水分浓度检测装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种水分浓度检测装置，包括：气室(31)；在气室(31)内彼此相对配置的多孔性的一对电极(1)；被夹持在电极(1)之间的固体电解质膜(2)；覆盖电极(1)及固体电解质膜(2)并且在表面设有翅片状部(17)的壳体(3)；对电极(1)施加交流电压从而测定电极(1)之间的交流阻抗的阻抗测定电路(4)；将从电极(1)之间的交流阻抗换算到绝缘气体中的水分浓度的换算信息加以存储的存储装置(6)；以及对于从阻抗测定电路(4)输入的交流阻抗的测定值，参照存储装置(6)中存储的换算信息，由该交流阻抗的测定值求出绝缘气体中的水分浓度的运算器(5)。
【专利说明】水分浓度检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及对填充在气体绝缘设备内的绝缘气体中的水分浓度进行检测的水分浓度检测装置。
【背景技术】
[0002]气体绝缘设备中填充有例如SF6气体等绝缘气体。现有的水分浓度检测装置在气体绝缘设备内设置有对水分进行感测的水分传感器。该水分传感器包括彼此相对设置的多孔性电极、以及设置在该多孔性电极之间并与SF6气体中的水分浓度处于平衡状态的具有氢离子传导性的固体电解质膜。在该水分浓度检测装置中，对多孔性电极施加交流电压，通过测量与SF6气体中的水分浓度相对应地进行变化的电极间的交流阻抗，来测量SF6气体中的水分浓度(参照专利文献I)。
现有技术文献 专利文献
[0003]专利文献1:日本专利特开2006-308502号公报
【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0004]在实际使用的气体绝缘设备内，因断路器的断路动作而产生的电弧等会使SF6气体发生热分解，从而产生分解产物。该分解产物会在水分传感器的元件表面或覆盖元件的壳体表面附着，使得这些表面被污染，这将导致水分传感器整体的表面电阻下降。
[0005]另一方面，固体电介质膜在数十ppm以下的低水分浓度的气氛下,其交流阻抗将高达数ΜΩ以上，从而在检测水分浓度时要求测量微弱的电流。
[0006]因此，当SF6气体的分解产物导致水分传感器的表面电阻下降时，流过水分传感器表面的漏电流的影响将变大，导致交流阻抗的测定误差增大，从而难以准确地测定水分浓度。
[0007]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种气体绝缘设备的水分浓度检测装置，其能够降低绝缘气体的分解产物对水分传感器表面污染的影响，能够高精度地测定水分浓度。
解决技术问题所采用的技术方案
[0008]为解决上述问题以实现目的，本发明的水分浓度检测装置对填充在气体绝缘设备内的绝缘气体中的水分浓度进行检测，其特征在于，包括:将来自所述气体绝缘设备内的所述绝缘气体导入的气室；在该气室内彼此相对配置的多孔性的一对电极；被夹持并固定在这些电极之间的固体电解质膜；覆盖所述一对电极及所述固体电解质膜并且在表面设有翅片状部的壳体；对所述一对电极施加交流电压从而测定所述电极之间的交流阻抗的阻抗测定部；将从所述电极之间的交流阻抗换算到所述绝缘气体中的水分浓度的换算信息加以存储的存储装置；以及对于从所述阻抗测定部输入的所述交流阻抗的测定值，参照所述存储装置中存储的所述换算信息，由该交流阻抗的测定值求出所述绝缘气体中的水分浓度的水分浓度检测部。
发明效果
[0009]根据本发明，能够提供一种气体绝缘设备的水分浓度检测装置，其能够降低绝缘气体的分解产物对水分传感器表面污染的影响，能够高精度地测定水分浓度。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是表示实施方式I所涉及的水分浓度检测装置的结构的图。
图2是表示存储装置6的内部结构的一个示例的图。
图3是表示绝缘气体中的水分浓度(ppm)与固体电解质膜2的交流阻抗(Ω)之间的关系的一个示例的曲线图。
