JP2022037269A - 水分侵入検知方法及び検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気設備において水分侵入を検知でき、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる水分侵入検知方法及び検知装置を提供する。【解決手段】水分侵入検知方法は、Ｎを２以上の整数として、電気設備に配置された、１対１に対応するＮ組の温度センサ及び湿度センサから、同じタイミングで測定された温度データ及び相対湿度データを取得するステップ３０２と、温度データと、当該温度データに対応する相対湿度データとを用いて容量絶対湿度を算出するステップ３０６と、算出されたＮ個の容量絶対湿度の平均値を算出するステップ３０８と、乖離量及びその移動平均値を算出するステップ３１０及び３１２と、乖離量又は移動平均値としきい値とを比較するステップ３１４とを含む。これにより、電気設備（例えば列盤）において、特定の電気機器（配電盤等）への水分侵入を検知できる。【選択図】図１

Description

本発明は、配電盤等の電気設備における水分侵入を検知し、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる水分侵入検知方法及び検知装置に関する。

配電盤等の電気設備は、風雨にさらされる屋外に配置され、高温及び多湿等、劣悪な環境に設置されることがあり、設置されてから同じ環境で長期間使用される。配電盤等の電気設備に絶縁劣化等の異常が発生すると、電力供給先の全ての機器に影響が生じることになる。また、異常の発生は、火災等の重大事故にもつながる可能性がある。したがって、電気設備における絶縁劣化の原因となる結露及び水分付着への対策として、相対湿度をセンサにより測定し、しきい値（例えば、６０％ＲＨ）を超えるとスペースヒータに通電して相対湿度を下げる、という湿度制御方法が行われている。

例えば、下記特許文献１には、電気機器が収納された筐体内部における結露発生を予測する結露検出ユニットが開示されている。この結露検出ユニットは、電気設備に配置されたヒータ又はファン等の温度制御機器を制御する精度を高めるために、電気設備の筐体の表面温度と、電気設備内部の温度及び湿度とを測定し、測定結果に基づき温度制御機器を制御する。

下記特許文献２には、連結され並べて設置された複数の配電盤（列盤）の設置場所における環境変化等、外部環境による影響を受けることなく電気設備の異常を検知できる異常検知方法が開示されている。この異常検知方法は、複数の配電盤の各々に配置した温度センサの測定データを相対評価することにより、温度異常を検知する。具体的には、各温度センサの測定データから代表値（平均値）を求め、測定データと代表値との差分を算出し、差分の時系列データの移動平均値及び移動標準偏差値を算出して、それらの算出結果に基づき温度異常を検知する。

特開２０１７－３２２８１号公報 特開２０２０－９１８４号公報

列盤として構成される電気設備（配電盤）においては、ピット等からの水分侵入及び雨水侵入（通風口、又は、パッキン及び筐体の劣化により生じる隙間からの侵入）により、特定の盤に結露又は水分付着による絶縁劣化が生じ、不具合が発生することがある。特許文献１及び２のいずれによっても、このような列盤における特定の盤への水分侵入のリスクを検知できない。飽和水蒸気量の温度依存性が非線形（指数関数状の曲線）であることを考慮すると、特許文献１のように、測定データと代表値との差分を用いる方法を相対湿度の測定データに適用しても、水分侵入を精度よく検知することはできない。

また、複数の配電盤により構成される列盤に限らず、複数の機器が同じ環境で使用される電気設備において、特定の機器に結露又は水分付着が発生することを検知できれば好ましい。なお、水分侵入とは、液体か気体かを問わず、電気設備内に水が侵入することを意味する。即ち、液体の水が侵入する場合に限らず、例えば、湿度の高い空気が電気設備内に侵入して結露する場合も、水分侵入に含まれる。

