絕緣油中氣體分析裝置及絕緣油中氣體的分析方法

專利名稱：絕緣油中氣體分析裝置及絕緣油中氣體的分析方法
技術領域：
本發明涉及內裝絕緣油的變壓器等設備的絕緣油中氣體分析裝置及內裝絕緣油的變壓器等設備的絕緣油中氣體的分析方法。
背景技術：
作為涉及封入或內裝油的設備的變壓器的油的絕緣油中氣體分析裝置的現有技術之一，在日本特開昭59-160745號公報中，公開了如下技術通過使用透氣材料來分離絕緣油中的氣體，并使用數個使分離了的氣體與多種氣體反應的半導體傳感器來進行檢測，且將表示氣體濃度和反應特性之間關系的多個運算式作為多元聯立方程式來對氣體濃度求解，從而求出油中氣體中的氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的濃度。
此外，作為涉及絕緣油中氣體分析裝置的現有技術之一，在日本特開平5-52787號公報中，公開了如下技術不將用各種氣體提取法提取的油中溶解的氣體分離為單一氣體而通過僅與氫反應的傳感器、僅與乙炔反應的傳感器等半導體傳感器來分別檢測氫、乙炔。
同樣地，作為涉及絕緣油中氣體分析裝置的現有技術之一，在日本特開平6-160329號公報中，公開了如下技術不將用各種氣體提取法提取的油中溶解的氣體分離為單一氣體而通過僅與氫反應的傳感器、僅與一氧化碳反應的傳感器、與氫、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等所有可燃性氣體反應的傳感器等半導體傳感器來分別檢測氫、一氧化碳、所有可燃性氣體。
此外，作為涉及絕緣油中氣體分析裝置的現有技術之一，在日本特開平5-346414號公報中，公開了如下技術根據提取的油中溶解的氣體的溫度變化來修正溫度補償系數，并對半導體傳感器的檢測值進行溫度補償。
另外，在裝入油的變壓器內部發生放電和過熱以及封入或內裝的絕緣油變質等異常發生時，絕緣油分解并在油中產生氣體。根據在變壓器內部產生的異常的種類，在油中產生的氣體的產生量和氣體的產生方式不同。因此，通過調查氣體的產生量和氣體產生方式并參照以往的事例，便可判斷異常的種類和程度。于是，一直以來，作為油浸變壓器的油的變質和異常診斷方法之一，進行絕緣油中溶解的氣體的分析(以下稱為油中氣體分析)。
但是，作為根據各種氣體提取法用油中氣體分析裝置檢測氣體的通用半導體傳感器的由氧化錫、氧化鎢、氧化鋯等金屬氧化物構成的半導體傳感器，存在與各種氣體反應之類的特性，相反，存在不能高精度地檢測特定氣體濃度的問題。再有，作為半導體傳感器的特性，即使對于濃度一定的特定氣體，也存在該傳感器的輸出不一定且傳感器輸出變化的問題。這可以認為其原因是半導體傳感器表面上附著的水分和污染物質的影響。
專利文獻1及專利文獻4記載的氣體的檢測方法，雖然用半導體傳感器僅測定絕緣油中的氣體，但存在傳感器輸出不一定而得不到測定再現性的問題。
專利文獻2及專利文獻3記載的氣體的檢測方法，雖然也用半導體傳感器僅測定絕緣油中的氣體，但傳感器輸出仍不一定而得不到測定再現性。
此外，專利文獻2及專利文獻3的氣體檢測方法，雖然使用具有氣體選擇性的半導體傳感器來求出氣體濃度，但具有氣體選擇性的半導體傳感器僅限于能對氫、一氧化碳、乙炔進行檢測，而不能檢測甲烷、乙烷、乙烯的各氣體成分濃度。

發明內容
本發明的目的是提供可使用具有通用性的半導體傳感器來對檢測的再現性高的各種氣體的濃度進行檢測的絕緣油中氣體分析裝置以及絕緣油中氣體的分析方法。
本發明的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，具備將裝在設備內的絕緣油從設備中取出的氣體提取器；具有從該氣體提取器取出的絕緣油中所含的多個成分氣體中檢測成分氣體的濃度的多個半導體傳感器的氣體檢測器；采集從氣體提取器所取出的絕緣油中所含的多種成分氣體作為測定對象的試樣氣體并供給到氣體檢測部的試樣氣體的供給系統；將半導體傳感器的檢測值作為基準的基準氣體供給到氣體檢測器的基準氣體的供給系統；切換該試樣氣體的供給系統和基準氣體的供給系統并供給到氣體檢測器的切換供給機構；以將從氣體提取器所取出的絕緣油采集的試樣氣體及從基準氣體的供給系統供給的基準氣體用氣體檢測器的多個半導體傳感器分別測定的各檢測值為基礎，算出在絕緣油中溶解的多個成分氣體的濃度的運算裝置。
此外，本發明的絕緣油中氣體的分析方法，其特征在于，將裝在設備內的絕緣油取出并供給到氣體提取器，從氣體提取器取出的絕緣油中采集絕緣油中所含的多種成分氣體作為測定對象的試樣氣體并可通過試樣氣體的供給系統供給到氣體檢測器，可將氣體檢測器具備的多個半導體傳感器的檢測值作為基準的基準氣體通過基準氣體的供給系統供給到氣體檢測器，切換通過試樣氣體的供給系統供給的試樣氣體和通過基準氣體的供給系統供給的基準氣體并對氣體檢測器有選擇地進行供給，從該試樣氣體所含的多個成分氣體通過氣體檢測器所具備的多個半導體傳感器檢測成分氣體的濃度及基準氣體的濃度，以通過氣體檢測器的多個半導體傳感器對試樣氣體及基準氣體分別測定的各檢測值為基礎，通過運算求出試樣氣體所含的多種成分氣體的濃度。
根據本發明，可實現使用具有通用性的半導體傳感器來對檢測的再現性高的各種氣體的濃度進行檢測的絕緣油中氣體分析裝置及絕緣油中氣體的分析方法。


圖1是表示本發明一個實施例的設置于絕緣油浸變壓器中的絕緣油中氣體分析裝置的構成的總體結構圖。
圖2是表示圖1所示的本發明的一個實施例的絕緣油中氣體分析裝置的絕緣油中氣體分析的步驟的流程圖。
圖3是表示在圖1所示的本發明的一個實施例的絕緣油中氣體分析裝置中提取油中溶解的氣體時的四通閥的開閉情況的總體結構圖。
圖4是表示在圖1所示的本發明的一個實施例的絕緣油中氣體分析裝置中試樣氣體測定時的四通閥的開閉狀況的總體結構圖。
圖5是示意地表示在圖1所示的本發明的一個實施例的絕緣油中氣體分析裝置中檢測溶解的各種氣體的氣體濃度的半導體傳感器的輸出的特性圖。
圖6是表示在圖1所示的本發明的一個實施例的絕緣油中氣體分析裝置的運算裝置中算出溶解的各種氣體的氣體濃度的順序的運算方框圖。
圖7是表示本發明的其它實施例的移動式的絕緣油中氣體分析裝置的構成的總體結構圖。
圖8是表示圖7所示的本發明其它實施例的絕緣油中氣體分析裝置的絕緣油中氣體分析的步驟的流程圖。
圖9是表示在圖7所示的本發明的其它實施例的絕緣油中氣體分析裝置中絕緣提取油中溶解的氣體時的四通閥的開閉情況的總體結構圖。
圖10是表示圖7所示的本發明的其它實施例的絕緣油中氣體分析裝置的試樣氣體測定時的四通閥的開閉狀況的總體結構圖。
圖11是表示在圖7所示的本發明的其它實施例的絕緣油中氣體分析裝置的運算裝置中算出溶解的各種氣體的氣體濃度的步驟的運算方框圖。
圖12是表示具備本發明的另一實施例的絕緣油中氣體分析裝置的變壓器的監視裝置的總體結構圖。
圖13是表示本發明又一實施例的絕緣油中氣體分析裝置的氣體采集部的構造的圖。
圖14是表示圖13所示的本發明的又一實施例的氣體采集部的帶槽凸緣的構造的圖。
圖15(原圖17)是表示圖13所示的本發明的又一實施例的氣體采集部的槽狀氣體儲存室具備圓弧狀的帶槽凸緣的圖。
圖16(原圖18)是表示圖13所示的本發明的又一實施例的氣體采集部的槽狀氣體儲存室具備曲折狀的帶槽凸緣的圖。
圖17(原圖19)是表示圖13所示的本發明的又一實施例的氣體采集部的槽狀氣體儲存室具備旋渦狀的帶槽凸緣的圖。
圖中1-油浸變壓器，2-絕緣油，3-氣體提取器，4-釋放閥，5A、5B-輸油泵，6-氮氣瓶，7-氧氣瓶，8A、8B-調節器，9A、9B-流量計，10-四通切換閥，11-空氣泵，12-過濾器，13-氣體調整裝置，14-溫度調節器，15-氣體檢測器，16-計算機，17-單向閥，18A-氮氣供給配管，18B-氧氣供給配管，18C1-氣體供給系統配管，18C2-氣體提取系統配管，18D-油中溶解氣體的混合氣體供給配管，18E-試樣氣體供給配管，18F-空氣供給配管，18G-排出配管，20、30-油中氣體分析裝置，31-空氣凈化裝置，201、202、203、204、205-運算器、210-監視裝置，220-設定裝置，230-顯示裝置，301、302、303-運算器，310-監視裝置，320-設定裝置，330-顯示裝置，501-絕緣油注入器，502-油排出口，401、402、403-帶通訊裝置的油中氣體分析裝置，420-中央監視裝置，430-電話回路，450-移動電話回路、440-無線回路，S1、S2、S3、S4、S5、S5、S6、S7-半導體傳感器，1101-帶槽凸緣，1102-透氣膜，1103-槽狀氣體儲存室，1104-載氣供給口、1105-載氣提取口，1106a、1106b、1106c-閥，1107-襯墊，1201-排油口，1202-排油閥，1203-絕緣油，1300-載氣供給部，1400-氣體測定部，1501、，1502、1503-配管具體實施方式