图4是表示水分传感器20的等效电路的图。
图5是表示实施方式2所涉及的水分浓度检测装置的结构的图。
【具体实施方式】
[0011]下面，基于附图来详细说明本发明所涉及的水分浓度检测装置的实施方式。本发明并不限于此实施方式。
[0012]实施方式I
图1是表示本实施方式所涉及的水分浓度检测装置的结构的图。图1中示出了在金属容器内填充有绝缘气体的气体绝缘设备8、与该气体绝缘设备8相连接的水分浓度检测装置30、以及气体绝缘设备8的控制盘10。这里，绝缘气体例如为SF6气体。气体绝缘设备8例如是具有断路部的气体绝缘断路器。控制盘10进行气体绝缘设备8的开关控制等控制。
[0013]水分浓度检测装置30经由例如2根配管51与气体绝缘设备8连接。气体绝缘设备8内的绝缘气体通过配管51而导入到水分浓度检测装置30内，从而用作为水分浓度测定用的采样气体。另外，在图中所示的例子中，一边的配管51设有送风机9。该送风机9能够送出从气体绝缘设备8内导入到水分浓度检测装置30内的绝缘气体。另外，也可以在两边的配管51都设置送风机9。
[0014]水分浓度检测装置30由气室31和信号处理室32构成。气室31经由配管51与气体绝缘设备8相连，通过打开未图示的阀门，能够从气体绝缘设备8导入绝缘气体。此时，通过驱动送风机9，能够在气室31内构建气体对流的环境。气室31内配置有阻抗元件25，该阻抗元件25由彼此相对配置的一对多孔性的电极1、以及被夹持并固定在电极I之间的固体电解质膜2构成。
[0015]电极I例如通过对钼进行无电解镀敷来形成，微观上为多孔性。通过使用电极1，使得绝缘气体中的水分容易渗透固体电解质膜2。固体电解质膜2例如由氢离子导电性聚合物构成，其含水率与绝缘气体中的水分浓度处于平衡状态。也就是说，若绝缘气体中的水分浓度变高，则含水率增大，反过来，若绝缘气体中的水分浓度变低，则含水率降低。作为固体电解质膜2，例如可以使用杜邦公司的NAF10N(注册商标)。
[0016]电极I和固体电解质膜2被壳体3 (壳体部)所覆盖，从而收纳在壳体3内。壳体3例如由树脂形成，电极I和固体电解质膜2在该壳体3内例如被压紧而埋入。壳体3上具有未图示的开口，以能将气室31内的绝缘气体导入到壳体3内来与电极I和固体电解质膜2相接触。另外，电极I与壳体3相接触。
[0017]在壳体3的表面设有翅片状部17。翅片状部17在壳体3的表面例如设置成一致，从而使壳体3的表面积比表面平坦时的表面积要大。另外，不管翅片状部17的具体形状怎样，一般只要是凹凸形状能够增大壳体3的表面积即可。
[0018]本实施方式的水分传感器20包括固体电解质膜2、夹持该固体电解质膜2的一对多孔性的电极1、以及将电极I和固体电解质膜2收纳在内且表面设有翅片状部17的壳体3。
[0019]信号处理室32内设有阻抗测定电路4、运算器5、存储装置6、显示器7、以及断路信息获取部15。
[0020]阻抗测定电路4 (阻抗测定部)与电极I相连接。阻抗测定电路4通过对电极I施加交流电压来测定电极I之间的交流阻抗。阻抗测定电路4将交流阻抗的测定值输出到运算器5。阻抗测定电路4例如包括对电极I施加电压的交流电源(未图示)、以及在该交流电源施加电压的状态下对流过电极I之间的交流电流进行检测的分压电阻(未图示)等。另外，由于其细节记载在例如专利文献I中，因此省略说明。
[0021]断路信息获取部15与控制盘10相连接。控制盘10将断路器每次动作时的断路器动作信号输出到断路信息获取部15。断路信息获取部15每当接收到断路器动作信号时，对断路器动作次数进行累计，并将其结果记录到存储装置6中。即，断路信息获取部15基于来自控制盘10的断路器动作信号，更新累计断路器动作次数，并将其结果记录到存储装置6中。断路器的断路动作会产生电弧电流，该电弧电流会使绝缘气体发生分解而产生分解产物。通常，累计断路器动作次数越多，分解产物的产量越大，从而会影响到水分传感器20表面的污染。
[0022]存储装置6与断路信息获取部15和运算器5分别连接。图2是表示存储装置6的内部结构的一个示例的图。如图2所示，存储装置6包括断路器动作次数存储部6a、电弧电流值存储部6b、阻抗修正信息存储部6c、以及换算信息存储部6d。
