도 8에서 측정조작은 먼저 측정 준비(111)의 순서를 행한다.

다음에 유중 용존 가스추출(112)의 순서를 행한다. 유중 용존 가스추출(112)의 순서와 병행하여 기준가스인 공기가스측정(113)의 순서를 행한다. 제일 마지막으로 시료가스측정(114)의 순서를 행한다. 공기가스측정(113)의 순서 및 시료가스측정(104)의 순서의 각 측정결과를 기초로 각 성분가스의 농도를 산출하는 가스농도산출(115)의 순서를 행한다. 또 측정조작의 각 순서는 반복하여 행한다.

상세하게 설명하면, 측정준비(111)의 순서에서는 사방변환밸브(10)를 도 7에 나타내는 바와 같이 조작하여 공기정화장치(31)로부터 청정한 공기를 공기공급배관(18F)을 통하여 사방변환밸브(10)에 공급한다.

공급된 청정한 공기는 공기공급배관(18F)에서 사방변환밸브(10)를 경유하여 가스공급계 배관(18C1)으로부터 가스 추출기(3)에 유입한다. 그후 청정한 공기는 이 가스 추출기(3)를 경유하여 가스추출계 배관(18C2) 및 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)을 유하하여, 공기공급배관(18F)에서 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)에 이르는 이들 각 기기 및 유로 내를 청정한 공기로 치환한다.

다음에 유중 용존 가스추출(112)의 순서에서는 도 9에 나타내는 바와 같이 사방변환밸브(10)를 조작하여 변환한다. 그리고 이 사방변환밸브(10)의 변환에 의하여 가스공급계 배관(18C1), 가스추출계 배관(18C2) 및 가스 추출기(3)로 폐쇄된 시스템이 되는 바와 같은 유로 A를 형성한다.

또, 사방변환밸브(10)의 변환에 의하여 청정한 공기를 공기정화장치(31)로부터 공기공급배관(18F) 및 사방변환밸브(10)를 경유하여 온도조절기(14)에 공급하는 바와 같은 유로 B를 형성한다. 그리고 온도조절기(14)로 유로 B를 유하하는 청정한 공기를 설정온도로 조정하여 기준가스가 되는 청정한 공기를 생성하고, 이 기준가스의 청정한 공기를 가스검출기(15)에 공급한다.

상기 유로 A에서는 가스추출조작을 행한다. 유로 A에서의 가스추출의 조작으로서, 먼저 가스 추출기(3)에 설치한 개방밸브(4)를 개방한 상태로 하여 두고, 절연유 주입기(201)로 절연유(2)을 가스 추출기(3)에 주입한다.

다음에 가스 추출기(3)에의 절연유(2)의 주입이 완료됨과 동시에 개방밸브(4)를 폐쇄하고, 유로 A를 형성하는 가스공급계 배관(18C1)에 설치한 에어펌프(11)를 가동시키고, 유로 A 내의 청정한 공기를 순환시켜 버블링에 의하여 가스 추출기(3)에 주입한 절연유(2)에 용존되어 있는 용존 가스를 청정한 공기 중에 추출하고 채취하여, 시료가스를 제조한다.

다음에 기준가스인 공기가스측정(113)의 순서에서는 사방변환밸브(10)의 변환조작에 의하여 형성되는 유로 B를 통하여 공기정화장치(31)로부터 온도조절기(14)에 공급되어 온도를 조정한 기준가스가 되는 청정한 공기에 대한 측정을 가스검출기(15)로 한다.

즉, 공기정화장치(31)로부터 공기공급배관(18F) 및 사방변환밸브(10)를 통하여 청정한 공기를 온도조절기(14)에 공급하고, 온도조절기(14)로 설정온도로 조절한 기준가스가 되는 청정한 공기를 생성하여 가스검출기(15)에 공급한다. 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1-S7)로 검출되는 기준가스의 청정한 공기를 검출한 출력이 안정된 곳에서 그 검출한 출력을 기준가스인 청정한 공기에 대한 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력한다.

다음에 시료가스측정(114)의 순서에서는 도 10에 나타내는 바와 같이 사방변환밸브(10)를 변환하여 공기정화장치(31)로부터 공기공급배관(18F), 사방변환밸브(10) 및 가스공급계 배관(18C1)을 통하여 가스 추출기(3)에 공급하고, 공급된 청정한 공기를 이 가스 추출기(3)로부터 가스추출계 배관(18C2) 및 유중 용존가스 혼합가스공급배관(18D)을 통하여 온도조절기(14)에 유하시킨다.

이들 조작에 의하여 유로 A 내의 채취된 유중 용존가스 혼합가스는 정화장치(31)로부터 공급된 청정한 공기에 의하여 밀어내지고, 사방변환밸브(10)를 경유하여 온도조절기(14)로 유도된다.

유도된 유중 용존가스 혼합가스는, 온도조절기(14)로 설정온도로 조절되어 시료가스를 생성한다. 그리고 이 생성된 시료가스를 가스검출기(15)에 공급하여 시료가스의 성분농도를 검출하게 된다.