したがって、本発明は、電気設備において水分侵入を検知でき、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる水分侵入検知方法及び検知装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係る水分侵入検知方法は、Ｎを２以上の整数として、電気設備に配置された、１対１に対応するＮ組の温度センサ及び湿度センサから、同じタイミングで測定された温度データ及び相対湿度データを取得するデータ取得ステップと、温度データと、当該温度データに対応する相対湿度データとを用いて容量絶対湿度を算出する容量絶対湿度算出ステップと、算出されたＮ個の容量絶対湿度の平均値を算出する平均値算出ステップと、Ｎ個の容量絶対湿度の各々と平均値とを比較して、電気設備における水分侵入の有無を判定する判定ステップとを含む。これにより、電気設備（例えば列盤）において、特定の電気機器（配電盤等）への水分侵入を検知できる。したがって、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる。

好ましくは、Ｎ個の容量絶対湿度をＶ_ｉｊ（ｉ＝１～Ｎ）とし、平均値をＶＡＶ_ｊとし、βを所定の定数として、乖離量Ｘ_ｉｊを、Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－βにより算出する乖離量算出ステップをさらに含み、判定ステップにおいて、Ｎ個の容量絶対湿度の各々と平均値との比較は、（１－β）を基準値として、乖離量Ｘ_ｉｊと基準値との差の絶対値が所定のしきい値以上であるか否かを判定することにより成される。これにより、電気設備への水分侵入を容易に検知できる。乖離量が、容量絶対湿度の平均値に対する倍率を含むことにより、温度の影響を排除でき、水分侵入の有無を精度よく判定できる。

より好ましくは、Ｎ個の容量絶対湿度をＶ_ｉｊ（ｉ＝１～Ｎ）とし、平均値をＶＡＶ_ｊとし、βを所定の定数として、乖離量Ｘ_ｉｊを、Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－βにより算出する乖離量算出ステップと、データ取得ステップ、容量絶対湿度算出ステップ、平均値算出ステップ及び乖離量算出ステップを繰返すことにより得られる乖離量の時系列データに関して移動平均値を算出する移動平均値算出ステップとをさらに含み、判定ステップにおいて、Ｎ個の容量絶対湿度の各々と平均値との比較は、（１－β）を基準値として、移動平均値と基準値との差の絶対値が所定のしきい値以上であるか否かを判定することにより成される。このように、移動平均値を用いることにより、測定データの短期的な時間変化又は周期的な時間変化をキャンセル又は軽減でき、電気設備への水分侵入の有無をより精度よく判定できる。

さらに好ましくは、しきい値は、乖離量の所定期間における変動の最大の絶対値に、所定の定数αを加算して得られる。これにより、電気設備への水分侵入の有無を精度よく判定できる。

好ましくは、定数αは０．０５以上０．２以下の値である。

より好ましくは、しきい値は、温度センサ及び湿度センサの組毎に設定される。

さらに好ましくは、Ｎは５以上であり、βは１であり、しきい値は０．１以上０．３以下の値である。

本発明の第２の局面に係る水分侵入検知装置は、Ｎを２以上の整数として、電気設備に配置された、１対１に対応するＮ組の温度センサ及び湿度センサと、Ｎ組の温度センサ及び湿度センサから、同じタイミングで測定された温度データ及び相対湿度データを取得するデータ取得部と、温度データと、当該温度データに対応する相対湿度データとを用いて容量絶対湿度を算出する容量絶対湿度算出部と、算出されたＮ個の容量絶対湿度の平均値を算出する平均値算出部と、Ｎ個の容量絶対湿度の各々と平均値とを比較して、電気設備における水分侵入の有無を判定する判定部とを含む。これにより、電気設備（例えば列盤）において、特定の電気機器（配電盤等）への水分侵入を検知できる。したがって、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる。

