JP4501315B2 - 受配電設備の絶縁診断センサおよび余寿命診断方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力設備として用いられている受配電設備の絶縁診断センサおよび余寿命診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
受配電設備は、通常の環境下でも長い年月使用していると、劣化が進行し、場合によっては大きな事故にもつながるおそれがある。そのため、一般的には定期的な機器の診断が行われている。
従来の機器診断方法として、例えば図８に示す「配電盤老朽度評価表」（「長期使用受変電設備の信頼性の考察」日本電機工業会、平成１１年）に基づいて、点数方式による評価方法などが採用されている。そして、図９の「配電盤機器構成図」（同上）に示したように、評価表による評価結果から不良部分が検出され、それが「修理系」に相当する場合は修理され、機器は継続して使用される。しかし、問題は「非修理系」の異常が検出された場合である。この場合には、通常は機器本体が寿命と判断され、設備が新品に更新される。
【０００３】
図９において「非修理系」の主な部位は、「匡体部分」と「主回路部分」であるが、「匡体部分」については肉眼観察でも異常は大体検知可能である。しかし、「主回路部分」については異常の検知は困難である。特にそれが絶縁材料に関係する場合は、例えば、「炭化物の生成」などのように、肉視では事故が発生してからでなければ検知できず、その前兆を把握することができない。
【０００４】
事故発生のメカニズムとして、例えば、「汚損の進行」→「吸湿の進行」→「絶縁抵抗低下」→「トラッキング発生」→「部分放電」→「沿面閃絡」→「気中放電」→「短絡・地絡」などが一般的にも良く知られている。
「主回路部分」における事故発生の前兆を把握するための絶縁診断方法として従来から、電磁波検出、放電パルス電流、放電音検出、オゾンガス検知、漏れ電流検出、部分放電（電気式、機械式）測定、ガスチェッカーなどの方法で測定したデータを総合判定する方法や、簡易的には絶縁抵抗を測定する方法などが採用されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の受配電設備の診断方法は以上のようにしてなされており、図８，９に示すような従来方法においては診断に要する時間も長く、高コストとなる問題があった。また、前述した電磁波検出、放電パルス電流等の測定による診断方法は診断の精度が低いという問題があった。また、これらの方法は機器の「異常診断」には対応可能であるが、機器の「余寿命診断」には対応できないという問題があった。
【０００６】
機器の「余寿命診断」に対しては、例えば特開平１１−３２６４２９号公報に開示される方法がある。この方法は、稼働状態の絶縁機器の温度分布を非接触にて検出し、検出された温度分布と絶縁部の既知の熱劣化特性とからこの絶縁機器の経年劣化状態を診断し、寿命を診断するものであり、さらには稼働状態の絶縁機器の接地線に流れる部分放電電流を非接触で検出し、既知の放電劣化特性との比較により放電劣化状態を診断し、これらの診断結果に基づいて上記絶縁機器の余寿命を判断している。
【０００７】
しかし、この方法も診断時の周辺環境（例えば、温度・湿度など）によって測定データが大きく変化するので、それを高精度で補正するためのデータ処理を繰込むと診断コストが著しく高価なものとなり、例えば、数十台〜数百台といった多数の機器を使用している工場などでは効力を発揮することが期待されるが、一般施設（１台〜数台の機器を使用する）には不向きな方法であった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、受配電設備の使用中の事故を未然に防ぐためばかりでなく、高精度の絶縁診断が可能となると共に、特に機器の余寿命の定量的な算出が、高精度かつ容易に可能な絶縁診断センサを提供することを目的とする。
また、機器の余寿命の定量的な算出が、高精度かつ容易に可能な新規の余寿命診断方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料より成り、湿度５０％の下、上記同等材料の上記絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωから５．０１×１０ １０ Ωの範囲で異なる複数の部位を有し、上記複数の部位にそれぞれ上記表面電気抵抗率を測定する電極を設けたものである。
【００１０】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、該同等材料が絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωである未劣化部位と、上記表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωでない劣化部位とを含むものである。
【００１２】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記各絶縁診断センサにおいて、くし型電極を用いて表面電気抵抗率を測定したものである。
【００１３】
また、本発明の余寿命診断方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受配電設備の絶縁診断センサを上記受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの異なる複数の部位の表面電気抵抗率の変化を測定すると共に、予め、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材の表面電気抵抗率を、表面電気抵抗測定環境の相対湿度をパラメータとして、受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線を得、上記時間依存性基準曲線と、上記取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したものである。
【００１４】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めるものである。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備にセンサを取り付け、上記センサの表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明は、受配電設備の劣化と、該設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料の表面劣化との間に定量的な相関性のあることを見い出し、これを利用して、上記固体絶縁材料と同等材料より成るセンサの表面劣化を表面電気抵抗の測定により検出することにより受配電設備本体の絶縁診断および余寿命の診断を行うというものである。
また前記したように、機器の劣化機構として、汚損や絶縁材料自身の劣化があるが、表面汚損の結果として材料表面のイオン量が増加するはずである。このうちの伝導に寄与する総イオン量（Σμｅｆｆ・Ｎ）を検出することで絶縁材料の劣化を診断し、機器の寿命を診断しようということが本発明に至った経緯である。
すなわち、伝導に寄与する総イオン量（Σμｅｆｆ・Ｎ）は、
で表される。ここで、μｅｆｆはイオンの移動度、Ｎはイオンの数、Σは総和である。また式中、例えば、μｅｆｆ（Ｎａ＋）はナトリウムイオンの移動度、Ｎ（Ｎａ＋）はナトリウムイオンの数を表している。
ここで、注意すべきはμｅｆｆが湿度によって変化すること（電解液として扱えるので、温度による変化をあまり気にしなくても良い）であり、測定環境における湿度をパラメータとして押さえることが重要である。
【００１８】
本発明に係わる受配電設備を構成する主回路部分に用いられている固体絶縁材料とは、電力を受配する導体を支持するための絶縁物や遮蔽板などのことで、例えば紙フェノール樹脂積層板、無機物を含有するポリエステル樹脂成形品、ジアリルフタレート樹脂成形品、エポキシ樹脂注型品などのことである。
【００１９】
本実施の形態１の絶縁診断センサは、これら固体絶縁材料と同等材料の未劣化部位、および該同等材料の劣化部位から成り、これらの部位にそれぞれ、各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けたものであり、このようなセンサを用いて受配電設備の絶縁診断を行うことにより高精度の絶縁診断が可能になり、また余寿命診断も可能になる。
【００２０】
ここで言う同等材料とは、材料組成や化学構造が同一であっても、また必ずしも同一でなくとも良い。次に述べる電気特性の測定値が未劣化時および劣化時において同等でありさえすれば良い。
なお、本発明で言う劣化部位とは、該同等材料を故意に劣化させた部位を意味し、具体的には、物理的または化学的な表面処理（例えば機械的処理、光照射、コロナ放電処理、イオン化（酸、アルカリ）処理、グラフト反応処理、オゾン処理など）や、材料バルクの化学的処理（例えば、モルフォロジーやトポロジーの改変など）や熱的処理（過熱劣化）などの方法で行われる。
