JP7183473B2

JP7183473B2 - 劣化診断方法および劣化診断装置

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Publication number: JP7183473B2
Application number: JP2022501458A
Authority: JP
Inventors: 宗一郎藤原; 伸介三木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2040-02-19
Also published as: WO2021166095A1; JPWO2021166095A1

Description

本開示は、絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する劣化診断方法および劣化診断装置に関する。

従来、絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する劣化診断方法が知られている。たとえば、特開２００２－３７２５６１号公報（特許文献１）には、受配電設備の余寿命を算出する余寿命診断方法が開示されている。当該余寿命診断方法においては、高圧電気機器に用いられている絶縁材料と同等材料が未劣化の状態の未劣化部位と、劣化した状態の劣化部位にそれぞれ櫛型電極を設けた構成の絶縁診断センサを用い、センサの劣化部位と未劣化部位の表面抵抗率の変化を測定し、予め測定された表面抵抗率の時間依存性基準曲線に基づいて劣化を診断する。

特開２００２－３７２５６１号公報

特許文献１のような、従来の劣化診断方法では、絶縁物（絶縁診断センサ）の表面抵抗率を測定する必要がある。絶縁物の表面抵抗率の測定には、ｎ（１０^－９）Ａ，ｐ（１０^－１２）Ａレベルの電流測定が必要である。そのためには高抵抗測定計などの高機能な測定機器が必要である。また、櫛型電極を取り付けた絶縁物の表面抵抗率は、湿度の影響を受け得る。湿度の影響を受けると、測定される表面抵抗率が変化し、絶縁物の真の表面抵抗率が不明確になり得る。さらに、湿度によって影響される程度は絶縁物の劣化度により異なるため、湿度に影響された表面抵抗率を真の値に補正することが困難になり得る。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することである。

本開示の一局面に係る劣化診断方法は、絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する。劣化診断方法は、少なくとも１つの金属薄膜配線を絶縁物の周囲に配置するステップと、絶縁物および少なくとも１つの金属薄膜配線がともに特定気体に接触する場合における、少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値と絶縁物の表面抵抗率との第１相関関係を規定するデータベースを予め作成するステップと、少なくとも１つの金属薄膜配線の各々の測定タイミングにおける抵抗値を測定するステップと、データベースおよび測定タイミングにおける抵抗値を用いて、測定タイミングにおける絶縁物の表面抵抗率を推定するステップと、測定タイミングにおける高圧電気機器の使用時間および測定タイミングにおける絶縁物の表面抵抗率と、高圧電気機器が未使用である場合の絶縁物の表面抵抗率とから、高圧電気機器の使用時間と絶縁物の表面抵抗率との第２相関関係を表す関係式を作成するステップと、当該関係式において、絶縁物が絶縁性能を失う場合の基準表面抵抗率に対応する高圧電気機器の寿命時間を算出するステップと、寿命時間から、測定タイミングにおける高圧電気機器の使用時間または少なくとも１つの金属薄膜配線が絶縁物の周囲に配置されたタイミングにおける高圧電気機器の使用時間を減算した高圧電気機器の余寿命時間を算出するステップとを含む。

本開示の他の局面に係る劣化診断装置は、絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する。劣化診断装置は、少なくとも１つの金属薄膜配線と、データベースと、測定部と、推定部と、関係式作成部と、寿命算出部と、余寿命算出部とを含む。少なくとも１つの金属薄膜配線は、絶縁物の周囲に配置されている。データベースは、絶縁物および少なくとも１つの金属薄膜配線がともに特定気体に接触する場合における、少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値と絶縁物の表面抵抗率との第１相関関係を規定する。測定部は、少なくとも１つの金属薄膜配線の各々の測定タイミングにおける抵抗値を測定する。推定部は、データベースおよび測定タイミングにおける抵抗値を用いて、測定タイミングにおける絶縁物の表面抵抗率を推定する。関係式作成部は、測定タイミングにおける高圧電気機器の使用時間および測定タイミングにおける絶縁物の表面抵抗率と、高圧電気機器が未使用である場合の絶縁物の表面抵抗率とから、高圧電気機器の使用時間と絶縁物の表面抵抗率との第２相関関係を表す関係式を作成する。寿命算出部は、当該関係式において、絶縁物が絶縁性能を失う場合の基準表面抵抗率に対応する高圧電気機器の寿命時間を算出する。余寿命算出部は、測定タイミングにおける高圧電気機器の使用時間または少なくとも１つの金属薄膜配線が絶縁物の周囲に配置されたタイミングにおける高圧電気機器の使用時間を減算した高圧電気機器の余寿命時間を算出する。