가스검출기(15)에 설치한 반도체센서(S1, S3, S4)에 공급되는 기체가 기준가스의 공기로부터 시료가스로 변환함으로써 반도체센서(S1, S3, S4)로 검출하는 시료가스의 센서출력은 공급되는 기체의 변환 전후에서 크게 변화된다.

센서출력의 변화후에 센서출력이 대략 일정하게 안정된 곳에서 이들 센서출력을 시료가스에 대한 반도체센서(S1, S3, S4)의 각 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력한다.

이 가스검출기(15)에 설치한 반도체센서(S1, S3, S4)로 검출되는 기준가스 및 시료가스에 대한 센서출력은, 도시를 생략하나 상기한 도 5와 동일한 것이다.

그리고 이들 기준가스에 대한 센서출력의 전기저항(R0)과, 시료가스 중의 측정대상 가스에 대한 센서출력의 전기저항(R1)을 계측하여 컴퓨터(16)로 양자의 센서출력의 비(R0/R1)를 산출하여 비교하면, 시료가스 중의 측정대상 가스의 가스농도를 정확하게 연산할 수 있다.

도 11은 도 7 내지 도 10에 나타낸 본 발명의 제 2 실시예의 절연유중 가스분석장치에서의 가스검출기(15)에 설치된 반도체센서(S1, S3, S4)로 검출한 기준가스와 시료가스에 대한 센서출력으로서 컴퓨터(16)에 입력하고, 시료가스에 포함되는 검출대상의 각 가스의 가스농도를 연산하는 경우의 연산 시퀀스를 나타낸다.

제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 기준가스 및 검출대상의 각종 가스에 대응 시켜 미리 기준가스와, 특정한 농도에서의 검출대상의 각종 가스에 대한 반도체센서(S1, S3, S4)의 센서출력인 전기저항(R)을 얻어 둔다.

도 11에서 기준가스인 청정한 공기 및 시료가스에 대하여 특성이 다른 복수의 반도체센서(S1, S3, S4)에 의하여 검출한 출력을 기초로, 시료가스에 포함되는 측정대상의 각 가스성분의 농도를 컴퓨터(16)에 구비된 연산기(301), 연산기(303) 및 연산기(304)에 의하여 산출한다. 사용하는 반도체센서는 반응하는 가스의 종류가 적은 쪽이 바람직하다.

시료가스에 포함되는 측정대상의 각종 가스의 가스농도를 산출하는 순서로서, 먼저 반도체센서(S1, S3, S4) 중, 소수의 반도체센서로 검출한 출력에 의하여 농도를 구하는 것이 가능한 가스성분부터 먼저 가스농도를 구하여 간다.

다음에 나머지 반도체센서로 검출한 출력을 사용하여, 반응특성과 가스농도와의 관계를 나타낸 계산식에 먼저 구한 가스성분의 농도를 대입하여 미지의 가스농도를 산출한다. 이와 같은 계산을 반복하여 미지의 가스농도를 구하여 가고, 미지의 가스농도의 수를 계산에 의하여 차례로 줄여 최종적으로 모든 가스성분의 농도를 계산으로 구한다. 본 실시예에서는 수소, 아세틸렌, 에틸렌의 순으로 그 농도를 산출한다.

반도체센서(S1, S3, S4) 중, 소수의 반도체센서에 의하여 농도를 구하는 것이 가능한 가스성분부터 먼저 가스농도를 구하여 감에 따라, 가스농도산출의 계산량을 줄일 수 있고, 또 검출대상의 가스에 대한 검출 정밀도도 향상한다.

또, 도 11에 나타낸 가스농도를 연산하는 연산 시퀀스에 있어서, 연산 기(301), 연산기(303) 및 연산기(304)에 의하여 산출한 시료가스에 포함되는 검출대상의 수소, 아세틸렌, 에틸렌의 각 가스농도의 연산값을 감시장치(310)에 입력하여 상시 감시하는 것도 가능하다.

이 경우 상기 검출대상의 각 가스농도의 허용값을 설정장치(320)로부터 감시장치(310)에 입력하여 두면, 이들 허용값을 넘은 검출대상의 각 가스농도에 대하여 감시장치(310)에서 경보를 내는 것도 가능하게 된다. 또 표시장치(330)에는 상기 검출대상의 각 가스농도와 경보표시를 감시장치(310)로부터 표시시키는 것도 가능하다.

다음에 본 실시예에서 검출대상의 가스농도와 반도체센서의 검출특성과의 사이에 선형성이 성립하는 경우에 대하여 가스농도의 산출방법을 설명한다.

도 11에서 기준가스인 청정한 공기 및 시료가스를 검출하는 경우의 가스농도 산출에 대하여 설명한다. 먼저 시료가스로부터 수소의 농도(NH2)를 구하는 경우, 센서(S1)가 검출한 출력(G1)과 검출대상의 가스인 수소의 농도(NH2)에 대한 검량선(검출농도와 센서출력의 전기저항의 비)은, 연산기(301)에 등록된 함수식인수학식 7로 나타내진다.

