JP2010197330A

JP2010197330A - グリース劣化検出装置

Info

Publication number: JP2010197330A
Application number: JP2009045362A
Authority: JP
Inventors: Naoki Okada; 直喜岡田; Etsuo Hodota; 悦生保戸田; Hideto Oki; 秀人大木
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】グリースの劣化検出を連続して行うことを目的とする。
【解決手段】発光部４と、劣化検出対象のグリースを常温化で配置するためのグリース配置部２と、発光部４から発し且つグリースを透過する透過光量を検出する光検出部８と、光検出部８で検出されたグリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較してグリースの劣化度を判定する判定部１２と、を有するグリース劣化検出装置２０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース劣化検出装置に関するものである。

従来から、グリースは、駆動部の潤滑と気密を保つために使用される。回転機器に使用される場合、グリースは、高温過熱や異物混入により特性劣化する。そのため、定期的に回転機器を止めてグリースの劣化計測を行い、グリースの交換が行われている。

このような回転機器のグリース劣化を判断するために、グリースに赤外線を照射し、透過光から得たスペクトルによりグリースの劣化度を評価する技術が提案されている。例えば、３，５００ｃｍ^-1の周波数（波長２８６ｎｍ）において赤外分光法（以下、「ＩＲ」と称する。）によるグリースの劣化度評価を行う技術が提案されている（特許文献１）。１，７２５ｃｍ^-1の周波数（波長５，７９７ｎｍ）では、合成油の赤外線の吸収強度と増稠剤の吸収強度とが重なって現れため、グリースのＩＲによる劣化度評価が難しい。そのため、提案されている方法では、３，５００ｃｍ^-1の周波数（波長２８６ｎｍ）という短波長域を用いて、劣化度評価を行っている。

一方、電力用開閉機器は、動作頻度が極めて低いため、グリースの使用方法は静止機器に近い。そのため、グリースの劣化原因は、高温過熱や異物混入と異なる。例えば、グリースがガス絶縁開閉装置（以下、「ＧＩＳ」と言う）に使用される場合について述べる。系統運用されているＧＩＳを長時間未動作にした後に動作させた場合に、グリース劣化は、動作不良を引き起こし、且つ遮断不能やコイルなどの電装回路の焼損を引き起こす。
そのため、ＧＩＳにおけるグリースの劣化に関する研究が行われている（非特許文献１）。この研究結果は、グリースの主な劣化要因は、基油の蒸発であることを示している。

また、ガス遮断器のガスタンクの胴部に取り付けられ、観測用窓及びグリースホルダから構成されたグリース劣化診断装置が提案されている（特許文献２）。このグリース劣化診断装置は、観測用窓を用いて、人間がグリースホルダに配置されたグリースを監視することで、ガス遮断器を活線状態にしたままのグリース外部監視を可能にする。

特開昭６３−２６３４５１号公報特開２００４−１２９３４４号公報

「ＧＩＳ断路器の寿命評価研究」技術開発ニュース、Ｎｏ．１２７、２００７年７号

提案されている技術は、定期的にグリースを採取して点検又は定期的にグリースを目視監視するための技術である。そのため、提案されている技術では、定期点検以外のときに生じたグリース劣化を検出することは出来ない。
そこで、本グリース劣化検出装置は、グリースの劣化検出を連続して行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、グリース劣化検出装置が提供される。
本発明に係るグリース劣化検出装置は、下記の（１）〜（８）に記載のとおりである。