下面，參照

本發明的實施例的設置于絕緣油浸變壓器中的絕緣油中氣體分析裝置。
實施例1作為本發明的第一實施例，圖1表示本發明的一個實施例的設置于絕緣油浸變壓器中的絕緣油中氣體分析裝置20的構成，且是安裝在內部封入或內裝絕緣油的變壓器上類型的絕緣油中氣體分析裝置。本實施例的設置于絕緣油浸變壓器中的絕緣油中氣體分析裝置對氫、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷進行油中氣體分析。
在圖1中，在絕緣油浸變壓器1的內部填充有絕緣油2。絕緣油中氣體分析裝置20，通過設置經配管25A及配管25B與絕緣油浸變壓器1連通，且絕緣油2從絕緣油浸變壓器1流入、流出的氣體提取器3，使用這種氣體提取器3用冒泡法來進行在上述絕緣油浸變壓器1內部封入或內裝的絕緣油2的油中所產生的氣體的提取。
在氣體提取器3的主體上設有釋放閥4。在配管25A及25B中分別設置有輸油泵5A及5B，輸油泵5A將油浸變壓器1的絕緣油2只供給氣體提取器3預定量。此外，輸油泵5B使氣體提取后的絕緣油2從氣體提取器3返回油浸變壓器1。
設置有供給氮氣的氮氣瓶6，將氮氣從氮氣瓶6通過氮氣供給配管18A引導到后述的四通切換閥10。此外，設置有供給氧氣的氧氣瓶7，將氧氣從氧氣瓶7通過氧氣供給配管18B引導到后述的氣體調整裝置13。
在上述氮氣供給配管18A及氧氣供給配管18B上分別設置有調節器8A及8B，以調整從氮氣瓶6及氧氣瓶7分別供給到四通切換閥10及氣體調整裝置13的氮氣和氧氣的壓力。
同樣地，在上述氮氣供給配管18A及氧氣供給配管18B上分別設置有流量計9A及9B，以測量從氮氣瓶6及氧氣瓶7分別供給到四通切換閥10及氣體調整裝置13的氮氣和氧氣的流量。
四通切換閥10的構成為，連接在從氮氣瓶6供給氮氣的氮氣供給配管18A以及將通過該氮氣供給配管18A供給的氮氣引導到氣體提取器3的氣體供給系統配管18C1上。
而且，通過切換操作該四通切換閥10，從而形成從氮氣瓶6通過氮氣供給配管18A及氣體供給系統配管18C1將氮氣供給氣體提取器3的流道。
另外，四通切換閥10的構成為，連接在將封入了油浸變壓器內部的絕緣油2的油中產生的油中溶解氣體的混合氣體從氣體提取器3導出的氣體提取系統配管18C2以及將通過該氣體提取系統配管18C2引導的油中溶解氣體的混合氣體引導到氣體調整裝置13的油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D上。
而且，通過切換操作該四通切換閥10，從而形成將油中溶解氣體的混合氣體從氣體提取器3通過氣體提取系統配管18C2和油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D供給到后述的氣體檢測器15的流道。
在上述氣體供給系統配管18C1上配置有空氣泵11，通過使該空氣泵11工作來進行冒泡。而且，在氣體提取器3上設有過濾器12，在將在導入到氣體提取器3中的封入了油浸變壓器1內部的絕緣油2的油中產生的油中溶解氣體的混合氣體通過氣體提取系統配管18C2從氣體提取器3導出到四通切換閥10時，除去在油中溶解氣體的混合氣體中成為霧狀混入的絕緣油。
在導入到氣體提取器3中的封入了油浸變壓器1的內部的絕緣油2的油中產生的油中溶解氣體的混合氣體，通過四通切換閥10的切換操作而經氣體提取系統配管18C2、油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D及試樣氣體供給配管18E而供給到氣體檢測器15。
在油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D及試樣氣體供給配管18E的連接部設置有氣體調整裝置13，在該氣體調整裝置13上，連接有從氧氣瓶7供給氧氣的氧氣供給配管18B。
而且，利用上述氣體調整裝置13，將在供給到氣體檢測器15的油中溶解氣體的混合氣體中生成按預定比例混合氧氣的試樣氣體。用氣體調整裝置13生成的試樣氣體通過試樣氣體供給配管18E供給到溫度調節器14，將氮氣、氧氣及油中溶解的氣體在氣體調整裝置13中混合了的作為混合氣體的試樣氣體的溫度利用該溫度調節器14調整到預定溫度。
在上述氣體檢測器15中設置有由氧化錫、氧化鎢、氧化鋯等金屬氧化物構成的半導體傳感器，由該半導體傳感器分別測定由作為基準氣體的氮氣和氧氣的混合氣體以及由氮氣和氧氣及油中溶解氣體的混合氣體構成的試樣氣體，并將這些測定值作為輸出信號輸出到計算機16中。
在計算機16中，以來自在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器的輸出信號為基礎通過運算來算出油中溶解氣體的氣體成分濃度，并將所算出的油中溶解氣體的氣體成分濃度等在監視器等上顯示。
此外，計算機16用于對各構成要素發出有關構成在本發明實施例的油浸變壓器上設置的油中氣體分析裝置的泵類的開、關以及切換閥、排氣閥類的切換操作和開閉操作的指示。
雖然用設置于氣體檢測器15上的半導體傳感器檢測的氮氣、氧氣及油中溶解的氣體混合了的試樣氣體的氣體成分，在檢測該各氣體成分濃度后通過排出配管18G而排出到外部，但在該排出配管18G上設有單向閥17，以防止外部氣體流入到氣體檢測器15的內部。
在上述配管中，氣體供給系統配管18C1是從四通切換閥10經過在該氣體供給系統配管18C1上設置的空氣泵11、氣體提取器3、在該氣體提取器3上設置的過濾器12、氣體提取系統配管18C2，再返回到四通切換閥10的配管。
此外，油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D是將氮氣和油中溶解氣體的混合氣體引導到溫度調節器14、氣體檢測器15的配管。試樣氣體供給配管18E是將用氣體調整裝置13生成的油中溶解的氣體和氮氣及氧氣的混合氣體向溫度調節器14、氣體檢測器15引導的配管。
其次，對于圖1所示的本發明的一個實施例的油浸變壓器上設置的油中氣體分析裝置，將其油中氣體分析的各步驟示于圖2。在圖2中，測定操作首先進行測定準備101的步驟。
接著，進行提取油中溶解的氣體102的步驟。與提取油中溶解的氣體102的步驟同步，進行作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體的測定103的步驟。最后，進行試樣氣體測定104的步驟。以氮氣氧氣混合氣體的測定103的步驟及試樣氣體測定104的步驟的各測定結果為基礎進行算出各成分氣體的濃度的氣體濃度計算105的步驟。此外，重復進行測定操作的各步驟。
若詳細說明，在測定準備101的步驟中，如圖1所示操作四通切換閥10，將氮氣從氮氣瓶6通過氮氣供給配管18A供給到四通切換閥10。供給的氮氣從氮氣供給配管18A經過四通切換閥10，從氣體供給系統配管18C1流入到氣體提取器3中。
然后，氮氣經過該氣體提取器3而流過氣體提取系統配管18C2及油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D，用氮氣對從氮氣供給配管18A到油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D的該各設備及流道內進行置換。
此外，氧氣從氧氣瓶7通過氧氣供給配管18B供給到氣體調整裝置13，供給的氧氣在氣體調整裝置13中與氮氣混合并生成作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體。
然后，由該氣體調整裝置13生成的基準氣體的氮氣氧氣混合氣體通過試樣氣體供給配管18E依次流過溫度調節器14及氣體檢測器15，并用基準氣體的氮氣氧氣混合氣體對該各設備及流道內進行置換。
其次，在提取油中溶解的氣體102的步驟中，如圖3所示操作并切換四通切換閥10。而且，通過切換該四通切換閥10，形成了由氣體提取系統配管18C1、氣體提取系統配管18C2及氣體提取器3構成封閉系統的流道A和將氮氣從氮氣瓶6經氮氣供給配管18A及四通切換閥10供給到氣體調整裝置13的流道B。