여기서 A11, Bl1은 센서(S1)에 의하여 수소와 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

센서(S1)가 검출한 출력을 연산기(301)의 수학식 7에서의 G1에 대입함으로써 수소농도(NH2)가 연산에 의하여 구해진다.

다음에 시료가스로부터 아세틸렌의 농도(NC2H2)를 구하는 경우, 센서(S3)가 검출한 출력(C3)과 아세틸렌의 농도(NC2H2), 에틸렌의 농도(NC2H4)에 대한 검량선은 연산기(303)에 등록된 함수식인 수학식 8로 나타내진다.

여기서, A31, A32, B31, B32는 센서(S3)에 의하여 아세틸렌과 공기의 혼합가스 및 에틸렌과 공기의 혼합가스를 측정하여 구한 정수이다.

또, 센서(S4)의 출력(G4)과 아세틸렌의 농도(NC2H2), 에틸렌의 농도(NC2H4)에 대한 검량선은 연산기(304)에 등록된 함수식인 수학식 9로 나타내진다.

센서(S3), 센서(S4)의 각 출력을 연산기(303)의 함수식인 수학식 8의 G3,연산기(304)의 함수식인 수학식 9의 G4에 각각 대입하여 연립방정식으로 한다. NCH4, NC2H6에 대하여 풀이함으로써 에틸렌과 아세틸렌의 농도가 연산에 의하여 구해진다. 이상에 의하여 수소, 아세틸렌의 농도가 연산에 의하여 각각 구해진다.

(실시예 3)

본 발명의 제 3 실시예로서 복수의 유입 변압기를 일괄 감시하여 절연유입 변압기에 봉입된 절연유중 가스를 분석하여 감시를 행하는 절연유입 변압기의 감시시스템에 대하여 설명한다.

도 12는 복수의 절연유입 변압기(1)를 일괄 감시하고 있는 경우의 감시시스템의 실시예를 나타낸다. 통신수단부착의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)와 중앙감시장치(420)는 전화 회선(430), 휴대전화 회선(450) 및/또는 무선(440)을 거쳐 교신하는 것이 가능하다.

통신장치부착의 각각의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)에는 유입 변압기(1)와, 이 유입 변압기(1)에 봉입된 절연유(2)에 함유되는 각종 가스를 채취하여 분석하는 유중 가스 분석장치(20 및 30)와, 이 유중 가스 분석장치(20 및 30)에서 검출된 각종 가스를 감시하는 감시장치(210 및 310)가 복수세트 구비되어 있다.

그리고 이들 통신장치부착의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)를 LAN으로 연결하여 HUB에 집결하고, 유중 가스 분석장치(20 및 30)에서 채취하여 분석한 각종 가스의 농도나 감시결과의 데이터를 시장치(420)에 송신하도록 구성되어 있다.

송신되는 데이터의 송수신은 상시 행할 필요는 없고, 정기적으로 데이터를 송수신하면 좋다. 중앙감시장치(420)는 보내져 온 데이터의 재현성을 확인하고 싶은 경우나 감시에 의한 진단결과를 받아 감시를 강화하고 싶은 경우에는, 재측정을 하거나, 측정간격을 짧게 하거나 하여 유중 가스분석의 지시를 할 수 있다.

또, 진단결과가 이상이면 더욱 고정밀도한 가스분석이나 유입 변압기의 정지 등의 대책을 취할 수도 있다. 또 중앙감시장치(420)에서는 통신수단부착의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)의 동작의 확인이나, 에어봄베의 공기잔량의 확인을 할 수 있게 되어 있다.

이 시스템은 원격지에 설치된 유입 변압기나 점재하는 유입 변압기를 일괄감시하는 데 유효하다. 또 통신수단부착의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)와 중앙감시장치(420)를 LAN으로 직접 연결하는 시스템이나 개개의 통신수단부착의 유중 가스 분석장치(401, 402, 403)가 중앙감시장치(420)와 전화회선, 휴대전화회선에 의하여 직접 교신하는 시스템을 구축하여도 좋다.

또, 각종 가스의 가스농도를 검출하는 각 반도체센서의 검출출력을 중앙감시장치(420)에서 수신하고, 중앙감시장치(420)에서 각종 가스의 가스농도의 산출을 행하여도 좋다.

본 발명의 실시예에 의해서도 범용성이 있는 반도체센서를 사용하여 검출의 재현성이 높은 각종 가스의 농도의 검출을 가능하게 한, 절연유중 가스분석장치 및 유중 가스의 분석방법을 실현하는 것이 가능하게 된다.