本開示に係る劣化診断方法および劣化診断装置によれば、絶縁物および少なくとも１つの金属薄膜配線がともに特定気体に接触する場合における、少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値と絶縁物の表面抵抗率との第１相関関係を規定するデータベースを用いることにより、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することができる。

高圧電気機器の一例であるスイッチギヤの構成を概略的に示した断面図である。実施の形態１に係る劣化診断方法の流れを示すフローチャートである。高圧電気機器の使用年数（使用時間）と表面抵抗率との関係を概略的に示すグラフである。実施の形態１に係る金属薄膜配線の概略図である。絶縁劣化に影響を及ぼすＮＯｘ曝露試験後の診断対象である絶縁物の表面抵抗率および金属薄膜配線の抵抗値の相関関係を規定するデータベースである。実施の形態１に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置の機能構成を示すブロック図である。図６の制御部の主要部のハードウェア構成図である。図６の制御部の機能ブロック図である。実施の形態２に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る劣化診断方法の流れを示すフローチャートである。図１０の制御部の機能ブロック図である。実施の形態３に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置の機能構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る金属薄膜配線の概略図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

実施の形態１．
実施の形態１に係る高圧電気機器の劣化診断方法は、絶縁体を備える高圧電気機器の劣化診断方法である。高圧電気機器は、例えば遮断器、断路器、変圧器、母線・導体などの主回路構成品と、測定機器から構成される。

図１は、高圧電気機器の一例であるスイッチギヤ４９の構成を概略的に示した断面図である。スイッチギヤ４９は、絶縁体により支持される遮断器、断路器、および母線・導体などの主回路構成品と、測定機器とを含む。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、互いに直交している。なお、図１に関する説明においては、Ｚ軸の＋方向を上側、およびＺ軸の－方向を下側とする。

図１を参照して、スイッチギヤ４９は、遮断器５０ａ，５０ｂと、３本の水平母線５２と、接続導体５３ａ，５４ａ，５３ｂ，５４ｂと、母線支持板５６と、ケーブル５７ａ，５７ｂと、複数の碍子５８とを備える。遮断器５０ａは、操作機構５１ａおよびモールドフレーム５５ａを含む。遮断器５０ｂは、操作機構５１ｂおよびモールドフレーム５５ｂを含む。接続導体５３ａ、５４ａ、５３ｂ、および５４ｂは、複数の碍子５８によって支持されている。３本の水平母線５２は、三相交流の三相にそれぞれ対応している。母線支持板５６は、３本の水平母線５２を一括して支持する。

操作機構５１ａおよび遮断部（不図示）を内蔵するモールドフレーム５５ａは、台車６１ａに搭載されている。操作機構５１ｂおよび遮断部（不図示）を内蔵するモールドフレーム５５ｂは、台車６１ｂに搭載されている。台車６１ａ，６１ｂは、Ｘ軸方向に移動可能である。接続導体５３ａの一端は、ケーブル５７ａに電気的に接続されている。接続導体５３ａの他端は、遮断器５０ａの上側の端子に電気的に接続されている。接続導体５４ａの一端は、遮断器５０ａの下側の端子に電気的に接続されている。接続導体５４ａの他端は、水平母線５２を介して接続導体５３ｂの一端に電気的に接続されている。接続導体５３ｂの他端は、遮断器５０ｂの上側の端子に接続されている。接続導体５４ｂの一端は、遮断器５０ｂの下側の端子に接続されている。接続導体５４ｂの他端は、ケーブル５７ｂに電気的に接続される。