而且，通過將氧氣從氧氣瓶7經氧氣供給配管18B供給到氣體調整裝置13，而生成了用氣體調整裝置13將氧氣混合到流過流道B中的氮氣中而成為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體，將該基準氣體的氮氣氧氣混合氣體經試樣氣體供給配管18E向供給到溫度調節器14及氣體檢測器15。
在上述流道A中進行氣體提取操作。即，作為流道A的氣體提取的操作，首先，將在氣體提取器3上設置的釋放閥4預先置于打開的狀態，使在配管25A上設置的輸油泵5A工作并將封入于油浸變壓器1內部的絕緣油2供給到氣體提取器3。
隨后，在向氣體提取器3注入絕緣油2結束的同時關閉釋放閥4，使在形成流道A的氣體供給系統配管18C1上設置的空氣泵11工作，使流道A內的氮氣循環并通過冒泡來對溶解于注入到氣體提取器3的絕緣油2中的溶解氣體進行采集。
所謂冒泡是指在密閉的系統內向試樣對象的氣體所溶解的液體內吹入氮氣等惰性氣體并使液體內的溶解氣體和液面上的氣體平衡后，采集液面上的氣體的試樣氣體的采集方式。
在進行冒泡的惰性氣體中使用氮氣是為了防止氧氣混入絕緣油中。雖然在從封入到變壓器1中的絕緣油2采集了溶解氣體后的絕緣油2從氣體提取器3返回到變壓器1并再次使用，但在絕緣油2中混入氧氣的情況下，擔心出現氧氣所引起的絕緣油2和絕緣紙的變質。因此，在冒泡中，使用氮氣或氦氣、氬氣等惰性氣體。
在進行冒泡時，事先調查冒泡時間和在封閉的系統內循環的惰性氣體的氮氣中的氣體濃度的相關關系，并預先選定妥當的冒泡時間。
此外，絕緣油2的溶解氣體的濃度和通過冒泡而作為試樣氣體提取的氣體的濃度的關系因氣體成分而不同。因此，預先求出絕緣油中的溶解氣體的量和通過冒泡而提取的氣體的量的相關關系。
其次，在作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體測定103的步驟中，用氣體檢測器15對流經通過四通切換閥10的切換操作而形成的流道B而成為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體進行測定。
即，將氮氣從氮氣瓶6通過氮氣供給配管18A及四通切換閥10供給到氣體調整裝置13，將氧氣從氧氣瓶7通過氧氣供給配管18B供給到氣體調整裝置13，將用該氣體調整裝置13調整了兩者的成分比例的基準氣體的氮氣氧氣混合氣體(氧氣20％、氮氣80％)經試樣氣體供給配管18E、溫度調節器14供給到氣體檢測器15。
當用在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1-S7檢測的基準氣體的檢測輸出穩定時，將該檢測的輸出作為對基準氣體即氮氣氧氣混合氣體的傳感器輸出而輸入到計算機16中。
接著，在試樣氣體104的步驟中，如圖4所示切換四通切換閥10，將氮氣從氮氣瓶6通過氮氣供給配管18A、四通切換閥10及氣體提取系統配管18C1供給到氣體提取器3，使所供給的氮氣從該氣體提取器3通過氣體提取系統配管18C2及油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D流到氣體調整裝置13中。
通過這些操作，流道A內的已采集的油中溶解氣體的混合氣體被從氮氣瓶6所供給的氮氣壓出而引導到氣體調整裝置13中。被引導的油中溶解氣體的混合氣體，在氣體調整裝置13中添加從氧氣瓶7通過氧氣供給配管18B所供給的氧氣而生成試樣氣體。
而且，將由該氣體調整裝置13生成的試樣氣體供給到氣體檢測器15，并檢測試樣氣體的成分濃度。這里，由氣體調整裝置13在油中溶解氣體的混合氣體中添加氧氣并生成試樣氣體是由于在利用設置于氣體檢測器15上的半導體傳感器S1-S7進行試樣氣體的測定時需要氧氣。
通過對設置于氣體檢測器15上的半導體傳感器S1-S7供給的氣體從基準氣體的氮氣氧氣混合氣體切換為試樣氣體，由半導體傳感器S1-S7檢測的試樣氣體的傳感器輸出在所供給的氣體進行切換的前后變化較大。在傳感器輸出變化后傳感器輸出大體達到穩定的恒定輸出時，將這些傳感器輸出作為對試樣氣體的半導體傳感器S1-S7的各傳感器輸出而輸入到計算機16中。
而且，在用氣體檢測器15的半導體傳感器S1-S7測定了試樣氣體之后，使設置于配管25B上的輸油泵5B工作同時將氮氣從氮氣瓶6供給到氣體提取器3，并使向氣體提取器3供給的絕緣油2返回到油浸變壓器1。這一連串操作都是接收來自計算機的指示自動地進行。
圖5是示意地表示用設置于氣體檢測器15上的半導體傳感器S1-S7檢測的氣體的傳感器輸出的圖，橫軸表示時間t，縱軸表示用半導體傳感器S1-S7檢測的傳感器輸出的電阻R，傳感器輸出在圖中以曲線表示。
在圖5中，從時間t＝t0到t＝t1的測定時間表示的是測定作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體(氧氣20％、氮氣80％)時的傳感器輸出。
此外，從時間t＝t1到t＝t2的測定時間表示的是測定試樣氣體時的傳感器輸出，從時間t＝t2到t＝t3的測定時間表示的是再次測定作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體時的傳感器輸出。
首先，在從時間t＝t0到t＝t1的測定期間，將作為時間t＝t1的基準氣體的傳感器輸出的電阻R表示為R0。在從時間t＝t0到t＝t1內傳感器輸出緩慢變化是由于傳感器輸出漂移。
從時間t＝t1到t＝t2的測定時間表示的是通過四通切換閥10的切換操作測定從基準氣體切換并供給的試樣氣體時的傳感器輸出。通過在時間t＝t1時開始試樣氣體的供給并進行測定，在傳感器輸出急劇減少后傳感器輸出的變化逐漸變緩和，在時間t＝t2時傳感器輸出穩定。
作為時間t＝t2的試樣氣體的傳感器輸出的電阻R表示為R1。
從時間t＝t2到t＝t3的測定時間表示的是通過四通切換閥10的切換操作而再次從供給試樣氣體切換到供給基準氣體并測定基準氣體的氮氣氧氣混合氣體時的傳感器輸出。通過在時間t＝t2時開始基準氣體的氮氣氧氣混合氣體的供給并進行測定，在傳感器輸出急劇增加后傳感器輸出的變化逐漸變緩和，在時間t＝t3時傳感器輸出穩定。
作為時間t＝t3的基準氣體的傳感器輸出的電阻R表示為R2。從時間t＝t3直到t＝t4的傳感器輸出表示的是沒有怎么變化而穩定的狀況。
這里，對于基準氣體的氮氣氧氣混合氣體，預先檢測半導體傳感器所產生的傳感器輸出的電阻R0并記錄在計算機16中。此外，對于試樣氣體，有關作為分析對象的氣體成分的例如一氧化碳氣體，預先檢測成為特定濃度例如氣體濃度10ppm情況下的半導體傳感器所產生的傳感器輸出的電阻R1的Rc01并記錄在計算機16中。同樣，對于作為檢測對象的其它氣體的氫、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷也預先檢測特定濃度情況下的上述半導體傳感器所產生的傳感器輸出的電阻R的值并分別記錄在計算機16中。
而且，如上所述，通過利用在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1-S7對基準氣體和試樣氣體進行測定，從而測量對基準氣體的傳感器輸出的電阻R0和對試樣氣體中的測定對象氣體例如一氧化碳氣體的傳感器輸出的電阻R1，并計算對于該一氧化碳氣體的傳感器輸出的比R0/R1。
而且，如果計算基于在計算機16中預先檢測的氣體濃度10ppm的一氧化碳氣體的電阻Rc01的傳感器輸出的比R0/Rc01并與上述傳感器輸出的比R0/R1比較，則可正確運算試樣氣體中的一氧化碳的氣體濃度。
根據同樣的方法，通過利用在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1-S7對基準氣體和試樣氣體進行測定，如果對成為試樣氣體中的檢測對象的其它氣體的氫、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷也計算上述傳感器輸出的比R0/R1并進行比較，則可正確運算試樣氣體中的特定成分的氣體濃度。
這里，為防止飄移所產生的測定誤差，作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體的測定值使用作為切換到試樣氣體之前的時間t＝t1的基準氣體的傳感器輸出的R0以及再次切換為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體后的輸出穩定的時間t＝t3的基準氣體的傳感器輸出R2。