[0023]断路器动作次数存储部6a存储从断路信息获取部15输出的累计断路器动作次数的信息(累计断路器动作次数信息)。
[0024]电弧电流值存储部6b存储断路器动作时产生的电弧电流值的信息(电弧电流值信息)。由于实际测量电弧电流值并不容易，因此，电弧电流值存储部6b中存储的电弧电流值信息例如被设定为根据气体绝缘断路器的额定电压而预测的电流值。该电弧电流值信息例如可以是控制盘10输出的信息经由断路信息获取部15而存储到电弧电流值存储部6b中，也可以是预先存储在电弧电流值存储部6b中。通常，电弧电流值越大，分解产物的产量就越大，从而会影响到水分传感器20表面的污染。
[0025]阻抗修正信息存储部6c存储阻抗修正信息，用于根据累计断路器动作次数及电弧电流值来修正阻抗测定电路4所输出的交流阻抗的测定值。阻抗修正信息例如是与给出修正系数的修正曲线或修正公式相关的信息，其中的修正系数是根据累计断路器动作次数及电弧电流值来对交流阻抗的测定值进行修正的修正系数。在使用水分传感器20测定交流阻抗时，当水分传感器20的表面受到绝缘气体的分解产物的污染而导致水分传感器20的表面电阻下降时，交流阻抗的测定值有可能因污染而产生误差。因此，在阻抗修正信息存储部6c中，预先保存了例如基于实际测定等生成的阻抗修正信息，从而能够对受到水分传感器20的表面污染影响的交流阻抗测定值进行修正。
[0026]换算信息存储部6d存储用于根据交流阻抗求出绝缘气体中的水分浓度的换算信息。在绝缘气体的温度固定的条件下，绝缘气体中的水分浓度与固体电解质膜2的交流阻抗之间存在例如图3所示的关系(参照专利文献I)。图3是表示温度为某一固定值时绝缘气体中的水分浓度(PPm)与固体电解质膜2的交流阻抗(Ω)之间的关系的曲线图，是基于测定结果而生成的。此处作为一个示例，示出了在电源频率50Hz下获得的结果。这样，换算信息就是将交流阻抗与水分浓度对应起来的数据，例如是图3所示的交流阻抗-水分浓度曲线数据。
[0027]运算器5 (水分浓度检测部)基于阻抗测定电路4输出的交流阻抗的测定值，计算出绝缘气体中的水分浓度。具体而言，运算器5进行以下处理。首先，当从阻抗测定电路4输入了交流阻抗的测定值时，运算器5分别参照断路器动作次数存储部6a和电弧电流值存储部6b，获取累计断路器动作次数和电弧电流值的相关信息。然后，运算器5参照阻抗修正信息存储部6c，获取与该累计断路器动作次数和电弧电流值相对应的阻抗修正信息，并用该阻抗修正信息对交流阻抗的测定值进行修正。之后，运算器5参照换算信息存储部6d的换算信息，对修正后的交流阻抗的测定值应用该换算信息，从修正后的交流阻抗的测定值换算到水分浓度，从而求出绝缘气体中的水分浓度。
[0028]显示器7能够显示运算器5的输出，具体是能够显示绝缘气体中的水分浓度。除此以外，水分浓度检测装置30还具备用于对该装置进行控制等的输入部等，但图中作了省略。
[0029]接着，对本实施方式的动作进行说明。在开始测定水分浓度时，使气体绝缘设备8内的绝缘气体经由配管51流入到气室31内。此时，可以驱动送风机9向绝缘气体送风。若绝缘气体被导入到气室31内，则经过一段时间之后，固体电解质膜2所含的水分量与气体绝缘设备8内绝缘气体所含的水分量达到平衡状态。这里，如果从外部向电极I的两侧施加交流电压，则利用阻抗测定电路4来测定与固体电解质膜2的水分浓度相对应的交流阻抗。
[0030]另一方面，每当气体绝缘设备8的断路部进行动作时，从当前的控制盘10输出断路器动作信号，断路信息获取部15检测出该断路器动作信号，并在存储装置6中存储自设置了气体绝缘设备8起的断路器动作次数的累计值。
[0031]接着，运算器5根据存储装置6中记录的累计断路器动作次数和电弧电流值，并同样地基于存储装置6中存储的阻抗修正信息，对阻抗测定电路4所测定到的交流阻抗值进行修正处理，利用存储装置6中存储的换算信息，从修正后的交流阻抗值换算到水分浓度。运算部5将得到的水分浓度显示在显示器7上。