本発明によれば、列盤等の電気設備において、特定の電気機器（配電盤等）への水分侵入を検知でき、結露及び水分付着による絶縁劣化を未然に防止できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る水分侵入検知装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示したセンサユニットの内部構成を示すブロック図である。 図３は、図１に示した解析装置の内部構成を示すブロック図である。 図４は、図３に示した解析装置が実行する処理を示すフローチャートである。 図５は、飽和水蒸気量と温度との関係を示すグラフである。 図６は、温度及び相対湿度の測定結果を示すグラフである。 図７は、図６に示した測定結果から算出した容量絶対湿度の変化を示すグラフである。 図８は、図７に示した容量絶対湿度から算出した乖離量及びその移動平均値の変化を示すグラフである。 図９は、図６に示した測定結果のうち、所定期間における第１センサユニットの測定値（相対湿度）を変更して生成したテストデータと、それを用いて算出した容量絶対湿度とを示すグラフである。 図１０は、図９に示した容量絶対湿度から算出した乖離量及びその移動平均値の変化を示すグラフである。

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（水分侵入検知装置の構成）
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る水分侵入検知装置１００は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５と、解析装置１１０とを含む。第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５はそれぞれ第１配電盤１２０～第５配電盤１２８の内部に配置され、解析装置１１０は第５配電盤１２８の外部に配置されている。第１配電盤１２０～第５配電盤１２８は、同種の配電盤又は類似する配電盤であり、連結され並べて設置され列盤を構成する。第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５は、それぞれ第１配電盤１２０～第５配電盤１２８の内部において、ほぼ同じ位置（例えば同じ高さ）に配置されている。

図２を参照して、第１センサユニットＳ１は、制御部１４０、記憶部１４２、通信部１４４、バス１４８、Ａ／Ｄ変換部１５０、温度センサ１５２及び湿度センサ１５４を含む。制御部１４０は、第１センサユニットＳ１を構成する各部を制御し、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）等である。記憶部１４２は、データを記憶し、例えば、書換可能な不揮発性半導体メモリである。通信部１４４は、解析装置１１０と通信するための有線通信モジュールであり、例えば、Ｉ^２Ｃ、ＧＰＩＢ、ＲＳ－２３２Ｃ、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４８５、ＬＡＮ等により通信を行う。第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々と解析装置１１０との間の通信線を破線の矢印で示す。

解析装置１１０が配置された第５配電盤１２８の筐体の一部が非導電性部材で形成されており、配電盤内部と外部との間で無線通信が可能であれば、通信部１４４は、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は９２０ＭＨｚ帯無線通信等による無線通信モジュールであってもよい。なお、第５配電盤１２８の筐体が金属であっても、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々と解析装置１１０との間で無線通信可能である場合がある。例えば、第５配電盤１２８が、解析装置１１０が配置される部分に開口部を有し、解析装置１１０の背面が第５配電盤１２８の内部に露出しており、第１配電盤１２０～第５配電盤１２８の隣接部分が導電性部材の壁面を有していなければ（例えば、フレームのみで構成されていれば）、通信部１４４は、開口部を介して無線通信により第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５と通信可能になる。無線通信により、通信用の配線が不要になり、各センサユニットの設置が容易になる。

温度センサ１５２は、温度を測定するための素子であり、検出した温度に応じたアナログ信号を出力する。温度センサ１５２は、例えば測温抵抗体、熱電対等である。湿度センサ１５４は、相対湿度（％ＲＨ）を測定するための素子であり、検出した相対湿度に応じたアナログ信号を出力する。湿度センサ１５４は、例えば、抵抗式又は容量式の湿度センサである。後述するように、絶対湿度を精度よく算出するためには、温度センサ１５２及び湿度センサ１５４は、近接して配置されていることが好ましい。例えば、センシリオン（ＳＥＮＳＩＲＩＯＮ）社製のＳＨＴ３１等の１チップタイプのデジタル温湿度センサを使用できる。

Ａ／Ｄ変換部１５０は、所定のタイミングで、温度センサ１５２及び湿度センサ１５４から出力されるアナログ信号をデジタルデータに変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部１５０から出力されるデジタルデータ（温度及び相対湿度の測定データ）は、記憶部１４２に記憶される。なお、温度センサ１５２及び湿度センサ１５４が、測定値をデジタルデータとして出力可能であれば、Ａ／Ｄ変換部１５０はなくてもよい。各部間でのデータ交換は、バス１４８を介して行われる。各部への電力供給は、電池を内蔵することにより、又は、各配電盤に設けられているサービスコンセントによりなされる。