而且，試樣氣體的測定值，如果使用將向氮氣氧氣混合氣體切換前的時間t＝t2的試樣氣體的傳感器輸出R1，則可防止飄移所產生的測定誤差。該情況下，計算的傳感器輸出的比不是R0/R1，而只要計算輸出比R2/R1即可。
此外，在時間t＝t1以后也可以假設繼續測定基準氣體的氮氣氧氣混合氣體，推測對于時間t＝t2的氮氣氧氣混合氣體的傳感器輸出R0’，并將與試樣氣體中的檢測對象的氣體濃度對應的輸出作為傳感器輸出R0’/R1來計算。
圖6表示作為用圖1到圖5所示的本發明的第一實施例的設置于油中氣體分析裝置的氣體檢測器15上的半導體傳感器S1-S7檢測的對于基準氣體和試樣氣體的傳感器輸出并輸入到計算機16，并計算試樣氣體所含的檢測對象的各氣體的氣體濃度時的運算順序。
如上所述，與基準氣體及檢測對象的各種氣體對應，預先得到作為對基準氣體和特定濃度的檢測對象的各種氣體的半導體傳感器S1-S7的傳感器輸出的電阻R。
在圖6中，以由對于作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體和試樣氣體特性不同的多個半導體傳感器S1-S7所檢測的輸出為基礎，通過計算機16所具備的運算器201至運算器205算出試樣氣體所含的測定對象的各氣體成分的濃度。所使用的半導體傳感器優選發生反應的氣體的種類少者。
作為計算試樣氣體所含的測定對象的各種氣體的氣體濃度的步驟，首先，從可通過用半導體傳感器S1-S7中少數半導體傳感器檢測的輸出來求出濃度的氣體成分先求出氣體濃度。
其次，使用由其余的半導體傳感器檢測出的輸出，將先求出的氣體成分的濃度代入表示反應特性和氣體濃度的關系的計算式中并算出未知的氣體濃度。重復這樣的計算并求出未知的氣體濃度，通過計算而依次減少未知的氣體濃度的數量并最終通過計算求出全部的氣體成分的濃度。
在本實施例中，以氫、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的順序來算出其濃度。
通過從可用半導體傳感器S1-S7中少數半導體傳感器來求出濃度的氣體成分先求出氣體濃度，可減少氣體濃度計算的計算量，此外，也提高了對檢測對象氣體的檢測精度。
此外，在運算圖6所示的氣體濃度的運算順序中，也可以將通過運算器201至運算器205算出的試樣氣體所含的檢測對象的氫、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的各氣體濃度的運算值也提高到監視裝置210中一直進行監視。
該情況下，如果將上述檢測對象的各氣體濃度的允許值從設定裝置220輸入到監視裝置210，也可由監視裝置210對超過這些允許值的檢測對象的各氣體濃度發出警報。另外，也可在顯示裝置230上從監視裝置210顯示上述檢測對象的各氣體濃度和警報顯示。
其次，在本實施例中，對于在檢測對象的氣體濃度和半導體傳感器的檢測特性之間成線性的情況，說明氣體濃度的計算方法。
在圖6中，對于檢測作為基準氣體的氮氣氧氣混合氣體及試樣氣體的場合的氣體濃度計算進行說明。首先，在從試樣氣體求出氫的濃度NH2的情況下，對于傳感器S1檢測出的輸出G1和作為檢測對象的氣體的氫的濃度NH2的校正曲線(檢測濃度和傳感器輸出的電阻之比)由運算器201上記錄的函數式(式1)表示。
G1＝1+A11·(NH2)B11(式1)這里，A11、B11是由傳感器S1測定氫和空氣的混合氣體而求出的常數。
通過將傳感器S1檢測的輸出代入運算器201的(式1)的G1中并經過運算求出氫濃度NH2。
其次，在從試樣氣體求一氧化碳的濃度NCO的情況下，對于傳感器S2檢測出的輸出G2和氫的濃度NH2、一氧化碳的濃度NCO的校正曲線由作為在運算器202中記錄的函數式(式2)表示。
G2＝1+NH2/(NH2+NCO)·A21·(NH2)B21+NCO/(NH2+NCO)A22·(NCO)B22(式2)這里，A21、A22、B21、B22是由傳感器S2測定氫和空氣的混合氣體及一氧化碳和空氣的混合氣體而求出的常數。
將傳感器S2的輸出代入運算器202的(式2)的G2中，將先求出的氫濃度代入NH2中并通過運算求出一氧化碳濃度NCO。
其次，在從試樣氣體求乙炔的濃度NC2H2的情況下，對于傳感器S3檢測出的輸出G3和一氧化碳的濃度NCO、乙炔的濃度NC2H2的校正曲線由作為在運算器203中記錄的函數式(式3)表示。
G3＝1+NCO/(NCO+NC2H2)·A31·(NCO)B31+NC2H2/(NCO+NC2H2)A32·(NC2H2)B22(式3)這里，A31、A32、B31、B32是由傳感器S3測定一氧化碳和空氣的混合氣體及乙炔和空氣的混合氣體而求出的常數。將傳感器S3的輸出代入(式3)的G3中，將先求出的一氧化碳濃度代入NCO中并通過運算求出乙炔濃度NC2H2。
其次，在從試樣氣體求乙烯的濃度NC2H4的情況下，對于傳感器S4的輸出G4和乙炔的濃度NC2H2、乙烯的濃度NC2H4的校正曲線由作為在運算器204中記錄的函數式(式4)表示。
G4＝1+NC2H2/(NC2H2+NC2H4)·A41·(NC2H2)B41+NC2H4/(NC2H2+NC2H4)A42·(NC2H4)B42(式4)這里，A41、A42、B41、B42是由傳感器S4測定乙炔和空氣的混合氣體及乙烯和空氣的混合氣體而求出的常數。
將傳感器S4的輸出代入運算器204的(式4)的G4中，將先求出的乙炔濃度代入NC2H2中并通過運算求出乙烯濃度NC2H4。
其次，在從試樣氣體求甲烷的濃度NCH4、乙烷的濃度NC2H6的情況下，對于傳感器S5的輸出G5和氫的濃度NH2、一氧化碳的濃度NCO、乙炔的濃度NC2H2、乙烯的濃度NC2H4、甲烷的濃度NCH4、乙烷的濃度NC2H6的校正曲線，由作為在運算器205中記錄的函數式(式5)表示。
G5＝1+A51·NH2/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NH2)B51+A52·NCO/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NCO)B52+A53·NC2H2/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H2)B53+A54·NC2H4/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H4)B54+A55·NCH4/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NCH4)B55+A56·NC2H6/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H6)B56(式5)這里，A51、A52、A53、A54、A55、A56、B51、B52、B53、B54、B55、B56是由傳感器S5測定氫和空氣的混合氣體、一氧化碳和空氣的混合氣體、乙炔和空氣的混合氣體、乙烯和空氣的混合氣體、甲烷和空氣的混合氣體、乙烷和空氣的混合氣體而求出的常數。
此外，在從試樣氣體求甲烷的濃度NCH4、乙烷的濃度NC2H6的情況下，對于傳感器S6的輸出G6和氫的濃度NH2、一氧化碳的濃度NCO、乙炔的濃度NC2H2、乙烯的濃度NC2H4、甲烷的濃度NCH4、乙烷的濃度NC2H6的校正曲線，由作為在運算器205中記錄的另一函數式(式6)表示。
G6＝1+A61·NH2/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NH2)B51+A62·NCO/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NCO)B62+A63·NC2H2/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H2)B63+A64·NC2H4/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H4)B64+A65·NCH4/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NCH4)B65+A66·NC2H6/(NH2+NCO+NC2H2+NC2H4+NC2H6+NCH4)·(NC2H6)B66(式6)這里，A61、A62、A63、A64、A65、A66、B61、B62、B63、B64、B65、B66是由傳感器S6測定氫和空氣的混合氣體、一氧化碳和空氣的混合氣體、乙炔和空氣的混合氣體、乙烯和空氣的混合氣體、甲烷和空氣的混合氣體、乙烷和空氣的混合氣體而求出的常數。