[0032]接下来，参照图4，说明水分传感器20的等效电路。图4是表示水分传感器20的等效电路的图。一对多孔性电极I中的一个电极可以由电阻值为R1的电阻与电容为C1的电容器的并联电路来表示。另外，一对多孔性电极I中的另一个电极可以由电阻值为R3的电阻与电容为C3的电容器的并联电路来表不。同样，固体电解质膜2可以由电阻值为R2的电阻与电容为C2的电容器的并联电路来表不。
[0033]固体电解质膜2的电阻值R2和电容C2会因固体电解质膜2所含有的水分浓度而发生变化，因此，阻抗测定电路4通过测定由其中一个多孔性电极I (Rp C1)、另一个多孔性电极I (R3X3)、以及夹在它们之间的固体电解质膜2 (R2X2)构成的串联电路中流过的电流，能够测定整个串联电路的合成阻抗。
[0034]另一方面，当固体电介质膜2含有的水分量变低时，该合成阻抗将高达数ΜΩ，从而在检测水分浓度时需要测定微小的电流。这种情况下，通过壳体3等的表面电阻R4而流过的漏电流的影响将变大，表面电阻R4越小，水分浓度的测定误差就越大。
[0035]另外，表面电阻R4会因壳体3的表面污染而降低。当SF6气体因气体绝缘设备8的断路部动作时产生的电弧而发生热分解时，会产生sf4、s2f2等氟化硫气体、或者微小粉末状的金属氟化物之类的分解产物。分解产物的产量将随着电弧电流的增大而增加。这些产物中，如果金属氟化物附着在壳体3上而污染壳体3，则表面电阻R4也会降低。另外，可以预测到壳体3的污染程度将随着累计断路器动作次数的增多而增大。
[0036]因此，在本实施方式中，通过在壳体3上设置翅片状部17，从而增大壳体3的表面积，即使在壳体3被污染时也能够确保壳体3具有较大的表面电阻。由此，能够抑制漏电流的影响，高精度地测定上述合成阻抗。
[0037]这样,在本实施方式中，壳体3上设有翅片状部17,因此，即使水分传感器20的表面因绝缘气体的分解产物而受污染，也能够抑制漏电流的影响。因此，根据本实施方式，能够高精度地测定交流阻抗，且高精度地求出绝缘气体中的水分浓度。
[0038]另外，在本实施方式中，通过根据累计断路器动作次数和电弧电流值来对阻抗测定电路4所测定的交流阻抗的测定值进行修正，从而对表面电阻R4的下降量进行修正，因此，能够进一步提高水分浓度测定值的精度。即，在本实施方式中，不仅通过在壳体3上设置翅片状部17，从而在结构上抑制因壳体3表面污染而引起的误差，而且还通过根据累计断路器动作次数和电弧电流值来修正交流阻抗的测定值，从而排除误差。
[0039]水分浓度检测装置30中，在壳体3上设置翅片状部17的同时，也可以省略根据累计断路器动作次数和电弧电流值来修正交流阻抗这一处理的结构(即省略断路信息获取部15、断路器动作次数存储部6a、电弧电流值存储部6b)。这种情况下，也能够通过在壳体3上设置翅片状部I来抑制因壳体3表面污染而引起的误差，因此能够高精度地测定绝缘气体中的水分浓度。
[0040]另外，水分浓度检测装置30中，也可以根据累计断路器动作次数和电弧电流值来进行修正交流阻抗的处理，但不在壳体3上设置翅片状部17。这种情况下，也能够通过根据累计断路器动作次数和电弧电流值来修正交流阻抗的测定值，从而排除误差，因此，能够高精度地测定绝缘气体中的水分浓度。
[0041]另外，本实施方式中，配管51上设有送风机9，因此，能够利用送风机9进行配管51内的绝缘气体的送风,能够在水分传感器20的周边构建气体对流的环境。从而，通过对绝缘气体进行送风，与在静止的气氛中测定水分浓度的情况相比，能够缩短水分浓度的测定时间。即，通过在气室31内构建气体对流的环境，固体电解质膜2的水分浓度与绝缘气体设备8内的绝缘气体中的水分浓度达到平衡所需的时间缩短，从而能够加快阻抗元件25的响应性，缩短水分浓度的测定时间。
[0042]实施方式2
图5是表示本实施方式所涉及的水分浓度检测装置的结构的图。如图5所示，本实施方式中，电极I上设有温度传感器11，该温度传感器11能够测定水分传感器20的温度。另夕卜，在信号处理室32内还设有与温度传感器11相连接的温度测定电路12(温度测定部)。温度测定电路12将与温度传感器11的输出相对应的温度输出到运算器5。
