JP7170882B2 - ガスリーク検出システムおよびガスリーク検出方法 - Google Patents
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Description
(1)以下を有する電気機器部。
(1-1)送配電用の機器が固定され、絶縁ガスが封入された容器。
(1-2)大地に対し平行に分割された前記容器の内部の複数の分割空間。
(1-3)複数の前記分割空間に位置する前記絶縁ガスの温度を検出する複数の温度センサ。
(1-4)前記容器の内部の圧力を検出する圧力センサ。
(2)以下の特徴を有する監視部。
(2-1)複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度、および前記圧力センサにより検出された圧力に基づき、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する。
また、上記特徴を有するガスリーク検出方法も本実施形態の一態様である。
Ta[K]:分割空間21a内の絶縁ガス28の温度
Tb[K]:分割空間21b内の絶縁ガス28の温度
Tc[K]:冷却部42内の絶縁ガス28の温度
Tg[K]:容器27内の絶縁ガス28の平均温度
Tu[K]:外気温
Pg[Pa]:容器27の絶縁ガス28の圧力
Va[l/mol]:分割空間21a内の絶縁ガス28のモル体積
Vb[l/mol]:分割空間21b内の絶縁ガス28のモル体積
Vg[l/mol]:容器27内の絶縁ガス28のモル体積
Vc[l/mol]:冷却部42内の絶縁ガス28のモル体積
Ma[mol]:分割空間21a内の絶縁ガス28の物理量(残留ガス量)
Mb[mol]:分割空間21b内の絶縁ガス28の物理量(残留ガス量)
Mg[mol]:容器27内の絶縁ガス28の物理量(残留ガス量)
Mc[mol]:冷却部42内の絶縁ガス28の物理量(残留ガス量)
Mt[mol]:容器27内、冷却部42内の絶縁ガス28の総物理量(総残留ガス量)
Ml[mol]:リークした絶縁ガス28の物理量(ガスリーク量)
Mo[mol]:リークがない場合の絶縁ガス28の物理量
Ua[l]:分割空間21aの容積
Ub[l]:分割空間21bの容積
Ug[l]:容器27の容積
Uc[l]:冷却部42の容積
Ms[mol]:絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値
Ts[K]:単位時間における外気温の変動の限度値
A、B:絶縁ガス28の残留ガス量の算出に使用されるモル体積V[l/mol]の関数
C、D:重み付け係数
[1-1.構成]
(ガスリーク検出システム1の全体構成)
以下では、図1、図2を参照しつつ、本実施形態のガスリーク検出システム1の構成を説明する。ガスリーク検出システム1は、変電所等に設置される。
電気機器部2は、分割空間21(21a、21b)、温度センサ22(22a、22b)圧力センサ23、仕切板24、容器27、変圧器29を有する。容器27の内部は、絶縁ガス28が充填され封入される。電気機器部2は、屋内外の変電所等に設置される。
循環部4は、容器27内の絶縁ガス28を循環冷却させる装置である。循環部4は、ガスブロア41、冷却部42を有する。ガスブロア41と冷却部42は、配管43を介し接続される。循環部4のガスブロア41は、配管5bを介し容器27の分割空間21bに接続される。循環部4の冷却部42は、配管5aを介し容器27の分割空間21aに接続される。
気温センサ6は、測温抵抗体のような温度測定用のセンサである。気温センサ6は、電気機器部2近傍に設置され、循環部4が屋外に設置される場合、日よけ61により直射日光が遮断される箇所に配置される。気温センサ6は、外気温Tu[K]を検出し、監視部3に出力する。
監視部3は、パーソナルコンピュータ等により構成される。監視部3は、容器27の近傍に設置された制御盤内、または変電所等における電力の監視制御を行う制御室等に配置される。監視部3は、電気機器部2の温度センサ22aから分割空間21a内の絶縁ガス28の温度Ta[K]を、温度センサ22bから分割空間21b内の絶縁ガス28の温度Tb[K]を受信する。監視部3は、電気機器部2の圧力センサ23から容器27の絶縁ガス28の圧力Pg[Pa]を受信する。監視部3は、気温センサ6から外気温Tu[K]を受信する。監視部3は、変圧器29、電力供給線等に設置された、図示されていないCT等のセンサから、変圧器29の通電電流値を受信する。
Ta[K]:分割空間21a内の絶縁ガス28の温度
Tb[K]:分割空間21b内の絶縁ガス28の温度
Tu[K]:外気温
Pg[Pa]:容器27の絶縁ガス28の圧力
温度Ta[K]は、温度センサ22aから、温度Tb[K]は温度センサ22bから、圧力Pg[Pa]は圧力センサ23から送信される。外気温Tu[K]は気温センサ6から送信される。
Ms[mol]:絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値
Ts[K]:単位時間における外気温の変動の限度値
C、D:重み付け係数