モールドフレーム５５ａ、５５ｂ、母線支持板５６、あるいは碍子５８の各々は、絶縁物であり、本開示における劣化診断の対象（診断対象）である。当該絶縁物の材料としては、たとえばポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、あるいはフェノール樹脂を挙げることができる。

金属薄膜配線１０は、診断対象とは別体として形成され、診断対象の周囲に設置される。図１において金属薄膜配線１０は、モールドフレーム５５ｂの近傍に設置されている。金属薄膜配線１０が診断対象とは別体として形成することにより、金属薄膜配線１０から診断対象への電界集中を抑制することができる。また、金属薄膜配線１０の交換が容易になる。

次に、実施の形態１に係る劣化診断方法を、図２および図３を用いて説明する。図２は、実施の形態１に係る劣化診断方法の流れを示すフローチャートである。図３は、高圧電気機器の使用年数（使用時間）と表面抵抗率との関係を概略的に示すグラフである。

図２を参照しながら、ステップＳ１において、診断対象の劣化に影響を与える特定気体（たとえば窒素酸化物（ＮＯｘ）、または硫黄酸化物（ＳＯｘ））を、金属薄膜配線および高圧電気機器に使用されている診断対象に曝露（接触）させる。曝露後の金属薄膜配線の抵抗値および診断対象の表面抵抗率を測定することにより、金属薄膜配線の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との相関関係（第１相関関係）を規定するデータベースが予め作成される。次に、ステップＳ２において、金属薄膜配線が診断対象の周囲に配置される。診断対象の周囲とは、診断対象が診断対象の劣化に影響を与える特定気体に曝露される場合、その特定気体に覆われる領域のことである。次に、ステップＳ３において、金属薄膜配線の抵抗値がテスター等の簡易抵抗計によって測定タイミング毎に測定される。当該抵抗値は、定期的または常時に測定される。ステップＳ４において、ステップＳ３において測定された金属薄膜配線の抵抗値がステップＳ１において作成されたデータベースに照合されて、当該抵抗値の測定タイミングにおける診断対象の表面抵抗率ＳＲ１が推定される。なお、表面抵抗率ＳＲ１が推定される抵抗値の測定タイミングを使用年数Ｌ１(年)とする。

図３も併せて参照しながら、ステップＳ５において、表面抵抗率ＳＲ１と診断対象の新品（未使用品）の表面抵抗率ＳＲ０とから、表面抵抗率と高圧電気機器の使用年数との相関関係（第２相関関係）を表す劣化直線ＲＦ１（線形関係）を表す関係式が作成される。ステップＳ６において、劣化直線ＲＦ１から表面抵抗率の閾値ＳＲ２（基準表面抵抗率）に対応する寿命年数Ｌ２（寿命時間）が算出される。なお、閾値ＳＲ２は診断対象が絶縁性能を失って、診断対象に放電が発生する場合の表面抵抗率である。ステップＳ７において、診断対象の寿命年数Ｌ２から、金属薄膜配線の測定タイミングまたは金属薄膜配線の配置タイミングにおける診断対象の使用年数Ｌ１（＜Ｌ２）を減算することで、診断対象の余寿命ＲＬ１（余寿命時間）が算出される。

次に、図４および図５を用いて、実施の形態１に係る劣化診断方法の詳細について説明する。図４は、実施の形態１に係る金属薄膜配線１０の概略図である。図４に示されるように、絶縁基板３２の主面上に櫛型形状の金属薄膜配線１０が形成される。テスター等で簡易に測定することができる抵抗（数百Ωレベル）を有するように、金属薄膜配線１０の配線長さＬに対する金属薄膜配線１０の配線幅Ｗの比（Ｗ／Ｌ）が調整（たとえば当該比が１０００以上）されたものであれば、金属薄膜配線１０の形状は櫛型形状以外であってもよい。金属薄膜配線１０が過度に細く、あるいは過度に長い場合には金属薄膜配線１０のインピーダンスが増加して検出感度が低下するため、金属薄膜配線１０は適度な幅および長さを有することが望ましい。また、金属薄膜配線１０が過度に短い場合、金属薄膜配線１０の成膜および半田付けが困難となり得るため、金属薄膜配線１０は適度な長さを有することが望ましい。金属薄膜配線１０の断面積による金属薄膜配線１０のインピーダンスの増加を抑制するという観点、および金属薄膜配線１０の成膜時の膜厚付近位置における金属薄膜配線１０のインピーダンスの増加を抑制するという観点から、金属薄膜配線１０の厚さは、０．１μｍ以上であることが望ましい。さらに、金属薄膜配線１０の抵抗を測定するため、金属薄膜配線１０は絶縁性を有する基板上に形成される必要がある。絶縁基板３２の材料としては、たとえばガラス、ガラス・エポキシ、あるいは紙フェノールを挙げることができる。