(실시예 4)

다음에 본 발명의 제 4 실시예인 절연유입 변압기에 설치되는 막투과방식은, 제 1 실시예에서 적용되는 가스 추출기 대신에 절연유중 가스분석장치에 적용할 수 있다. 그 때의 접속방법은 가스공급계 배관(18C1)과 뒤에서 설명하는 캐리어 가스 공급구를 접속하고, 이 가스추출계 배관(18C2)과 뒤에서 설명하는 캐리어 가스 추출구를 접속하게 된다. 이하, 본 발명의 제 4 실시예인 절연유입 변압기에 설치되는 막투과방식의 절연유중 가스분석장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

막투과방식의 절연유중 가스분석장치에 있어서, 가스 저장실 내의 분해생성가스의 농도가 평형상태에 도달하는 시간(t)은, 가스 저장실의 체적을 V, 투과막의 두께를 d, 투과막의 면적을 A라 하고, 하기의 수학식 10으로 나타낼 수 있다. 또한 P는 투과계수, C는 정수이다.

수학식 10에 의하면, 가스투과막의 두께(d) 및 가스 저장실의 용적(V)을 작게 하고, 가스투과막의 면적(A)을 크게 함으로써 평형도달까지의 시간(t)을 작게 할 수 있다.

평형도달까지의 시간(t)을 작게 하기 위해서는, 투과막의 두께(d)를 작게 하는 것이 바람직하다. 그러나 가스투과막은 유입 변압기의 배유구에 설치되는 경우가 많고, 설치위치에는 절연유에 의하여 0.2 MPa 전후의 압력이 걸린다. 이 때문에 가스투과막의 두께를 너무 작게 하면 파손된다.

바깥 둘레의 반경이 R1+ r의 원반형상이고, 안쪽의 반경(R1-r)의 부분이 중공인 홈형상 가스 저장실에 대하여 두께(d1)의 가스투과막을 사용한 경우, 가스투과막에 걸리는 압력을 p라 하고, 가스투과막의 주위에 걸리는 전단 응력(τ1)은 하 기의 수학식 11로 나타낼 수 있다.

가스투과막에 걸리는 압력(p)을 0.2 MPa, 허용 전단 응력을 τ라 하면, 홈의 폭(2r)과 가스투과막의 두께(d)의 관계는 하기 수학식 12로 결정된다.

이상의 것으부터 본 발명에서는 가스투과막의 재료의 허용 최대 전단 응력 (τ〔MPa〕)과, 홈의 폭(2r)과 가스투과막의 두께(d)와의 관계가 수학식 12가 되 도록 홈형상 가스 저장실의 폭을 규정하여 가스투과막의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다.

가스측정의 정밀도를 높이기 위해서는, 가스 저장실에 저류되어 있는 분석용 시료가스가 되는 샘플가스를 질소가스 또는 불활성 가스인 캐리어 가스로 희석하지 않고 가스측정기에 공급할 수 있는 것이 바람직하다.

이 때문에 본 발명에서는 가스 저장실의 홈의 단면적을 캐리어 가스 입구의 단면적과 동일하거나 또는 작게 하는 것을 제안한다. 이것에 의하여 가스 저장실 내의 가스가 캐리어 가스에 의하여 희석되는 것을 방지할 수 있다.

가스 저장실인 홈의 용적을, 가스측정기에서의 가스측정에 필요한 샘플가스의 용적과 동일하게 함으로써, 가스 저장실에서 가스의 검량을 행하는 것이 가능하게 되어 검량관을 설치하지 않아도 항상 규정량의 가스를 가스측정기에 공급할 수 있게 된다. 이 경우, 캐리어 가스 공급구와 캐리어 가스 추출구는 홈형상 가스 저장실의 끝부에 설치하도록 하여, 규정량의 샘플가스를 공급할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 유중 가스 분석장치에서는 오일을 교반 또는 진동을 가하여 유동을 주는 오일 유동수단을 설치하는 것이 바람직하다. 유중에 포함되는 분해생성가스가 가스 저장실측을 투과함으로써 가스투과막 근방에서는 오일에 포함되는 분해생성가스의 농도가 국소적으로 낮아져, 가스투과의 효율이 저하한다. 오일을 교반 또는 진동시켜 유동을 줌으로써, 유중의 분해생성가스의 농도를 똑같게 할 수 있어, 가스투과의 효율을 높일 수 있다. 이에 의하여 평형도달까지의 시간(t)을 작게 할 수 있다.

가스투과막의 재료에는 고분자 유기 화합물막, 고분자 유기 화합물 다공질막을 사용할 수 있다. 또 다공질판, 천공판 또는 철망을 보강재로 하여 고분자 유기 화합물막이나 고분자 유기 화합물 다공질막을 일체화한 것 등을 사용할 수 있다.

본 실시예의 절연유입 변압기의 절연유 중 가스분석장치에 대하여 설명한다. 도 13은 절연유중 가스분석장치에서의 가스 채취부의 구조를 나타낸 것이다. 도 13에 나타낸 실시예의 가스 추출기(3)에 해당하는 가스 채취부(1100)는, 홈부착 플랜지(1101), 가스투과막(1102), 홈형상 가스 저장실(1103), 캐리어 가스 공급 구(1104), 캐리어 가스 추출구(1105), 밸브(1106a), 밸브(1106b)로 구성된다.