第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５も第１センサユニットＳ１と同様に構成されている。なお、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の通信部は、それぞれを一意に区別するための情報（アドレス等）を持っている。

図３を参照して、解析装置１１０の構成を示す。解析装置１１０は、制御部１６０、記憶部１６２、通信部１６４、タイマ１６６及びバス１６８を含む。制御部１６０は、解析装置１１０を構成する各部を制御し、例えばＣＰＵ、マイコン等である。記憶部１６２は、データを記憶し、例えば、書換可能な不揮発性半導体メモリである。通信部１６４は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５及び外部装置（コンピュータ等）と通信するための通信モジュールである。通信部１６４は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５と通信するために有線による通信機能を有する。解析装置１１０は、外部装置（図示せず）と通信するために無線通信機能を有する。なお、解析装置１１０は、上記したように、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５と無線通信可能な状況にあれば、無線通信機能（Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又は９２０ＭＨｚ帯無線通信等）を有する。

タイマ１６６は、制御部１６０からの要求を受けて、制御部１６０に現在時刻を表す情報（以下、単に現在時刻という）を伝送する。解析装置１１０を構成する各部間でのデータ交換は、バス１６８を介して行われる。

解析装置１１０は、表示部、操作部を備えていてもよい。表示部は、視覚情報（テキスト、画像等）を表示する。例えば、液晶ディスプレイパネル等の表示パネルと、表示パネルの各画素を駆動する駆動回路とを備えている。操作部は、解析装置１１０に対する指示を入力するための装置であり、例えば、タッチパネル、操作ボタン等である。解析装置１１０は、例えばコンピュータであってもよい。

（水分侵入検知装置の動作）
以下では、複数のセンサユニットの代表として第１センサユニットＳ１に関して説明する。第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５の各々も第１センサユニットＳ１と同様に動作する。

（センサユニットの動作）
第１センサユニットＳ１は、一定の時間間隔で解析装置１１０からの要求を受けて、温度センサ１５２及び湿度センサ１５４により測定した温度データ及び相対湿度データ（以下、両者を測定データともいう）を、解析装置１１０に送信する。第１センサユニットＳ１のこの機能は、制御部１４０が、記憶部１４２に記憶された所定のプログラムを読出して実行することにより実現される。具体的には、制御部１４０は、解析装置１１０から、測定データの送信要求を受信したか否かを繰返し判定し、受信したと判定すれば、Ａ／Ｄ変換部１５０を制御して、Ａ／Ｄ変換部１５０に入力されているアナログ信号（温度センサ１５２及び湿度センサ１５４の測定信号）をデジタルデータに変換して、記憶部１４２に記憶する。続いて、制御部１４０は、記憶部１４２から測定データを読出し、通信部１４４を介して解析装置１１０に送信する。なお、第１センサユニットＳ１は、常に温度センサ１５２及び湿度センサ１５４による測定を繰返し、測定データを記憶部１４２に記憶してもよい。その場合、第１センサユニットＳ１は、解析装置１１０から送信要求を受信すると、記憶部１４２に記憶されている最新の測定データを送信すればよい。

測定データの送信要求は、解析装置１１０から第１～第５センサユニットＳ１～Ｓ５に対してポーリングにより送信される。第１～第５センサユニットＳ１～Ｓ５に対する一連のポーリングは、例えば１時間毎に実行される。なお、測定周期（一連のポーリングが繰返される周期）は１時間に限らず、１０分間～３時間の範囲内であればよい。

後述するように、解析装置１１０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々から受信した測定データを、その種類（温度及び相対湿度）及びセンサユニットの組毎に、時系列に記憶する。したがって、無線通信の場合、第１センサユニットＳ１は、自己を特定する情報（送信アドレス、ＩＤ等）を付加して、測定データを送信する。解析装置１１０が、測定データを送信したセンサユニットを物理的に特定できる場合（例えば、センサユニットに１対１に対応させて有線の通信ラインが設けられている場合）、第１センサユニットＳ１は、自己を特定する情報を付加しなくてもよい。