金属薄膜配線１０の両端部の各々には、電極パッド３３が配置されている。電極パッド３３は、リード線３４に接続されている。金属薄膜配線１０の金属材料としては、特定気体に曝露される環境を的確に評価することができる金属（たとえば、銅（Ｃｕ）、銅合金、銀（Ａｇ）、銀合金、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、鉄（Ｆｅ）、および鉄合金）であることが望ましい。これら以外の金属材料であっても、曝露環境を評価可能であれば他の金属材料が用いられても良い。金属薄膜配線１０の成膜法としては、たとえばスパッタ法、蒸着法、めっき法を挙げることができる。

図５は、絶縁劣化に影響を及ぼすＮＯｘ曝露試験後の診断対象である絶縁物の表面抵抗率および金属薄膜配線１０の抵抗値の相関関係を規定するデータベースである。図５に示されるデータは、診断対象としてポリエステル絶縁物が用いられ、金属薄膜配線１０として銅薄膜配線が用いられた場合のデータである。図５に示されるように、金属薄膜配線１０の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との間には近似的に直線関係が成り立つ。当該直線を利用することで金属薄膜配線１０の抵抗値から、診断対象の表面抵抗率を推定することができる。

なお、金属薄膜配線１０および診断対象は、銅薄膜配線およびポリエステル絶縁物にそれぞれ限定されない。金属薄膜配線１０は、たとえば、銅合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、あるいは鉄合金から形成されてもよい。また、診断対象は、たとえばエポキシ絶縁物、あるいはフェノール絶縁物であってもよい。また、銅薄膜の膜厚および幅等が変わっても、銅薄膜配線の抵抗値とポリエステル絶縁物の表面抵抗率との間には直線関係が成り立つため、銅薄膜の膜厚および幅に対応した抵抗値とポリエステル絶縁物の表面抵抗率との相関関係が規定されたデータベースを利用しても良い。

金属薄膜配線１０の抵抗値は、診断対象の表面抵抗率とは異なり湿度の影響を受けない。そのため、金属薄膜配線１０、および金属薄膜配線１０の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との関係が規定されたデータベースを利用することにより、診断対象の表面抵抗率から湿度の影響による誤差を排除することができる。また、診断対象の表面抵抗率の測定に必要な高抵抗測定計などの高機能な測定機器が不要であり、テスター等で簡易に当該抵抗値を測定することができる。簡易に測定された抵抗値をデータベースに照合することにより、診断対象の表面抵抗率を推定することができる。その結果、湿度の影響を受けずに、簡易に高圧電気機器の劣化を診断することができる。

図６は、実施の形態１に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置１００の機能構成を示すブロック図である。図６を参照して、劣化診断装置１００は、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）等の記録媒体に記録されたプログラムによってその動作が制御される制御ボードの形態で実現される。ただし制御ボードは劣化診断装置１００の一実現例であって、劣化診断装置１００のハードウェア構成は図６に示される構成に限定されない。

劣化診断装置１００は、入力部１０１と、記憶部１０２と、制御部１０３と、出力部１０４とを備える。入力部１０１は、たとえばキーボード、マウス、あるいはタブレット等の入力デバイスを含む。入力部１０１は、診断対象５５（たとえばモールドフレーム５５ａ，５５ｂ）の劣化診断に必要なデータベースからの入力を受けるとともに、入力されたデータベースを記憶部１０２へ送信する。たとえば銅薄膜配線の抵抗値とポリエステル絶縁物の表面抵抗率とのデータが、劣化診断に先立って入力部１０１に入力される。また、金属薄膜配線１０には予め定められた電圧（たとえば１００Ｖ）がテスター等の測定部２０によって印加され、金属薄膜配線１０からの出力値が測定部２０によって測定される。測定部２０から送られた測定値が入力部１０１に入力される。