배유구(1201)는, 배유밸브(1202)와 함께 유입 변압기측에 장비되어 있다. 배유구(1201) 및 배유밸브(1202)는, 원래 불필요한 절연유의 배출구로서 사용되나, 본 실시예에서는 가스 채취부(1100)의 설치부로서 사용된다. 가스 채취시에는 배유밸브(1202)는 개방된 상태로 되어 있고, 가스투과막(1102)은 절연유(1203)에 친밀하게 접하고 있다.

홈부착 플랜지(1101)는, 배유구(1201)에 체결됨으로써 가스 채취부(1100)를 유입 변압기(1200)에 장비함과 동시에, 가스 투과막(1102)을 주위에서 끼워 넣어 지지한다.

가스 투과막(1102)은, 절연유(1203)를 유입 변압기 또는 유입 변압기의 바깥쪽 용기 내에 밀봉함과 동시에, 분해생성가스를 홈형상 가스 저장실(1103)측으로 투과시킨다. 가스 투과막(1102)의 재질로서 두께 0.1 mm의 4불화 에틸렌·퍼플로로 알킬 비닐 에테르 공중합물막을 사용하였다. 가스투과막(1102)에 적합한 재료로서는, 4불화 공중합물막이나 폴리에틸렌, 불소고무 등의 유기고분자 화합물막, 다공질의 유기고분자 화합물막, 다공질판에 유기고분자 화합물을 코팅한 것, 천공판이나 철망 등의 보강재와 유기고분자 화합물막을 조합시킨 것 등이 있다.

홈형상 가스 저장실(1103)은, 홈부착 플랜지(1101)에 형성한 홈형상의 오목부와, 가스투과막(1102)에 의하여 형성된 공간으로 샘플가스의 채취와 저류를 행한다. 또 홈형상 가스 저장실(1103)은 샘플가스 공급시에는 캐리어 가스의 유로가 된다.

캐리어 가스 공급구(1104)는, 홈형상 가스 저장실(1103)의 한쪽 끝에 통해있고, 홈형상 가스 저장실(1103)에 캐리어 가스를 유입시키는 입구이다.

홈형상 가스 저장실(1103)에서의 캐리어 가스의 유선방향으로 수직한 단면의 면적은, 캐리어 가스 공급구(1104)에서의 캐리어 가스의 유선방향으로 수직한 단면의 면적보다 작게 한다.

캐리어 가스 추출구(1105)는, 홈형상 가스 저장실(1103)의 다른쪽 끝에 통해 있고, 채취 및 저류한 샘플가스나, 캐리어 가스 공급구(1104)로부터 유입한 캐리어 가스의 출구이다.

밸브(1106a) 및 밸브(1106b)는, 샘플가스 채취시와 저류시에는 폐쇄되고, 가스 저장실을 캐리어 가스에 의하여 치환할 때에는 개방한다.

패킹(1107)은, 홈부착 플랜지(1101)와 가스투과막(1102)의 체결부 및 배유구(1201)와 가스투과막(1102)의 체결부에 삽입되어 절연유를 유입 변압기 또는 그 바깥쪽 용기 내에 밀봉하는 데 기여한다.

도 14는 유중 가스 분석장치에서의 홈부착 플랜지의 구조를 나타낸 것이다. 여기서는 홈형상 가스 저장실(1103)을 직선적인 홈형상으로 하고 있다. 캐리어 가스공급시에 캐리어 가스의 흐름이 흩어지지 않게 하는, 또는 샘플가스와 캐리어 가스가 혼합하지 않도록 하기 위하여 홈형상 가스 저장실(103)의 캐리어 가스의 유선방향으로 수직한 단면의 단면적은, 캐리어 가스 공급구의 단면적과 동일하거나 또는 그것보다도 작게 하는 것이 바람직하다.

유중 가스 분석의 조작으로서는, 샘플가스 채취의 준비, 샘플가스의 채취와 저류, 측정의 준비, 샘플가스공급, 샘플가스측정이 있다.

먼저, 샘플가스 채취의 준비로서, 홈형상 가스 저장실(1103)을 캐리어 가스로 치환한다. 밸브(1106a 및 1106b)를 개방한 상태로 하여, 캐리어 가스공급부로부터 캐리어 가스를 공급한다.

다음에 샘플가스의 채취와 저류를 행한다. 홈형상 가스 저장실(1103) 내가 캐리어 가스로 치환되었으면, 밸브(1106a, 1106b)가 폐쇄된 상태로 한다. 절연유에 용해된 분해생성가스가 가스투과막(1102)을 투과하여 홈형상 가스 저장실(1103)로 확산된다. 홈형상 가스 저장실(1103)의 가스농도와 절연유중 분해생성가스의 농도가 평형에 도달할 때까지 대기한다.

가스농도가 평형에 도달하기까지의 시간은, 측정시험을 실시하여 사전에 파악하여 둔다. 또 수학식 10에서 정수(C)가 기지이면 수학식 10에서 평형에 도달하는 시간을 추정하여도 좋다.