（解析装置の動作）
解析装置１１０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５から測定データを受信し、受信した測定データを、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々について時系列に記憶部１６２に記憶する（過去に受信し、記憶している測定データに追加する）。解析装置１１０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々に関して、後述する解析処理を実行できるだけの数の測定データが記憶部１６２に記憶されると、解析処理を実行する。解析装置１１０は、解析結果に基づいて、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５のいずれかにおいて、異常（水分侵入等）が発生しているか否か、又は異常が発生する予兆があるか否かを判定する。

解析装置１１０は、図４に示す処理を実行する。図４に示した処理は、制御部１６０が、所定のプログラムを記憶部１６２から読出して実行することにより実現される。なお、周期的に測定データを取得するために、記憶部１６２には、測定タイミングの情報として、測定開始時刻と測定間隔（例えば１時間）とが予め記憶されている。

ステップ３００において、制御部１６０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５から測定データを取得するか否を判定する。具体的には、制御部１６０は、記憶部１６２から測定タイミングの情報を読出し、タイマ１６６により現在時刻を取得して、測定データを取得するタイミングになったか否かを判定する。ステップ３００は繰返し実行されるので、最初に測定データを取得する前にステップ３００が実行されるときには、制御部１６０は、現在時刻が測定開始時刻を経過しているか否かを判定する。測定データを取得した後にステップ３００が実行されるときには、制御部１６０は、現在時刻が前回の測定時刻（前回第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５から測定データを取得した時刻）から測定間隔以上経過しているか否かを判定する。取得すると判定された場合、制御はステップ３０２に移行する。そうでなければ、制御はステップ３１８に移行する。

ステップ３０２において、制御部１６０は、ポーリングにより各センサユニットに測定データの送信要求を送信し、各センサユニットから要求に対する応答として測定データを受信し、受信した測定データを記憶部１６２に記憶する。ステップ３００及び３０２は繰返し実行される。ここでは、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々に関して、所定期間Ｔの間に、等時間間隔にｎ個の測定データが収集されるとする。所定期間Ｔに測定されたｎ個の測定データを、後述する移動平均値等の算出対象とする。測定間隔（例えば１時間）は、全てのセンサユニットから測定データを受信するために要する通信時間よりも十分に長い。したがって、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５による測定データは、同じタイミングで測定されたデータとして扱うことができる。「同じタイミング」とは、完全に同一タイミングであることを意味するだけでなく、所定の許容範囲内で一致している場合をも含む意味である。

測定データは、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５のいずれから送信されたかが分かるように送信される。したがって、制御部１６０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々に関して時系列に、温度データ及び相対湿度データの各々を記憶部１６２に記憶する。時系列に記憶するために、制御部１６０は、受信した順に記憶しても、タイマ１６６から現在時刻を取得して、受信したデータと対応させて記憶してもよい。時刻情報により、測定データの順序を特定できる。制御部１６０は、測定データを記憶した後、再度実行されるステップ３００の判定において前回の測定時刻として使用するために、現在時刻を記憶部１６２に記憶する。その後、制御はステップ３０４に移行する。

ステップ３０４において、制御部１６０は、解析を実行するか否かを判定する。これは、最初に解析を実行するタイミングを判定するためのものである。ステップ３０４は、新しい測定データを受信する度に繰返し実行され、１度解析処理を実行すると判定された場合、その後にステップ３０４が実行されると、解析を実行すると判定される。判定の基準は任意に設定することができる。例えば、各温度センサ及び湿度センサの測定データの各々が所定数以上、記憶部１６２に記憶されていれば、解析を実行すると判定する。また、測定データを最初に受信してから所定の時間が経過していれば、解析を実行すると判定してもよい。なお、所定のフラグを記憶部１６２の所定領域に確保し、一度解析を実行すると判定された場合、そのフラグをオンさせて（例えば、フラグに初期値とは別の値をセットする）、その後は、フラグの値（オン）に基づき解析を実行すると判定してもよい。