記憶部１０２は、たとえばＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびハードディスクを含むメモリデバイスである。記憶部１０２は、劣化診断方法を実行するためのプログラム、測定値から表面抵抗率を計算するための金属薄膜配線１０に関するデータなどの各種データを記憶する。記憶部１０２は、入力部１０１に入力された各種データを記憶する。

制御部１０３は、たとえばマイクロプロセッサ（ＭＰＵ：Micro-Processing Unit）によって実現される。制御部１０３は、記憶部１０２に記憶されたプログラムを読み込むことにより、当該プログラムに記述された手順に従って劣化診断に関する処理を実行する。

図７は、図６の制御部１０３の主要部のハードウェア構成図である。制御部１０３の各機能は、処理回路１により実現し得る。処理回路１は、少なくとも１つのプロセッサ１ｂと少なくとも１つのメモリ１ｃとを備える。処理回路１は、プロセッサ１ｂおよびメモリ１ｃととともに、あるいはそれらの代用として、少なくとも１つの専用のハードウェア１ａを備えてもよい。

処理回路１がプロセッサ１ｂとメモリ１ｃとを備える場合、劣化診断装置１００の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。当該プログラムはメモリ１ｃに格納される。プロセッサ１ｂは、メモリ１ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、劣化診断装置１００の各機能を実現する。

プロセッサ１ｂは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、あるいはＤＳＰとも呼ばれる。メモリ１ｃは、たとえば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリなどにより構成される。

処理回路１が専用のハードウェア１ａを備える場合、処理回路１は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、あるいはこれらの組み合わせによって実現される。

劣化診断装置１００の複数の機能の各々は、処理回路１によって実現され得る。あるいは、劣化診断装置１００の複数の機能は、まとめて処理回路１によって実現され得る。劣化診断装置１００の各機能について、一部を専用のハードウェア１ａで実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路１は、ハードウェア１ａ、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって劣化診断装置１００の各機能を実現することができる。

出力部１０４は、制御部１０３によって算出された余寿命に基づく診断結果を外部の出力装置１０５に出力する。出力装置１０５は、たとえば、無線装置、プリンタ、ディスプレイまたはこれらの両方を含み得る。

図８は、図６の制御部１０３の機能ブロック図である。図８および図２を併せて参照して、制御部１０３は、推定部７２と、関係式作成部７３と、寿命算出部７４と、余寿命算出部７５とを含む。推定部７２は、診断対象の表面抵抗率を推定する。関係式作成部７３は、診断対象の使用年数と診断対象の表面抵抗率との関係式を作成する。寿命算出部７４は、診断対象の寿命を算出する。余寿命算出部７５は、診断対象の余寿命を算出する。データベース７１は、事前実験に基づいて導かれた金属薄膜配線１０の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との相関関係を規定する。

推定部７２は、金属薄膜配線１０が診断対象の周囲に配置された後に測定される金属薄膜配線１０の抵抗値を、データベース７１に照合し、診断対象の表面抵抗率を推定する。すなわち、推定部７２は、ステップＳ４の処理を実行する。

関係式作成部７３は、金属薄膜配線１０の抵抗値より推定した診断対象の表面抵抗率に対応する点と使用年数が０年（新品または未使用品）の診断対象の表面抵抗率に対応する点とを結んで、診断対象の使用年数と診断対象の表面抵抗率との関係式を作成する。すなわち、関係式作成部７３は、ステップＳ５の処理を実行する。

寿命算出部７４は、関係式作成部７３によって作成された関係式と予め定められた閾値とにより、診断対象の寿命年数を算出する。すなわち、寿命算出部７４は、ステップＳ６の処理を実行する。

