JP7134633B2 - 劣化診断システム、劣化診断装置、劣化診断方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
また、従来技術では、診断対象となる絶縁材料に直流電圧を印加して絶縁抵抗の経時変化を測定する。また、該絶縁抵抗と測定時間との関係を指数方程式で近似した場合の指数近似曲線の定数に基づいて、絶縁材料の汚損状態を診断する。また、絶縁抵抗と測定時間との関係を累乗方程式で近似した場合の累乗近似曲線の定数に基づいて、絶縁材料の劣化状態を診断する。
また、従来技術では、絶縁劣化判定基準となる絶縁材料の絶縁抵抗の変化と、絶縁材料の材料特性及び絶縁材料が設置されている大気環境因子との関係に基づき、多変量解析し、絶縁抵抗の推定式を予め作成する。また、推定式により、絶縁材料の設置環境で想定される最高温度湿度での絶縁材料の絶縁抵抗を算出する。また、算出された最高温度湿度での絶縁材料の絶縁抵抗に基づいて寿命閾値までの時間を判定する。
本実施形態による劣化診断装置(劣化診断システムとも呼ぶ)は、材料因子と環境因子とを測定し、それらの測定値を基に抵抗値を推定する。材料因子は、電気設備等における絶縁抵抗の材料に係る要因である。環境因子は、電気設備等が設置されている環境(特に、絶縁材料が晒される環境)に係る要因である。本実施形態による劣化診断装置は、これら材料因子および環境因子の測定を、自動的且つ連続的に行えるように構成される。
これらの各機能部は、例えば、電子回路を用いて実現される。また、各機能部は、必要に応じて、半導体メモリーや磁気ハードディスク装置などといった記憶手段を内部に備えてよい。また、各機能を、コンピューターおよびソフトウェアによって実現するようにしてもよい。
測定部2内の材料因子測定部21は、絶縁材料の素材の劣化に関わる項目を測定する。材料因子測定部21が測定する項目は、例えば、絶縁抵抗の表面の色(例えば、L*,a*,b*の色空間で表現される。色画像であってもよい。)、青色反射率、赤色反射率、光沢度(入射角20度の場合)、光沢度(入射角60度の場合)、光沢度(入射角85度の場合)、表面粗さ、濡れ性(接触角)、分光反射スペクトルである。これらの項目によって測定される特性は、抵抗材料の劣化に伴い変化する特性である。
測定部2内の環境因子測定部22は、絶縁抵抗を取り巻く環境に関する項目を測定する。環境因子測定部22が測定する項目は、例えば、イオン性物質の量(付着量など)や、設置環境における温度および湿度等である。ここで、イオン性物質の具体例は、塩化物イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、ナトリウムイオン、アンモニウムイオン等である。
つまり、妥当性判定部4は、抵抗値推定部3が推定した抵抗値と、絶縁抵抗の抵抗値の実測値とを比較することにより推定式の妥当性を判定することができる。
そのため、診断部5は、例えば、使用期間と絶縁抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求め、その推定曲線が予め設定されている閾値以下となる時点まではその絶縁材料が有効であると判断し、有効期間を算出する。診断部5の処理によって得られる診断結果は、診断結果表示部6に渡される。
つまり、診断部5は、対象機器が設置される環境において想定される所定の温度および湿度を前提として推定式を用いて推定される抵抗値に基づいて、使用期間と抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求める。これにより、診断部5は、絶縁抵抗の抵抗値が所定の閾値を下回るまでの時間(有効期間)を推定する。
一例として、対象機器が設置されたのが西暦1993年5月30日で、劣化診断装置1による診断が行われたのが2018年3月15日で、上記の推定曲線が閾値以下となる時点が2029年7月30日である。このとき、診断部5は、有効期間として「2029年7月30日」という日付を出力する。また、診断部5が、適宜、推定曲線のグラフ(日付と絶縁抵抗値(推定値)のペアの時系列)のデータを出力するようにしてもよい。
診断結果表示部6は、診断部5から渡される診断結果を表示する。これにより、劣化診断装置1のユーザーは、対象機器に用いられている抵抗の有効期間の推定値を知ることができる。
R=f(m,d1,d2,…,dN) ・・・ (1)
式(1)において、Rは推定された抵抗値であり、f()は推定抵抗値を出力するための所定の関数である。また、mは、絶縁材料の種類(物質)を指標する値(例えば、整数値)である。また、d1,d2,…,dNは、絶縁材料の種類以外を表すN個のパラメーターである。これらのパラメーターには、絶縁材料の形状やサイズ(例えば、断面積や長さ等)に関するデータが含まれる。また、これらのパラメーターには、測定部2において測定される測定結果データが含まれる。