【００２１】
本実施の形態においては、固体絶縁材料と同等材料を上記のようにして故意に劣化させた劣化部位と、固体絶縁材料と同等材料を劣化させていない未劣化部位との表面にそれぞれ、表面電気抵抗率を測定するためのくし型電極が設けられる。
【００２２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、１は絶縁診断センサ、１１は受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が未劣化の状態の未劣化部位、１２は上記固体絶縁材料と同等材料が劣化した状態の劣化部位、３１，３２は、未劣化部位１１、劣化部位１２に各々設けられたくし型電極であり、それぞれ上記各部位の表面電気抵抗率を測定する。
このような絶縁診断センサ１を受配電設備に取り付け、表面電気抵抗率の変化を見ることにより絶縁診断をおこなう。
なお、ここで表面電気抵抗率とは、Ｗ／Ｌ＝１の時における抵抗値である。図１（ｂ）に示すように、Ｗは電極の幅（対向する電極部分の長さ）、Ｌは電極間距離である。
【００２３】
本発明の実施の形態１による絶縁診断センサは、劣化した部位を有するため、未劣化部位のみで構成されるセンサに比べて低抵抗領域で変化するので、計測技術の点において有利であり、また複数の部位による測定によって絶縁診断しているので高精度の評価が行えるという効果がある。
【００２４】
また、実際の機器の絶縁診断にあたって、センサを搭載しないまま使用開始されている機器に対しても、本センサをいつでも搭載することが可能であり、特に現実問題として寿命の近づいている機器の余寿命の算出に有効であるという効果がある。
【００２５】
また、その際、後述の方法により受配電設備の余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００２６】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、２は本実施の形態２による絶縁診断センサであり、実施の形態１と同様、未劣化部位１１と劣化部位１２を有する。また、未劣化部位１１と劣化部位１２は、それぞれ、くし型電極３１，３２を設けた領域Ａ，Ａ’と、電極３１，３２を設けない領域Ｂ，Ｂ’とから成っている。電極３１，３２を設けた領域Ａ，Ａ’は電気特性の測定に供せられるが、設けない領域Ｂ，Ｂ’は必要があれば電気特性以外の特性測定用に供せられる。例えば、熱的（ガラス転移温度、モルフォロジー変化）、スペクトル的（ＵＶ−ＶＩＳ、ＩＲ）、微量分析（ＴＧ、ＤＴＡ、Ｉ／Ｃ、ＧＰＣ、ＧＣ−ＭＳ、ＥＳＲ）等の測定も必要に応じて可能にしている。
【００２７】
このようにすることにより、実施の形態１の効果に加え、電極を設けない領域を電気抵抗測定以外の測定に供することが可能となり、劣化部位および未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を他の方法でも裏付けることができるため、診断の信頼性を高める効果がある。
【００２８】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、３は絶縁診断センサ、１３は受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が劣化した状態の劣化部位であり、劣化の程度が劣化部位１２より強い劣化部位である。本実施の形態３のセンサ３において、未劣化部位１１、劣化部位１２，１３は、劣化の程度が段階的に強くなるように配列されている。３３は劣化部位１３に設けられたくし型電極であり、劣化部位１３の表面電気抵抗率を測定する。
【００２９】
このようにすることにより、実施の形態１の効果に加え、本発明の絶縁診断センサを後述する余寿命診断方法に適用する場合、診断精度を高めることが可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、劣化部位は劣化の程度が異なる２つの劣化部位１２，１３で構成されているが、その数はさらに多くても良い。
【００３１】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、未劣化部位１１と劣化部位１２、あるいは未劣化部位１１と劣化部位１２，１３というように、劣化の程度が互いに異なる複数の部位からなり、かつこれら複数の部位には未劣化部位１１を含むセンサを示したが、未劣化部位１１を有さず、固体絶縁材料と同等材料の劣化の程度が異なる複数の劣化部位を有し、上記複数の劣化部位にそれぞれ各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けるようにしてもよく、上記各実施の形態と同様の効果がある。
なお、実施の形態１〜３のように、複数の部位の内の１つを未劣化部位１１とする効果としては、新品の受配電設備に取り付けた場合、受配電設備と同じ状態の固体絶縁材料の表面電気抵抗率を測定することができるため、信頼性が増すという効果がある。また、後述するように、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果もある。
【００３２】
実施の形態５．
本実施の形態においては、上記実施の形態１の絶縁診断センサ１を用いて、受配電設備の余寿命を計算する方法を示す。
実施の形態１に示す絶縁診断センサ１を受配電設備に一定期間取り付ける。この取り付け期間において、センサ１により検出される電気特性が変化する。上記取り付け期間中に変化する劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定し、上記取り付け期間における変化量を基にして該受配電設備の余寿命が計算できる。具体的なその方法の一例を示す。
【００３３】
図４は本実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線の一例を示す図である。この曲線は、例えば、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材を加速劣化させることによって、予め、実機における絶縁材料の劣化を模擬して得たものである。図４の曲線は、相対湿度ＨＡ％下での測定結果であり、横軸は加速劣化時間、縦軸は上記部材の表面電気抵抗率である。
【００３４】
図において、ρ００Ωは受配電設備の固体絶縁材料と同等材料からなる部材が未劣化状態である初期における表面電気抵抗率（相対湿度ＨＡ％）、ρ１０Ωは上記部材が寿命に到達したときにおける相対湿度ＨＡ％での上記部材の表面電気抵抗率、ｔ１は上記部材を加速劣化して、相対湿度ＨＡ％での表面電気抵抗率をρ１０Ωとするのに要する加速劣化時間であり、時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間である。
【００３５】
なお、図４に示す表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線は、寿命と判定される加速劣化時間ｔ１を１００として、横軸を劣化率として表すことも可能である。
【００３６】
また、本実施の形態５による余寿命診断方法において用いられる診断センサは、図１に示す絶縁診断センサ１が用いられ、受配電設備の固体絶縁材料と同等材料が未劣化状態である未劣化部位１１（表面電気抵抗率はρ００Ω）と、上記同等材料がｔ１時間加速劣化された劣化部位１２（表面電気抵抗率はρ１０Ω）とを有しているものとする。
【００３７】
このセンサ１を、既にＴ時間使用されている受配電設備に取り付け、さらにΔＴ時間使用した後に、該センサ１の未劣化部位１１および劣化部位１２の表面電気抵抗率を相対湿度ＨＡ％で測定したところ、未劣化部位１１の表面電気抵抗率はρ００→ρ０１に、劣化部位１２の表面電気抵抗率はρ１０→ρ１１に変化したとする。そして、図４においてρ００→ρ０１、ρ１０→ρ１１に変化するのに要する時間を読み取ったところ、平均でΔｔ時間であったとする。
該受配電設備の余寿命（ΔＴ時間経過後の余寿命）をＴＲとすると、
（Ｔ＋ΔＴ＋ＴＲ）／ｔ１＝ΔＴ／Δｔ
であるから、余寿命ＴＲは
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ （１）
で表される。
【００３８】
ここで、上記加速劣化と実機における実際の劣化（実機劣化）の相関性について述べておく。通常の屋内環境で使用されている受配電設備に搭載されている固体絶縁材料（紙フェノール樹脂積層板など）をサンプリングして、表面電気抵抗率を温度２５℃、相対湿度５０％で測定し、その平均表面電気抵抗率の使用年数依存性をプロットしたのが図５である。図５では、機器使用年数２０年を寿命の目安として、この時の値を劣化率１００％の値としているが、図５に見られる曲線は上記図４の加速劣化曲線に極似していることがわかる。両図の比較から、本発明に係わる加速劣化と実機劣化には相関性のあることが明確である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００４０】
