CN101074940A - 绝缘油中气体分析装置及绝缘油中气体的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供可用通用半导体传感器对再现性高的各气体浓度进行检测的油中气体分析装置。油中气体分析装置具备：将内装的油从设备中取出的气体提取器；具有检测从气体提取器取出的油中所含的多个成分气体的浓度的多个半导体传感器的气体检测部；从气体提取器所取出的油中采集多种成分气体作为测定对象的试样气体并供给到气体检测部的试样气体的供给***；将半导体传感器的检测值作为基准的基准气体供给到气体检测部的基准气体的供给***；切换该试样气体供给***和基准气体供给***并供给到气体检测器的切换供给机构；以用气体检测部的多个半导体传感器分别测定试样气体及基准气体的各检测值为基础，算出在油中溶解的多个成分气体的浓度的运算装置。

Description

绝缘油中气体分析装置及绝缘油中气体的分析方法

技术领域

本发明涉及内装绝缘油的变压器等设备的绝缘油中气体分析装置及内装绝缘油的变压器等设备的绝缘油中气体的分析方法。

背景技术

作为涉及封入或内装油的设备的变压器的油的绝缘油中气体分析装置的现有技术之一，在日本特开昭59-160745号公报中，公开了如下技术：通过使用透气材料来分离绝缘油中的气体，并使用数个使分离了的气体与多种气体反应的半导体传感器来进行检测，且将表示气体浓度和反应特性之间关系的多个运算式作为多元联立方程式来对气体浓度求解，从而求出油中气体中的氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的浓度。

此外，作为涉及绝缘油中气体分析装置的现有技术之一，在日本特开平5-52787号公报中，公开了如下技术：不将用各种气体提取法提取的油中溶解的气体分离为单一气体而通过仅与氢反应的传感器、仅与乙炔反应的传感器等半导体传感器来分别检测氢、乙炔。

同样地，作为涉及绝缘油中气体分析装置的现有技术之一，在日本特开平6-160329号公报中，公开了如下技术：不将用各种气体提取法提取的油中溶解的气体分离为单一气体而通过仅与氢反应的传感器、仅与一氧化碳反应的传感器、与氢、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等所有可燃性气体反应的传感器等半导体传感器来分别检测氢、一氧化碳、所有可燃性气体。

此外，作为涉及绝缘油中气体分析装置的现有技术之一，在日本特开平5-346414号公报中，公开了如下技术：根据提取的油中溶解的气体的温度变化来修正温度补偿系数，并对半导体传感器的检测值进行温度补偿。

另外，在装入油的变压器内部发生放电和过热以及封入或内装的绝缘油变质等异常发生时，绝缘油分解并在油中产生气体。根据在变压器内部产生的异常的种类，在油中产生的气体的产生量和气体的产生方式不同。因此，通过调查气体的产生量和气体产生方式并参照以往的事例，便可判断异常的种类和程度。于是，一直以来，作为油浸变压器的油的变质和异常诊断方法之一，进行绝缘油中溶解的气体的分析(以下称为油中气体分析)。

但是，作为根据各种气体提取法用油中气体分析装置检测气体的通用半导体传感器的由氧化锡、氧化钨、氧化锆等金属氧化物构成的半导体传感器，存在与各种气体反应之类的特性，相反，存在不能高精度地检测特定气体浓度的问题。再有，作为半导体传感器的特性，即使对于浓度一定的特定气体，也存在该传感器的输出不一定且传感器输出变化的问题。这可以认为其原因是半导体传感器表面上附着的水分和污染物质的影响。

专利文献1及专利文献4记载的气体的检测方法，虽然用半导体传感器仅测定绝缘油中的气体，但存在传感器输出不一定而得不到测定再现性的问题。

专利文献2及专利文献3记载的气体的检测方法，虽然也用半导体传感器仅测定绝缘油中的气体，但传感器输出仍不一定而得不到测定再现性。

此外，专利文献2及专利文献3的气体检测方法，虽然使用具有气体选择性的半导体传感器来求出气体浓度，但具有气体选择性的半导体传感器仅限于能对氢、一氧化碳、乙炔进行检测，而不能检测甲烷、乙烷、乙烯的各气体成分浓度。

发明内容

本发明的目的是提供可使用具有通用性的半导体传感器来对检测的再现性高的各种气体的浓度进行检测的绝缘油中气体分析装置以及绝缘油中气体的分析方法。

本发明的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，具备：将装在设备内的绝缘油从设备中取出的气体提取器；具有从该气体提取器取出的绝缘油中所含的多个成分气体中检测成分气体的浓度的多个半导体传感器的气体检测器；采集从气体提取器所取出的绝缘油中所含的多种成分气体作为测定对象的试样气体并供给到气体检测部的试样气体的供给***；将半导体传感器的检测值作为基准的基准气体供给到气体检测器的基准气体的供给***；切换该试样气体的供给***和基准气体的供给***并供给到气体检测器的切换供给机构；以将从气体提取器所取出的绝缘油采集的试样气体及从基准气体的供给***供给的基准气体用气体检测器的多个半导体传感器分别测定的各检测值为基础，算出在绝缘油中溶解的多个成分气体的浓度的运算装置。

此外，本发明的绝缘油中气体的分析方法，其特征在于，将装在设备内的绝缘油取出并供给到气体提取器，从气体提取器取出的绝缘油中采集绝缘油中所含的多种成分气体作为测定对象的试样气体并可通过试样气体的供给***供给到气体检测器，可将气体检测器具备的多个半导体传感器的检测值作为基准的基准气体通过基准气体的供给***供给到气体检测器，切换通过试样气体的供给***供给的试样气体和通过基准气体的供给***供给的基准气体并对气体检测器有选择地进行供给，从该试样气体所含的多个成分气体通过气体检测器所具备的多个半导体传感器检测成分气体的浓度及基准气体的浓度，以通过气体检测器的多个半导体传感器对试样气体及基准气体分别测定的各检测值为基础，通过运算求出试样气体所含的多种成分气体的浓度。