（１）発光部と、
グリースを配置するためのグリース配置部と、
上記発光部から発し且つ上記グリースを透過する透過光量を検出する光検出部と、
上記光検出部で検出された上記グリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較して上記グリースの劣化度を判定する判定部と、
を有するグリース劣化検出装置。
（２）上記発光部から発する光の波長は、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］である（１）に記載のグリース劣化検出装置。
（３）上記発光部は、単一波長の光を発するＬＥＤである（１）又は（２）に記載のグリース劣化検出装置。
（４）上記判定部は、上記グリースの相対透過率と使用期間との関係を規定したデータを格納し、
上記判定部による劣化度の判定は、上記データを参照して、上記グリースの検出された透過光量と未使用グリースの透過光量から得られる相対透過率に相当する使用期間を求め、上記求められた使用期間によりグリースの劣化を判定する（１）〜（３）のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
（５）上記グリース劣化検出装置は、ガス絶縁開閉装置の操作器機構部のグリースの劣化検出を行う（１）〜（４）のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
（６）上記グリース劣化検出装置は、ガス絶縁開閉装置の母線容器内部のグリースの劣化検出を行う（１）〜（４）のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
（７）上記グリース配置部、及び上記光検出部、上記判定部が、前記ガス絶縁開閉装置の操作器容器内部に配置される（５）に記載のグリース劣化検出装置。
（８）上記グリース配置部、及び上記光検出部が、上記ガス絶縁開閉装置の母線容器内部に配置され、上記判定部は、上記ガス絶縁開閉装置の操作器容器内部に配置される（６）に記載のグリース劣化検出装置。

本グリース劣化検出装置は、グリースの劣化検出を連続して行うという効果を奏する。

グリース劣化検出装置２０のハードウェア構成の概略図である。グリース劣化検出装置２０によって測定された透過率と経過時間との関係を示す図である。グリース劣化検出装置２０によって測定したグリースの透過特性と粘度特性との関係の一例を示す図である。グリース劣化検出装置２０による劣化検出処理のフローチャートの一例である。グリース劣化検出装置２０を、ＧＩＳに配置した一例を示す図である。

以下、図を参照して、１つの実施形態によるグリース劣化検出装置について説明する。
グリース劣化検出装置は、赤外線を発光する発光部が検出対象となるグリースに赤外線を照射して、グリースを透過した光を受信する。グリース劣化検出装置は、透過光から、グリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較してグリースの劣化度を判定する。なお、本明細書では、基油と呼ばれる合成油に、カルシウム、ナトリウム、リチウム、アルミニウムの石鹸等の増稠剤を均一に拡散させたものを「グリース」という。

図１は、グリース劣化検出装置２０のハードウェア構成の概略を示した図である。図１に示されるように、グリース劣化検出装置２０は、グリース配置部２、発光部４、発光回路６、光検出部８、受光回路１０、判定部１２、及び通信部１８を有する。

以下、グリース劣化検出装置２０の各ハードウェア構成要素について順に説明する。
グリース配置部２は、劣化検出対象となるグリースを配置するケースである。グリース配置部２は、発光部４からの照射光を通過する材質で形成されるか、又は、発光部４からの照射光を通過する穴が設けられている。

発光部４は、赤外光を発光する光源であり、グリース配置部２に配置されたグリースに光を照射するように配置される。発光部４は、例えば、水銀ランプやキセノンランプ等の分光分析をはじめとする各種測光用途に使用される複数波長光源であっても良い。しかし、図２及び図３を用いて後述するように、単一波長の赤外線を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が好ましい。
発光回路６は、発光部４に電流を流すための回路である。発光回路６は、例えば、エミッタフォロワである。

光検出部８は、発光部４から発し且つグリースを透過する透過光量を検出し、検出した光量に応じて電流を出力する装置である。光検出部８は、例えば、フォトダイオードである。光検出部８が発生する電流量は受ける光の量に比例し、強い光を受けると電流量は増加し、光が弱まると減少する。このように、光検出部８は、検出した光量を電気信号として受光回路１０に電装することが出来る。

受光回路１０は、光検出部８から伝送される電気信号を増幅して判定部１２に出力する回路である。
なお、光検出部８及び受光回路１０を、１つのフォトトランジスタとしても良い。

判定部１２は、光検出部８で検出された吸光度と、未使用グリースとの吸光度とを比較してグリースの劣化度を判定する機能部である。判定部１２は、未使用グリースを最初にグリース配置部２に配置した直後に発光部４を発光することで、未使用グリースの吸光度を測定し、主記憶装置１６に未使用グリースの吸光度データを格納する。未使用グリースの吸光度データは、例えば、後述する図２に示す未使用グリース曲線５１に関する吸光度データである。判定部１２は、定期的又は連続的にグリース配置部２に配置したグリースを測定する。