계속해서 측정의 준비를 행한다.

캐리어 가스공급부에서 가스측정부에 캐리어 가스를 공급한다.

또한 계속해서 샘플가스공급을 행한다. 밸브(1106a) 및 밸브(1106b)를 개방된 상태로 하고, 캐리어 가스를 캐리어 가스공급부로부터 가스 채취부를 경유하여 가스측정부에 공급한다.

홈형상 가스 저장실(1103) 내를 캐리어 가스로 치환함으로써 홈형상 가스 저장실(1103) 내에 있던 샘플가스를 가스측정기에 공급하고, 가스측정부에서 가스의 종류나 농도를 측정한다.

(실시예 5)

본 실시예에서는 홈형상 가스 저장실(1103)에서 샘플가스의 채취·저류 및 검량, 공급을 행한 경우에 대하여, 도 14를 사용하여 설명한다. 홈형상 가스 저장실(1103)에서 샘플가스를 검량함으로써 따로 검량관을 구비할 필요가 없어져, 검량관 자체나 검량관에 이르기까지의 배관의 용적을 절약할 수 있다. 그 결과, 수학식 10에서의 가스 저장실의 체적(V)을 작게 하여, 평형도달까지의 시간(t)을 단축할 수 있다.

도 14에서 캐리어 가스 공급구(1104)는 반경(r)의 원통형상이다. 또 홈형상 가스 저장실(1103)은, 길이(L), 폭(2r), 홈 깊이(h)의 직육면체형상이고, 또한 양쪽 끝이 반경(r), 깊이(h)의 반원기둥형상이다. 따라서 홈형상 가스 저장실(1103)의 용적은, 2rLh + πr2h 이다.

홈형상 가스 저장실(1103)의 용적은 공급한 샘플가스의 용적이 된다. 그래서 홈형상 가스 저장실(1103)의 용적을 측정에 필요한 샘플가스의 용적과 동등하게 하였다.

또한, 홈형상 가스 저장실(1103)에서의 캐리어 가스의 유선방향으로 수직한 단면적(2rh)은 10 ㎟이고, 캐리어 가스 공급구(1104)의 단면적(πr2)인 19.6 ㎟보다 작다.

유중 가스 분석의 순서로서, 먼저 가스 채취의 준비로서 홈형상 가스 저장실(1103)을 캐리어 가스로 치환하였다. 밸브(1106a)와 밸브(1106b)를 개방상태로 하여, 캐리어 가스공급부로부터 캐리어 가스를 공급하였다.

다음에, 샘플가스의 채취와 저류를 행하였다. 홈형상 가스 저장실(1103) 내가 캐리어 가스로 치환되었으면 밸브(1106a)와 밸브(1106b)를 폐쇄한 상태로 하여 유지한다. 절연유중에 용해된 분해생성가스가, 가스투과막(1102)을 투과하여 홈형상 가스 저장실(1103)로 확산된다. 홈형상 가스 저장실(1103)의 가스농도가 평형에 도달할 때까지 대기하였다.

가스농도가 평형에 도달하기까지의 시간은, 사전에 측정시험을 실시하여 구하여, 70〔h〕로 하였다.

본 발명에 의하지 않은 검량관을 따로 구비한 경우에는, 가스농도가 평형에 도달하기까지의 시간은 138〔h〕이었다.

따라서 본 발명에 의하여 가스 채취에 요하는 시간을 약 2분의 1로 단축할 수 있었다.

계속해서 가스농도가 평형에 도달하고 나서, 측정의 준비를 행하였다.

캐리어 가스공급부에서 가스측정부에 캐리어가스를 공급한다.

또한 계속해서 샘플가스공급을 행하였다. 밸브(1106a)와 밸브(1106b)를 개방된 상태로 하여, 캐리어 가스를 캐리어 가스공급부로부터 가스 채취부를 경유하여 가스측정부에 공급하였다.

홈형상 가스 저장실(1103) 내를 캐리어 가스로 치환함으로써 홈형상 가스 저장실(1103) 내에 있던 샘플가스를 가스측정기에 공급하였다.

(실시예 5)

본 실시예에서는 홈형상 가스 저장실(1103)의 폭을 조절하여 가스투과막의 두께를 작게 하는 경우에 대하여 설명한다. 도 15는 가스 저장실의 형상이 원호형상인 홈부착 플랜지의 구조를 나타낸 것이다. 본 발명의 예로서 홈형상 가스 저장실(1103)이 외경(R1 + r), 내경(R1 - r), 높이(h)의 원통형상이며, 두께(d1)의 가스투과막(1102)을 사용한 경우와, 종래법의 예로서 가스 저장실이 반경(R2),높이(h)의 원주형상이고, 두께(d2)의 가스투과막(1102)을 사용한 경우를 비교한다.

본 발명에 의한 경우, 가스투과막(1102)의 주위에 걸리는 전단 응력이 균일하다고 가정하고, 가스투과막(1102)의 주위에 걸리는 전단 응력(τ1)은, 이미 설명한 바와 같이 수학식 11에 의하여 구해진다.