根据本发明，可实现使用具有通用性的半导体传感器来对检测的再现性高的各种气体的浓度进行检测的绝缘油中气体分析装置及绝缘油中气体的分析方法。

附图说明

图1是表示本发明一个实施例的设置于绝缘油浸变压器中的绝缘油中气体分析装置的构成的总体结构图。

图2是表示图1所示的本发明的一个实施例的绝缘油中气体分析装置的绝缘油中气体分析的步骤的流程图。

图3是表示在图1所示的本发明的一个实施例的绝缘油中气体分析装置中提取油中溶解的气体时的四通阀的开闭情况的总体结构图。

图4是表示在图1所示的本发明的一个实施例的绝缘油中气体分析装置中试样气体测定时的四通阀的开闭状况的总体结构图。

图5是示意地表示在图1所示的本发明的一个实施例的绝缘油中气体分析装置中检测溶解的各种气体的气体浓度的半导体传感器的输出的特性图。

图6是表示在图1所示的本发明的一个实施例的绝缘油中气体分析装置的运算装置中算出溶解的各种气体的气体浓度的顺序的运算方框图。

图7是表示本发明的其它实施例的移动式的绝缘油中气体分析装置的构成的总体结构图。

图8是表示图7所示的本发明其它实施例的绝缘油中气体分析装置的绝缘油中气体分析的步骤的流程图。

图9是表示在图7所示的本发明的其它实施例的绝缘油中气体分析装置中绝缘提取油中溶解的气体时的四通阀的开闭情况的总体结构图。

图10是表示图7所示的本发明的其它实施例的绝缘油中气体分析装置的试样气体测定时的四通阀的开闭状况的总体结构图。

图11是表示在图7所示的本发明的其它实施例的绝缘油中气体分析装置的运算装置中算出溶解的各种气体的气体浓度的步骤的运算方框图。

图12是表示具备本发明的另一实施例的绝缘油中气体分析装置的变压器的监视装置的总体结构图。

图13是表示本发明又一实施例的绝缘油中气体分析装置的气体采集部的构造的图。

图14是表示图13所示的本发明的又一实施例的气体采集部的带槽凸缘的构造的图。

图15(原图17)是表示图13所示的本发明的又一实施例的气体采集部的槽状气体储存室具备圆弧状的带槽凸缘的图。

图16(原图18)是表示图13所示的本发明的又一实施例的气体采集部的槽状气体储存室具备曲折状的带槽凸缘的图。

图17(原图19)是表示图13所示的本发明的又一实施例的气体采集部的槽状气体储存室具备旋涡状的带槽凸缘的图。

图中：

1-油浸变压器，2-绝缘油，3-气体提取器，4-释放阀，5A、5B-输油泵，6-氮气瓶，7-氧气瓶，8A、8B-调节器，9A、9B-流量计，10-四通切换阀，11-空气泵，12-过滤器，13-气体调整装置，14-温度调节器，15-气体检测器，16-计算机，17-单向阀，18A-氮气供给配管，18B-氧气供给配管，18C1-气体供给***配管，18C2-气体提取***配管，18D-油中溶解气体的混合气体供给配管，18E-试样气体供给配管，18F-空气供给配管，18G-排出配管，20、30-油中气体分析装置，31-空气净化装置，201、202、203、204、205-运算器、210-监视装置，220-设定装置，230-显示装置，301、302、303-运算器，310-监视装置，320-设定装置，330-显示装置，501-绝缘油注入器，502-油排出口，401、402、403-带通讯装置的油中气体分析装置，420-中央监视装置，430-电话回路，450-移动电话回路、440-无线回路，S1、S2、S3、S4、S5、S5、S6、S7-半导体传感器，1101-带槽凸缘，1102-透气膜，1103-槽状气体储存室，1104-载气供给口、1105-载气提取口，1106a、1106b、1106c-阀，1107-衬垫，1201-排油口，1202-排油阀，1203-绝缘油，1300-载气供给部，1400-气体测定部，1501、，1502、1503-配管

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施例的设置于绝缘油浸变压器中的绝缘油中气体分析装置。

实施例1

作为本发明的第一实施例，图1表示本发明的一个实施例的设置于绝缘油浸变压器中的绝缘油中气体分析装置20的构成，且是安装在内部封入或内装绝缘油的变压器上类型的绝缘油中气体分析装置。本实施例的设置于绝缘油浸变压器中的绝缘油中气体分析装置对氢、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷进行油中气体分析。

在图1中，在绝缘油浸变压器1的内部填充有绝缘油2。绝缘油中气体分析装置20，通过设置经配管25A及配管25B与绝缘油浸变压器1连通，且绝缘油2从绝缘油浸变压器1流入、流出的气体提取器3，使用这种气体提取器3用冒泡法来进行在上述绝缘油浸变压器1内部封入或内装的绝缘油2的油中所产生的气体的提取。

在气体提取器3的主体上设有释放阀4。在配管25A及25B中分别设置有输油泵5A及5B，输油泵5A将油浸变压器1的绝缘油2只供给气体提取器3预定量。此外，输油泵5B使气体提取后的绝缘油2从气体提取器3返回油浸变压器1。

设置有供给氮气的氮气瓶6，将氮气从氮气瓶6通过氮气供给配管18A引导到后述的四通切换阀10。此外，设置有供给氧气的氧气瓶7，将氧气从氧气瓶7通过氧气供给配管18B引导到后述的气体调整装置13。

在上述氮气供给配管18A及氧气供给配管18B上分别设置有调节器8A及8B，以调整从氮气瓶6及氧气瓶7分别供给到四通切换阀10及气体调整装置13的氮气和氧气的压力。

同样地，在上述氮气供给配管18A及氧气供给配管18B上分别设置有流量计9A及9B，以测量从氮气瓶6及氧气瓶7分别供给到四通切换阀10及气体调整装置13的氮气和氧气的流量。

四通切换阀10的构成为，连接在从氮气瓶6供给氮气的氮气供给配管18A以及将通过该氮气供给配管18A供给的氮气引导到气体提取器3的气体供给***配管18C1上。

而且，通过切换操作该四通切换阀10，从而形成从氮气瓶6通过氮气供给配管18A及气体供给***配管18C1将氮气供给气体提取器3的流道。

另外，四通切换阀10的构成为，连接在将封入了油浸变压器内部的绝缘油2的油中产生的油中溶解气体的混合气体从气体提取器3导出的气体提取***配管18C2以及将通过该气体提取***配管18C2引导的油中溶解气体的混合气体引导到气体调整装置13的油中溶解气体的混合气体供给配管18D上。

而且，通过切换操作该四通切换阀10，从而形成将油中溶解气体的混合气体从气体提取器3通过气体提取***配管18C2和油中溶解气体的混合气体供给配管18D供给到后述的气体检测器15的流道。

在上述气体供给***配管18C1上配置有空气泵11，通过使该空气泵11工作来进行冒泡。而且，在气体提取器3上设有过滤器12，在将在导入到气体提取器3中的封入了油浸变压器1内部的绝缘油2的油中产生的油中溶解气体的混合气体通过气体提取***配管18C2从气体提取器3导出到四通切换阀10时，除去在油中溶解气体的混合气体中成为雾状混入的绝缘油。

在导入到气体提取器3中的封入了油浸变压器1的内部的绝缘油2的油中产生的油中溶解气体的混合气体，通过四通切换阀10的切换操作而经气体提取***配管18C2、油中溶解气体的混合气体供给配管18D及试样气体供给配管18E而供给到气体检测器15。

在油中溶解气体的混合气体供给配管18D及试样气体供给配管18E的连接部设置有气体调整装置13，在该气体调整装置13上，连接有从氧气瓶7供给氧气的氧气供给配管18B。

而且，利用上述气体调整装置13，将在供给到气体检测器15的油中溶解气体的混合气体中生成按预定比例混合氧气的试样气体。用气体调整装置13生成的试样气体通过试样气体供给配管18E供给到温度调节器14，将氮气、氧气及油中溶解的气体在气体调整装置13中混合了的作为混合气体的试样气体的温度利用该温度调节器14调整到预定温度。

在上述气体检测器15中设置有由氧化锡、氧化钨、氧化锆等金属氧化物构成的半导体传感器，由该半导体传感器分别测定由作为基准气体的氮气和氧气的混合气体以及由氮气和氧气及油中溶解气体的混合气体构成的试样气体，并将这些测定值作为输出信号输出到计算机16中。

在计算机16中，以来自在气体检测器15上设置的半导体传感器的输出信号为基础通过运算来算出油中溶解气体的气体成分浓度，并将所算出的油中溶解气体的气体成分浓度等在监视器等上显示。

此外，计算机16用于对各构成要素发出有关构成在本发明实施例的油浸变压器上设置的油中气体分析装置的泵类的开、关以及切换阀、排气阀类的切换操作和开闭操作的指示。

虽然用设置于气体检测器15上的半导体传感器检测的氮气、氧气及油中溶解的气体混合了的试样气体的气体成分，在检测该各气体成分浓度后通过排出配管18G而排出到外部，但在该排出配管18G上设有单向阀17，以防止外部气体流入到气体检测器15的内部。

在上述配管中，气体供给***配管18C1是从四通切换阀10经过在该气体供给***配管18C1上设置的空气泵11、气体提取器3、在该气体提取器3上设置的过滤器12、气体提取***配管18C2，再返回到四通切换阀10的配管。

此外，油中溶解气体的混合气体供给配管18D是将氮气和油中溶解气体的混合气体引导到温度调节器14、气体检测器15的配管。试样气体供给配管18E是将用气体调整装置13生成的油中溶解的气体和氮气及氧气的混合气体向温度调节器14、气体检测器15引导的配管。

其次，对于图1所示的本发明的一个实施例的油浸变压器上设置的油中气体分析装置，将其油中气体分析的各步骤示于图2。在图2中，测定操作首先进行测定准备101的步骤。

接着，进行提取油中溶解的气体102的步骤。与提取油中溶解的气体102的步骤同步，进行作为基准气体的氮气氧气混合气体的测定103的步骤。最后，进行试样气体测定104的步骤。以氮气氧气混合气体的测定103的步骤及试样气体测定104的步骤的各测定结果为基础进行算出各成分气体的浓度的气体浓度计算105的步骤。此外，重复进行测定操作的各步骤。

若详细说明，在测定准备101的步骤中，如图1所示操作四通切换阀10，将氮气从氮气瓶6通过氮气供给配管18A供给到四通切换阀10。供给的氮气从氮气供给配管18A经过四通切换阀10，从气体供给***配管18C1流入到气体提取器3中。