Ms[mol]:絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値
Ts[K]:単位時間における外気温の変動の限度値
C、D:重み付け係数
Ua[l]:分割空間21aの容積
Ub[l]:分割空間21bの容積
Ug[l]:容器27の容積
Uc[l]:冷却部42の容積
Mo[mol]:リークがない場合の絶縁ガス28の物理量
演算部35は、入力部31を制御し以下のデータを逐次受信する。
Ta[K]:分割空間21a内の絶縁ガス28の温度
Tb[K]:分割空間21b内の絶縁ガス28の温度
Tu[K]:外気温
Pg[Pa]:容器27の絶縁ガス28の圧力
演算部35は、操作部32から入力された以下のデータを逐次受信する。
Ms[mol]:絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値
Ts[K]:単位時間における外気温の変動の限度値
C、D:重み付け係数
演算部35は、以下のデータを記憶部33に記憶させ、記憶部33から読み出す。
Ms[mol]:絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値
Ts[K]:単位時間における外気温の変動の限度値
C、D:重み付け係数
演算部35は、予め設定された以下のデータを記憶部33から読み出す。
Ua[l]:分割空間21aの容積
Ub[l]:分割空間21bの容積
Ug[l]:容器27の容積
Uc[l]:冷却部42の容積
Mo[mol]:リークがない場合の絶縁ガス28の物理量
演算部35は、リークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]が予め設定された絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値以上となった場合に、表示、プリント、通信電文により警報を出力するように出力部34を制御する。演算部35は、容器27に残留している容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]およびリークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]を表示、プリント、通信電文により出力するように出力部34を制御する。
演算部35は、演算により以下の算出を行う。
Va[l/mol]:分割空間21a内の絶縁ガス28のモル体積
Vb[l/mol]:分割空間21b内の絶縁ガス28のモル体積
Vg[l/mol]:容器27内の絶縁ガス28のモル体積
Vc[l/mol]:冷却部42内の絶縁ガス28のモル体積
Ma[mol]:分割空間21a内の絶縁ガス28の物理量
Mb[mol]:分割空間21b内の絶縁ガス28の物理量
Mg[mol]:容器27内の絶縁ガス28の物理量
Mc[mol]:冷却部42内の絶縁ガス28の物理量
Ml[mol]:リークした絶縁ガス28の物理量
次に、本実施形態のガスリーク検出システム1の作用を、図1~6に基づき説明する。
最初に容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出手順について説明する。算出された容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]は、容器27内に残留している絶縁ガス28の残留ガス量である。演算部35は、図6に示すプログラムフローに基づき物理量Mg[mol]の算出を行う。図6に示すプログラムは一定間隔で周期的に実行される。
演算部35は、分割空間21a内の絶縁ガス28のモル体積Va[l/mol]の算出を(式1)により行う。
Pg=[R・Ta(Va+B)-A]/Va2 ・・・(式1)
AおよびBは、容器27に封入された絶縁ガス28の種類によってきまる係数であり、絶縁ガス28のモル体積Va[l/mol]の一次関数となる。一例として、AおよびBは、SF6ガスの場合、次式により表される。
A=15.78(1-0.1062Va) ・・・(式1A)
B=0.366(1-0.1236Va) ・・・(式1B)
演算部35は、分割空間21b内の絶縁ガス28のモル体積Vb[l/mol]の算出を(式2)により行う。
Pg=[R・Tb(Va+B)-A]/Vb2 ・・・(式2)
AおよびBは、容器27に封入された絶縁ガス28の種類によってきまる係数であり、絶縁ガス28のモル体積Vb[l/mol]の一次関数である。AおよびBは、それぞれ(式1A)(式1B)と同様の式にて表される。
次に演算部35は、分割空間21a内の絶縁ガス28の物理量Ma[mol]、分割空間21b内の絶縁ガス28の物理量Mb[mol]の算出を(式3)により行う。
Ma=Ua/Va Mb=Ub/Vb ・・・(式3)
Uaは分割空間21aの容積[l]、Ubは分割空間21bの容積[l]であり、予め記憶部33に設定記憶されている。
次に演算部35は、容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出を(式4)により行う。
Mg=Ma+Mb ・・・(式4)