將傳感器S5、傳感器S6的輸出分別代入運算器205的(式5)的G5中以及運算器205的(式6)的G6中，將先求出的氣體濃度代入(式5)、(式6)的NH2、NCO、NC2H2、NC2H4中而建立聯立方程式。通過對NCH4、NC2H6求解，便可通過運算求得甲烷和乙烷的濃度。
這樣，通過運算而分別求出氫、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的濃度。
根據本發明的實施例，可實現使用具有通用性的半導體傳感器，可進行檢測的再現性高的各種氣體的濃度的檢測的油中氣體分析裝置、具備油中氣體分析裝置的變壓器以及油中氣體的分析方法。
實施例2作為本發明的第二實施例，圖7表示的是作為本發明另一實施例的絕緣油中氣體分析裝置的結構，且是與內部封入絕緣油的設備對應的移動式的絕緣油中氣體分析裝置。本實施例的絕緣油中氣體分析裝置對氫及乙炔進行絕緣油中氣體分析。
圖7所示的本實施例的絕緣油中氣體分析裝置30由于與圖1、圖3及圖4所示的第一實施例的基本結構相同，所以對相同的構成部分省略其說明，而對不同部分進行說明。
在圖7中，移動式油中氣體分析裝置在油中氣體分析沒有必要圖示的分析對象的設備內部填充絕緣油2。絕緣油中氣體分析裝置30具備絕緣油注入器501，通過設置經過具備閥503的配管25C與絕緣油注入器501連通的氣體提取器3，從而用氣體提取器3通過冒泡法進行由絕緣油注入器501采集的絕緣油2的油中所產生的氣體的提取。
該絕緣油注入器501是圓筒形，采集封入到油中氣體分析對象的設備中的絕緣油2，并將采集的絕緣油2供給到氣體提取器3預定量。在氣體提取器3的底部設有具備閥502的油排出口504，并將提取了分析對象的油中氣體后的絕緣油2排出到外部。
設置有空氣凈化裝置31，將有機氣體從大氣中取入的空氣中除去，將調整濕度并凈化了空氣的作為基準氣體的清潔空氣通過空氣供給配管18F引導到四通切換閥10。
通過切換操作四通切換閥10，形成從空氣凈化裝置31通過空氣供給配管18F及氣體供給系統配管18C1將清潔空氣作為惰性氣體供給到氣體提取器3的流道。此外，也可使用儲存了清潔空氣的空氣瓶代替空氣凈化裝置31。
另外，四通切換閥10的結構為，連接在將絕緣油2的油中產生的油中溶解氣體的混合氣體從氣體提取器3導出的氣體提取系統配管18C2和將通過該氣體提取系統配管18C2引導的油中溶解氣體的混合氣體引導到氣體調整裝置13的油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D上。
而且，通過切換操作該四通切換閥10，從而形成從氣體提取器3通過氣體提取系統配管18C2及油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D使油中溶解氣體的混合氣體流過后述的溫度調節器14并調整為預定的溫度來供給到氣體檢測器15的流道。
在上述氣體供給系統配管18C1上配置空氣泵11，通過使該空氣泵11工作而與上述第一實施例同樣地進行冒泡。
而且，在氣體提取器3上設有過濾器12，在將在絕緣油2的油中產生的油中溶解氣體的混合氣體從氣體提取器3導出到四通切換閥10時，除去在油中溶解氣體的混合氣體中成為霧狀混入的絕緣油。
在該氣體檢測器15中設置有由氧化錫、氧化鎢、氧化鋯等金屬氧化物構成的半導體傳感器，由這些半導體傳感器分別測定作為試樣氣體的氮氣和氧氣的混合氣體以及氮氣和氧氣及油中溶解氣體的混合氣體所構成的試樣氣體，并將這些測定值作為輸出信號輸出到計算機16。
在計算機16中，以來自在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器的輸出信號為基礎，通過運算算出油中溶解的氣體的氣體成分濃度，并將算出的油中溶解的氣體的氣體成分濃度等顯示在監視器上。該計算機16的構成為，對各構成要素發出有關構成在本發明的實施例中設置的油中氣體分析裝置的泵類的開、關以及切換閥、排氣閥類的切換操作和開閉操作的指示。
其次，對于圖7所示的本發明第二實施例的移動式的油中氣體分析裝置，將其油中氣體分析的各步驟示于圖8。在圖8中，測定操作首先是進行測定準備111的步驟。
接著，進行提取油中溶解的氣體112的步驟。與提取油中溶解的氣體112的步驟同步，進行作為基準氣體的空氣氣體測定113的步驟。最后，進行試樣氣體測定114的步驟。以空氣氣體測定113的步驟及試樣氣體測定114的步驟的各測定結果為根據進行算出各成分氣體的濃度的氣體濃度計算115的步驟。此外，重復進行測定操作的各步驟。
若詳細說明，在測定準備111的步驟中，如圖7所示操作四通切換閥10，并將清潔空氣從空氣凈化裝置31通過空氣供給配管18F供給到四通切換閥10。
所供給的清潔空氣從空氣供給配管18F經過四通切換閥10，再從氣體供給系統配管18C1流入氣體提取器3。然后，清潔空氣經過該氣體提取器3而流過氣體提取系統配管18C2及油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D，并用清潔空氣對從空氣供給配管18F到油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D的這些各設備及流道內進行置換。
其次，在提取油中溶解的氣體112的步驟中，如圖9所示操作并切換四通切換閥10。而且，通過該四通切換閥10的切換，形成了由氣體提取系統配管18C1、氣體提取系統配管18C2及氣體提取器3構成封閉系統的流道A。
此外，通過該四通切換閥10的切換，形成了將清潔空氣從空氣凈化裝置31經空氣供給配管18F及四通切換閥10供給到溫度調整裝置14的流道B。而且，用溫度調節器14將流過流道B的清潔空氣調整為設定溫度并生成作為基準氣體的清潔空氣，再將該基準氣體的清潔空氣供給到氣體檢測器15。
在上述流道A中進行氣體提取操作。作為流道A的氣體提取的操作，首先，使在氣體提取器3上設置的釋放閥4處于打開的狀態，用絕緣油注入器201將絕緣油2注入氣體提取器3。
其次，在向氣體提取器3注入絕緣油2結束的同時關閉釋放閥4，使在形成流道A的氣體供給系統配管18C1上設置的空氣泵11工作，使流道A內的清潔空氣循環并通過冒泡來將注入到氣體提取器3的絕緣油2中所溶解的溶解氣體提取到清潔空氣中并采集，制造試樣氣體。
其次，在作為基準氣體的空氣氣體測定113的步驟中，用氣體檢測器15對流經通過四通切換閥10的切換操作形成的流道B并從空氣凈化裝置31供給到溫度調節器14并調整了溫度的作為基準氣體的清潔空氣進行測定。
即，將清潔空氣從空氣凈化裝置31通過空氣供給配管18F及四通切換閥10供給到溫度調節器14，生成由溫度調節器14調整為設定溫度的作為基準氣體的清潔空氣并供給到氣體檢測器15。當用設置于氣體檢測器15上的半導體傳感器S1-S7檢測的基準氣體的清潔空氣的輸出穩定時，將該檢測出的輸出作為對于作為基準氣體的清潔空氣的傳感器輸出而輸入到計算機16中。
其次，在試樣氣體測定114的步驟中，如圖10所示切換四通切換閥10，將清潔空氣從空氣凈化裝置31通過空氣供給配管18F、四通切換閥10及氣體提取系統配管18C1供給到氣體提取器3，再將所供給的清潔空氣從該氣體提取器3通過氣體提取系統配管18C2及油中溶解氣體的混合氣體供給配管18D流到溫度調節器14。
通過這些操作，流道A內的已采集的油中溶解氣體的混合氣體被從空氣凈化裝置31供給的清潔空氣壓出，再經由四通切換閥19引導到溫度調節器14。
所引導的油中溶解氣體的混合氣體，由溫度調節器14調節為設定溫度并生成試樣氣體。而且，將該生成的試樣氣體供給到氣體檢測器15，并檢測試樣氣體的成分濃度。
通過將供給到在氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1、S3、S4的氣體從基準氣體的空氣切換為試樣氣體，從而由半導體傳感器S1、S3、S4檢測的試樣氣體的傳感器輸出在所供給氣體的切換前后變化較大。
在傳感器輸出變化后傳感器輸出大體穩定地達到恒定時，將這些傳感器輸出作為對試樣氣體的半導體傳感器S1、S3、S4的各傳感器輸出而輸入到計算機16中。