然后，氮气经过该气体提取器3而流过气体提取***配管18C2及油中溶解气体的混合气体供给配管18D，用氮气对从氮气供给配管18A到油中溶解气体的混合气体供给配管18D的该各设备及流道内进行置换。

此外，氧气从氧气瓶7通过氧气供给配管18B供给到气体调整装置13，供给的氧气在气体调整装置13中与氮气混合并生成作为基准气体的氮气氧气混合气体。

然后，由该气体调整装置13生成的基准气体的氮气氧气混合气体通过试样气体供给配管18E依次流过温度调节器14及气体检测器15，并用基准气体的氮气氧气混合气体对该各设备及流道内进行置换。

其次，在提取油中溶解的气体102的步骤中，如图3所示操作并切换四通切换阀10。而且，通过切换该四通切换阀10，形成了由气体提取***配管18C1、气体提取***配管18C2及气体提取器3构成封闭***的流道A和将氮气从氮气瓶6经氮气供给配管18A及四通切换阀10供给到气体调整装置13的流道B。

而且，通过将氧气从氧气瓶7经氧气供给配管18B供给到气体调整装置13，而生成了用气体调整装置13将氧气混合到流过流道B中的氮气中而成为基准气体的氮气氧气混合气体，将该基准气体的氮气氧气混合气体经试样气体供给配管18E向供给到温度调节器14及气体检测器15。

在上述流道A中进行气体提取操作。即，作为流道A的气体提取的操作，首先，将在气体提取器3上设置的释放阀4预先置于打开的状态，使在配管25A上设置的输油泵5A工作并将封入于油浸变压器1内部的绝缘油2供给到气体提取器3。

随后，在向气体提取器3注入绝缘油2结束的同时关闭释放阀4，使在形成流道A的气体供给***配管18C1上设置的空气泵11工作，使流道A内的氮气循环并通过冒泡来对溶解于注入到气体提取器3的绝缘油2中的溶解气体进行采集。

所谓冒泡是指在密闭的***内向试样对象的气体所溶解的液体内吹入氮气等惰性气体并使液体内的溶解气体和液面上的气体平衡后，采集液面上的气体的试样气体的采集方式。

在进行冒泡的惰性气体中使用氮气是为了防止氧气混入绝缘油中。虽然在从封入到变压器1中的绝缘油2采集了溶解气体后的绝缘油2从气体提取器3返回到变压器1并再次使用，但在绝缘油2中混入氧气的情况下，担心出现氧气所引起的绝缘油2和绝缘纸的变质。因此，在冒泡中，使用氮气或氦气、氩气等惰性气体。

在进行冒泡时，事先调查冒泡时间和在封闭的***内循环的惰性气体的氮气中的气体浓度的相关关系，并预先选定妥当的冒泡时间。

此外，绝缘油2的溶解气体的浓度和通过冒泡而作为试样气体提取的气体的浓度的关系因气体成分而不同。因此，预先求出绝缘油中的溶解气体的量和通过冒泡而提取的气体的量的相关关系。

其次，在作为基准气体的氮气氧气混合气体测定103的步骤中，用气体检测器15对流经通过四通切换阀10的切换操作而形成的流道B而成为基准气体的氮气氧气混合气体进行测定。

即，将氮气从氮气瓶6通过氮气供给配管18A及四通切换阀10供给到气体调整装置13，将氧气从氧气瓶7通过氧气供给配管18B供给到气体调整装置13，将用该气体调整装置13调整了两者的成分比例的基准气体的氮气氧气混合气体(氧气20％、氮气80％)经试样气体供给配管18E、温度调节器14供给到气体检测器15。

当用在气体检测器15上设置的半导体传感器S1-S7检测的基准气体的检测输出稳定时，将该检测的输出作为对基准气体即氮气氧气混合气体的传感器输出而输入到计算机16中。

接着，在试样气体104的步骤中，如图4所示切换四通切换阀10，将氮气从氮气瓶6通过氮气供给配管18A、四通切换阀10及气体提取***配管18C1供给到气体提取器3，使所供给的氮气从该气体提取器3通过气体提取***配管18C2及油中溶解气体的混合气体供给配管18D流到气体调整装置13中。

通过这些操作，流道A内的已采集的油中溶解气体的混合气体被从氮气瓶6所供给的氮气压出而引导到气体调整装置13中。被引导的油中溶解气体的混合气体，在气体调整装置13中添加从氧气瓶7通过氧气供给配管18B所供给的氧气而生成试样气体。

而且，将由该气体调整装置13生成的试样气体供给到气体检测器15，并检测试样气体的成分浓度。这里，由气体调整装置13在油中溶解气体的混合气体中添加氧气并生成试样气体是由于在利用设置于气体检测器15上的半导体传感器S1-S7进行试样气体的测定时需要氧气。

通过对设置于气体检测器15上的半导体传感器S1-S7供给的气体从基准气体的氮气氧气混合气体切换为试样气体，由半导体传感器S1-S7检测的试样气体的传感器输出在所供给的气体进行切换的前后变化较大。在传感器输出变化后传感器输出大体达到稳定的恒定输出时，将这些传感器输出作为对试样气体的半导体传感器S1-S7的各传感器输出而输入到计算机16中。

而且，在用气体检测器15的半导体传感器S1-S7测定了试样气体之后，使设置于配管25B上的输油泵5B工作同时将氮气从氮气瓶6供给到气体提取器3，并使向气体提取器3供给的绝缘油2返回到油浸变压器1。这一连串操作都是接收来自计算机的指示自动地进行。

图5是示意地表示用设置于气体检测器15上的半导体传感器S1-S7检测的气体的传感器输出的图，横轴表示时间t，纵轴表示用半导体传感器S1-S7检测的传感器输出的电阻R，传感器输出在图中以曲线表示。

在图5中，从时间t＝t0到t＝t1的测定时间表示的是测定作为基准气体的氮气氧气混合气体(氧气20％、氮气80％)时的传感器输出。

此外，从时间t＝t1到t＝t2的测定时间表示的是测定试样气体时的传感器输出，从时间t＝t2到t＝t3的测定时间表示的是再次测定作为基准气体的氮气氧气混合气体时的传感器输出。

首先，在从时间t＝t0到t＝t1的测定期间，将作为时间t＝t1的基准气体的传感器输出的电阻R表示为R0。在从时间t＝t0到t＝t1内传感器输出缓慢变化是由于传感器输出漂移。

从时间t＝t1到t＝t2的测定时间表示的是通过四通切换阀10的切换操作测定从基准气体切换并供给的试样气体时的传感器输出。通过在时间t＝t1时开始试样气体的供给并进行测定，在传感器输出急剧减少后传感器输出的变化逐渐变缓和，在时间t＝t2时传感器输出稳定。

作为时间t＝t2的试样气体的传感器输出的电阻R表示为R1。

从时间t＝t2到t＝t3的测定时间表示的是通过四通切换阀10的切换操作而再次从供给试样气体切换到供给基准气体并测定基准气体的氮气氧气混合气体时的传感器输出。通过在时间t＝t2时开始基准气体的氮气氧气混合气体的供给并进行测定，在传感器输出急剧增加后传感器输出的变化逐渐变缓和，在时间t＝t3时传感器输出稳定。

作为时间t＝t3的基准气体的传感器输出的电阻R表示为R2。从时间t＝t3直到t＝t4的传感器输出表示的是没有怎么变化而稳定的状况。

这里，对于基准气体的氮气氧气混合气体，预先检测半导体传感器所产生的传感器输出的电阻R0并记录在计算机16中。此外，对于试样气体，有关作为分析对象的气体成分的例如一氧化碳气体，预先检测成为特定浓度例如气体浓度10ppm情况下的半导体传感器所产生的传感器输出的电阻R1的Rc01并记录在计算机16中。同样，对于作为检测对象的其它气体的氢、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷也预先检测特定浓度情况下的上述半导体传感器所产生的传感器输出的电阻R的值并分别记录在计算机16中。

而且，如上所述，通过利用在气体检测器15上设置的半导体传感器S1-S7对基准气体和试样气体进行测定，从而测量对基准气体的传感器输出的电阻R0和对试样气体中的测定对象气体例如一氧化碳气体的传感器输出的电阻R1，并计算对于该一氧化碳气体的传感器输出的比R0/R1。