また、本実施の形態では未劣化部位を有する実施の形態１のセンサを用いているので、高抵抗領域が高精度で検出できるのであれば、取り付け期間ΔＴが短くても、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線よりΔｔを容易に算出できるので、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果がある。
【００４１】
なお、本実施の形態では実施の形態１に示した絶縁診断センサ１を用いて余寿命診断を行ったが、実施の形態２〜４の絶縁診断センサを用いて同様に余寿命診断を行ってもよい。
【００４２】
また、受配電設備に一定期間取り付けるセンサは、実施の形態１〜４のような複数の部位から成るものに限らず、固体絶縁材料と同等材料から成り、未劣化状態あるいは劣化状態のいずれかの状態の１つの部材で構成されるセンサを用いても良い。この場合においても、該センサを受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの表面電気抵抗率の変化を測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線と、測定された取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出すればよい。
【００４３】
また、本実施の形態において、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線は加速試験により予め求めたが、表面電気抵抗率の湿度依存性基準曲線を実際の受配電設備の実使用時間より直接得るようにしてしても良く、また、他の模擬試験により求めても良い。
【００４４】
【実施例】
本発明の絶縁診断方法および余寿命診断方法を以下の実施例によって具体的に説明する。
実施例１．
紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ：３ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ）を１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で、０．５日、１日、２日、４日、６日間曝し、１００℃で１時間乾燥させた後、一対のくし型電極を金で真空蒸着した（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）。試料数は各々４個とした。これら試料について、恒温恒湿室（２０℃、５％〜８５％）にて表面電気抵抗率測定を行った。測定は微少電流計（ＨＰ−４１４０Ｂ）を用い、ＤＣ印加電圧１０Ｖで１分値を採用した。結果を図６に示す。図６は横軸を加速劣化時間と劣化率の両方で表しており、図６を、本実施例における、湿度をパラメータとした表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線図とする。
【００４５】
なお、ここで、診断対象となる受配電設備の寿命に相当する絶縁材料の表面電気抵抗率は、湿度５０％において、５×１０１０Ωとした（実機劣化の統計的なデータによる）。従って、図６においては、加速劣化時間４日の表面電気抵抗率値が寿命のしきい値に相当し、これを劣化率１００％とした。
【００４６】
３ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍの上記と同じ紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）を上記と同様に、１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で４日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化部位を形成する。マスクした半分の部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位に、図１に示すように、それぞれ、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ１を試作した。
【００４７】
これを、電力設備として１０年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに２年間運転を行った後に、センサ１の表面電気抵抗率を湿度５０％で測定した。測定された表面電気抵抗率値の変化状況を、図６に示される表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線上で示すと、図７のようになる。
測定された表面電気抵抗率値は、未劣化部位１１では、１．２２×１０１４Ω→２．３５×１０１３Ω、劣化部位１２では、５．０１×１０１０Ω→３．６１×１０１０Ωの変化が観察された。この変化は、図７の矢印１−１１，１−１２に示すように、劣化率約１０％であった。寿命となる加速劣化時間ｔ１を１００とすれば、Δｔは劣化率１０％で表され、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は８年と計算される。
【００４８】
実施例２．
３ｍｍ×１００ｍｍ×７０ｍｍの、実施例１と同様の紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）を、実施例１と同様に１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で４日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化部位を形成する。マスクした半分の部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位の一部（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）に、図２に示すように、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ２を試作した。
【００４９】
これを、電力設備として８年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに４年間運転を行った後に、センサ２の表面電気抵抗率を測定した。この時の相対湿度は湿度４０％であった。測定結果は、未劣化部位１１で２．２０×１０１３Ω、劣化部位１２で１．２６×１０１１Ωであった。なお、湿度４０％で、このセンサの各部位１１，１２の表面電気抵抗率の初期値は、図６または図７に示す値と同じであり、それぞれ１．４８×１０１４Ω、２．０６×１０１１Ωであった。
実施例１と同様に、この変化量を図７で見積ると、矢印２−１１，２−１２に示すようになり、劣化率は約１５％となる。同様に、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は約１５年と計算される。
【００５０】
また、このセンサ２の、電極を設けない領域（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ）を用いて、表面に付着したイオン種と量をイオンクロマト法で測定したところ、陽イオンとしてアンモニウムイオンが、陰イオンとして硝酸イオンが多量に存在することもわかった。センサ２の表面電気抵抗率の低下は、センシング期間中に生成あるいは付着したイオン量の増加と相関のあることもわかった。
【００５１】
実施例３．
３ｍｍ×１５０ｍｍ×７０ｍｍの、実施例１と同様の紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の一部（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残りの部分（３ｍｍ×１００ｍｍ×７０ｍｍ）を、実施例１と同様に１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で２日間曝し、さらにこの残りの部分の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をマスクした後、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をさらに１日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化の程度の異なる２つの劣化部位を形成する。最初にマスクした部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位の一部（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）に、図３に示すように、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ３を試作した。