雖然對于由在該氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1、S3、S4檢測的基準氣體及試樣氣體的傳感器輸出省略圖示，但與上述圖5相同。
而且，如果測量對于這些基準氣體的傳感器輸出的電阻R0以及對于試樣氣體中的測定對象氣體的傳感器輸出的電阻R1，并用計算機16計算兩者的傳感器輸出的比R0/R1并進行比較，則可正確運算試樣氣體中的測定對象氣體的氣體濃度。
圖11表示作為用圖7到圖10所示的本發明第二實施例的絕緣油中氣體分析裝置的氣體檢測器15上設置的半導體傳感器S1、S3、S4檢測的對于基準氣體和試樣氣體的傳感器輸出并輸入到計算機16，并計算試樣氣體所含的檢測對象的各氣體的氣體濃度時的運算順序。
與第一實施例的情況同樣，與基準氣體及檢測對象的各種氣體對應，并預先得到作為對基準氣體和特定濃度的檢測對象的各種氣體的半導體傳感器S1、S3、S4的傳感器輸出的電阻R。
在圖11中，以由對于作為基準氣體的清潔空氣和試樣氣體特性不同的多個半導體傳感器S1、S3、S4所檢測的輸出為基礎，通過計算機16所具備的運算器301、運算器303及運算器304算出試樣氣體所含的測定對象的各氣體成分的濃度。所使用的半導體傳感器優選發生反應的氣體的種類少者。
作為計算試樣氣體所含的測定對象的各種氣體的氣體濃度的步驟，首先，從可通過用半導體傳感器S1、S3、S4中少數半導體傳感器檢測的輸出來求出濃度的氣體成分先求出氣體濃度。
其次，使用由其余的半導體傳感器檢測出的輸出，將先求出的氣體成分的濃度代入表示反應特性和氣體濃度的關系的計算式以算出未知的氣體濃度。重復這樣的計算并求出未知的氣體濃度，使未知的氣體濃度的數量通過計算而逐漸減少并最終通過計算求出全部氣體成分的濃度。在本實施例中，以氫、乙炔、乙烯的順序算出其濃度。
通過從可用半導體傳感器S1、S3、S4中少數半導體傳感器來求出濃度的氣體成分先求出氣體濃度，從而可減少氣體濃度計算的計算量，此外，也提高了對于檢測對象氣體的檢測精度。
此外，在運算如圖11所示的氣體濃度的運算順序中，也可以將通過運算器301、運算器303及運算器304算出的試樣氣體所含的檢測對象的氫、乙炔、乙烯的各氣體濃度的運算值輸入到監視裝置310中并一直進行監視。
該情況下，如果將上述檢測對象的各氣體濃度的允許值從設定裝置320輸入到監視裝置310中，也可用監視裝置310對超過這些允許值的檢測對象的各氣體濃度發出警報。此外，也可在顯示裝置330中從監視裝置310顯示上述檢測對象的各氣體濃度和警報顯示。
其次，在本實施例中，對于在檢測對象的氣體濃度和半導體傳感器的檢測特性之間成線性的情況，說明氣體濃度的計算方法。
在圖11中，對于檢測作為基準氣體的清潔空氣及試樣氣體情況下的氣體濃度計算進行說明。首先，在從試樣氣體求出氫的濃度NH2的情況下，對于傳感器S1檢測出的輸出G1和作為檢測對象的氣體的氫NH2的校正曲線(檢測濃度和傳感器輸出的電阻的比)，由運算器301上記錄的函數式(式7)表示。
G1＝1+A11·(NH2)B11(式7)這里，A11、B11是由傳感器S1測定氫和空氣的混合氣體而求出的常數。
通過將傳感器S1檢測出的輸出代入運算器301的(式7)的G1中，從而可通過運算求出氫濃度NH2。
其次，在從試樣氣體求乙炔的濃度NC2H2的情況下，對于傳感器S3檢測出的輸出G3和乙炔的濃度NC2H2、乙烯的濃度NC2H4的校正曲線，由作為在運算器203中記錄的函數式(式8)表示。
G3＝1+NC2H2/(NC2H2+NC2H4)·A31·(NC2H2)B31+NC2H4/(NC2H2+NC2H2)A32·(NC2H4)B32(式8)這里，A31、A32、B31、B32是由傳感器S3測定乙炔和空氣的混合氣體及乙烯和空氣的混合氣體而求出的常數。
其次，對于傳感器S4的輸出G4和乙炔的濃度NC2H2、乙烯的濃度NC2H4的校正曲線，由作為在運算器304中記錄的函數式(式9)表示。
G4＝1+NC2H2/(NC2H2+NC2H4)·A41·(NC2H2)B41+NC2H4/(NC2H2+NC2H4)A42·(NC2H4)B42(式9)這里，A41、A42、B41、B42是由傳感器S4測定乙炔和空氣的混合氣體及乙烯和空氣的混合氣體而求出的常數。
將傳感器S3、傳感器S4的各輸出分別代入運算器303的函數式(式8)的G3中以及運算器304的函數式(式9)的G4中而建立聯立方程式。通過對NC2H2、NC2H4進行求解，從而通過運算求出乙炔和乙烯的濃度。這樣，通過運算而分別求出氫、乙炔的濃度。
實施例3作為本發明的第三實施例，對一同監視多個油浸變壓器并對封入到絕緣油浸變壓器中的絕緣油中氣體進行分析監視的絕緣油浸變壓器的監視系統進行說明。
圖12表示一同監視多個絕緣油浸變壓器1的情況下的監視系統的實施例。帶通訊裝置的油中氣體分析裝置401、402、403和中央監視裝置420可通過電話回路430、移動電話回路450及/或無線440進行通信。
在帶通訊裝置的各油中氣體分析裝置401、402、403中，具備多組油浸變壓器1、采集并分析在封入到該油浸變壓器1中的絕緣油2所含有的各種氣體的油中氣體分析裝置20及30以及監視由該油中氣體分析裝置20及30檢測的各種氣體的監視裝置210及310。
而且，其結構為將這些帶通訊裝置的油中氣體分析裝置401、402、403用LAN連接并集結到HUB上，且將用油中氣體分析裝置20及30采集并分析的各種氣體的濃度和監視結果的數據發送至中央監視裝置420。
所發送的數據的接收發送不必總是進行，可以定期接收發送數據。中央監視裝置420可在要確認已發送數據的再現性的情況下或者接收監視所產生的診斷結果并要強化監視的情況下，做出再次進行測定或縮短測定間隔的油中氣體分析的指示。
如果診斷結果異常，則可采取更高精度的氣體分析和停止油浸變壓器等的對策。此外，也可以由中央監視裝置420進行帶通訊裝置的油中氣體分析裝置401、402、403的動作的確認，或者空氣瓶的空氣剩余量的確認。
該系統對一并監視遠距離設置的油浸變壓器和分散的油浸變壓器是有效的。此外，也可以構筑將帶通訊裝置的油中氣體分析裝置401、402、403與中央監視裝置420用LAN直接連接的系統或者各帶通訊裝置的油中氣體分析裝置401、402、403與中央監視裝置420通過電話回路、移動電話回路直接通信的系統。
此外，也可由中央監視裝置420接收檢測各種氣體的氣體濃度的各半導體傳感器的檢測輸出，并由中央監視裝置420進行各種氣體的氣體濃度的計算。
根據本發明的實施例，也能實現使用具有通用性的半導體傳感器進行檢測的再現性高的各種氣體的濃度的檢測的絕緣油中氣體分析裝置及油中氣體的分析方法。
實施例4其次，本發明的第四實施例的絕緣油浸變壓器中設置的膜透過方式可取代第一實施例中采用的氣體提取器而應用于絕緣油中氣體分析裝置。此時的連接方式為將氣體供給系統配管18C1與后述的載氣供給口連接，并將該氣體提取系統配管18C2與后述的載氣提取口連接。下面參照附圖對本發明的第四實施例的絕緣油浸變壓器中設置的膜透過方式的絕緣油中氣體分析裝置進行說明。
在膜透過方式的絕緣油中氣體分析裝置中，氣體儲存室內的分解生成氣體的濃度達到平衡狀態的時間t在設氣體儲存室的體積為V、設透過膜的厚度為d、設透過膜的面積為A時，能以下述式10表示。其中，P為透過系數，C為常數。
t=V·d·CA·P]]>(式10)根據式10，通過減小透氣膜的厚度d及氣體儲存室的容積V，并增大透氣膜的面積A，可減小達到平衡的時間t。
為了減小達到平衡的時間t時，理想的是減小透過膜的厚度d。但是，透氣膜安裝在油浸變壓器的排油口上的情況較多，且由絕緣油對安裝位置作用有0.2Mpa左右的壓力。因此，如果透氣膜的厚度過小會發生破損。
對于外周半徑為R1+r的圓盤狀，內側半徑R1-r的部分為中空的槽狀氣體儲存室使用了厚度d1的透氣膜的情況下，設作用在透氣膜上的壓力為p，則作用在透氣膜周圍的剪切應力τ1可由下式11表示。
τ1={π(R1+r)2-π(R1-r)2}p{2π(R1+r)+2π(R1-r)}d2]]>=r·pd1]]>(式11)在設作用于透氣膜上的壓力p為0.2MPa，設允許剪切應力為τ時，槽的寬度2r和透氣膜的厚度d的關系由下式12表示。
r≤5τ·d(式12)從上可知，在本發明中，透氣膜的材料的最大允許剪切應力τ(MPa)和槽寬度2r與透氣膜的厚度d的關系如式12那樣，理想的是規定槽狀氣體儲存室的寬度而減薄透氣膜的厚度。
為提高氣體測定的精度，理想的是，可將作為儲存在氣體儲存室中的分析用試樣氣體的樣本氣體不用氮氣或作為惰性氣體的載氣稀釋而向氣體測定器供給。