而且，如果计算基于在计算机16中预先检测的气体浓度10ppm的一氧化碳气体的电阻Rc01的传感器输出的比R0/Rc01并与上述传感器输出的比R0/R1比较，则可正确运算试样气体中的一氧化碳的气体浓度。

根据同样的方法，通过利用在气体检测器15上设置的半导体传感器S1-S7对基准气体和试样气体进行测定，如果对成为试样气体中的检测对象的其它气体的氢、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷也计算上述传感器输出的比R0/R1并进行比较，则可正确运算试样气体中的特定成分的气体浓度。

这里，为防止飘移所产生的测定误差，作为基准气体的氮气氧气混合气体的测定值使用作为切换到试样气体之前的时间t＝t1的基准气体的传感器输出的R0以及再次切换为基准气体的氮气氧气混合气体后的输出稳定的时间t＝t3的基准气体的传感器输出R2。

而且，试样气体的测定值，如果使用将向氮气氧气混合气体切换前的时间t＝t2的试样气体的传感器输出R1，则可防止飘移所产生的测定误差。该情况下，计算的传感器输出的比不是R0/R1，而只要计算输出比R2/R1即可。

此外，在时间t＝t1以后也可以假设继续测定基准气体的氮气氧气混合气体，推测对于时间t＝t2的氮气氧气混合气体的传感器输出R0’，并将与试样气体中的检测对象的气体浓度对应的输出作为传感器输出R0’/R1来计算。

图6表示作为用图1到图5所示的本发明的第一实施例的设置于油中气体分析装置的气体检测器15上的半导体传感器S1-S7检测的对于基准气体和试样气体的传感器输出并输入到计算机16，并计算试样气体所含的检测对象的各气体的气体浓度时的运算顺序。

如上所述，与基准气体及检测对象的各种气体对应，预先得到作为对基准气体和特定浓度的检测对象的各种气体的半导体传感器S1-S7的传感器输出的电阻R。

在图6中，以由对于作为基准气体的氮气氧气混合气体和试样气体特性不同的多个半导体传感器S1-S7所检测的输出为基础，通过计算机16所具备的运算器201至运算器205算出试样气体所含的测定对象的各气体成分的浓度。所使用的半导体传感器优选发生反应的气体的种类少者。

作为计算试样气体所含的测定对象的各种气体的气体浓度的步骤，首先，从可通过用半导体传感器S1-S7中少数半导体传感器检测的输出来求出浓度的气体成分先求出气体浓度。

其次，使用由其余的半导体传感器检测出的输出，将先求出的气体成分的浓度代入表示反应特性和气体浓度的关系的计算式中并算出未知的气体浓度。重复这样的计算并求出未知的气体浓度，通过计算而依次减少未知的气体浓度的数量并最终通过计算求出全部的气体成分的浓度。

在本实施例中，以氢、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的顺序来算出其浓度。

通过从可用半导体传感器S1-S7中少数半导体传感器来求出浓度的气体成分先求出气体浓度，可减少气体浓度计算的计算量，此外，也提高了对检测对象气体的检测精度。

此外，在运算图6所示的气体浓度的运算顺序中，也可以将通过运算器201至运算器205算出的试样气体所含的检测对象的氢、一氧化碳、乙炔、乙烯、甲烷、乙烷的各气体浓度的运算值也提高到监视装置210中一直进行监视。

该情况下，如果将上述检测对象的各气体浓度的允许值从设定装置220输入到监视装置210，也可由监视装置210对超过这些允许值的检测对象的各气体浓度发出警报。另外，也可在显示装置230上从监视装置210显示上述检测对象的各气体浓度和警报显示。

其次，在本实施例中，对于在检测对象的气体浓度和半导体传感器的检测特性之间成线性的情况，说明气体浓度的计算方法。

在图6中，对于检测作为基准气体的氮气氧气混合气体及试样气体的场合的气体浓度计算进行说明。首先，在从试样气体求出氢的浓度NH₂的情况下，对于传感器S1检测出的输出G1和作为检测对象的气体的氢的浓度NH₂的校正曲线(检测浓度和传感器输出的电阻之比)由运算器201上记录的函数式(式1)表示。

G1＝1+A11·(NH₂)^B11                (式1)

这里，A11、B11是由传感器S1测定氢和空气的混合气体而求出的常数。

通过将传感器S1检测的输出代入运算器201的(式1)的G1中并经过运算求出氢浓度NH₂。

其次，在从试样气体求一氧化碳的浓度NCO的情况下，对于传感器S2检测出的输出G2和氢的浓度NH₂、一氧化碳的浓度NCO的校正曲线由作为在运算器202中记录的函数式(式2)表示。

G2＝1+NH₂/(NH₂+NCO)·A21·(NH₂)B²¹+NCO/(NH₂+NCO)A22·(NCO)^B22   (式2)

这里，A21、A22、B21、B22是由传感器S2测定氢和空气的混合气体及一氧化碳和空气的混合气体而求出的常数。

将传感器S2的输出代入运算器202的(式2)的G2中，将先求出的氢浓度代入NH₂中并通过运算求出一氧化碳浓度NCO。

其次，在从试样气体求乙炔的浓度NC₂H₂的情况下，对于传感器S3检测出的输出G3和一氧化碳的浓度NCO、乙炔的浓度NC₂H₂的校正曲线由作为在运算器203中记录的函数式(式3)表示。

G3＝1+NCO/(NCO+NC₂H₂)·A31·(NCO)B³¹+NC₂H₂/(NCO+NC₂H₂)A32·(NC₂H₂)^B22   (式3)

这里，A31、A32、B31、B32是由传感器S3测定一氧化碳和空气的混合气体及乙炔和空气的混合气体而求出的常数。将传感器S3的输出代入(式3)的G3中，将先求出的一氧化碳浓度代入NCO中并通过运算求出乙炔浓度NC₂H₂。

其次，在从试样气体求乙烯的浓度NC₂H₄的情况下，对于传感器S4的输出G4和乙炔的浓度NC₂H₂、乙烯的浓度NC₂H₄的校正曲线由作为在运算器204中记录的函数式(式4)表示。

G4＝1+NC₂H₂/(NC₂H₂+NC₂H₄)·A41·(NC₂H₂)B⁴¹+NC₂H₄/(NC₂H₂+NC₂H₄)A42·(NC₂H₄)^B42(式4)

这里，A41、A42、B41、B42是由传感器S4测定乙炔和空气的混合气体及乙烯和空气的混合气体而求出的常数。

将传感器S4的输出代入运算器204的(式4)的G4中，将先求出的乙炔浓度代入NC₂H₂中并通过运算求出乙烯浓度NC₂H₄。

其次，在从试样气体求甲烷的浓度NCH₄、乙烷的浓度NC₂H₆的情况下，对于传感器S5的输出G5和氢的浓度NH₂、一氧化碳的浓度NCO、乙炔的浓度NC₂H₂、乙烯的浓度NC₂H₄、甲烷的浓度NCH₄、乙烷的浓度NC₂H₆的校正曲线，由作为在运算器205中记录的函数式(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)

这里，A51、A52、A53、A54、A55、A56、B51、B52、B53、B54、B55、B56是由传感器S5测定氢和空气的混合气体、一氧化碳和空气的混合气体、乙炔和空气的混合气体、乙烯和空气的混合气体、甲烷和空气的混合气体、乙烷和空气的混合气体而求出的常数。

此外，在从试样气体求甲烷的浓度NCH₄、乙烷的浓度NC₂H₆的情况下，对于传感器S6的输出G6和氢的浓度NH₂、一氧化碳的浓度NCO、乙炔的浓度NC₂H₂、乙烯的浓度NC₂H₄、甲烷的浓度NCH₄、乙烷的浓度NC₂H₆的校正曲线，由作为在运算器205中记录的另一函数式(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)

这里，A61、A62、A63、A64、A65、A66、B61、B62、B63、B64、B65、B66是由传感器S6测定氢和空气的混合气体、一氧化碳和空气的混合气体、乙炔和空气的混合气体、乙烯和空气的混合气体、甲烷和空气的混合气体、乙烷和空气的混合气体而求出的常数。