なお、多数の劣化モードを網羅して推定式を作成するほど、推定される抵抗値の精度は上がり、誤診断が少なくなる。
R=fm(d1,d2,…,dN) ・・・ (2)
推定式作成部12は、推定式作成用解析データ記憶部11に記憶されている解析データを基に、T法(タグチ法)による多変量解析を行い、推定式を求める。推定式作成部12によって求められる推定式は、前記の式(1)または式(2)で表されるものである。なお、推定式作成部12は、T法に代えて、MT法(マハラノビス・タグチ法)を用いてもよい。なお、T法やMT法自体は、既存の技術である。
つまり、推定式作成部12は、測定部2が測定する測定項目の実測値と絶縁抵抗の抵抗値の実測値との組に基づき、タグチ法またはタグチ・シュミット法を用いた多変量解析により推定式を予め作成する。
つまり、測定部2における、イオン性汚損物質の付着量の計測手段を、対象機器における絶縁抵抗の近傍に設置するようにしている。これにより、絶縁抵抗が環境から受ける要因をより正確に測定できる。
絶縁抵抗値の低下の予兆を検知した場合には、個々の対象機器に関して、マニュアル作業による目視点検や、従来の汚損度の計測等を実施することができる。これにより、測定手段の設置数を少なく抑制しながら、予防保全を達成することができる。
さらに、上記のイオン性汚損物質の付着量の計測手段を、上記筺体の排気口の近傍にも設置するようにしてもよい。
図4および図5は、環境因子測定部22の一構成例であるセンサーを示す断面図および平面図である。図4は、断面図である。図5は、平面図である。図4の断面図は、図5における一点鎖線C-C´において切った断面を示すものである。
図4および図5に示すように、本例による環境因子測定部22は、絶縁板31と、第1電極32と、第2電極33とを有する。第1電極32と第2電極33とは、互いに所定の距離を置いて、絶縁板31上に所定のパターンで配置される。第1電極32と第2電極33のパターン形成には、例えば、プリント技術を用いる。図5に示すように、第1電極32と第2電極33は、それぞれ、電圧源(図中の「V」)および電流計(図中の「A」)に接続される。電圧源は、第1電極32と第2電極33との間に、交流電圧または直流電圧を印加する。電流計は、第1電極32から第2電極33に流れる電流を測定する。図4において、符号34は、汚損物や水膜である。汚損物/水膜34の付着により、第1電極32から第2電極33に漏れ電流が流れる。上記の電流計は、この漏れ電流を計測する。つまり、上記の電流計は、電極パターン(第1電極32と第2電極33)上に付着した汚損物/水膜34のイオン電導性を計測する。計測される電流は、付着した汚損物あるいは水膜の量により変化する。
この場合、推定式は、温度や湿度にも基づいて推定抵抗値を算出するものである。
汚損物質の付着による質量変化を捉えるために、水晶振動子(QCM)法や、表面弾性波(SAW)法を適用することができる。このように、微小な重量変化に伴う振動特性の変化を計測することによって汚損物質の付着量を求める方法は、比較的容易であるとともに、高感度に汚損物質の付着量を検知し、定量化することができる。
純水供給配管52は、純水供給部51から供給される純水を、必要時に汚損物採取槽53に供給する。
汚損物採取槽53は、外部より飛来した汚損物質を採取する。イオン成分分析装置50を放置している期間中に、汚損物採取槽53には、外部からの汚損物質が堆積する。放置期間に汚損物質が堆積した後、溶解期間において、純水供給配管52から供給される純水中に、汚損物質に含まれるイオン性物質が溶解する。イオン性物質が溶解した水は、汚損物採取槽53からサンプリング配管54側に流れる。
サンプリング配管54は、汚損物採取槽53で採取されたイオン性物質を含む水を、三方弁56を介して、成分計測部58に供給する機能を持つ。
なお、汚損物採取槽53と三方弁56との間に、ポンプが設けられている。このポンプは、サンプリング配管54内に水圧を生じさせる。このポンプの作用により、サンプリング配管54内において、図の左側から右側への水の流れが生じる。
三方弁56は、3方向の出入口を有する弁である。イオン成分分析装置50において、この三方弁56により、汚損物採取槽53からの水を、成分計測部58側に導くか、洗浄排水配管57側に導くかを切り替えることができる。つまり、成分計測部58による計測を行うときには、汚損物採取槽53からの水が成分計測部58側に供給されるようにする。また、成分計測部58による計測が終了すると、汚損物採取槽53からの水は、洗浄排水配管57側に流れ、排水される。
洗浄排水配管57は、不要となった水(汚損物採取槽53に貯められた水)を排水するための配管である。