因此，在本發明中，提出了將氣體儲存室的槽的截面積做成與載氣入口的截面積相同或較小的方案。這樣，可防止氣體儲存室內的氣體被載氣稀釋。
通過將作為氣體儲存室的槽的容積做成與在氣體測定器中進行氣體測定所必須的樣本氣體的容積相同，可用氣體儲存室進行氣體測量，即使不設測量管，也可總是將規定量的氣體供給氣體測定器。該情況下，理想的是，載氣供給口和載氣提取口設于槽狀氣體儲存室的端部，并可供給規定量的樣本氣體。
在本發明的油中氣體分析裝置中，理想的是設有對油進行攪拌或振動而使其流動的油流動機構。通過油中所含的分解生成氣體透過氣體儲存室一側，油所含的分解生成氣體的濃度在透氣膜附近局部變低，氣體透過的效率下降。通過對油進行攪拌或振動而使其流動，可使油中的分解生成氣體的濃度相同，并可提高氣體透過的效率。這樣，可減小達到平衡的時間t。
在透氣膜的材料中，可使用高分子有機化合物膜、高分子有機化合物多孔質膜。此外，可使用將多孔板、穿孔板或金屬網作為增強材料與高分子有機化合物膜和高分子有機化合物多孔膜做成一體的產品等。
對本實施例的絕緣油浸變壓器的絕緣油中氣體分析裝置進行說明。圖13表示的是絕緣油中氣體分析裝置的氣體采集部的構造。在圖13所示的實施例的氣體提取器3中，該氣體采集部1100由帶槽凸緣1101、透氣膜1102、槽狀氣體儲存室1103、載氣供給口1104、載氣提取口1105、閥1106a、閥1106b構成。
排油口1201與排油閥1202一同裝在油浸變壓器一側。雖然排油口1201及排油閥1202本來作為不需要的絕緣油的排油口使用，但在本實施例中，作為氣體采集部1100的安裝部使用。在氣體采集時，排油閥1202處于打開狀態，透氣膜1102緊密接觸絕緣油1203。
帶槽凸緣1101通過連接到排油口1201上，在將氣體采集部1100裝于油浸變壓器1200上的同時，從周圍夾持并支撐透氣膜1102。
透氣膜1102，在將絕緣油1203密封在油浸變壓器或油浸變壓器的外側容器內的同時，使分解生成氣體透過槽狀氣體儲存室1103一側。作為透氣膜1102的材質，使用厚度0.1mm的四氟乙烯及全氟烷基乙烯醚共聚物膜。作為適用于透氣膜1102的材料，有四氟化物的共聚物膜聚乙烯、氟橡膠等有機高分子化合物膜，多孔的有機高分子化合物膜，在多孔板上涂布有機高分子化合物的材料、將穿孔板和金屬網等增強材料和有機高分子化合物膜組合的材料等。
槽狀氣體儲存室1103是在帶槽凸緣1101上形成的槽狀凹部和由透氣膜1102形成的空間，進行樣本氣體的采集及儲存。此外，槽狀氣體儲存室1103在樣本氣體供給時成為載氣的流道。
載氣供給口1104與槽狀氣體儲存室1103的一端連通，是使載氣流入槽狀氣體儲存室1103的入口。
槽狀氣體儲存室1103的與載氣的流線方向垂直的截面的面積比載氣供給口1104的與載氣的流線方向垂直的截面的面積小。
載氣提取口1105與槽狀氣體儲存室1103的另一端連通，是采集和儲存的樣本氣體以及從載氣供給口1104流入的載氣的出口。
閥1106a及閥1106b在樣本氣體采集時和儲存時關閉，在對氣體儲存室用載氣來置換時打開。
襯墊1107插入到帶槽凸緣1101和透氣膜1102的結合部以及排油口1201和透氣膜1102的結合部，有助于將絕緣油密封在油浸變壓器或其外側的容器內。
圖14表示的是油中氣體分析裝置的帶槽凸緣的構造。這里，將槽狀氣體儲存室1103做成直線的槽形狀。為了在供給載氣時不使載氣形成紊流，或者不使樣本氣體與載氣混合，槽狀氣體儲存室103的與載氣的流線方向垂直的截面的截面積理想的是與載氣供給口的截面積相同或比其小。
作為油中氣體分析的操作，有樣本氣體采集的準備、樣本氣體的采集和儲存、測定的準備、樣本氣體供給、樣本氣體測定。
首先，作為樣本氣體采集的準備，對槽狀氣體儲存室1103用載氣置換。使閥1106a及1106b處于打開的狀態，從載氣供給部供給載氣。
其次，進行樣本氣體的采集和儲存。如果在槽狀氣體儲存室1103內由載氣置換，則使閥1106a及1106b處于關閉的狀態。在絕緣油中溶解的分解生成氣體透過透氣膜1102而向槽狀氣體儲存室1103擴散。等到槽狀氣體儲存室1103的氣體濃度和絕緣油中的分解生成氣體的濃度達到平衡。
氣體濃度達到平衡的時間預先進行測定試驗掌握。此外，如果式10中的常數C是已知的，則可從式10推測達到平衡的時間。
接著，進行測定的準備。
從載氣供給部向氣體測定部供給載氣。
接著，進行樣本氣體供給。使閥1106a及閥1106b處于打開的狀態，將載氣從載氣供給部經由氣體采集部供給到氣體測定部。
通過對槽狀氣體儲存室1103內用載氣進行置換，將槽狀氣體儲存室1103內的樣本氣體供給到氣體測定器，由氣體測定部測定氣體的種類和濃度。
實施例5在本實施例中，使用圖14對由槽狀氣體儲存室1103進行樣本氣體的采集、儲存及檢測、供給的情況進行說明。通過由槽狀氣體儲存室1103計量樣本氣體，則無需另外具備計量管，可節約計量管自身和到計量管的配管的容積。其結果，可減小式10的氣體儲存室的體積V，可縮短達到平衡的時間t。
在圖14中，載氣供給口1104是半徑r的圓筒形狀。此外，槽狀氣體儲存室1103是長度L、寬度2r、槽的深度h的長方體形狀，且兩端是半徑r、深度h的半圓柱形狀。因此，槽狀氣體儲存室1103的容積是2rLh+πr2h。
槽狀氣體儲存室1103的容積為供給的樣本氣體的容積。于是，將槽狀氣體儲存室1103的容積做成與測定所需的樣本氣體的容積相等。
再有，槽狀氣體儲存室1103的與載氣的流線方向垂直的截面積2rh為10mm2，比載氣供給口1104的截面積πr2的19.6mm2小。
作為油中氣體分析的步驟，首先，作為氣體采集的準備，對槽狀氣體儲存室1103用載氣進行置換。使閥1106a和閥1106處于打開的狀態，并從載氣供給部供給載氣。
其次，進行樣本氣體的采集和儲存。如果槽狀氣體儲存室1103內已由載氣置換，則使閥1106a和閥1106b處于關閉的狀態并保持。絕緣油中溶解的分解生成氣體通過透氣膜1102向槽狀氣體儲存室1103擴散。等待槽狀氣體儲存室1103的氣體濃度達到平衡。
氣體濃度達到平衡的時間在事前進行測定試驗而求出，為70h。
不采用本發明，在另外具備計量管的情況下，氣體濃度達到平衡的時間是138h。
因此，根據本發明，可將氣體采集所需的時間縮短為約二分之一。
接著，在氣體濃度達到平衡后，進行測定的準備。
從載氣供給部向氣體測定部供給載氣。
再接著，進行樣本氣體供給。使閥1106a和閥1106b處于打開的狀態，將載氣從載氣供給部經由氣體采集部供給到氣體測定部。
通過對槽狀氣體儲存室1103內用載氣進行置換，將槽狀氣體儲存室1103內的樣本氣體供給到氣體測定器。
實施例5在本實施例中，對調節槽狀氣體儲存室1103的寬度并減小透氣膜的厚度的情況進行說明。圖15表示的是氣體儲存室的形狀為圓弧狀的帶槽凸緣的構造。作為本發明的實例，槽狀氣體儲存室1103是外徑R1+r、內徑R1-r、高度h的圓筒狀，在使用厚度d1的透氣膜1102的情況下，與作為現有方法的實例，使用氣體儲存室為半徑R2、高度h的圓柱狀，厚度d2的透氣膜1102的情況進行比較。
根據本發明的情況，假設作用于透氣膜1102的周圍的剪切應力是均勻的，則作用于透氣膜1102的周圍的剪切應力τ1可按如上所述的式11求得。
在設允許剪切應力為τ時，透氣膜1102的厚度d1由式14確定。
d1=r·pτ]]>(式14)與之相對，在根據現有方法的情況下，作用于透氣膜1102周圍的剪切應力τ2由式15確定。
τ2=πR22·p2πR2·d2]]>=R2·p2d2]]>(式15)在使允許剪切應力為τ時，透氣膜1102的厚度d2由式16確定。
d2=R2·p2τ]]>(式16)膜的厚度的比d1/d2，則如式17，與R1無關，而由r和R2決定。
d1d2=r·pτR2·p2τ]]>=2rR2]]>(式17)此外，由于是V＝A·h，所以式10可由下式18表示。
t=V·d·CA·P]]>=h·d·CP]]>(式18)根據本發明的達到平衡的時間t1則如式19。
t1=h·d1·CP]]>(式19)此外，根據現有方法的達到平衡的時間t2則如式20。
t2=h·d2·CP]]>(式20)因此，達到平衡的時間的比t1/t2，根據式17、式19、式20，則如式21，由r和R2決定。
t1t2=rR2]]>(式21)在本發明和現有方法中，在使透氣膜1102的面積相同的情況下，即使在例如設R1為50mm、設r為2mm、設R2為20mm的情況下，根據本發明的達到平衡的時間t1可以是根據現有方法的達到平衡的時間t2的五分之一。