余寿命算出部７５は、寿命算出部７４によって算出された寿命年数から、金属薄膜配線１０の抵抗値の測定タイミングまたは金属薄膜配線１０の配置タイミングにおける診断対象の使用年数を減算し、余寿命を算出する。すなわち、余寿命算出部７５は、ステップＳ７の処理を実行する。

以上、実施の形態１に係る劣化診断方法または劣化診断装置によれば、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、金属薄膜配線、および金属薄膜配線の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との相関関係が規定されたデータベースを利用することで、高抵抗測定計が不要となって簡易に抵抗測定を行うことができ、さらに、湿度管理が不要の劣化診断方法について説明した。実施の形態１においてデータベース化している金属薄膜配線の抵抗値は一定温度（たとえば２０℃）の場合における値である。そこで、実施の形態２では、各金属種における抵抗温度係数（たとえば、銅においては４．３×１０^－３／℃であり、銀においては４．３×１０^－３／℃）を利用することにより、診断対象が設置されている環境ごとの抵抗値を算出する。

図９は、実施の形態２に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置２００の機能構成を示すブロック図である。劣化診断装置２００の構成は、図６の制御部１０３が１０３Ｂに置き換えられているとともに、入力部１０１に温度センサ８０からの温度が入力されている点である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

図９を参照して、温度センサ８０は、金属薄膜配線１０の周囲の温度を入力部１０１に出力する。制御部１０３Ｂは、データベースの作成に用いられたデータが測定された温度および金属薄膜配線１０の測定タイミングまたは金属薄膜配線１０の配置タイミングにおいて温度センサ８０によって測定された温度の差、ならびに金属薄膜配線１０に含まれる金属の抵抗温度係数を用いて、データベースにおける金属薄膜配線１０の抵抗値を補正する。

図１０は、実施の形態２に係る劣化診断方法の流れを示すフローチャートである。図１０に示されるフローチャートは、図２に示されるフローチャートのステップＳ３とＳ４との間にステップＳ３Ｂが追加された点である。これ以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

図１１は、図１０の制御部１０３Ｂの機能ブロック図である。制御部１０３Ｂの構成は、図８の推定部７２が７２Ｂに置き換えられた構成である。これ以外は同様であるため説明を繰り返さない。推定部７２Ｂは、図１０のステップＳ３ＢおよびＳ４を実行する。

以上、実施の形態２に係る劣化診断方法または劣化診断装置によれば、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することができる。また、診断対象が設置されている環境毎の表面抵抗率を推定することができるため、劣化診断を実施の形態１よりも高精度に行うことができる。

実施の形態３．
発明の実施の形態１，２においては、１つの金属薄膜配線、当該金属薄膜配線の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との関係がまとめられたデータベースを利用することにより、高抵抗測定計が不要となって簡易に抵抗測定を行うことができ、さらに、湿度管理が不要の劣化診断方法について説明した。実施の形態３においては、金属薄膜配線の数が２以上である場合について説明する。

図１２は、実施の形態３に係る劣化診断方法を実行する劣化診断装置３００の機能構成を示すブロック図である。劣化診断装置３００の構成は、図６の劣化診断装置１００の構成に金属薄膜配線１０Ｂおよび測定部２０Ｂが追加され、入力部１０１に測定部２０Ｂからの抵抗値が入力されている点である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

図１２を参照しながら、金属薄膜配線１０Ｂは、診断対象５５の周囲に配置されている。測定部２０Ｂは、金属薄膜配線１０Ｂの抵抗を測定し、入力部１０１に出力する。

実施の形態３に係る劣化診断方法または劣化診断装置によれば、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することができる。また、複数の金属薄膜配線を設置することにより、診断対象の絶縁性能に影響を与える複数の項目を考慮することができ、診断対象が設置されている環境により適合する劣化診断が可能になる。

実施の形態４．
実施の形態１～３においては、１つの金属薄膜配線、当該金属薄膜配線の抵抗値と診断対象の表面抵抗率との関係がまとめられたデータベースを利用することにより、高抵抗測定計が不要となって簡易に抵抗測定を行うことができ、さらに、湿度管理が不要の劣化診断方法について説明した。金属薄膜配線には、コーティング剤が塗布され、コーティング膜に覆われていても良い。