上記の手順により、容器27に残留している絶縁ガス28の残留ガス量である容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]が算出される。
次に冷却部42内の絶縁ガス28の物理量Mc[mol]の算出手順について説明する。算出された冷却部42内の絶縁ガス28の物理量Mc[mol]は、冷却部42内に残留している絶縁ガス28の残留ガス量である。演算部35は、図7に示すプログラムフローに基づき物理量Mc[mol]の算出を行う。図7に示すプログラムは一定間隔で周期的に実行される。
図4に示すように、冷却部42の内部の温度分布は、ほぼ線形である。演算部35は、冷却部42内部の空間を大地に対し平行にn等分に分割し、i=1~nとなるi番目の冷却部42内部の空間の絶縁ガス28の温度Tci[K]を(式5)により順次算出する。温度Tc[K]は、Tc1~Tcn[K]のn個につき算出される。
Tci=[Tb+i・(Ta-Tb)Mb]/n ・・・(式5)
Ta[K]は温度センサ22aにより検出された分割空間21a内の絶縁ガス28の温度、Tb[K]は温度センサ22bにより検出された分割空間21b内の絶縁ガス28の温度である。
演算部35は、n等分に分割された冷却部42内部のi=1~nとなるi番目の空間の絶縁ガス28のモル体積Vci[l/mol]を(式6)により順次算出する。モル体積Vc[l/mol]は、Vc1~Vcn[l/mol]のn個につき算出される。
Pg=[R・Tc(Vc+B)-A]/Vc2 ・・・(式6)
AおよびBは、容器27に封入された絶縁ガス28の種類によってきまる係数であり、絶縁ガス28のモル体積Vc[l/mol]の一次関数である。AおよびBは、それぞれ(式1A)(式1B)と同様の式にて表される。モル体積Vc[l/mol]が請求項における「単位量当たりの体積」に相当する。
次に演算部35は、冷却部42内の絶縁ガス28の物理量Mc[mol]の算出を(式7)により行う。
Mc=[Uc/(n・Vc1)]+[Uc/(n・Vc2)]
・・・+[Uc/(n・Vcn)] ・・・(式7)
Ucは冷却部42の容積[l]であり、予め記憶部33に設定記憶されている。
上記の手順により、冷却部42に残留している絶縁ガス28の残留ガス量である冷却部42内の絶縁ガス28の物理量Mc[mol]が算出される。
次にリークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]の算出手順について説明する。監視部3は、物理量Mlが予め設定された絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値Ms[mol]以上となった場合に、警報を出力する。演算部35は、図8に示すプログラムフローに基づき物理量Ml[mol]の算出および警報の出力を行う。図8に示すプログラムは一定間隔で周期的に実行される。
演算部35は、容器27内と冷却部42内の絶縁ガス28の総和である総物理量Mt[mol]を(式8)により算出する。
Mt=Mg+Mc ・・・(式8)
Mgは、容器27内の絶縁ガス28の物理量[mol]、Mcは、冷却部42内の絶縁ガス28の物理量[mol]である。
次に演算部35は、リークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]を(式9)により算出する。
Ml=Mo-Mt ・・・(式9)
Moは、リークがない場合の容器27と冷却部42内の絶縁ガス28の物理量[mol]であり、予め記憶部33に設定記憶されている。算出されたリークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]は、逐次記憶部33に記憶され、表示、プリント、通信電文により出力部34から出力される。
次に演算部35は、リークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]が絶縁ガス28のリーク量の上限となる基準値Ms[mol]以上であるかの判断を行う。基準値Ms[mol]は記憶部33に記憶されており、演算部35により読み出される。
演算部35は、ステップS23にて、リークした絶縁ガスの物理量Ml[mol]は基準値Ms[mol]以上であると判断された場合、演算部35は、リークした絶縁ガスの物理量Ml[mol]は基準値Ms[mol]以上であることを示す警報を出力するように出力部34を制御する。警報は、表示、プリント、通信電文により出力部34から出力される。
次にリークした絶縁ガス28の物理量Ml[mol]の算出が中止される手順について説明する。監視部3は、気温センサ6により検出された外気温の単位時間の変動が、予め定められた基準値を超えた場合、絶縁ガス28のガスリーク量の算出を中止する。
(1)本実施形態によれば、ガスリーク検出システム1は、送配電用の機器29が固定され、絶縁ガス28が封入された容器27と、大地に対し平行に分割された容器27の内部の複数の分割空間21と、複数の分割空間21に位置する絶縁ガス28の温度を検出する複数の温度センサ22と、容器27の内部の圧力を検出する圧力センサ23と、を有する電気機器部2と、複数の温度センサ22により検出された絶縁ガス28の温度Ta[K]、Tb[K]、および圧力センサ23により検出された圧力Pg[Pa]に基づき、容器27に残留している絶縁ガス28の残留ガス量Mg[mol]を算出する監視部3とを有するので、電気機器を構成する容器27内の絶縁ガスの残留ガス量またはガスリーク量を検出する精度が高いガスリーク検出システム1を提供することができる。