圖16是表示槽狀氣體儲存室的形狀為曲折形狀情況下的帶槽凸緣的構造的圖。
圖17是表示槽狀氣體儲存室的形狀為旋渦狀情況下的帶槽凸緣的構造的圖。
也可使用曲折狀或旋渦狀的帶槽凸緣取代圖15所示的槽狀氣體儲存室的形狀為圓弧狀的帶槽凸緣，。
在透過膜方式的絕緣油中氣體分析裝置中，通過將氣體儲存室做成槽形狀，可減小氣體儲存室的容積，且可減小透氣膜的厚度。這樣，可縮短氣體儲存室內的分解生成氣體的濃度達到平衡狀態的時間，并可縮短分解生成氣體的采集所需要的時間。根據本實施例，可縮短絕緣油中氣體分析裝置的時間間隔，并可實時進行變壓器等設備的異常診斷。
本發明可適用于內裝絕緣油的變壓器等設備的絕緣油中氣體分析裝置以及內裝絕緣油的變壓器等設備的絕緣油中氣體的分析方法。
權利要求
1.一種絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，具備將裝在設備內的絕緣油從設備中取出的氣體提取器；具有從該氣體提取器取出的絕緣油中所含的多個成分氣體中檢測成分氣體的濃度的多個半導體傳感器的氣體檢測器；采集從氣體提取器所取出的絕緣油中所含的多種成分氣體作為測定對象的試樣氣體并供給到氣體檢測部的試樣氣體的供給系統；將半導體傳感器的檢測值作為基準的基準氣體供給到氣體檢測器的基準氣體的供給系統；切換該試樣氣體的供給系統和基準氣體的供給系統并供給到氣體檢測器的切換供給機構；以將從氣體提取器所取出的絕緣油采集的試樣氣體及從基準氣體的供給系統供給的基準氣體用氣體檢測器的多個半導體傳感器分別測定的各檢測值為基礎，算出在絕緣油中溶解的多個成分氣體的濃度的運算裝置。
2.根據權利要求1所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述運算裝置構成為，根據由多個半導體傳感器測定的試樣氣體的檢測值和由多個半導體傳感器測定的基準氣體的檢測值，通過各運算來求出試樣氣體所含的各成分氣體的濃度。
3.根據權利要求2所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述運算裝置，根據由半導體傳感器測定的試樣氣體的檢測值和基準氣體的檢測值之比，算出試樣氣體所含的各成分氣體的濃度。
4.根據權利要求1或2所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，由基準氣體的供給系統供給的基準氣體使用氧氣和惰性氣體的混合氣體、或空氣。
5.根據權利要求1或2所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，從氣體提取器的絕緣油中采集多種成分氣體并作為試樣氣體供給到氣體檢測器的試樣氣體，是通過設置將惰性氣體引導到氣體提取器的絕緣油中，在通過冒泡從絕緣油中采集的溶解氣體和該惰性氣體的混合氣體中添加氧氣的氣體調整裝置而生成試樣氣體。
6.根據權利要求1或2所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，具備將試樣氣體及基準氣體的溫度保持為期望值的調節器。
7.根據權利要求1或2所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述運算裝置構成為，從由在氣體檢測器上設置的多個半導體傳感器中的第一傳感器組所檢測的檢測值算出試樣氣體中的某特定成分的氣體濃度，接著從由多個半導體傳感器中的第二傳感器組所檢測的檢測值和由第一傳感器組檢測并計算的特定成分的氣體濃度求出剩余的其它成分的氣體濃度從而求出試樣氣體中的多個成分氣體的濃度。
8.根據權利要求1或7所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，具備監視由上述運算裝置計算的絕緣油中所溶解的多個成分氣體的濃度的監視裝置。
9.根據權利要求8所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，設置了將監視裝置的對裝在設備內的絕緣油所溶解的多個成分氣體的濃度的監視狀況發送到外部的通訊裝置。
10.根據權利要求1所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述氣體提取器在上述絕緣油浸設備的絕緣油取樣口設有透氣膜，與上述透氣膜接觸設置氣體儲存室以儲存透過了上述透氣膜的試樣氣體，將用于把儲存在上述氣體儲存室內的上述試樣氣體送出到外部的載氣供給口和載氣提取口設置在上述氣體儲存室，并通過上述載氣的供給將上述試樣氣體送出到上述氣體檢測器，并將上述氣體儲存室的形狀做成槽狀。
11.根據權利要求10所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，將連接上述載氣供給口和上述載氣排出口之間的槽狀的通路作為上述氣體儲存室。
12.根據權利要求10所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，做成槽狀的上述氣體儲存室的槽的截面積與上述載氣供給口的截面積相同或較小。
13.根據權利要求10所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，將上述氣體儲存室的容積做成與用上述氣體測定器進行的氣體測定所必須的樣本氣體的容積相同。
14.根據權利要求10所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，設置將設于上述氣體儲存室的上述載氣排出口和上述氣體測定器連通的配管，并將從上述載氣提取口送出的樣本氣體供給到上述氣體測定器。
15.根據權利要求14所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述氣體儲存室的槽的形狀為直線狀、圓弧狀、曲折形狀或旋渦狀中的任一種，在槽的一個端部具有上述載氣供給口，在另一端部具有上述載氣提取口。
16.根據權利要求10所述的絕緣油中氣體分析裝置，其特征在于，上述運算裝置構成為，根據由多個半導體傳感器測定的試樣氣體的檢測值和由多個半導體傳感器測定的基準氣體的檢測值，通過各運算來求出試樣氣體所含的各成分氣體的濃度。
17.一種絕緣油中氣體的分析方法，其特征在于，將裝在設備內的絕緣油取出并供給到氣體提取器，從氣體提取器取出的絕緣油中采集絕緣油中所含的多種成分氣體作為測定對象的試樣氣體并可通過試樣氣體的供給系統供給到氣體檢測器，可將氣體檢測器具備的多個半導體傳感器的檢測值作為基準的基準氣體通過基準氣體的供給系統供給到氣體檢測器，切換通過試樣氣體的供給系統供給的試樣氣體和通過基準氣體的供給系統供給的基準氣體并對氣體檢測器有選擇地進行供給，從該試樣氣體所含的多個成分氣體通過氣體檢測器所具備的多個半導體傳感器檢測成分氣體的濃度及基準氣體的濃度，以通過氣體檢測器的多個半導體傳感器對試樣氣體及基準氣體分別測定的各檢測值為基礎，通過運算求出試樣氣體所含的多種成分氣體的濃度。
18.根據權利要求17所述的絕緣油中氣體的分析方法，其特征在于，試樣氣體所含的多個成分氣體的濃度的計算，根據由多個半導體傳感器測定的試樣氣體的檢測值和由多個半導體傳感器測定的基準氣體的檢測值，通過各計算求出試樣氣體所含的各成分氣體的濃度。
全文摘要
本發明提供可用通用半導體傳感器對再現性高的各氣體濃度進行檢測的油中氣體分析裝置。油中氣體分析裝置具備將內裝的油從設備中取出的氣體提取器；具有檢測從氣體提取器取出的油中所含的多個成分氣體的濃度的多個半導體傳感器的氣體檢測部；從氣體提取器所取出的油中采集多種成分氣體作為測定對象的試樣氣體并供給到氣體檢測部的試樣氣體的供給系統；將半導體傳感器的檢測值作為基準的基準氣體供給到氣體檢測部的基準氣體的供給系統；切換該試樣氣體供給系統和基準氣體供給系統并供給到氣體檢測器的切換供給機構；以用氣體檢測部的多個半導體傳感器分別測定試樣氣體及基準氣體的各檢測值為基礎，算出在油中溶解的多個成分氣體的濃度的運算裝置。
文檔編號G01N33/28GK101074940SQ200710103869
公開日2007年11月21日 申請日期2007年5月17日 優先權日2006年5月18日
發明者高橋克仁, 八田恭典, 小出英延, 藤井和美 申請人:日本Ae帕瓦株式會社