【００５２】
これを、電力設備として６年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに３年間運転を行った後に、センサ３の表面電気抵抗率を測定した。この時の相対湿度は湿度６０％であった。測定結果は、未劣化部位１１で７．９４×１０１２Ω、劣化部位１２で２．９６×１０１０Ω、劣化部位１３で９．０６×１０９Ωであった。なお、湿度６０％で、このセンサの各部位１１，１２，１３の表面電気抵抗率の初期値は、図６または図７に示す値と同じであり、それぞれ６．７４×１０１３Ω、３．９８×１０１０Ω、１．１４×１０１０Ωであった。
実施例１と同様に、この変化量を図７で見積ると、矢印３−１１，３−１２，３−１３に示すようになり、劣化率は約１０％となる。同様に、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は約２１年と計算される。
【００５３】
また、このセンサの電極を設けない領域（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ）を用いて、実施例２と同様にして表面に付着したイオン種と量をイオンクロマト法で測定したところ、実施例２と同様に、陽イオンとしてアンモニウムイオンが、陰イオンとして硝酸イオンの存在が確認され、しかもその量は、劣化部位１３＞劣化部位１２＞未劣化部位１１であった。センサ３における表面電気抵抗率の低下も、センシング期間中に生成あるいは付着したイオン量の増加と相関のあることもわかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料より成り、該同等材料の劣化の程度が異なる複数の部位を有し、上記複数の部位にそれぞれ上記各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けたので、劣化した部位は低抵抗領域で表面電気抵抗率が変化するため、計測技術の点において有利であり、また複数の部位による測定によって絶縁診断しているので高精度の評価が行えるという効果がある。
また、実際の機器の絶縁診断にあたって、センサを搭載しないまま使用開始されている機器に対しても、本センサをいつでも搭載することが可能である。
また、このようなセンサを用いれば、後述の方法により受配電設備の余寿命の定量的な算出が容易に、しかも高精度で行えるため、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができる。
【００５５】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が未劣化の状態の未劣化部位と、該同等材料が劣化した状態の劣化部位とから成るので、新品の受配電設備に取り付けた場合、受配電設備と同じ状態の固体絶縁材料の表面電気抵抗率を測定することができるため、信頼性が増すという効果がある。また、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果もある。
【００５６】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、各々、電極を設けた領域と、上記電極を設けない領域とから成るので、電極を設けない領域を電気抵抗測定以外の測定に供することが可能となり、劣化部位および未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を他の方法でも裏付けることができるため、診断の信頼性を高める効果がある。
ある。
【００５７】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記各絶縁診断センサにおいて、くし型電極を用いて表面電気抵抗率を測定したので、表面電気抵抗率が小面積で精度良く測定できる効果がある。
【００５８】
また、本発明の余寿命診断方法は、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成るセンサを上記受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの表面電気抵抗率の変化を測定すると共に、予め、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材の表面電気抵抗率を、表面電気抵抗測定環境の相対湿度をパラメータとして、受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線を得、上記時間依存性基準曲線と、上記取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したので、受配電設備の余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００５９】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めたので、余寿命を容易に、定量的かつ高精度で求められる効果がある。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備にセンサを取り付け、上記センサの表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間である。
【００６０】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、センサとして上記絶縁診断センサを用い、取り付け期間における該センサの劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線と、上記各部位の表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したので、受配電設備の余寿命診断が容易に、しかもより高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００６１】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めたので、余寿命を容易に、定量的、かつより高精度で求められる効果がある。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備に絶縁診断センサを取り付け、上記センサの劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された各部位の表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間の平均値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による絶縁診断センサを示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２による絶縁診断センサを示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３による絶縁診断センサを示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線の一例を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性曲線を実機において測定した図である。
【図６】 本発明の実施例１における表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線を示す図である。
【図７】 本発明の実施例１〜３における表面電気抵抗率の変化状況を図６の劣化時間依存性基準曲線上で示す図である。
【図８】 従来の機器診断方法を示す図である。
【図９】 従来の機器診断方法を説明する図である。
【符号の説明】
１，２，３ 絶縁診断センサ、１１ 未劣化部位、１２，１３ 劣化部位、３１，３２，３３ くし型電極。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力設備として用いられている受配電設備の絶縁診断センサおよび余寿命診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
受配電設備は、通常の環境下でも長い年月使用していると、劣化が進行し、場合によっては大きな事故にもつながるおそれがある。そのため、一般的には定期的な機器の診断が行われている。
従来の機器診断方法として、例えば図８に示す「配電盤老朽度評価表」（「長期使用受変電設備の信頼性の考察」日本電機工業会、平成１１年）に基づいて、点数方式による評価方法などが採用されている。そして、図９の「配電盤機器構成図」（同上）に示したように、評価表による評価結果から不良部分が検出され、それが「修理系」に相当する場合は修理され、機器は継続して使用される。しかし、問題は「非修理系」の異常が検出された場合である。この場合には、通常は機器本体が寿命と判断され、設備が新品に更新される。