将传感器S5、传感器S6的输出分别代入运算器205的(式5)的G5中以及运算器205的(式6)的G6中，将先求出的气体浓度代入(式5)、(式6)的NH₂、NCO、NC₂H₂、NC₂H₄中而建立联立方程式。通过对NCH₄、NC₂H₆求解，便可通过运算求得甲烷和乙烷的浓度。

这样，通过运算而分别求出氢、一氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔的浓度。

根据本发明的实施例，可实现使用具有通用性的半导体传感器，可进行检测的再现性高的各种气体的浓度的检测的油中气体分析装置、具备油中气体分析装置的变压器以及油中气体的分析方法。

实施例2

作为本发明的第二实施例，图7表示的是作为本发明另一实施例的绝缘油中气体分析装置的结构，且是与内部封入绝缘油的设备对应的移动式的绝缘油中气体分析装置。本实施例的绝缘油中气体分析装置对氢及乙炔进行绝缘油中气体分析。

图7所示的本实施例的绝缘油中气体分析装置30由于与图1、图3及图4所示的第一实施例的基本结构相同，所以对相同的构成部分省略其说明，而对不同部分进行说明。

在图7中，移动式油中气体分析装置在油中气体分析没有必要图示的分析对象的设备内部填充绝缘油2。绝缘油中气体分析装置30具备绝缘油注入器501，通过设置经过具备阀503的配管25C与绝缘油注入器501连通的气体提取器3，从而用气体提取器3通过冒泡法进行由绝缘油注入器501采集的绝缘油2的油中所产生的气体的提取。

该绝缘油注入器501是圆筒形，采集封入到油中气体分析对象的设备中的绝缘油2，并将采集的绝缘油2供给到气体提取器3预定量。在气体提取器3的底部设有具备阀502的油排出口504，并将提取了分析对象的油中气体后的绝缘油2排出到外部。

设置有空气净化装置31，将有机气体从大气中取入的空气中除去，将调整湿度并净化了空气的作为基准气体的清洁空气通过空气供给配管18F引导到四通切换阀10。

通过切换操作四通切换阀10，形成从空气净化装置31通过空气供给配管18F及气体供给***配管18C1将清洁空气作为惰性气体供给到气体提取器3的流道。此外，也可使用储存了清洁空气的空气瓶代替空气净化装置31。

另外，四通切换阀10的结构为，连接在将绝缘油2的油中产生的油中溶解气体的混合气体从气体提取器3导出的气体提取***配管18C2和将通过该气体提取***配管18C2引导的油中溶解气体的混合气体引导到气体调整装置13的油中溶解气体的混合气体供给配管18D上。

而且，通过切换操作该四通切换阀10，从而形成从气体提取器3通过气体提取***配管18C2及油中溶解气体的混合气体供给配管18D使油中溶解气体的混合气体流过后述的温度调节器14并调整为预定的温度来供给到气体检测器15的流道。

在上述气体供给***配管18C1上配置空气泵11，通过使该空气泵11工作而与上述第一实施例同样地进行冒泡。

而且，在气体提取器3上设有过滤器12，在将在绝缘油2的油中产生的油中溶解气体的混合气体从气体提取器3导出到四通切换阀10时，除去在油中溶解气体的混合气体中成为雾状混入的绝缘油。

在该气体检测器15中设置有由氧化锡、氧化钨、氧化锆等金属氧化物构成的半导体传感器，由这些半导体传感器分别测定作为试样气体的氮气和氧气的混合气体以及氮气和氧气及油中溶解气体的混合气体所构成的试样气体，并将这些测定值作为输出信号输出到计算机16。

在计算机16中，以来自在气体检测器15上设置的半导体传感器的输出信号为基础，通过运算算出油中溶解的气体的气体成分浓度，并将算出的油中溶解的气体的气体成分浓度等显示在监视器上。该计算机16的构成为，对各构成要素发出有关构成在本发明的实施例中设置的油中气体分析装置的泵类的开、关以及切换阀、排气阀类的切换操作和开闭操作的指示。

其次，对于图7所示的本发明第二实施例的移动式的油中气体分析装置，将其油中气体分析的各步骤示于图8。在图8中，测定操作首先是进行测定准备111的步骤。

接着，进行提取油中溶解的气体112的步骤。与提取油中溶解的气体112的步骤同步，进行作为基准气体的空气气体测定113的步骤。最后，进行试样气体测定114的步骤。以空气气体测定113的步骤及试样气体测定114的步骤的各测定结果为根据进行算出各成分气体的浓度的气体浓度计算115的步骤。此外，重复进行测定操作的各步骤。

若详细说明，在测定准备111的步骤中，如图7所示操作四通切换阀10，并将清洁空气从空气净化装置31通过空气供给配管18F供给到四通切换阀10。

所供给的清洁空气从空气供给配管18F经过四通切换阀10，再从气体供给***配管18C1流入气体提取器3。然后，清洁空气经过该气体提取器3而流过气体提取***配管18C2及油中溶解气体的混合气体供给配管18D，并用清洁空气对从空气供给配管18F到油中溶解气体的混合气体供给配管18D的这些各设备及流道内进行置换。

其次，在提取油中溶解的气体112的步骤中，如图9所示操作并切换四通切换阀10。而且，通过该四通切换阀10的切换，形成了由气体提取***配管18C1、气体提取***配管18C2及气体提取器3构成封闭***的流道A。

此外，通过该四通切换阀10的切换，形成了将清洁空气从空气净化装置31经空气供给配管18F及四通切换阀10供给到温度调整装置14的流道B。而且，用温度调节器14将流过流道B的清洁空气调整为设定温度并生成作为基准气体的清洁空气，再将该基准气体的清洁空气供给到气体检测器15。

在上述流道A中进行气体提取操作。作为流道A的气体提取的操作，首先，使在气体提取器3上设置的释放阀4处于打开的状态，用绝缘油注入器201将绝缘油2注入气体提取器3。

其次，在向气体提取器3注入绝缘油2结束的同时关闭释放阀4，使在形成流道A的气体供给***配管18C1上设置的空气泵11工作，使流道A内的清洁空气循环并通过冒泡来将注入到气体提取器3的绝缘油2中所溶解的溶解气体提取到清洁空气中并采集，制造试样气体。

其次，在作为基准气体的空气气体测定113的步骤中，用气体检测器15对流经通过四通切换阀10的切换操作形成的流道B并从空气净化装置31供给到温度调节器14并调整了温度的作为基准气体的清洁空气进行测定。

即，将清洁空气从空气净化装置31通过空气供给配管18F及四通切换阀10供给到温度调节器14，生成由温度调节器14调整为设定温度的作为基准气体的清洁空气并供给到气体检测器15。当用设置于气体检测器15上的半导体传感器S1-S7检测的基准气体的清洁空气的输出稳定时，将该检测出的输出作为对于作为基准气体的清洁空气的传感器输出而输入到计算机16中。

其次，在试样气体测定114的步骤中，如图10所示切换四通切换阀10，将清洁空气从空气净化装置31通过空气供给配管18F、四通切换阀10及气体提取***配管18C1供给到气体提取器3，再将所供给的清洁空气从该气体提取器3通过气体提取***配管18C2及油中溶解气体的混合气体供给配管18D流到温度调节器14。

通过这些操作，流道A内的已采集的油中溶解气体的混合气体被从空气净化装置31供给的清洁空气压出，再经由四通切换阀19引导到温度调节器14。

所引导的油中溶解气体的混合气体，由温度调节器14调节为设定温度并生成试样气体。而且，将该生成的试样气体供给到气体检测器15，并检测试样气体的成分浓度。

通过将供给到在气体检测器15上设置的半导体传感器S1、S3、S4的气体从基准气体的空气切换为试样气体，从而由半导体传感器S1、S3、S4检测的试样气体的传感器输出在所供给气体的切换前后变化较大。

在传感器输出变化后传感器输出大体稳定地达到恒定时，将这些传感器输出作为对试样气体的半导体传感器S1、S3、S4的各传感器输出而输入到计算机16中。

虽然对于由在该气体检测器15上设置的半导体传感器S1、S3、S4检测的基准气体及试样气体的传感器输出省略图示，但与上述图5相同。

而且，如果测量对于这些基准气体的传感器输出的电阻R0以及对于试样气体中的测定对象气体的传感器输出的电阻R1，并用计算机16计算两者的传感器输出的比R0/R1并进行比较，则可正确运算试样气体中的测定对象气体的气体浓度。