成分計測部58は、イオンクロマトグラフ法やイオン選択性電極による方法等により、供給される水に含まれるイオン成分の種類と量とを計測する。成分計測部58は、計測結果のデータを出力する。
本実施形態では、イオン性汚損成分の付着量の計測手段を、診断対象とする絶縁材料の近傍に設置してよいため、これにより、対象材料の汚損状況をより正確に把握することが可能となる。
本実施形態では、気流の関係で汚損が最も進行しやすい絶縁材料の部位の汚損状況を計測する方法を用いることもできる。
診断対象とする絶縁材料が収容されている筐体の吸気口の近傍に、イオン性汚損成分の付着量の計測手段を設置することもできる。この場合、筐体内の局所的な汚損状況に関する情報を取得することはできないが、筐体内の汚損レベルを総括的に把握することが可能となる。
筐体内の総括的な汚損レベルの上昇を検知した場合、マニュアル作業による目視点検等を実施することで、少数の計測手段の設置数を抑えつつ、予防保全を達成することができる。
また、イオン性汚損成分の付着量の計測手段を、診断対象とする絶縁材料が収容されている筐体の吸気口だけでなく、同筺体の排気口の近傍にも設置してよい。この場合、排出口近傍の計測手段の結果から、筐体から排出されるイオン性汚損成分の量を把握することできる。そのため、筐体内部に残留するイオン性汚損成分の量をより正確に把握することが可能となる。
そこで、硝酸イオンの存在量が増大を検知することで、上記の様な劣化モードの変化点を捉え、絶縁抵抗低下の進行度の予測式を切り替えることで、より高精度な余寿命診断が可能となる。
次に、第2の実施形態について説明する。なお、前実施形態において既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
図示するように、劣化診断システム100は、測定装置110と、分析装置120と、を含んで構成される。測定装置110と、分析装置120とは、通信ネットワークを介して相互に接続されている。なお、複数の測定装置110が、劣化診断システム100に含まれていても良い。
また、分析装置120は、測定値受信部121と、抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12と、を含んで構成される。測定装置110は、例えば、サーバー型コンピューターを用いて実現される。
上記の各機能部のうち、測定部2と、抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12とは、第1実施形態におけるそれらと同様の機能を有する(図1を参照)ものである。よって、ここでは、これら各機能部に関する詳細な説明を省略する。
分析装置120側の測定値受信部121は、測定装置110側の測定値送信部111から送信された測定結果データを受信する。測定値受信部121は、受信した測定結果データを、抵抗値推定部3に渡す。
これにより、分析装置120側では、測定装置110側で測定されたデータに基づいて、抵抗値を推定し、推定された抵抗値の妥当性を判定し、診断を行い、その診断結果を表示する。
次に、第3の実施形態について説明する。なお、前実施形態までにおいて既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
図示するように、劣化診断システム150は、測定装置110と、分析装置160と、を含んで構成される。測定装置110と、分析装置160とは、通信ネットワークを介して相互に接続されている。なお、複数の測定装置110が、劣化診断システム100に含まれていても良い。
また、分析装置160は、測定値受信部161と、解析データ収集部162と、抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12と、を含んで構成される。分析装置160は、例えば、サーバー型コンピューターを用いて実現される。
上記の各機能部のうち、測定部2と、抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12とは、第1実施形態におけるそれらと同様の機能を有する(図1を参照)ものである。よって、ここでは、これら各機能部に関する詳細な説明を省略する。
分析装置160側の測定値受信部161は、測定装置110側の測定値送信部111から送信された測定結果データを受信する。測定値受信部161は、受信した測定結果データを、抵抗値推定部3に渡す。
これにより、分析装置160側では、測定装置110側で測定されたデータに基づいて、抵抗値を推定し、推定された抵抗値の妥当性を判定し、診断を行い、その診断結果を表示する。