【０００３】
図９において「非修理系」の主な部位は、「匡体部分」と「主回路部分」であるが、「匡体部分」については肉眼観察でも異常は大体検知可能である。しかし、「主回路部分」については異常の検知は困難である。特にそれが絶縁材料に関係する場合は、例えば、「炭化物の生成」などのように、肉視では事故が発生してからでなければ検知できず、その前兆を把握することができない。
【０００４】
事故発生のメカニズムとして、例えば、「汚損の進行」→「吸湿の進行」→「絶縁抵抗低下」→「トラッキング発生」→「部分放電」→「沿面閃絡」→「気中放電」→「短絡・地絡」などが一般的にも良く知られている。
「主回路部分」における事故発生の前兆を把握するための絶縁診断方法として従来から、電磁波検出、放電パルス電流、放電音検出、オゾンガス検知、漏れ電流検出、部分放電（電気式、機械式）測定、ガスチェッカーなどの方法で測定したデータを総合判定する方法や、簡易的には絶縁抵抗を測定する方法などが採用されてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の受配電設備の診断方法は以上のようにしてなされており、図８，９に示すような従来方法においては診断に要する時間も長く、高コストとなる問題があった。また、前述した電磁波検出、放電パルス電流等の測定による診断方法は診断の精度が低いという問題があった。また、これらの方法は機器の「異常診断」には対応可能であるが、機器の「余寿命診断」には対応できないという問題があった。
【０００６】
機器の「余寿命診断」に対しては、例えば特開平１１−３２６４２９号公報に開示される方法がある。この方法は、稼働状態の絶縁機器の温度分布を非接触にて検出し、検出された温度分布と絶縁部の既知の熱劣化特性とからこの絶縁機器の経年劣化状態を診断し、寿命を診断するものであり、さらには稼働状態の絶縁機器の接地線に流れる部分放電電流を非接触で検出し、既知の放電劣化特性との比較により放電劣化状態を診断し、これらの診断結果に基づいて上記絶縁機器の余寿命を判断している。
【０００７】
しかし、この方法も診断時の周辺環境（例えば、温度・湿度など）によって測定データが大きく変化するので、それを高精度で補正するためのデータ処理を繰込むと診断コストが著しく高価なものとなり、例えば、数十台〜数百台といった多数の機器を使用している工場などでは効力を発揮することが期待されるが、一般施設（１台〜数台の機器を使用する）には不向きな方法であった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、受配電設備の使用中の事故を未然に防ぐためばかりでなく、高精度の絶縁診断が可能となると共に、特に機器の余寿命の定量的な算出が、高精度かつ容易に可能な絶縁診断センサを提供することを目的とする。
また、機器の余寿命の定量的な算出が、高精度かつ容易に可能な新規の余寿命診断方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料より成り、湿度５０％の下、上記同等材料の上記絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωから５．０１×１０ １０ Ωの範囲で異なる複数の部位を有し、上記複数の部位にそれぞれ上記表面電気抵抗率を測定する電極を設けたものである。
【００１０】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、該同等材料が絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωである未劣化部位と、上記表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωでない劣化部位とを含むものである。
【００１２】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記各絶縁診断センサにおいて、くし型電極を用いて表面電気抵抗率を測定したものである。
【００１３】
また、本発明の余寿命診断方法は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受配電設備の絶縁診断センサを上記受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの異なる複数の部位の表面電気抵抗率の変化を測定すると共に、予め、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材の表面電気抵抗率を、表面電気抵抗測定環境の相対湿度をパラメータとして、受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線を得、上記時間依存性基準曲線と、上記取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したものである。
【００１４】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めるものである。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備にセンサを取り付け、上記センサの表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明は、受配電設備の劣化と、該設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料の表面劣化との間に定量的な相関性のあることを見い出し、これを利用して、上記固体絶縁材料と同等材料より成るセンサの表面劣化を表面電気抵抗の測定により検出することにより受配電設備本体の絶縁診断および余寿命の診断を行うというものである。
また前記したように、機器の劣化機構として、汚損や絶縁材料自身の劣化があるが、表面汚損の結果として材料表面のイオン量が増加するはずである。このうちの伝導に寄与する総イオン量（Σμｅｆｆ・Ｎ）を検出することで絶縁材料の劣化を診断し、機器の寿命を診断しようということが本発明に至った経緯である。
すなわち、伝導に寄与する総イオン量（Σμｅｆｆ・Ｎ）は、
ここで、注意すべきはμｅｆｆが湿度によって変化すること（電解液として扱えるので、温度による変化をあまり気にしなくても良い）であり、測定環境における湿度をパラメータとして押さえることが重要である。
【００１８】
本発明に係わる受配電設備を構成する主回路部分に用いられている固体絶縁材料とは、電力を受配する導体を支持するための絶縁物や遮蔽板などのことで、例えば紙フェノール樹脂積層板、無機物を含有するポリエステル樹脂成形品、ジアリルフタレート樹脂成形品、エポキシ樹脂注型品などのことである。
【００１９】
本実施の形態１の絶縁診断センサは、これら固体絶縁材料と同等材料の未劣化部位、および該同等材料の劣化部位から成り、これらの部位にそれぞれ、各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けたものであり、このようなセンサを用いて受配電設備の絶縁診断を行うことにより高精度の絶縁診断が可能になり、また余寿命診断も可能になる。
【００２０】
ここで言う同等材料とは、材料組成や化学構造が同一であっても、また必ずしも同一でなくとも良い。次に述べる電気特性の測定値が未劣化時および劣化時において同等でありさえすれば良い。
なお、本発明で言う劣化部位とは、該同等材料を故意に劣化させた部位を意味し、具体的には、物理的または化学的な表面処理（例えば機械的処理、光照射、コロナ放電処理、イオン化（酸、アルカリ）処理、グラフト反応処理、オゾン処理など）や、材料バルクの化学的処理（例えば、モルフォロジーやトポロジーの改変など）や熱的処理（過熱劣化）などの方法で行われる。
【００２１】
本実施の形態においては、固体絶縁材料と同等材料を上記のようにして故意に劣化させた劣化部位と、固体絶縁材料と同等材料を劣化させていない未劣化部位との表面にそれぞれ、表面電気抵抗率を測定するためのくし型電極が設けられる。
【００２２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態１による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、１は絶縁診断センサ、１１は受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が未劣化の状態の未劣化部位、１２は上記固体絶縁材料と同等材料が劣化した状態の劣化部位、３１，３２は、未劣化部位１１、劣化部位１２に各々設けられたくし型電極であり、それぞれ上記各部位の表面電気抵抗率を測定する。
このような絶縁診断センサ１を受配電設備に取り付け、表面電気抵抗率の変化を見ることにより絶縁診断をおこなう。
なお、ここで表面電気抵抗率とは、Ｗ／Ｌ＝１の時における抵抗値である。図１（ｂ）に示すように、Ｗは電極の幅（対向する電極部分の長さ）、Ｌは電極間距離である。