图11表示作为用图7到图10所示的本发明第二实施例的绝缘油中气体分析装置的气体检测器15上设置的半导体传感器S1、S3、S4检测的对于基准气体和试样气体的传感器输出并输入到计算机16，并计算试样气体所含的检测对象的各气体的气体浓度时的运算顺序。

与第一实施例的情况同样，与基准气体及检测对象的各种气体对应，并预先得到作为对基准气体和特定浓度的检测对象的各种气体的半导体传感器S1、S3、S4的传感器输出的电阻R。

在图11中，以由对于作为基准气体的清洁空气和试样气体特性不同的多个半导体传感器S1、S3、S4所检测的输出为基础，通过计算机16所具备的运算器301、运算器303及运算器304算出试样气体所含的测定对象的各气体成分的浓度。所使用的半导体传感器优选发生反应的气体的种类少者。

作为计算试样气体所含的测定对象的各种气体的气体浓度的步骤，首先，从可通过用半导体传感器S1、S3、S4中少数半导体传感器检测的输出来求出浓度的气体成分先求出气体浓度。

其次，使用由其余的半导体传感器检测出的输出，将先求出的气体成分的浓度代入表示反应特性和气体浓度的关系的计算式以算出未知的气体浓度。重复这样的计算并求出未知的气体浓度，使未知的气体浓度的数量通过计算而逐渐减少并最终通过计算求出全部气体成分的浓度。在本实施例中，以氢、乙炔、乙烯的顺序算出其浓度。

通过从可用半导体传感器S1、S3、S4中少数半导体传感器来求出浓度的气体成分先求出气体浓度，从而可减少气体浓度计算的计算量，此外，也提高了对于检测对象气体的检测精度。

此外，在运算如图11所示的气体浓度的运算顺序中，也可以将通过运算器301、运算器303及运算器304算出的试样气体所含的检测对象的氢、乙炔、乙烯的各气体浓度的运算值输入到监视装置310中并一直进行监视。

该情况下，如果将上述检测对象的各气体浓度的允许值从设定装置320输入到监视装置310中，也可用监视装置310对超过这些允许值的检测对象的各气体浓度发出警报。此外，也可在显示装置330中从监视装置310显示上述检测对象的各气体浓度和警报显示。

其次，在本实施例中，对于在检测对象的气体浓度和半导体传感器的检测特性之间成线性的情况，说明气体浓度的计算方法。

在图11中，对于检测作为基准气体的清洁空气及试样气体情况下的气体浓度计算进行说明。首先，在从试样气体求出氢的浓度NH₂的情况下，对于传感器S1检测出的输出G1和作为检测对象的气体的氢NH₂的校正曲线(检测浓度和传感器输出的电阻的比)，由运算器301上记录的函数式(式7)表示。

G1＝1+A11·(NH₂)^B11                 (式7)

这里，A11、B11是由传感器S1测定氢和空气的混合气体而求出的常数。

通过将传感器S1检测出的输出代入运算器301的(式7)的G1中，从而可通过运算求出氢浓度NH₂。

其次，在从试样气体求乙炔的浓度NC₂H₂的情况下，对于传感器S3检测出的输出G3和乙炔的浓度NC₂H₂、乙烯的浓度NC₂H₄的校正曲线，由作为在运算器203中记录的函数式(式8)表示。

G3＝1+NC₂H₂/(NC₂H₂+NC₂H₄)·A31·(NC₂H₂)^B31+NC₂H₄/(NC₂H₂+NC₂H₂)A32·(NC₂H₄)^B32(式8)

这里，A31、A32、B31、B32是由传感器S3测定乙炔和空气的混合气体及乙烯和空气的混合气体而求出的常数。

其次，对于传感器S4的输出G4和乙炔的浓度NC₂H₂、乙烯的浓度NC₂H₄的校正曲线，由作为在运算器304中记录的函数式(式9)表示。

G4＝1+NC₂H₂/(NC₂H₂+NC₂H₄)·A41·(NC₂H₂)^B41+NC₂H₄/(NC₂H₂+NC₂H₄)A42·(NC₂H₄)^B42(式9)

这里，A41、A42、B41、B42是由传感器S4测定乙炔和空气的混合气体及乙烯和空气的混合气体而求出的常数。

将传感器S3、传感器S4的各输出分别代入运算器303的函数式(式8)的G3中以及运算器304的函数式(式9)的G4中而建立联立方程式。通过对NC₂H₂、NC₂H₄进行求解，从而通过运算求出乙炔和乙烯的浓度。这样，通过运算而分别求出氢、乙炔的浓度。

实施例3

作为本发明的第三实施例，对一同监视多个油浸变压器并对封入到绝缘油浸变压器中的绝缘油中气体进行分析监视的绝缘油浸变压器的监视***进行说明。

图12表示一同监视多个绝缘油浸变压器1的情况下的监视***的实施例。带通讯装置的油中气体分析装置401、402、403和中央监视装置420可通过电话回路430、移动电话回路450及/或无线440进行通信。

在带通讯装置的各油中气体分析装置401、402、403中，具备多组油浸变压器1、采集并分析在封入到该油浸变压器1中的绝缘油2所含有的各种气体的油中气体分析装置20及30以及监视由该油中气体分析装置20及30检测的各种气体的监视装置210及310。

而且，其结构为：将这些带通讯装置的油中气体分析装置401、402、403用LAN连接并集结到HUB上，且将用油中气体分析装置20及30采集并分析的各种气体的浓度和监视结果的数据发送至中央监视装置420。

所发送的数据的接收发送不必总是进行，可以定期接收发送数据。中央监视装置420可在要确认已发送数据的再现性的情况下或者接收监视所产生的诊断结果并要强化监视的情况下，做出再次进行测定或缩短测定间隔的油中气体分析的指示。

如果诊断结果异常，则可采取更高精度的气体分析和停止油浸变压器等的对策。此外，也可以由中央监视装置420进行带通讯装置的油中气体分析装置401、402、403的动作的确认，或者空气瓶的空气剩余量的确认。

该***对一并监视远距离设置的油浸变压器和分散的油浸变压器是有效的。此外，也可以构筑将带通讯装置的油中气体分析装置401、402、403与中央监视装置420用LAN直接连接的***或者各带通讯装置的油中气体分析装置401、402、403与中央监视装置420通过电话回路、移动电话回路直接通信的***。

此外，也可由中央监视装置420接收检测各种气体的气体浓度的各半导体传感器的检测输出，并由中央监视装置420进行各种气体的气体浓度的计算。

根据本发明的实施例，也能实现使用具有通用性的半导体传感器进行检测的再现性高的各种气体的浓度的检测的绝缘油中气体分析装置及油中气体的分析方法。

实施例4

其次，本发明的第四实施例的绝缘油浸变压器中设置的膜透过方式可取代第一实施例中采用的气体提取器而应用于绝缘油中气体分析装置。此时的连接方式为将气体供给***配管18C1与后述的载气供给口连接，并将该气体提取***配管18C2与后述的载气提取口连接。下面参照附图对本发明的第四实施例的绝缘油浸变压器中设置的膜透过方式的绝缘油中气体分析装置进行说明。

在膜透过方式的绝缘油中气体分析装置中，气体储存室内的分解生成气体的浓度达到平衡状态的时间t在设气体储存室的体积为V、设透过膜的厚度为d、设透过膜的面积为A时，能以下述式10表示。其中，P为透过系数，C为常数。

$t=\frac{V\·d\·C}{A\·P}$ (式10)

根据式10，通过减小透气膜的厚度d及气体储存室的容积V，并增大透气膜的面积A，可减小达到平衡的时间t。

为了减小达到平衡的时间t时，理想的是减小透过膜的厚度d。但是，透气膜安装在油浸变压器的排油口上的情况较多，且由绝缘油对安装位置作用有0.2Mpa左右的压力。因此，如果透气膜的厚度过小会发生破损。

对于外周半径为R1+r的圆盘状，内侧半径R1-r的部分为中空的槽状气体储存室使用了厚度d1的透气膜的情况下，设作用在透气膜上的压力为p，则作用在透气膜周围的剪切应力τ₁可由下式11表示。