허용 전단 응력을 τ라 하면, 가스투과막(1102)의 두께(d1)는 수학식 13으로 결정된다.

이것에 대하여 종래법에 의한 경우에서는 가스투과막(1102)의 주위에 걸리는 전단 응력(t2)은, 수학식 14로 결정된다.

허용 전단 응력을 τ라 하면, 가스투과막(1102)의 두께(d2)는 수학식 15로 결정된다.

막의 두께의 비(d1/d2)는, 수학식 16과 같이 되고, R1에 상관없이 r과 R2에 의하여 결정된다.

또, V = A·h 이기 때문에 수학식 10은 이하의 수학식 17로 나타낼 수 있다.

본 발명에 의한 평형도달까지의 시간(t1)은, 수학식 18과 같이 된다.

또, 종래법에 의한 평형도달까지의 시간(t2)은, 수학식 19와 같이 된다.

따라서 평형도달까지의 시간의 비(t1/t2)는, 수학식 16, 수학식 18, 수학식 19에 의하여 수학식 20과 같이 되고, r과 R2에 의하여 결정된다.

본 발명과 종래법에서 가스투과막(1102)의 면적을 동일하게 한 경우, 예를 들면 R1을 50 mm, r을 2 mm, R2를 20 mm라 한 경우에도 본 발명에 의한 평형도달까지의 시간(t1)은 종래법에 의한 평형도달까지의 시간(t2)의 5분의 1로 할 수 있다.

도 16은 홈형상 가스 저장실의 형상이 지그재그형상인 경우의 홈부착 플랜지의 구조를 나타내는 도면이다.

도 17은 홈형상 가스 저장실의 형상이 소용돌이형상인 경우의 홈부착 플랜지의 구조를 나타내는 도면이다.

도 15에 나타낸 홈형상 가스 저장실의 형상이 원호형상인 홈부착 플랜지 대 신에 지그재그형상 또는 소용돌이형상의 홈부착 플랜지를 사용하여도 좋다.

투과막방식의 절연유중 가스분석장치에 있어서, 가스 저장실을 홈형상으로 함으로써, 가스 저장실의 용적을 작게 할 수 있고, 또 가스투과막의 두께를 작게 할 수 있다. 이에 의하여 가스 저장실 내의 분해생성가스의 농도가 평형상태에 도달하기까지의 시간을 단축할 수 있고, 분해생성가스의 채취에 요하기까지의 시간을 단축할 수 있다. 본 실시예에 의하여 절연유중 가스분석장치의 시간간격을 짧게 할 수 있어 실시간으로 변압기 등의 기기의 이상진단이 가능하게 되었다.

본 발명은 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스분석장치 및 절연유가 내장된 변압기 등의 기기의 절연유중 가스의 분석방법에 적용 가능하다.

본 발명에 의하면 범용성이 있는 반도체센서를 사용하여 검출의 재현성이 높은 각종 가스의 농도의 검출을 가능하게 한 절연유중 가스분석장치 및 절연유중 가스의 분석방법을 실현할 수 있다.

Claims

기기에 내장되어 있는 절연유를 기기로부터 인출하는 가스 추출기와, 상기 가스 추출기에 인출된 오일에 포함되는 복수의 성분가스로부터 성분가스의 농도를 검출하는 복수의 반도체센서를 가지는 가스검출기와, 가스 추출기에 인출된 절연유중으로부터 포함되어 있는 복수의 성분가스를 채취하여 측정대상의 시료가스로서 가스검출기에 공급하는 시료가스의 공급계통과, 반도체센서의 검출값의 기준이되는 기준가스를 가스검출기에 공급하는 기준가스의 공급계통과, 상기 시료가스의 공급계통과 기준가스의 공급계통을 변환하여 가스검출기에 공급하는 변환 공급수단과, 가스 추출기에 인출된 절연유로부터 채취한 시료가스 및 기준가스의 공급계통으로부터 공급되는 기준가스를 가스검출기의 복수의 반도체센서에 의하여 각각 측정한 각 검출값을 기초로 절연유에 용존되는 복수의 성분가스의 농도를 산출하는 연산장치를 가지는 절연유중 가스분석장치를 구비한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항에 있어서,

상기 연산장치는, 복수의 반도체센서로 측정한 시료가스의 검출값과, 복수의 반도체센서로 측정한 기준가스의 검출값에 의거하여, 시료가스에 포함되어 있는 각 성분가스의 농도를 각각 연산에 의하여 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 2항에 있어서,

상기 연산장치는, 복수의 반도체센서로 측정한 시료가스의 검출값과 기준가스의 검출값과의 비에 의거하여 시료가스에 포함되어 있는 각 성분가스의 농도를 산출하는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

기준가스의 공급계통에 의하여 공급되는 기준가스에는, 산소와 불활성가스와의 혼합가스, 또는 공기를 사용하고 있는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