判定部１２は、例えば、処理装置１４及び主記憶装置１６である。
処理装置１４は、四則演算や論理演算などの演算処理を実行する装置である。処理装置１４は、主記憶装置１６に格納されるプログラム内の命令を主記憶装置１６から読み出し、且つ実行することで、上記演算処理を実行する。プログラムは、判定部１２が行う機能が記述されたオブジェクトプログラムである。処理装置１４は、上記プログラムを実行することで、判定部１２として機能する。

主記憶装置１６は、例えば、メインメモリ、キャッシュメモリ、及びフラッシュメモリの少なくとも１つであり、プログラム、命令やデータを記憶する。メインメモリは、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、及び／又はＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）である。フラッシュメモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Electric Erasable Programmable ROM）である。主記憶装置１６は、後述する未使用グリースの透過光量のデータや、相対透過率と粘度との関係を規定したデータを格納する。

通信部１８は、コンピュータ等の外部装置との通信を行うために使用されるハードウェアである。通信部１８は、例えば、ネットワーク通信を行うため、イーサネット（登録商標）またはトークンリングなどの、所定の通信規格に従い特定の物理層およびデータリンク層を使用して通信するための回路、又は、接点接続のための接点である。通信部１８から、判定部１２で判定されたグリースの劣化度を、遠隔配置されたコンピュータ等に送信することで、グリースの劣化度を遠隔配置されたコンピュータ等で連続して監視することが出来る。

図２は、グリース劣化検出装置２０によって測定された透過率と経過時間との関係を示す図である。
図２に示す未使用グリース曲線５１は、未使用グリースから検出された透過率と波長を示す。図２に示す実使用グリース曲線５２は、実際に使用されたグリースから検出された透過率と波長を示す。図２に示す加速度劣化グリース曲線５３は、加速度的に劣化させたグリースから検出された透過率と波長を示す。

なお、グリースを加速度劣化させた条件は以下の通りである。
温度常温（−２０℃〜６０℃の範囲）
圧力常圧
加速度条件定量且つ定形グリースを吸湿素材上に一定時間放置。放置時間の異なるサンプルを複数作製することで加速劣化による吸油度合いが管理される。

実際に使用されたグリースの使用条件は以下の通りである。
温度常温（−２０℃〜６０℃の範囲）
圧力常圧
使用時間１０，０００分

図２に示されるように、未使用グリース曲線５１〜加速度劣化グリース曲線５３に示されるグリースの透過率曲線は、波長２５０〜５００［ｎｍ］で透過率が大きく減少し、当該波長領域においてグリースの吸光度が大きいことがわかる。また、波長領域２５０〜５００［ｎｍ］において、実使用グリース曲線５２は、他の曲線と比して吸光度が小さい。これは、グリースの長期使用によって、基油の揮発が生じたと考えられる。

このように、図２に示されるように、波長２５０〜５００［ｎｍ］において、加速度劣化グリース曲線５３は、未使用グリース曲線５１より透過率が小さい。そのため、判定部１２は、当該波長領域において、光検出部８で検出された使用されたグリースの透過率と、光検出部８で検出された未使用グリースとの透過率とをそれぞれ比較して、未使用グリースと比した使用されたグリースの劣化度を判定することができる。

また、図２に示されるように、波長６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］においては、実使用グリース曲線５２及び加速度劣化グリース曲線５３は、未使用グリース曲線５１と比して、透過率が小さい。

このように、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］において、実使用グリース曲線５２は、未使用グリース曲線５１より透過率が小さい。そのため、判定部１２は、当該波長領域において、光検出部８で検出された使用されたグリースの透過率と、光検出部８で検出された未使用グリースとの透過率とをそれぞれ比較して、グリースの劣化度を判定することができる。なお、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］において、波長が長くなるほど、未使用グリース曲線５１は、実使用グリース曲線５２及び加速度劣化グリース曲線５３との差が大きくなる。そのため、判定部１２による判定精度は、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］の範囲において長波長ほど好ましい。