図１３は、実施の形態４に係る金属薄膜配線１０Ｄの概略図である。図１３に示される構成は、図４の金属薄膜配線１０に、コーティング剤が塗布されてコーティング膜３１が形成されている構成である。これ以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

コーティング剤としては、たとえばポリウレタン系のコーティング剤、あるいはシリコーン系のコーティング剤を使用することができるが、必ずしもこれらが使用される必要はない。コーティング膜３１を金属薄膜配線１０Ｄ上に成膜した場合においても、診断対象５５の劣化に影響を及ぼす気体はコーティング膜３１を透過するため、コーティング膜３１がない場合とほぼ同様に金属薄膜配線１０Ｄによって診断対象５５の劣化を検知することができる。さらに、劣化の誤検知、または検知不全を低減することができる。検知不全としては、たとえば、人、塵埃等が金属薄膜配線に接触し、当該金属薄膜配線の一部が切断された場合を挙げることができる。

以上、実施の形態４に係る劣化診断方法または劣化診断装置によれば、高圧電気機器の劣化を湿度の影響を受けずに簡易に診断することができる。また、劣化診断における誤検知または検知不全の影響を低減させることができる。

実施の形態としていくつかの例を示したが、これらはあくまで例示であり、開示の範囲を限定することは意図されていない。

実施の形態１～４の説明では、高圧電気機器としてスイッチギヤを例に説明をしたが、高圧電気機器は、スイッチギヤに限定されない。高圧電気機器の通電部の対地間あるいは相間の絶縁に絶縁物を使用しており、かつ当該絶縁物の絶縁性能の劣化状況の診断を行う構成であれば、当該構成において実施の形態１～４と同様の効果を得ることが可能である。

なお、高圧電気機器としては、たとえば、スイッチギヤ、受配電機器、変圧器、モータコントロールセンタのようなコントロールギヤ、発電機、電動機、あるいは給電のための電源装置（たとえば交流電源装置、直流電源装置、または整流器）を挙げることができる。

上記の実施形態は、開示の内容を逸脱しない範囲で、省略、置き換え、または変更を行うことにより、その他の様々な形態で実施されても良い。省略、置き換え、または変更を行った実施の形態も、開示の範囲および内容に含まれ、請求の範囲、およびその内容と同等の範囲に含まれる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１処理回路、１ａハードウェア、１ｂプロセッサ、１ｃメモリ、１０，１０Ｂ，１０Ｄ金属薄膜配線、２０，２０Ｂ測定部、３１コーティング膜、３２絶縁基板、３３電極パッド、３４リード線、４９スイッチギヤ、５０ａ，５０ｂ遮断器、５１ａ，５１ｂ操作機構、５２水平母線、５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ接続導体、５５診断対象、５５ａ，５５ｂモールドフレーム、５６母線支持板、５７ａ，５７ｂケーブル、５８碍子、６１ａ，６１ｂ台車、７１データベース、７２，７２Ｂ推定部、７３関係式作成部、７４寿命算出部、７５余寿命算出部、８０温度センサ、１００，２００，３００劣化診断装置、１０１入力部、１０２記憶部、１０３，１０３Ｂ制御部、１０４出力部、１０５出力装置。