가스 추출기의 절연유중으로부터 복수의 성분가스를 채취하여 시료가스로서 가스검출기에 공급하는 시료가스는, 불활성 가스를 가스 추출기의 절연유중으로 유도하여 버블링에 의하여 절연유중으로부터 채취한 용존 가스와 이 불활성 가스와의 혼합가스에 산소를 첨가하는 가스 조정장치를 설치하여 시료가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

시료가스 및 기준가스의 온도를 원하는 값으로 유지하는 조절기를 구비한 것 을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 연산장치는, 가스검출기에 설치된 복수의 반도체센서 중의 제 1 센서군에서 검출된 검출값으로부터 시료가스 중의 어느 특정한 성분의 가스농도를 산출하고, 다음에 복수의 반도체센서 중의 제 2 센서군에서 검출된 검출값과 제 1 센서군에서 검출하여 산출한 특정한 성분의 가스농도로부터 나머지 다른 성분의 가스의 농도를 구하여 시료가스 중의 복수의 성분가스의 농도를 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 1항 또는 제 7항에 있어서,

상기 연산장치로 산출한 절연유에 용존되는 복수의 성분가스의 농도를 감시하는 감시장치를 구비한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 8항에 있어서,

감시장치에서의 기기에 내장되어 있는 절연유에 용존되는 복수의 성분가스의 농도에 대한 감시상황을 외부에 발신하는 통신수단을 설치한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
기기에 내장되어 있는 절연유를 인출하여 가스 추출기에 공급하고, 가스 추 출기에 인출된 절연유로부터 절연유중에 포함되어 있는 복수의 성분가스를 채취하여 측정대상의 시료가스로서 시료가스의 공급계통을 통하여 가스검출기에 공급가능하게 하고, 가스검출기에 구비한 복수의 반도체센서의 검출값의 기준이 되는 기준가스를 기준가스의 공급계통을 통하여 가스검출기에 공급 가능하게 하고, 시료가스의 공급계통을 통하여 공급되는 시료가스와 기준가스의 공급계통을 통하여 공급되는 기준가스를 변환하여 가스검출기에 선택하여 공급을 행하고, 상기 시료가스에 포함되는 복수의 성분가스로부터 성분가스의 농도 및 기준가스의 농도를 가스검출기에 구비한 복수의 반도체센서에 의하여 검출하고, 시료가스 및 기준가스에 대하여 가스검출기의 복수의 반도체센서에 의하여 각각 측정한 각 검출값을 기초로 시료가스에 포함되는 복수의 성분가스의 농도를 연산에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스의 분석방법.
제 10항에 있어서,

시료가스에 포함되는 복수의 성분가스의 농도의 연산은, 복수의 반도체센서로 측정한 시료가스의 검출값과, 복수의 반도체센서로 측정한 기준가스의 검출값에 의거하여, 시료가스에 포함되어 있는 각 성분가스의 농도를 각각 연산에 의하여 구하도록 한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스의 분석방법.
제 1항에 있어서,

상기 가스 추출기는 상기 절연유입 기기의 절연유 추출구에 가스투과막을 설 치하고, 상기 가스투과막에 접하여 가스 저장실을 설치하여 상기 가스투과막을 투과한 시료가스가 저장되도록 하고, 상기 가스 저장실에 저장된 상기 시료가스를 외부로 보내기 위한 캐리어 가스 공급구과 캐리어 가스 추출구를 상기 가스 저장실에 설치하여 상기 캐리어 가스의 공급에 의하여 상기 시료가스를 상기 가스검출기에 보내고, 상기가스 저장실의 형상을 홈상으로 한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 12항에 있어서,

상기 캐리어 가스 공급구과 상기 캐리어 가스 배출구의 사이를 연결하는 홈상의 통로가 상기 가스 저장실로 되어 있는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 12항에 있어서,

홈형상을 한 상기 가스 저장실의 홈의 단면적이 상기 캐리어 가스 공급구의 단면적과 동일하거나 또는 작은 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 12항에 있어서,

상기 가스 저장실의 용적을 상기 가스 측정기에서의 가스측정에 필요한 샘플가스의 용적과 동일하게 한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 12항에 있어서,

상기 가스 저장실에 설치된 상기 캐리어 가스 배출구와 상기 가스 측정기를 연통하는 배관을 설치하고, 상기 캐리어 가스 추출구로부터 보내진 샘플가스가 상기 가스 측정기에 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 16항에 있어서,

상기 가스 저장실의 홈의 형상이 직선형상, 원호형상, 지그재그형상 또는 소용돌이형상 중 어느 하나이고, 홈의 한쪽 끝부에 상기 캐리어 가스 공급구를 가지고, 다른쪽 끝부에 상기 캐리어 가스 추출구를 가지는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.
제 12항에 있어서,

상기 연산장치는, 복수의 반도체센서로 측정한 시료가스의 검출값과, 복수의 반도체센서로 측정한 기준가스의 검출값에 의거하여, 시료가스에 포함되어 있는 각 성분가스의 농도를 각각 연산에 의하여 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 절연유중 가스분석장치.