なお、従来からＩＲによるグリースの吸光度検出は行われているが、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］の赤外線波長を用いたグリースのＩＲは行われていない（特許文献１参照）。そして、波長領域２５０〜５００［ｎｍ］及び６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］の光は、ＬＥＤが発することが出来る光の波長である。
また、ＬＥＤは、単一波長を発するため、波長領域２５０〜５００［ｎｍ］及び６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］のなかで、特定の波長領域を発するＬＥＤを発光部４とし、上記したグリース劣化の判定を行うことができる。
そのため、発光部４として、高価な複数波長光源を用いることなく、波長領域２５０〜５００［ｎｍ］及び６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］の所定の単一波長を発する安価なＬＥＤを用いることが出来る。

図３は、グリース劣化検出装置２０によって測定したグリースの透過特性と粘度特性との関係の一例を示す図である。
図３に示す未使用グリース吸光度曲線１０１は、未使用グリースから検出された相対透過率と経過時間との関係を示す。図３に示す加速度劣化グリース吸光度曲線１０３は、加速度的に劣化させたグリースから検出された相対透過率と経過時間との関係を示す。図３に示す加速度劣化グリース粘度曲線１１３は、加速度的に劣化させたグリースから検出された粘度と経過時間との関係を示す。
加速度劣化グリースの劣化条件は、上記の通りである。また、相対透過率とは、加速度劣化グリースの透過光量を未使用グリースの透過光量で除算した値を示す。

図３に示す検出においては、波長領域２５０〜５００［ｎｍ］及び６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］の中から１５００［ｎｍ］の波長を選定し、グリース劣化検出装置２０の発光部４として、１５００［ｎｍ］の単一波長を発光するＬＥＤを用いた。
上記非特許文献１に記載されるように、一般に、初期の基油量を１００％とした場合、グリースの油分残存率が５０％になると、グリースが劣化したとされている。
グリース内の基油量が減少すると粘度が増加するため、基油量が１００％から５０％になると、粘度は２倍〜３倍になる。そのため、グリース経年使用による粘度が初期値の２倍となった場合を劣化閾値とすると、図３においてグリースの初期値は、１５８ＡＶなので、グリース劣化と判断できる粘度は３１６ＡＶとなり、そのときのグリースの相対透過率は、加速度劣化グリース粘度曲線１１３より６４％になる。

したがって、図３に示す例によれば、判定部１２は、光検出部８で検出されたグリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較してグリースの相対透過率は６４％のとき、グリースが劣化したと判断する。この場合、判定部１２は、通信部１８を介して警報信号を送信することが出来る。また、判定部１２は、相対透過率６４％に至るまでグリースの相対透過率を連続して測定し、相対透過率をグリースの劣化度とすることも出来る。例えば、相対透過率６４％のとき、劣化度を１００とし、相対透過率１００％のとき劣化度を０とする。判定部１２は、相対透過率及び／又は劣化度を、通信部１８を介して図１に示す遠隔監視システムに送信することで、遠隔監視システムを使用する操作者は、グリースの劣化度を知ることが出来る。
このように、グリース劣化検出装置２０は、透過光から、グリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較してグリースの劣化度を判定することで、グリースの劣化検出を連続して行うことが出来る。

また、図３に示すように、相対透過率、粘度、及び使用時間は一定の関係を有する。そのため、図３に示すような相対透過率又は粘度と使用時間との関係をデータとして主記憶装置１６に格納して参照することで、判定部１２は、検出した相対透過率から粘度又は使用時間を判定することが出来る。例えば、１０年の使用後、グリースを交換することを決定した場合、判定部１２は、上記データを参照して、検出した相対透過率に相当する使用期間を求め、この試用期間が１０年という閾値を超えるか否かで劣化の有無を判定しても良い。