${\mathrm{\τ}}_1=\frac{\{{\mathrm{\π}(R_1+r)}^2-{\mathrm{\π}(R_1-r)}^2\}p}{\{2\mathrm{\π}(R_1+r)+2\mathrm{\π}(R_1-r)\}{d}_2}$

$=\frac{r\·p}{d_1}$ (式11)

在设作用于透气膜上的压力p为0.2MPa，设允许剪切应力为τ时，槽的宽度2r和透气膜的厚度d的关系由下式12表示。

r≤5τ·d                                    (式12)

从上可知，在本发明中，透气膜的材料的最大允许剪切应力τ(MPa)和槽宽度2r与透气膜的厚度d的关系如式12那样，理想的是规定槽状气体储存室的宽度而减薄透气膜的厚度。

为提高气体测定的精度，理想的是，可将作为储存在气体储存室中的分析用试样气体的样本气体不用氮气或作为惰性气体的载气稀释而向气体测定器供给。

因此，在本发明中，提出了将气体储存室的槽的截面积做成与载气入口的截面积相同或较小的方案。这样，可防止气体储存室内的气体被载气稀释。

通过将作为气体储存室的槽的容积做成与在气体测定器中进行气体测定所必须的样本气体的容积相同，可用气体储存室进行气体测量，即使不设测量管，也可总是将规定量的气体供给气体测定器。该情况下，理想的是，载气供给口和载气提取口设于槽状气体储存室的端部，并可供给规定量的样本气体。

在本发明的油中气体分析装置中，理想的是设有对油进行搅拌或振动而使其流动的油流动机构。通过油中所含的分解生成气体透过气体储存室一侧，油所含的分解生成气体的浓度在透气膜附近局部变低，气体透过的效率下降。通过对油进行搅拌或振动而使其流动，可使油中的分解生成气体的浓度相同，并可提高气体透过的效率。这样，可减小达到平衡的时间t。

在透气膜的材料中，可使用高分子有机化合物膜、高分子有机化合物多孔质膜。此外，可使用将多孔板、穿孔板或金属网作为增强材料与高分子有机化合物膜和高分子有机化合物多孔膜做成一体的产品等。

对本实施例的绝缘油浸变压器的绝缘油中气体分析装置进行说明。图13表示的是绝缘油中气体分析装置的气体采集部的构造。在图13所示的实施例的气体提取器3中，该气体采集部1100由带槽凸缘1101、透气膜1102、槽状气体储存室1103、载气供给口1104、载气提取口1105、阀1106a、阀1106b构成。

排油口1201与排油阀1202一同装在油浸变压器一侧。虽然排油口1201及排油阀1202本来作为不需要的绝缘油的排油口使用，但在本实施例中，作为气体采集部1100的安装部使用。在气体采集时，排油阀1202处于打开状态，透气膜1102紧密接触绝缘油1203。

带槽凸缘1101通过连接到排油口1201上，在将气体采集部1100装于油浸变压器1200上的同时，从周围夹持并支撑透气膜1102。

透气膜1102，在将绝缘油1203密封在油浸变压器或油浸变压器的外侧容器内的同时，使分解生成气体透过槽状气体储存室1103一侧。作为透气膜1102的材质，使用厚度0.1mm的四氟乙烯及全氟烷基乙烯醚共聚物膜。作为适用于透气膜1102的材料，有四氟化物的共聚物膜聚乙烯、氟橡胶等有机高分子化合物膜，多孔的有机高分子化合物膜，在多孔板上涂布有机高分子化合物的材料、将穿孔板和金属网等增强材料和有机高分子化合物膜组合的材料等。

槽状气体储存室1103是在带槽凸缘1101上形成的槽状凹部和由透气膜1102形成的空间，进行样本气体的采集及储存。此外，槽状气体储存室1103在样本气体供给时成为载气的流道。

载气供给口1104与槽状气体储存室1103的一端连通，是使载气流入槽状气体储存室1103的入口。

槽状气体储存室1103的与载气的流线方向垂直的截面的面积比载气供给口1104的与载气的流线方向垂直的截面的面积小。

载气提取口1105与槽状气体储存室1103的另一端连通，是采集和储存的样本气体以及从载气供给口1104流入的载气的出口。

阀1106a及阀1106b在样本气体采集时和储存时关闭，在对气体储存室用载气来置换时打开。

衬垫1107***到带槽凸缘1101和透气膜1102的结合部以及排油口1201和透气膜1102的结合部，有助于将绝缘油密封在油浸变压器或其外侧的容器内。

图14表示的是油中气体分析装置的带槽凸缘的构造。这里，将槽状气体储存室1103做成直线的槽形状。为了在供给载气时不使载气形成紊流，或者不使样本气体与载气混合，槽状气体储存室103的与载气的流线方向垂直的截面的截面积理想的是与载气供给口的截面积相同或比其小。

作为油中气体分析的操作，有样本气体采集的准备、样本气体的采集和储存、测定的准备、样本气体供给、样本气体测定。

首先，作为样本气体采集的准备，对槽状气体储存室1103用载气置换。使阀1106a及1106b处于打开的状态，从载气供给部供给载气。

其次，进行样本气体的采集和储存。如果在槽状气体储存室1103内由载气置换，则使阀1106a及1106b处于关闭的状态。在绝缘油中溶解的分解生成气体透过透气膜1102而向槽状气体储存室1103扩散。等到槽状气体储存室1103的气体浓度和绝缘油中的分解生成气体的浓度达到平衡。

气体浓度达到平衡的时间预先进行测定试验掌握。此外，如果式10中的常数C是已知的，则可从式10推测达到平衡的时间。

接着，进行测定的准备。

从载气供给部向气体测定部供给载气。

接着，进行样本气体供给。使阀1106a及阀1106b处于打开的状态，将载气从载气供给部经由气体采集部供给到气体测定部。

通过对槽状气体储存室1103内用载气进行置换，将槽状气体储存室1103内的样本气体供给到气体测定器，由气体测定部测定气体的种类和浓度。

实施例5

在本实施例中，使用图14对由槽状气体储存室1103进行样本气体的采集、储存及检测、供给的情况进行说明。通过由槽状气体储存室1103计量样本气体，则无需另外具备计量管，可节约计量管自身和到计量管的配管的容积。其结果，可减小式10的气体储存室的体积V，可缩短达到平衡的时间t。

在图14中，载气供给口1104是半径r的圆筒形状。此外，槽状气体储存室1103是长度L、宽度2r、槽的深度h的长方体形状，且两端是半径r、深度h的半圆柱形状。因此，槽状气体储存室1103的容积是2rLh+πr²h。

槽状气体储存室1103的容积为供给的样本气体的容积。于是，将槽状气体储存室1103的容积做成与测定所需的样本气体的容积相等。

再有，槽状气体储存室1103的与载气的流线方向垂直的截面积2rh为10mm²，比载气供给口1104的截面积πr²的19.6mm²小。

作为油中气体分析的步骤，首先，作为气体采集的准备，对槽状气体储存室1103用载气进行置换。使阀1106a和阀1106处于打开的状态，并从载气供给部供给载气。

其次，进行样本气体的采集和储存。如果槽状气体储存室1103内已由载气置换，则使阀1106a和阀1106b处于关闭的状态并保持。绝缘油中溶解的分解生成气体通过透气膜1102向槽状气体储存室1103扩散。等待槽状气体储存室1103的气体浓度达到平衡。

气体浓度达到平衡的时间在事前进行测定试验而求出，为70h。

不采用本发明，在另外具备计量管的情况下，气体浓度达到平衡的时间是138h。

因此，根据本发明，可将气体采集所需的时间缩短为约二分之一。

接着，在气体浓度达到平衡后，进行测定的准备。

从载气供给部向气体测定部供给载气。

再接着，进行样本气体供给。使阀1106a和阀1106b处于打开的状态，将载气从载气供给部经由气体采集部供给到气体测定部。

通过对槽状气体储存室1103内用载气进行置换，将槽状气体储存室1103内的样本气体供给到气体测定器。

实施例5

在本实施例中，对调节槽状气体储存室1103的宽度并减小透气膜的厚度的情况进行说明。图15表示的是气体储存室的形状为圆弧状的带槽凸缘的构造。作为本发明的实例，槽状气体储存室1103是外径R₁+r、内径R₁-r、高度h的圆筒状，在使用厚度d₁的透气膜1102的情况下，与作为现有方法的实例，使用气体储存室为半径R₂、高度h的圆柱状，厚度d₂的透气膜1102的情况进行比较。