上記実施形態の、図2や図3に示す配置例では、劣化診断装置1が有する測定部2以外の機能(つまり、抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12とを含む機能)は、筺体311の外部に存在する。しかしながら、これらの抵抗値推定部3と、妥当性判定部4と、診断部5と、診断結果表示部6と、推定式記憶部7と、機種別材料名記憶部8と、推定式作成用解析データ記憶部11と、推定式作成部12とが筺体311の内部に存在しても良い。
また、測定部2における、イオン性汚損物質の付着量の計測手段の配置方法は、図2や図3に例示したものに限らず、他の配置方法としてもよい。
Claims (11)
- 対象機器に用いられている絶縁抵抗が設置されている場所における環境因子のうちイオン性汚損物質の付着量、を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果を基に前記絶縁抵抗の抵抗値を推定するための推定式に関する情報を記憶する推定式記憶部と、
前記測定部による前記測定結果と、前記推定式記憶部に記憶された前記推定式と、を用いて前記絶縁抵抗の前記抵抗値を推定する抵抗値推定部と、
を具備し、
前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、前記イオン性汚損物質がセンサーに付着したことに依る前記センサーの質量の変化を計測するものであって、
前記推定式は、温度および湿度にも基づいて前記抵抗値を推定する式であり、
前記測定部が測定する測定項目の実測値と前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値との組に基づき、タグチ法またはタグチ・シュミット法を用いた多変量解析により前記推定式を予め作成する推定式作成部と、
前記抵抗値推定部が推定した前記抵抗値と、前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値とを比較することにより前記推定式の妥当性を判定する妥当性判定部と、
前記対象機器が設置される環境において想定される所定の温度および湿度を前提として前記推定式を用いて推定される前記抵抗値に基づいて、使用期間と抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求めることにより、前記絶縁抵抗の抵抗値が所定の閾値を下回るまでの時間を推定する診断部と、
をさらに具備する劣化診断システム。 - 前記測定部は、前記センサーが有する水晶振動子に電圧を印加した際の共振周波数に基づいて、前記センサーの質量を計測する、
請求項1に記載の劣化診断システム。 - 前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段を、前記対象機器における前記絶縁抵抗の近傍に設置するようにした、
請求項1または2に記載の劣化診断システム。 - 前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段を、前記対象機器における前記絶縁抵抗を収容する筺体の吸気口の近傍に設置するようにした、
請求項1または2に記載の劣化診断システム。 - 前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段を、前記筺体の排気口の近傍にも設置するようにした、
請求項4に記載の劣化診断システム。 - 前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、電極を有するセンサーに付着した前記イオン性汚損物質を含む水膜の電導性を計測するものである、
請求項1から5までのいずれか一項に記載の劣化診断システム。 - 前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、前記イオン性汚損物質の組成を分析するための成分分析装置を備える、
請求項1から6までのいずれか一項に記載の劣化診断システム。 - 前記抵抗値推定部は、前記成分分析装置が分析した前記イオン性汚損物質の組成に応じた前記推定式を用いて前記抵抗値を推定する、
請求項7に記載の劣化診断システム。 - 対象機器に用いられている絶縁抵抗が設置されている場所における環境因子のうちイオン性汚損物質の付着量、を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果を基に前記絶縁抵抗の抵抗値を推定するための推定式に関する情報を記憶する推定式記憶部と、
前記測定部による前記測定結果と、前記推定式記憶部に記憶された前記推定式と、を用いて前記絶縁抵抗の前記抵抗値を推定する抵抗値推定部と、
を具備し、