図４は、グリース劣化検出装置２０による劣化検出処理のフローチャートの一例である。判定部１２は、図示しない起動スイッチをＯＮにすることで、グリース配置部２に配置された検出対象となるグリースの透過光量を検出する（Ｓ２０１）。判定部１２は、ステップＳ２０１における透過光量検出が最初の透過光量検出の場合（Ｓ２０２Ｙｅｓ）、検出した透過光量を初期透過光量又は未使用グリースの粘度として主記憶装置１６に記憶する。判定部１２は、ステップＳ２０１における透過光量検出が最初の透過光量検出では無い場合（Ｓ２０２Ｎｏ）、ステップＳ２０４に進む。

判定部１２は、ステップＳ２０１で検出したグリースの透過光量と、主記憶装置１６に格納される初期透過光量とを比較して相対透過率を判定する（Ｓ２０４）。相対透過率が所定の閾値より大きい場合（Ｓ２０５Ｙｅｓ）、グリース劣化検出装置２０は、通信部１８を介して警報を出力する（Ｓ２０６）。なお、この所定の閾値は、例えば、上記のように粘度３１６ＡＶのときの１００％という値である。閾値未満の場合（Ｓ２０６Ｎｏ）、グリース劣化検出装置２０は、通信部１８を介して相対透過率を出力する（Ｓ２０７）。なお、通信部１８から送信するデータは、図３に示すような相対透過率と粘度との関係を規定したデータが主記憶装置１６にある場合は、判定部１２は当該データを参照して、相対透過率に対応する粘度を送信しても良い。グリース劣化検出装置２０は、停止信号があれば（Ｓ２０８Ｙｅｓ）、劣化検出処理を終了し、停止信号がなければ（Ｓ２０８Ｎｏ）、ステップＳ２０１に戻り劣化検出処理を連続して行う。

図５は、グリース劣化検出装置２０ａ及びグリース劣化検出装置２０ｂを、ＧＩＳ３０に配置した一例を示す図である。ＧＩＳ３０は、母線容器３１ａ、３１ｂ、及び操作器容器３２を有する。母線容器３１ａ、３１ｂは、母線ＢＵＳや遮断器ＣＢ、接地開閉器付断路器ＤＳ／ＥＳ、断路器ＤＳなどの回路を開閉するための動作機器を収納する。遮断器ＣＢ、接地開閉器付断路器ＤＳ／ＥＳ、断路器ＤＳなどを動作させるための動作機器は、クランク等の動作伝達機構を有している。そして、動作機器は、操作器容器３２内に配置されるモーター等の駆動部によって生じる駆動力によって動作する。

図５に示されるようにグリース劣化検出装置２０ａは、グリース配置部２、発光部４、及び光検出部８を有するグリース透過率検出部２２ａと、発光回路６、受光回路１０、判定部１２、及び通信部１８を有する判定装置２４ａに分けて設置しても良い。これは、判定装置２４ａは、電子機器であるため、ＧＩＳ３０内部の高電圧環境により、制御不能になるのを回避するためである。判定装置２４ａは、操作器容器に収納されると、母線容器３１ａ、３１ｂのシールド効果により高電圧の影響は通常受けない。
このようにして、グリース劣化検出装置２０ａは、高電圧化であってもグリースの透過光量粘度検出を行うことが出来る。

図５に示すグリース劣化検出装置２０ａは、ＧＩＳ３０内部の動作機器に実際に塗布されたグリースの劣化を検出するのではなく、ＧＩＳ３０内部の同じ環境化にあり且つグリース配置部２に別途配置されたグリースの劣化を検出する。ＧＩＳ３０の母線容器内部は、ＳＦ６等の不活性ガスが高圧で充填された環境である。グリースは、高温による酸化劣化が生じない環境に配置される。

ＧＩＳ３０内部の動作機器、及び操作器容器３２内の駆動部には、グリースが塗布され、動作機器及び駆動部は、グリースの有する流動性特性によって円滑な動作を行う。動作機器及び駆動部に塗布されたグリースは、それらの機器の動作中は、運動エネルギーが熱エネルギーに変換されることで加熱される。しかしながら、ＧＩＳ３０が回路を開閉する動作は、１年〜数年に一度のメンテナンス時や、放電を検出する異常時など極めてまれである。したがって、動作機器及び駆動部に塗布されたグリースは、常温化で静止した動作機器及び駆動部に配置される。