Claims

絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する劣化診断方法であって、
少なくとも１つの金属薄膜配線を前記絶縁物の周囲に配置するステップと、
前記絶縁物および前記少なくとも１つの金属薄膜配線がともに特定気体に接触する場合における、前記少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値と前記絶縁物の表面抵抗率との第１相関関係を規定するデータベースを予め作成するステップと、
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の各々の測定タイミングにおける抵抗値を測定するステップと、
前記データベースおよび前記測定タイミングにおける抵抗値を用いて、前記測定タイミングにおける前記絶縁物の表面抵抗率を推定するステップと、
前記測定タイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間および前記測定タイミングにおける前記絶縁物の表面抵抗率と、前記高圧電気機器が未使用である場合の前記絶縁物の表面抵抗率とから、前記高圧電気機器の使用時間と前記絶縁物の表面抵抗率との第２相関関係を表す関係式を作成するステップと、
前記関係式において、前記絶縁物が絶縁性能を失う場合の基準表面抵抗率に対応する前記高圧電気機器の寿命時間を算出するステップと、
前記寿命時間から、前記測定タイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間または前記少なくとも１つの金属薄膜配線が前記絶縁物の周囲に配置されたタイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間を減算した前記高圧電気機器の余寿命時間を算出するステップとを含む、劣化診断方法。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線は、前記絶縁物とは別体として形成されている、請求項１に記載の劣化診断方法。
前記第１相関関係は、線形関係である、請求項１または２に記載の劣化診断方法。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線は、銅、銅合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、および鉄合金の少なくとも１つを含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
前記データベースの作成に用いられたデータが測定された温度および前記少なくとも１つの金属薄膜配線の周囲の温度の差、ならびに前記少なくとも１つの金属薄膜配線に含まれる金属の抵抗温度係数を用いて、前記データベースにおける前記少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値を補正するステップをさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の数は、２以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の各々は、前記特定気体が透過可能なコーティング膜によって覆われている、請求項１～６のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
前記高圧電気機器は、スイッチギヤ、受配電機器、変圧器、コントロールギヤ、発電機、電動機、および給電のための電源装置の少なくとも１つを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
前記特定気体は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも１つを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の劣化診断方法。
絶縁物を含む高圧電気機器の劣化を診断する劣化診断装置であって、
前記絶縁物の周囲に配置された少なくとも１つの金属薄膜配線と、
前記絶縁物および前記少なくとも１つの金属薄膜配線がともに特定気体に接触する場合における、前記少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値と前記絶縁物の表面抵抗率との第１相関関係を規定するデータベースと、
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の各々の測定タイミングにおける抵抗値を測定する測定部と、
前記データベースおよび前記測定タイミングにおける抵抗値を用いて、前記測定タイミングにおける前記絶縁物の表面抵抗率を推定する推定部と、
前記測定タイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間および前記測定タイミングにおける前記絶縁物の表面抵抗率と、前記高圧電気機器が未使用である場合の前記絶縁物の表面抵抗率とから、前記高圧電気機器の使用時間と前記絶縁物の表面抵抗率との第２相関関係を表す関係式を作成する関係式作成部と、
前記関係式において、前記絶縁物が絶縁性能を失う場合の基準表面抵抗率に対応する前記高圧電気機器の寿命時間を算出する寿命算出部と、
前記測定タイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間または前記少なくとも１つの金属薄膜配線が前記絶縁物の周囲に配置されたタイミングにおける前記高圧電気機器の使用時間を減算した前記高圧電気機器の余寿命時間を算出する余寿命算出部とを備える、劣化診断装置。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線は、前記絶縁物とは別体として形成されている、請求項１０に記載の劣化診断装置。
前記第１相関関係は、線形関係である、請求項１０または１１に記載の劣化診断装置。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線は、銅、銅合金、銀、銀合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、および鉄合金の少なくとも１つを含む、請求項１０～１２のいずれか１項に記載の劣化診断装置。
前記推定部は、前記データベースの作成に用いられたデータが測定された温度および前記少なくとも１つの金属薄膜配線の周囲の温度の差、ならびに前記少なくとも１つの金属薄膜配線に含まれる金属の抵抗温度係数を用いて、前記データベースにおける前記少なくとも１つの金属薄膜配線の抵抗値を補正する、請求項１０～１３のいずれか１項に記載の劣化診断装置。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の数は、２以上である、請求項１０～１４のいずれか１項に記載の劣化診断装置。
前記少なくとも１つの金属薄膜配線の各々は、前記特定気体が透過可能なコーティング膜によって覆われている、請求項１０～１５のいずれか１項に記載の劣化診断装置。
前記高圧電気機器は、スイッチギヤ、受配電機器、変圧器、コントロールギヤ、発電機、電動機、および給電のための電源装置の少なくとも１つを含む、請求項１０～１６のいずれか１項に記載の劣化診断装置。
前記特定気体は、窒素酸化物および硫黄酸化物の少なくとも１つを含む、請求項１０～１７のいずれか１項に記載の劣化診断装置。