前記測定部における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、前記イオン性汚損物質がセンサーに付着したことに依る前記センサーの質量の変化を計測するものであって、
前記推定式は、温度および湿度にも基づいて前記抵抗値を推定する式であり、
前記測定部が測定する測定項目の実測値と前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値との組に基づき、タグチ法またはタグチ・シュミット法を用いた多変量解析により前記推定式を予め作成する推定式作成部と、
前記抵抗値推定部が推定した前記抵抗値と、前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値とを比較することにより前記推定式の妥当性を判定する妥当性判定部と、
前記対象機器が設置される環境において想定される所定の温度および湿度を前提として前記推定式を用いて推定される前記抵抗値に基づいて、使用期間と抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求めることにより、前記絶縁抵抗の抵抗値が所定の閾値を下回るまでの時間を推定する診断部と、
をさらに具備する劣化診断装置。 - 対象機器に用いられている絶縁抵抗が設置されている場所における環境因子のうちイオン性汚損物質の付着量、を測定する測定過程を実行し、
前記測定過程による測定結果を基に前記絶縁抵抗の抵抗値を推定するための推定式に関する情報を予め記憶しておき、
前記測定過程による前記測定結果と、記憶しておいた前記推定式と、を用いて前記絶縁抵抗の前記抵抗値を推定する抵抗値推定過程を実行する、
劣化診断方法であって、
前記測定過程における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、前記イオン性汚損物質がセンサーに付着したことに依る前記センサーの質量の変化を計測するものであって、
前記推定式は、温度および湿度にも基づいて前記抵抗値を推定する式であり、
前記測定過程で測定する測定項目の実測値と前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値との組に基づき、タグチ法またはタグチ・シュミット法を用いた多変量解析により前記推定式を予め作成する推定式作成過程と、
前記抵抗値推定過程で推定した前記抵抗値と、前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値とを比較することにより前記推定式の妥当性を判定する妥当性判定過程と、
前記対象機器が設置される環境において想定される所定の温度および湿度を前提として前記推定式を用いて推定される前記抵抗値に基づいて、使用期間と抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求めることにより、前記絶縁抵抗の抵抗値が所定の閾値を下回るまでの時間を推定する診断過程と、
をさらに実行する劣化診断方法。 - 測定部による測定結果を基に絶縁抵抗の抵抗値を推定するための推定式に関する情報を記憶する推定式記憶部を有するコンピューターに、
対象機器に用いられている絶縁抵抗が設置されている場所における環境因子のうちイオン性汚損物質の付着量、を測定するよう制御する測定過程と、
前記測定過程による測定結果と、前記推定式記憶部に記憶された前記推定式と、を用いて前記絶縁抵抗の前記抵抗値を推定する抵抗値推定過程と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記測定過程における、前記イオン性汚損物質の付着量の計測手段は、前記イオン性汚損物質がセンサーに付着したことに依る前記センサーの質量の変化を計測するものであって、
前記推定式は、温度および湿度にも基づいて前記抵抗値を推定する式であり、
前記測定過程で測定する測定項目の実測値と前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値との組に基づき、タグチ法またはタグチ・シュミット法を用いた多変量解析により前記推定式を予め作成する推定式作成過程と、
前記抵抗値推定過程で推定した前記抵抗値と、前記絶縁抵抗の抵抗値の実測値とを比較することにより前記推定式の妥当性を判定する妥当性判定過程と、
前記対象機器が設置される環境において想定される所定の温度および湿度を前提として前記推定式を用いて推定される前記抵抗値に基づいて、使用期間と抵抗値との関係の時間的変化を表す推定曲線を求めることにより、前記絶縁抵抗の抵抗値が所定の閾値を下回るまでの時間を推定する診断過程と、
をさらに実行させるためのプログラム。
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