【００２３】
本発明の実施の形態１による絶縁診断センサは、劣化した部位を有するため、未劣化部位のみで構成されるセンサに比べて低抵抗領域で変化するので、計測技術の点において有利であり、また複数の部位による測定によって絶縁診断しているので高精度の評価が行えるという効果がある。
【００２４】
また、実際の機器の絶縁診断にあたって、センサを搭載しないまま使用開始されている機器に対しても、本センサをいつでも搭載することが可能であり、特に現実問題として寿命の近づいている機器の余寿命の算出に有効であるという効果がある。
【００２５】
また、その際、後述の方法により受配電設備の余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００２６】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、２は本実施の形態２による絶縁診断センサであり、実施の形態１と同様、未劣化部位１１と劣化部位１２を有する。また、未劣化部位１１と劣化部位１２は、それぞれ、くし型電極３１，３２を設けた領域Ａ，Ａ’と、電極３１，３２を設けない領域Ｂ，Ｂ’とから成っている。電極３１，３２を設けた領域Ａ，Ａ’は電気特性の測定に供せられるが、設けない領域Ｂ，Ｂ’は必要があれば電気特性以外の特性測定用に供せられる。例えば、熱的（ガラス転移温度、モルフォロジー変化）、スペクトル的（ＵＶ−ＶＩＳ、ＩＲ）、微量分析（ＴＧ、ＤＴＡ、Ｉ／Ｃ、ＧＰＣ、ＧＣ−ＭＳ、ＥＳＲ）等の測定も必要に応じて可能にしている。
【００２７】
このようにすることにより、実施の形態１の効果に加え、電極を設けない領域を電気抵抗測定以外の測定に供することが可能となり、劣化部位および未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を他の方法でも裏付けることができるため、診断の信頼性を高める効果がある。
【００２８】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による絶縁診断センサを示す図であり、センサの上面と側面を示す。図において、３は絶縁診断センサ、１３は受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が劣化した状態の劣化部位であり、劣化の程度が劣化部位１２より強い劣化部位である。本実施の形態３のセンサ３において、未劣化部位１１、劣化部位１２，１３は、劣化の程度が段階的に強くなるように配列されている。３３は劣化部位１３に設けられたくし型電極であり、劣化部位１３の表面電気抵抗率を測定する。
【００２９】
このようにすることにより、実施の形態１の効果に加え、本発明の絶縁診断センサを後述する余寿命診断方法に適用する場合、診断精度を高めることが可能となる。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、劣化部位は劣化の程度が異なる２つの劣化部位１２，１３で構成されているが、その数はさらに多くても良い。
【００３１】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、未劣化部位１１と劣化部位１２、あるいは未劣化部位１１と劣化部位１２，１３というように、劣化の程度が互いに異なる複数の部位からなり、かつこれら複数の部位には未劣化部位１１を含むセンサを示したが、未劣化部位１１を有さず、固体絶縁材料と同等材料の劣化の程度が異なる複数の劣化部位を有し、上記複数の劣化部位にそれぞれ各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けるようにしてもよく、上記各実施の形態と同様の効果がある。
なお、実施の形態１〜３のように、複数の部位の内の１つを未劣化部位１１とする効果としては、新品の受配電設備に取り付けた場合、受配電設備と同じ状態の固体絶縁材料の表面電気抵抗率を測定することができるため、信頼性が増すという効果がある。また、後述するように、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果もある。
【００３２】
実施の形態５．
本実施の形態においては、上記実施の形態１の絶縁診断センサ１を用いて、受配電設備の余寿命を計算する方法を示す。
実施の形態１に示す絶縁診断センサ１を受配電設備に一定期間取り付ける。この取り付け期間において、センサ１により検出される電気特性が変化する。上記取り付け期間中に変化する劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定し、上記取り付け期間における変化量を基にして該受配電設備の余寿命が計算できる。具体的なその方法の一例を示す。
【００３３】
図４は本実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線の一例を示す図である。この曲線は、例えば、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材を加速劣化させることによって、予め、実機における絶縁材料の劣化を模擬して得たものである。図４の曲線は、相対湿度ＨＡ％下での測定結果であり、横軸は加速劣化時間、縦軸は上記部材の表面電気抵抗率である。
【００３４】
図において、ρ００Ωは受配電設備の固体絶縁材料と同等材料からなる部材が未劣化状態である初期における表面電気抵抗率（相対湿度ＨＡ％）、ρ１０Ωは上記部材が寿命に到達したときにおける相対湿度ＨＡ％での上記部材の表面電気抵抗率、ｔ１は上記部材を加速劣化して、相対湿度ＨＡ％での表面電気抵抗率をρ１０Ωとするのに要する加速劣化時間であり、時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間である。
【００３５】
なお、図４に示す表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線は、寿命と判定される加速劣化時間ｔ１を１００として、横軸を劣化率として表すことも可能である。
【００３６】
また、本実施の形態５による余寿命診断方法において用いられる診断センサは、図１に示す絶縁診断センサ１が用いられ、受配電設備の固体絶縁材料と同等材料が未劣化状態である未劣化部位１１（表面電気抵抗率はρ００Ω）と、上記同等材料がｔ１時間加速劣化された劣化部位１２（表面電気抵抗率はρ１０Ω）とを有しているものとする。
【００３７】
このセンサ１を、既にＴ時間使用されている受配電設備に取り付け、さらにΔＴ時間使用した後に、該センサ１の未劣化部位１１および劣化部位１２の表面電気抵抗率を相対湿度ＨＡ％で測定したところ、未劣化部位１１の表面電気抵抗率はρ００→ρ０１に、劣化部位１２の表面電気抵抗率はρ１０→ρ１１に変化したとする。そして、図４においてρ００→ρ０１、ρ１０→ρ１１に変化するのに要する時間を読み取ったところ、平均でΔｔ時間であったとする。
該受配電設備の余寿命（ΔＴ時間経過後の余寿命）をＴＲとすると、
（Ｔ＋ΔＴ＋ＴＲ）／ｔ１＝ΔＴ／Δｔ
であるから、余寿命ＴＲは
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ （１）
で表される。
【００３８】
ここで、上記加速劣化と実機における実際の劣化（実機劣化）の相関性について述べておく。通常の屋内環境で使用されている受配電設備に搭載されている固体絶縁材料（紙フェノール樹脂積層板など）をサンプリングして、表面電気抵抗率を温度２５℃、相対湿度５０％で測定し、その平均表面電気抵抗率の使用年数依存性をプロットしたのが図５である。図５では、機器使用年数２０年を寿命の目安として、この時の値を劣化率１００％の値としているが、図５に見られる曲線は上記図４の加速劣化曲線に極似していることがわかる。両図の比較から、本発明に係わる加速劣化と実機劣化には相関性のあることが明確である。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００４０】
また、本実施の形態では未劣化部位を有する実施の形態１のセンサを用いているので、高抵抗領域が高精度で検出できるのであれば、取り付け期間ΔＴが短くても、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線よりΔｔを容易に算出できるので、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果がある。
【００４１】
なお、本実施の形態では実施の形態１に示した絶縁診断センサ１を用いて余寿命診断を行ったが、実施の形態２〜４の絶縁診断センサを用いて同様に余寿命診断を行ってもよい。
【００４２】