ステップ３０６において、制御部１６０は、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々の測定データに関して、同じタイミングで測定された１組の測定データ（温度データ及び相対湿度データ）を記憶部１６２から読出し、それを用いて、容量絶対湿度を算出する。例えば、制御部１６０は、温度データＴ_ｉｊ（℃）と相対湿度データＨ_ｉｊ（％ＲＨ）とを用いて、下記の式１により、容量絶対湿度Ｖ_ｉｊ（ｇ／ｍ^３）を算出する。ｉはセンサユニットを特定するためのものであり、ｉ＝１～５はそれぞれ第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５に対応する。ｊは測定時刻を特定するためのものであり、測定間隔が一定であれば、測定順序を表す整数値であればよい。
Ｖ_ｉｊ＝２１７×（６．１０７８×１０^Ｋ）／（Ｔ_ｉｊ＋２７３．１５）×Ｈ_ｉｊ／１００ ・・・（式１）
ここでＫ＝７．５×Ｔ_ｉｊ／（Ｔ_ｉｊ＋２３７．３）である。算出された容量絶対湿度Ｖ_ｉｊは、センサユニットＳｉ毎に、時系列（ｊの順）に記憶部１６２に記憶される。

ステップ３０８において、制御部１６０は、ステップ３０６により算出された容量絶対湿度Ｖ_ｉｊの平均値を算出する。具体的には、制御部１６０は、記憶部１６２から容量絶対湿度Ｖ_ｉｊを読出し、ｊが同じである容量絶対湿度Ｖ_ｉｊ（同じ測定タイミングで測定された温度及び相対湿度から算出された容量絶対湿度）の平均値ＶＡＶ_ｊ（ＶＡＶ_ｊ＝Σ_ｉＶ_ｉｊ／５）を算出する。Σ_ｉは、ｉ＝１～５に関するＶ_ｉｊの合計を意味する。算出された容量絶対湿度ＶＡＶ_ｊは、記憶部１６２に記憶される。

ステップ３１０において、制御部１６０は、ステップ３０６及び３０８により算出された容量絶対湿度とその平均値とを用いて、乖離量Ｘ_ｉｊ（ｉ＝１～５）を算出する。具体的には、制御部１６０は、式２により乖離量Ｘ_ｉｊを算出する。
Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－１ ・・・（式２）
ｉ番目のセンサユニットＳｉ（ｉ＝１～５）の乖離量Ｘ_ｉｊは、ｊに対応する測定タイミングの測定データから算出された容量絶対湿度Ｖ_ｉｊの、平均値ＶＡＶ_ｊからのずれ（差）の程度を表す。制御部１６０は、算出した乖離量Ｘ_ｉｊを、センサユニットＳｉ毎に、時系列（ｊの順）に記憶部１６２に記憶する。

空気の単位体積当たりに存在可能な水蒸気量（飽和水蒸気量（ｇ／ｍ^３））の温度に対する変化は、図５に示すように指数関数状の曲線である。したがって、相対湿度の変化が同じであっても、水蒸気量の変化は温度によって大きく異なる。即ち、相対湿度が所定量変動した場合、高温状態における水蒸気量の変動は、低温状態よりも大きくなる。このことから、湿度の評価において、単に相対湿度の差分を用いて評価すると、低温状態においては、相対湿度の変動に対して感度が鈍くなり、高温状態においては、逆に感度が高くなり、湿度の変動に対して一様な評価ができない。そのために、上記したように、平均値に対する倍率（Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ）を含む乖離量を用いる。なお、１を減算しているのは、評価値をゼロ付近の値にシフトさせるためのものである。電気設備の容量絶対湿度（１ｍ^３当たりの水蒸気量（ｇ））は、他に水分が供給されない限りは外気に含まれる水蒸気量により決定されるので、どの盤もほぼ一定であり、異常がなければ、乖離量はゼロ付近の値となる。