このように、ＧＩＳ３０内部の動作機器は静止した状態で運用されるため、実使用されるグリースと同じ環境にグリース劣化検出装置２０を配置することで、グリース劣化検出装置２０は、実使用のグリースの劣化を精度良く推測することが出来る。また、ＧＩＳ３０内部にグリース劣化検出装置を配置することにより、ＧＩＳ３０を開口点検することなく、グリースの劣化を精度良く検出することが出来る。

また、図５に示すグリース劣化検出装置２０ｂは、操作器容器３２内の駆動部に塗布されたグリースの状態を監視するために、操作器容器３２内に配置される。
グリース劣化検出装置２０ｂは、操作器容器３２内の駆動部に実際に塗布されたグリースの劣化を検出するのではなく、操作器容器３２内の同じ環境化にあり且つグリース配置部２に別途配置されたグリースの劣化を検出する。操作器容器３２は、防雨、防湿構造を有しており、塵等が混入しない環境である。また、ＧＩＳ３０内の動作機器が動作しないため、操作器容器３２内の駆動部も同様に動作しない。
このように、操作器容器３２内部の動作機器は静止した状態で運用されるため、実使用されるグリースと同じ環境にグリース劣化検出装置２０を配置することで、グリース劣化検出装置２０は、実使用のグリースの劣化を精度良く検出することが出来る。

以上のように、グリース劣化検出装置２０は、常温環境におけるグリースの劣化検出を連続的に自動で行うことが出来る。また、ＧＩＳ３０内部に配置することにより、ＧＩＳ３０を開口点検することなく、グリースの劣化検出を行うことが出来る。また、これらの劣化検出は、遠隔配置のコンピュータで確認出来る。

２グリース配置部
４発光部
６発光回路
８光検出部
１０受光回路
１２判定部
１４処理装置
１６主記憶装置
１８通信部
２０、２０ａ、２０ｂグリース劣化検出装置
２２ａグリース透過率検出部
２４ａ判定装置
３０ＧＩＳ
３１ａ、３１ｂ母線容器
３２操作器容器

Claims

発光部と、
グリースを配置するためのグリース配置部と、
前記発光部から発し且つ前記グリースを透過する透過光量を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された前記グリースの透過光量と、未使用グリースの透過光量とを比較して前記グリースの劣化度を判定する判定部と、
を有するグリース劣化検出装置。
前記発光部から発する光の波長は、６００［ｎｍ］〜２０００［ｎｍ］である請求項１に記載のグリース劣化検出装置。
前記発光部は、単一波長の光を発するＬＥＤである請求項１又は２に記載のグリース劣化検出装置。
前記判定部は、前記グリースの相対透過率と使用期間との関係を規定したデータを格納し、
前記判定部による劣化度の判定は、前記データを参照して、前記グリースの検出された透過光量と未使用グリースの透過光量から得られる相対透過率に相当する使用期間を求め、前記求められた使用期間によりグリースの劣化を判定する請求項１〜３のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
前記グリース劣化検出装置は、ガス絶縁開閉装置の操作器機構部のグリースの劣化検出を行う請求項１〜４のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
前記グリース劣化検出装置は、ガス絶縁開閉装置の母線容器内部のグリースの劣化検出を行う請求項１〜４のいずれかに記載のグリース劣化検出装置。
前記グリース配置部、及び前記光検出部、前記判定部は、前記ガス絶縁開閉装置の操作器容器内部に配置される請求項５に記載のグリース劣化検出装置。
前記グリース配置部、及び前記光検出部は、前記ガス絶縁開閉装置の母線容器内部に配置され、前記判定部は、前記ガス絶縁開閉装置の操作器容器内部に配置される請求項６に記載のグリース劣化検出装置。