[0043]这里，对固体电解质膜2的温度特性进行说明。固体电解质膜2的交流阻抗会随着所含的水分量而发生变化，但是该变化量具有依赖于固体电解质膜2的温度的特性。该温度特性是非线性的特性，因此在检测水分浓度时需要对温度特性进行修正处理，但该修正处理需要使用非线性方程式或者需要参照特殊的表格。
[0044]因此，在本实施方式中，利用温度传感器11测定水分传感器20的温度(即固体电解质膜2的温度)，并且仅在温度测定电路12的输出在预先设定的特定温度范围内的情况下，才用运算器5来检测水分浓度。即，运算器5只有在温度测定电路12输出的温度是在特定温度范围内的情况下才求出绝缘气体中的水分浓度，而在除此以外的情况下不进行求出水分浓度的处理。由此，无需使用非线性方程式或特殊的表格等，就能减小因温度特性影响造成的水分浓度测定误差。
工业上的实用性
[0045]本发明适用于检测出气体绝缘设备内填充的绝缘气体中的水分浓度的水分浓度检测装置。
标号说明
[0046]I 电极
2固体电解质膜 3壳体
4阻抗测定电路 5运算器 6存储装置
6a断路器动作次数存储部 6b电弧电流值存储部 6c阻抗修正信息存储部 6d换算信息存储部 7显示器 8气体绝缘设备 9送风机 10控制盘10 11温度传感器 12温度测定电路 15断路信息获取部 17翅片状部 20水分传感器 25阻抗元件 30水分浓度检测装置 31气室32信号处理室51配管
【权利要求】
1.一种水分浓度检测装置，对填充在气体绝缘设备内的绝缘气体中的水分浓度进行检测，其特征在于，包括: 将来自所述气体绝缘设备内的所述绝缘气体导入的气室； 在该气室内彼此相对配置的多孔性的一对电极； 被夹持并固定在这些电极之间的固体电解质膜； 覆盖所述一对电极及所述固体电解质膜并且在表面设有翅片状部的壳体； 对所述一对电极施加交流电压从而测定所述电极之间的交流阻抗的阻抗测定部；将从所述电极之间的交流阻抗换算到所述绝缘气体中的水分浓度的换算信息加以存储的存储装置；以及 对于从所述阻抗测定部输入的所述交流阻抗的测定值，参照所述存储装置中存储的所述换算信息，由该交流阻抗的测定值求出所述绝缘气体中的水分浓度的水分浓度检测部。
2.如权利要求1所述的水分浓度检测装置，其特征在于， 所述气体绝缘设备是气体绝缘断路器， 所述存储装置除了存储所述换算信息之外，还存储与所述气体绝缘断路器动作时所产生的电弧的电流值相关的电弧电流值信息、与所述气体绝缘断路器的累计动作次数相关的累计断路器动作次数信息、以及用于根据所述电弧电流值信息和所述累计断路器动作次数信息来修正所述电极之间的交流阻抗的测定值的阻抗修正信息， 当所述阻抗测定部向所述水分浓度检测部输入了所述交流阻抗的测定值时，所述水分浓度检测部参照所述存储装置，获取所述电弧电流值信息和所述累计断路器动作次数信息，并从所述存储装置获取与该电弧电流值信息和累计断路器动作次数信息相应的阻抗修正信息，然后利用该阻抗修正信息对该交流阻抗的测定值进行修正，并对该修正后的交流阻抗的测定值，参照所述存储装置中存储的所述换算信息，根据该修正后的交流阻抗的测定值求出所述绝缘气体中的水分浓度。
3.如权利要求1或2所述的水分浓度检测装置，其特征在于， 所述气体绝缘设备与所述气室通过2根配管连接， 至少一根配管设有用于在该配管内进行所述绝缘气体的送风的送风机。
4.如权利要求1所述的水分浓度检测装置，其特征在于， 设有能够测定所述固体电解质膜的温度的温度传感器， 所述水分浓度检测部只有在所述温度传感器检测出的温度在特定温度范围内的情况下才求出所述绝缘气体中的水分浓度。
【文档编号】G01N27/02GK103946695SQ201280056231
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年4月2日 优先权日:2011年11月18日
【发明者】矢部达也, 田村佳之 申请人:三菱电机株式会社