ステップ３１２において、制御部１６０は、ステップ３１０により算出された乖離量Ｘ_ｉｊを記憶部１６２から読出し、所定期間Ｔ内の乖離量Ｘ_ｉｊの移動平均値を算出する。制御部１６０は、算出結果（移動平均値）を記憶部１６２に記憶する。具体的には、所定時間Ｔ内の測定回数をｎとして、ｉ番目のセンサユニットＳｉに関して、連続するｎ個の乖離量Ｘ_ｉｊの平均値を算出し、移動平均値Ｘａｖ_ｉｋとする（ｋは、例えば算出の順序を表す整数）。即ち、Ｘａｖ_ｉｋ＝Σ_ｊＸ_ｉｊ／ｎである。Σ_ｊは、ｊについてｎ個のＸ_ｉｊを合計することを意味する。ステップ３１２は、ステップ３１０により新たに乖離量Ｘ_ｉｊが算出される度に、対象データを変更しつつ実行される。移動平均値を算出する処理は、平均値を算出する対象データを、時系列データの中から選択するウィンドウ（所定期間Ｔ）をスライドさせながら、平均値を算出する処理である。現在の対象データに新たな乖離量が１つ追加されると、最も古い乖離量が対象データから除外される。ウィンドウは、例えば１日である。測定の周期が１時間であり、ウィンドウが１日であれば、連続する２４個の乖離量から移動平均値が算出される。

ステップ３１４において、制御部１６０は、ステップ３１０によりセンサユニット毎に算出された乖離量Ｘ_ｉｊ、又は、ステップ３１２によりセンサユニット毎に算出された移動平均値Ｘａｖ_ｉｋが、しきい値以上であるか否かを判定する。しきい値以上であると判定された場合、制御はステップ３１６に移行する。そうでなければ、制御はステップ３１８に移行する。なお、しきい値は、乖離量及び移動平均値の各々に関して異なる値が設定されても、同じ値が設定されてもよい。

しきい値は、例えば０．１以上０．３以下の値である。しきい値は、異常の発生していないときのデータのばらつきをも考慮して決定することが好ましい。例えば、異常の発生していないときの乖離量及び移動平均値の各々の変化の最大値（絶対値）よりも大きい値を、それぞれ乖離量及び移動平均値のしきい値とすることができる。

ステップ３１６において、制御部１６０は、乖離量又は移動平均値がしきい値以上であったセンサユニットに異常（水分侵入）があることを表すメッセージを提示する。例えば、制御部１６０は、異常があるセンサユニットを特定する情報（センサユニット毎に付した番号ｉ）を付して所定の指示を、通信部１６４を介して外部装置（コンピュータ、携帯端末（スマートフォン、携帯電話）等）に送信する。外部装置は、指示を受信すると、表示装置に所定のメッセージを含む画像を表示する。メッセージは、例えば、第ｉ配電盤に水分侵入が発生している（又はその可能性がある）旨のメッセージである。また、設備管理者の電子メールアドレスを記憶部１６２に予め記憶しておき、制御部１６０が、そのアドレス宛に所定のメッセージを含む電子メールを送信してもよい。

ステップ３１８において、制御部１６０は、終了の指示を受けたか否かを判定する。終了の指示は、例えば解析装置１１０の電源がオフされることにより成される。終了の指示を受けたと判定された場合、本プログラムは終了する。そうでなければ、制御はステップ３００に戻り、制御部１６０は、上記の処理を繰返す。

以上により、水分侵入検知装置１００は、列盤における水分侵入を検知できる。即ち、複数の配電盤内部の温度及び相対湿度の時系列データから算出した容量絶対湿度の、平均値からの乖離量を用いることにより、特定の盤における水分侵入を検知できる。乖離量を用いることにより、水分侵入を容易に検知できる。また、乖離量の移動平均値を用いることにより、温度センサ及び湿度センサの誤差（測定誤差等）をキャンセル又は軽減でき、水分侵入の有無をより容易に判定できる。

測定データ（温度及び相対湿度）及び容量絶対湿度をグラフ化し、その変動を目視により判定し、水分侵入を検知することも不可能ではないが、実施例として後述するように、容易ではない。それに対して、乖離量及びその移動平均値を用いることにより、容易且つ精度よく水分侵入を検知できる。