根据本发明的情况，假设作用于透气膜1102的周围的剪切应力是均匀的，则作用于透气膜1102的周围的剪切应力τ₁可按如上所述的式11求得。

在设允许剪切应力为τ时，透气膜1102的厚度d₁由式14确定。

$d_1=\frac{r\·p}{\mathrm{\τ}}$ (式14)

与之相对，在根据现有方法的情况下，作用于透气膜1102周围的剪切应力τ₂由式15确定。

${\mathrm{\τ}}_2=\frac{\mathrm{\π}{R_2}^2\·p}{2{\mathrm{\πR}}_2{\·d}_2}$

$=\frac{R_2\·p}{2d_2}$ (式15)

在使允许剪切应力为τ时，透气膜1102的厚度d₂由式16确定。

$d_2=\frac{R_2\·p}{2\mathrm{\τ}}$ (式16)

膜的厚度的比d₁/d₂，则如式17，与R₁无关，而由r和R₂决定。

$\frac{d_1}{d_2}=\frac{\frac{r\·p}{\mathrm{\τ}}}{\frac{R_2\·p}{2\mathrm{\τ}}}$

$=\frac{2r}{R_2}$ (式17)

此外，由于是V＝A·h，所以式10可由下式18表示。

$t=\frac{V\·d\·C}{A\·P}$

$=\frac{h\·d\·C}{P}$ (式18)

根据本发明的达到平衡的时间t₁则如式19。

$t_1=\frac{h{\·d}_1\·C}{P}$ (式19)

此外，根据现有方法的达到平衡的时间t₂则如式20。

$t_2=\frac{h{\·d}_2\·C}{P}$ (式20)

因此，达到平衡的时间的比t₁/t₂，根据式17、式19、式20，则如式21，由r和R₂决定。

$\frac{t_1}{t_2}=\frac{r}{R_2}$ (式21)

在本发明和现有方法中，在使透气膜1102的面积相同的情况下，即使在例如设R₁为50mm、设r为2mm、设R₂为20mm的情况下，根据本发明的达到平衡的时间t₁可以是根据现有方法的达到平衡的时间t₂的五分之一。

图16是表示槽状气体储存室的形状为曲折形状情况下的带槽凸缘的构造的图。

图17是表示槽状气体储存室的形状为旋涡状情况下的带槽凸缘的构造的图。

也可使用曲折状或旋涡状的带槽凸缘取代图15所示的槽状气体储存室的形状为圆弧状的带槽凸缘，。

在透过膜方式的绝缘油中气体分析装置中，通过将气体储存室做成槽形状，可减小气体储存室的容积，且可减小透气膜的厚度。这样，可缩短气体储存室内的分解生成气体的浓度达到平衡状态的时间，并可缩短分解生成气体的采集所需要的时间。根据本实施例，可缩短绝缘油中气体分析装置的时间间隔，并可实时进行变压器等设备的异常诊断。

本发明可适用于内装绝缘油的变压器等设备的绝缘油中气体分析装置以及内装绝缘油的变压器等设备的绝缘油中气体的分析方法。

Claims (18)

1.一种绝缘油中气体分析装置，其特征在于，具备：将装在设备内的绝缘油从设备中取出的气体提取器；具有从该气体提取器取出的绝缘油中所含的多个成分气体中检测成分气体的浓度的多个半导体传感器的气体检测器；采集从气体提取器所取出的绝缘油中所含的多种成分气体作为测定对象的试样气体并供给到气体检测部的试样气体的供给***；将半导体传感器的检测值作为基准的基准气体供给到气体检测器的基准气体的供给***；切换该试样气体的供给***和基准气体的供给***并供给到气体检测器的切换供给机构；以将从气体提取器所取出的绝缘油采集的试样气体及从基准气体的供给***供给的基准气体用气体检测器的多个半导体传感器分别测定的各检测值为基础，算出在绝缘油中溶解的多个成分气体的浓度的运算装置。

2.根据权利要求1所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述运算装置构成为，根据由多个半导体传感器测定的试样气体的检测值和由多个半导体传感器测定的基准气体的检测值，通过各运算来求出试样气体所含的各成分气体的浓度。

3.根据权利要求2所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述运算装置，根据由半导体传感器测定的试样气体的检测值和基准气体的检测值之比，算出试样气体所含的各成分气体的浓度。

4.根据权利要求1或2所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，由基准气体的供给***供给的基准气体使用氧气和惰性气体的混合气体、或空气。

5.根据权利要求1或2所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，

从气体提取器的绝缘油中采集多种成分气体并作为试样气体供给到气体检测器的试样气体，是通过设置将惰性气体引导到气体提取器的绝缘油中，在通过冒泡从绝缘油中采集的溶解气体和该惰性气体的混合气体中添加氧气的气体调整装置而生成试样气体。

6.根据权利要求1或2所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，具备将试样气体及基准气体的温度保持为期望值的调节器。

7.根据权利要求1或2所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述运算装置构成为，从由在气体检测器上设置的多个半导体传感器中的第一传感器组所检测的检测值算出试样气体中的某特定成分的气体浓度，接着从由多个半导体传感器中的第二传感器组所检测的检测值和由第一传感器组检测并计算的特定成分的气体浓度求出剩余的其它成分的气体浓度从而求出试样气体中的多个成分气体的浓度。

8.根据权利要求1或7所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，具备监视由上述运算装置计算的绝缘油中所溶解的多个成分气体的浓度的监视装置。

9.根据权利要求8所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，设置了将监视装置的对装在设备内的绝缘油所溶解的多个成分气体的浓度的监视状况发送到外部的通讯装置。

10.根据权利要求1所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述气体提取器在上述绝缘油浸设备的绝缘油取样口设有透气膜，与上述透气膜接触设置气体储存室以储存透过了上述透气膜的试样气体，将用于把储存在上述气体储存室内的上述试样气体送出到外部的载气供给口和载气提取口设置在上述气体储存室，并通过上述载气的供给将上述试样气体送出到上述气体检测器，并将上述气体储存室的形状做成槽状。

11.根据权利要求10所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，将连接上述载气供给口和上述载气排出口之间的槽状的通路作为上述气体储存室。

12.根据权利要求10所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，做成槽状的上述气体储存室的槽的截面积与上述载气供给口的截面积相同或较小。

13.根据权利要求10所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，将上述气体储存室的容积做成与用上述气体测定器进行的气体测定所必须的样本气体的容积相同。

14.根据权利要求10所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，设置将设于上述气体储存室的上述载气排出口和上述气体测定器连通的配管，并将从上述载气提取口送出的样本气体供给到上述气体测定器。

15.根据权利要求14所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述气体储存室的槽的形状为直线状、圆弧状、曲折形状或旋涡状中的任一种，在槽的一个端部具有上述载气供给口，在另一端部具有上述载气提取口。

16.根据权利要求10所述的绝缘油中气体分析装置，其特征在于，上述运算装置构成为，根据由多个半导体传感器测定的试样气体的检测值和由多个半导体传感器测定的基准气体的检测值，通过各运算来求出试样气体所含的各成分气体的浓度。

17.一种绝缘油中气体的分析方法，其特征在于，将装在设备内的绝缘油取出并供给到气体提取器，从气体提取器取出的绝缘油中采集绝缘油中所含的多种成分气体作为测定对象的试样气体并可通过试样气体的供给***供给到气体检测器，可将气体检测器具备的多个半导体传感器的检测值作为基准的基准气体通过基准气体的供给***供给到气体检测器，切换通过试样气体的供给***供给的试样气体和通过基准气体的供给***供给的基准气体并对气体检测器有选择地进行供给，从该试样气体所含的多个成分气体通过气体检测器所具备的多个半导体传感器检测成分气体的浓度及基准气体的浓度，以通过气体检测器的多个半导体传感器对试样气体及基准气体分别测定的各检测值为基础，通过运算求出试样气体所含的多种成分气体的浓度。

18.根据权利要求17所述的绝缘油中气体的分析方法，其特征在于，试样气体所含的多个成分气体的浓度的计算，根据由多个半导体传感器测定的试样气体的检测值和由多个半导体传感器测定的基准气体的检测值，通过各计算求出试样气体所含的各成分气体的浓度。

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