また、受配電設備に一定期間取り付けるセンサは、実施の形態１〜４のような複数の部位から成るものに限らず、固体絶縁材料と同等材料から成り、未劣化状態あるいは劣化状態のいずれかの状態の１つの部材で構成されるセンサを用いても良い。この場合においても、該センサを受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの表面電気抵抗率の変化を測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線と、測定された取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出すればよい。
【００４３】
また、本実施の形態において、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線は加速試験により予め求めたが、表面電気抵抗率の湿度依存性基準曲線を実際の受配電設備の実使用時間より直接得るようにしてしても良く、また、他の模擬試験により求めても良い。
【００４４】
【実施例】
本発明の絶縁診断方法および余寿命診断方法を以下の実施例によって具体的に説明する。
実施例１．
紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ：３ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ）を１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で、０．５日、１日、２日、４日、６日間曝し、１００℃で１時間乾燥させた後、一対のくし型電極を金で真空蒸着した（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）。試料数は各々４個とした。これら試料について、恒温恒湿室（２０℃、５％〜８５％）にて表面電気抵抗率測定を行った。測定は微少電流計（ＨＰ−４１４０Ｂ）を用い、ＤＣ印加電圧１０Ｖで１分値を採用した。結果を図６に示す。図６は横軸を加速劣化時間と劣化率の両方で表しており、図６を、本実施例における、湿度をパラメータとした表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線図とする。
【００４５】
なお、ここで、診断対象となる受配電設備の寿命に相当する絶縁材料の表面電気抵抗率は、湿度５０％において、５×１０１０Ωとした（実機劣化の統計的なデータによる）。従って、図６においては、加速劣化時間４日の表面電気抵抗率値が寿命のしきい値に相当し、これを劣化率１００％とした。
【００４６】
３ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍの上記と同じ紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）を上記と同様に、１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で４日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化部位を形成する。マスクした半分の部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位に、図１に示すように、それぞれ、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ１を試作した。
【００４７】
これを、電力設備として１０年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに２年間運転を行った後に、センサ１の表面電気抵抗率を湿度５０％で測定した。測定された表面電気抵抗率値の変化状況を、図６に示される表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線上で示すと、図７のようになる。
測定された表面電気抵抗率値は、未劣化部位１１では、１．２２×１０１４Ω→２．３５×１０１３Ω、劣化部位１２では、５．０１×１０１０Ω→３．６１×１０１０Ωの変化が観察された。この変化は、図７の矢印１−１１，１−１２に示すように、劣化率約１０％であった。寿命となる加速劣化時間ｔ１を１００とすれば、Δｔは劣化率１０％で表され、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は８年と計算される。
【００４８】
実施例２．
３ｍｍ×１００ｍｍ×７０ｍｍの、実施例１と同様の紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）を、実施例１と同様に１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で４日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化部位を形成する。マスクした半分の部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位の一部（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）に、図２に示すように、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ２を試作した。
【００４９】
これを、電力設備として８年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに４年間運転を行った後に、センサ２の表面電気抵抗率を測定した。この時の相対湿度は湿度４０％であった。測定結果は、未劣化部位１１で２．２０×１０１３Ω、劣化部位１２で１．２６×１０１１Ωであった。なお、湿度４０％で、このセンサの各部位１１，１２の表面電気抵抗率の初期値は、図６または図７に示す値と同じであり、それぞれ１．４８×１０１４Ω、２．０６×１０１１Ωであった。
実施例１と同様に、この変化量を図７で見積ると、矢印２−１１，２−１２に示すようになり、劣化率は約１５％となる。同様に、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は約１５年と計算される。
【００５０】
また、このセンサ２の、電極を設けない領域（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ）を用いて、表面に付着したイオン種と量をイオンクロマト法で測定したところ、陽イオンとしてアンモニウムイオンが、陰イオンとして硝酸イオンが多量に存在することもわかった。センサ２の表面電気抵抗率の低下は、センシング期間中に生成あるいは付着したイオン量の増加と相関のあることもわかった。
【００５１】
実施例３．
３ｍｍ×１５０ｍｍ×７０ｍｍの、実施例１と同様の紙フェノール樹脂積層板（ＰＬ−ＰＥＭ）の一部（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をパラフィンフィルムでマスクして、残りの部分（３ｍｍ×１００ｍｍ×７０ｍｍ）を、実施例１と同様に１Ｎ硝酸水溶液の蒸気に室温下で２日間曝し、さらにこの残りの部分の半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をマスクした後、残り半分（３ｍｍ×５０ｍｍ×７０ｍｍ）をさらに１日間曝し、１００℃で１時間乾燥させて劣化の程度の異なる２つの劣化部位を形成する。最初にマスクした部分は未劣化部位となる。上記未劣化部位および劣化部位の一部（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×５０ｍｍ）に、図３に示すように、くし型電極を金蒸着（Ｗ／Ｌ＝２２９０、Ｌ＝０．２ｍｍ）して、絶縁診断センサ３を試作した。
【００５２】
これを、電力設備として６年間使用経過した受配電設備の主回路部分の固体絶縁材料の近傍に取り付け、さらに３年間運転を行った後に、センサ３の表面電気抵抗率を測定した。この時の相対湿度は湿度６０％であった。測定結果は、未劣化部位１１で７．９４×１０１２Ω、劣化部位１２で２．９６×１０１０Ω、劣化部位１３で９．０６×１０９Ωであった。なお、湿度６０％で、このセンサの各部位１１，１２，１３の表面電気抵抗率の初期値は、図６または図７に示す値と同じであり、それぞれ６．７４×１０１３Ω、３．９８×１０１０Ω、１．１４×１０１０Ωであった。
実施例１と同様に、この変化量を図７で見積ると、矢印３−１１，３−１２，３−１３に示すようになり、劣化率は約１０％となる。同様に、式（１）を適用すると、該受配電設備の余寿命は約２１年と計算される。
【００５３】
また、このセンサの電極を設けない領域（それぞれ、３ｍｍ×５０ｍｍ×２０ｍｍ）を用いて、実施例２と同様にして表面に付着したイオン種と量をイオンクロマト法で測定したところ、実施例２と同様に、陽イオンとしてアンモニウムイオンが、陰イオンとして硝酸イオンの存在が確認され、しかもその量は、劣化部位１３＞劣化部位１２＞未劣化部位１１であった。センサ３における表面電気抵抗率の低下も、センシング期間中に生成あるいは付着したイオン量の増加と相関のあることもわかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料より成り、該同等材料の劣化の程度が異なる複数の部位を有し、上記複数の部位にそれぞれ上記各部位の表面電気抵抗率を測定する電極を設けたので、劣化した部位は低抵抗領域で表面電気抵抗率が変化するため、計測技術の点において有利であり、また複数の部位による測定によって絶縁診断しているので高精度の評価が行えるという効果がある。