[2-1.構成および作用]
第1実施形態のガスリーク検出システム1は、図6に示すプログラムフローに基づき容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出が行われることを特徴とする。本実施形態のガスリーク検出システム1は、図9に示すプログラムフローに基づき容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出が行われることを特徴とする。その他の構成は第1実施形態と同じである。本実施形態のガスリーク検出システム1における容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出手順を、図9に示すプログラムフローに基づき説明する。容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出は、以下の手順にて行われる。
(ステップS31:容器27内の絶縁ガス28の仕切板24により2つに分割された領域におけるモル体積Va[l/mol]およびVb[l/mol]を算出する)
演算部35は、(式10)および(式11)を用いて、分割空間21aのモル体積Va[l/mol]、および分割空間21bのモル体積Vb[l/mol]を算出する。
Pg=[R・Ta(Va+B)-A]/Va2 ・・・(式10)
Pg=[R・Tb(Va+B)-A]/Vb2 ・・・(式11)
Ta[K]は温度センサ22aにより検出された分割空間21a内の絶縁ガス28の温度、Tb[K]は温度センサ22bにより検出された分割空間21b内の絶縁ガス28の温度である。AおよびBは、(式1)におけるAおよびBと容器27に封入された絶縁ガス28の種類によってきまる係数であり、絶縁ガス28のモル体積Vg[l/mol]の一次関数となり、それぞれ(式1)におけるAおよびBと同一である。
演算部35は、(式12)を用いて、容器27内の絶縁ガス28のモル体積Vg[l/mol]を算出する。
Vg=(C・Va+D・Vb)/2 ・・・(式12)
CおよびDは、電気機器部2を構成する機器固有の定数である。CおよびDは、体積に関する重み付け係数であり、無名数である。CおよびDは、「1」を中心値とし、「1」を超える数値である場合、平均温度への寄与率が高く、「1」未満の数値である場合、平均温度への寄与率が低い。CおよびDは、C+D=2となる数値である。例えば、CおよびDは、C=1.1、D=0.9となる数値である。
次に演算部35は、容器27内の絶縁ガス28の物理量Mg[mol]の算出を(式13)により行う。
Mg=Ug/Vg ・・・(式13)
Ugは容器27の容積[l]であり、予め記憶部33に設定記憶されている。
(1)本実施形態によれば、ガスリーク検出システム1は、配電用の機器29が固定され、絶縁ガス28が封入された容器27と、大地に対し平行に分割された容器27の内部の複数の分割空間21と、複数の分割空間21に位置する絶縁ガス28の温度を検出する複数の温度センサ22と、容器27の内部の圧力を検出する圧力センサ23と、を有する電気機器部2と、複数の温度センサ22により検出された絶縁ガス28の温度Ta[K]、Tb[K]、および圧力センサ23により検出された圧力Pg[Pa]に基づき、容器27に残留している絶縁ガス28の残留ガス量Mg[mol]を算出する監視部3と、を有するので、電気機器を構成する容器27内の絶縁ガスの残留ガス量またはガスリーク量を検出する精度が高いガスリーク検出システム1を提供することができる。
変形例を含めた実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
2・・・電気機器部
3・・・監視部
4・・・循環部
5,5a,5b・・・配管
6・・・気温センサ
21,21a,21b・・・分割空間
22,22a,22b・・・温度センサ
23・・・圧力センサ
24・・・仕切板
27・・・容器
28・・・絶縁ガス
29・・・変圧器
31・・・入力部
32・・・操作部
33・・・記憶部
34・・・出力部
35・・・演算部
41・・・ガスブロア
42・・・冷却部
43・・・配管
61・・・日よけ
291・・・鉄心部
292・・・巻線部
Claims (10)
- 配電用の機器が固定され、絶縁ガスが封入された容器と、
大地に対し平行に分割された前記容器の内部の複数の分割空間と、
複数の前記分割空間に位置する前記絶縁ガスの温度を検出する複数の温度センサと、
前記容器の内部の圧力を検出する圧力センサと、
を有する電気機器部と、
複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度、および前記圧力センサにより検出された圧力に基づき、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する監視部と、を有し、
前記監視部は、複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度、および前記圧力センサにより検出された圧力に基づき、前記分割空間ごとの前記絶縁ガスの残留ガス量を算出し、算出された前記分割空間ごとの前記絶縁ガスの前記残留ガス量を加算することにより、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する、
ガスリーク検出システム。 - 配電用の機器が固定され、絶縁ガスが封入された容器と、
大地に対し平行に分割された前記容器の内部の複数の分割空間と、
複数の前記分割空間に位置する前記絶縁ガスの温度を検出する複数の温度センサと、
前記容器の内部の圧力を検出する圧力センサと、
を有する電気機器部と、
複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度、および前記圧力センサにより検出された圧力に基づき、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する監視部と、を有し、
前記監視部は、前記圧力センサにより検出された圧力と、複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度とを用いて算出した前記容器の内部の複数の分割空間ごとのモル体積のそれぞれに、予め設定された重み付け係数を乗算して算出した平均モル体積に基づき、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する、
ガスリーク検出システム。 - 複数の前記分割空間は、前記容器の内部に大地に対し平行に設けられた仕切板により分割され形成された、
請求項1又は2に記載のガスリーク検出システム。 - 前記容器は、前記絶縁ガスを循環する循環部に接続される、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスリーク検出システム。 - 前記循環部は、冷却部を有し、
前記監視部は、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量と、前記冷却部に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量とを加算して総残留ガス量を算出する、
請求項4に記載のガスリーク検出システム。 - 前記冷却部に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量は、前記冷却部の分割された空間ごとに算出された温度および絶縁ガスの単位量当たりの体積に基づいて算出される、
請求項5に記載のガスリーク検出システム。 - 監視部は、算出した、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量に基づき前記絶縁ガスのガスリーク量を算出し、前記ガスリーク量が予め設定された基準値以上となった場合に、警報を出力する出力部を有する、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のガスリーク検出システム。 - 外気温を検出する気温センサを有し、
監視部は、気温センサにより検出された外気温の単位時間の変動が、予め定められた基準値を超えた場合、前記絶縁ガスのガスリーク量の算出を中止する、
請求項7に記載のガスリーク検出システム。 - 電気機器本体が固定され、絶縁ガスが封入された容器と、
大地に対し平行に分割された前記容器の内部の複数の分割空間と、
複数の前記分割空間に位置する前記絶縁ガスの温度を検出する複数の温度センサと、
前記容器の内部の圧力を検出する圧力センサと、
を有する電気機器部において、
複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度、および前記圧力センサにより検出された圧力に基づき、前記分割空間ごとの前記絶縁ガスの残留ガス量を算出し、算出された前記分割空間ごとの前記絶縁ガスの前記残留ガス量を加算することにより、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する、
ガスリーク検出方法。 - 電気機器本体が固定され、絶縁ガスが封入された容器と、
大地に対し平行に分割された前記容器の内部の複数の分割空間と、
複数の前記分割空間に位置する前記絶縁ガスの温度を検出する複数の温度センサと、
前記容器の内部の圧力を検出する圧力センサと、
を有する電気機器部において、
前記圧力センサにより検出された圧力と、複数の前記温度センサにより検出された前記絶縁ガスの温度とを用いて算出した前記容器の内部の複数の分割空間ごとのモル体積のそれぞれに、予め設定された重み付け係数を乗算して算出した平均モル体積に基づき、前記容器に残留している前記絶縁ガスの残留ガス量を算出する、
ガスリーク検出方法。
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