また、実際の機器の絶縁診断にあたって、センサを搭載しないまま使用開始されている機器に対しても、本センサをいつでも搭載することが可能である。
また、このようなセンサを用いれば、後述の方法により受配電設備の余寿命の定量的な算出が容易に、しかも高精度で行えるため、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができる。
【００５５】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料が未劣化の状態の未劣化部位と、該同等材料が劣化した状態の劣化部位とから成るので、新品の受配電設備に取り付けた場合、受配電設備と同じ状態の固体絶縁材料の表面電気抵抗率を測定することができるため、信頼性が増すという効果がある。また、余寿命診断にあたって、センサの取り付け期間を短くできる効果もある。
【００５６】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記複数の部位が、各々、電極を設けた領域と、上記電極を設けない領域とから成るので、電極を設けない領域を電気抵抗測定以外の測定に供することが可能となり、劣化部位および未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を他の方法でも裏付けることができるため、診断の信頼性を高める効果がある。
ある。
【００５７】
また、本発明の受配電設備の絶縁診断センサは、上記各絶縁診断センサにおいて、くし型電極を用いて表面電気抵抗率を測定したので、表面電気抵抗率が小面積で精度良く測定できる効果がある。
【００５８】
また、本発明の余寿命診断方法は、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成るセンサを上記受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの表面電気抵抗率の変化を測定すると共に、予め、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材の表面電気抵抗率を、表面電気抵抗測定環境の相対湿度をパラメータとして、受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線を得、上記時間依存性基準曲線と、上記取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したので、受配電設備の余寿命診断が容易に、しかも高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００５９】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めたので、余寿命を容易に、定量的かつ高精度で求められる効果がある。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備にセンサを取り付け、上記センサの表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間である。
【００６０】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、センサとして上記絶縁診断センサを用い、取り付け期間における該センサの劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線と、上記各部位の表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したので、受配電設備の余寿命診断が容易に、しかもより高精度で行えるので、設備の異常による事故の発生を未然に防ぐことができるばかりでなく、設備の効率良い更新を行うことができる。
【００６１】
また、本発明の余寿命診断方法は、上記余寿命診断方法において、余寿命を次式より求めたので、余寿命を容易に、定量的、かつより高精度で求められる効果がある。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備に絶縁診断センサを取り付け、上記センサの劣化部位と未劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された各部位の表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間の平均値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による絶縁診断センサを示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態２による絶縁診断センサを示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態３による絶縁診断センサを示す図である。
【図４】 本発明の実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線の一例を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態５に係わる表面電気抵抗率の時間依存性曲線を実機において測定した図である。
【図６】 本発明の実施例１における表面電気抵抗率の劣化時間依存性基準曲線を示す図である。
【図７】 本発明の実施例１〜３における表面電気抵抗率の変化状況を図６の劣化時間依存性基準曲線上で示す図である。
【図８】 従来の機器診断方法を示す図である。
【図９】 従来の機器診断方法を説明する図である。
【符号の説明】
１，２，３ 絶縁診断センサ、１１ 未劣化部位、１２，１３ 劣化部位、３１，３２，３３ くし型電極。
Claims (5)
- 受配電設備の絶縁診断センサにおいて、上記受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料より成り、湿度５０％の下、上記同等材料の上記絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωから５．０１×１０ １０ Ωの範囲で異なる複数の部位を有し、
上記複数の部位にそれぞれ上記表面電気抵抗率を測定する電極を設けたことを特徴とする受配電設備の絶縁診断センサ。 - 複数の部位は、同等材料の絶縁診断センサ作製時における表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωである未劣化部位と、上記表面電気抵抗率が１．２２×１０ １４ Ωでない劣化部位とを含むことを特徴とする請求項１記載の受配電設備の絶縁診断センサ。
- くし型電極を用いて表面電気抵抗率を測定したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の受配電設備の絶縁診断センサ。
- 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の受配電設備の絶縁診断センサを上記受配電設備に一定期間取り付け、この取り付け期間における該センサの異なる複数の部位の表面電気抵抗率の変化を測定すると共に、予め、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料と同等材料から成る部材の表面電気抵抗率を、表面電気抵抗測定環境の相対湿度をパラメータとして、受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定し、表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線を得、上記時間依存性基準曲線と、上記取り付け期間における表面電気抵抗率の変化とに基づいて受配電設備の余寿命を算出したことを特徴とする受配電設備の余寿命診断方法。
- 余寿命を次式より求めることを特徴とする請求項４記載の受配電設備の余寿命診断方法。
ＴＲ＝ｔ１×ΔＴ／Δｔ−Ｔ−ΔＴ
ここで、ＴＲは余寿命、Ｔは受配電設備のそれまでの実使用時間、ΔＴは受配電設備にセンサを取り付け、上記センサの表面電気抵抗率の変化を測定する取り付け期間、ｔ１は予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線において寿命と判定される時間、Δｔは、上記時間依存性基準曲線上において、測定された表面電気抵抗率の変化を生じるのに要する時間である。
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