乖離量Ｘ_ｉｊは、βを定数（任意の実数）として、Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－βにより算出してもよい。その場合、図４に示したステップ３１４において、（１－β）を基準値として、乖離量と基準値との差の絶対値｜Ｘ_ｉｊ－（１－β）｜、又は、移動平均値と基準値との差の絶対値｜Ｘａｖ_ｉｋ－（１－β）｜が、しきい値以上であるか否かを判定すればよい。

水分侵入の有無を判定するためのしきい値は、固定値（例えば、０．１～０．３）としてもよいが、一定の学習期間（異常が発生していない期間）より得られた乖離量の変動の最大値Δ（絶対値）に定数α（例えば、α＝０．０５～０．２）を加算した値Δ＋αをしきい値としてもよい。これにより、水分侵入の有無を精度よく判定できる。最大値Δは盤毎に異なるので、盤毎に異なるしきい値が決定される。このようにしきい値を設定すれば、通常状態における誤差、及び、容量絶対湿度のばらつきを考慮したしきい値となるので、より好ましい。

また、異常のレベルに応じて複数のしきい値を用いてもよい。例えば、各センサユニットの最大値に対して、注意レベルに対応する第１しきい値をΔ＋０．０５とし、警告レベルに対応する第２しきい値をΔ＋０．１５としてもよい。このようにすれば、より細かく異常（水分侵入）の程度を診断でき、状況に応じて適切なメッセージを提示できる。

上記では、移動平均値を算出する対象データを選択するためのウィンドウが１日である場合を説明したが、これに限定されない。ウィンドウを小さくすれば、異常検出のレスポンスは高くなるが、正常時の変動の影響を受け易くなる。このことを考慮すると、ウィンドウは５時間～３日間であればよい。

上記では、乖離量を用いる場合を説明したが、これに限定されない。各センサユニットＳｉ（ｉ＝１～５）に関して、容量絶対湿度Ｖ_ｉｊとその平均値ＶＡＶ_ｊとの比較により、各センサユニットが設定された配電盤の異常（水分侵入）の有無を判定すればよい。

上記では、解析装置１１０を列盤に配置する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、各センサユニットによる測定データを無線により、外部装置（コンピュータ等）に送信し、外部装置において解析（容量絶対湿度、乖離量及びその移動平均値の算出）してもよい。

上記では、５台の配電盤の各々に１つのセンサユニットを設置する場合を説明したがこれに限定されない。６台以上又は４台以下の配電盤により構成された列盤であってもよい。その場合にも、配電盤の各々に１つのセンサユニットを設置すれば、異常な盤を特定できる。また、複数の配電盤の一部にセンサユニットを配置してもよい。例えば、５台の配電盤により構成される列盤において、３台の配電盤の各々にセンサユニットを配置してもよい。その場合にも上記したように、３つのセンタユニットにより測定された温度及び相対湿度から、容量絶対湿度、乖離量及びその移動平均値を算出し、乖離量又はその移動平均値がしきい値以上であるか否かを判定すればよい。

上記では、メッセージを表示する場合を説明したが、これに限定されない。音響（音声を含む）又はＬＥＤの点灯等により提示してもよい。

上記では、特定の配電盤に異常が発生したと判定されると、所定のメッセージを提示する場合を説明したが、これに限定されない。所定のメッセージを提示すると共に、水分侵入の異常を緩和するように制御してもよい。例えば、各配電盤がスペースヒータを備えていれば、特定の配電盤に水分侵入が発生したと判定されると、制御部１６０は、その配電盤のスペースヒータを作動させて過熱してもよい。これにより、相対湿度を低下させて、絶縁劣化の発生を抑制できる。なお、スペースヒータを制御する場合には、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５を各盤の下部に配置することが好ましい。

また、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の測定データ（温度及び相対湿度）から水分侵入の有無を判定することに加えて、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の温度センサの測定データ（温度）を用いて、温度異常の有無を判定してもよい。温度異常の有無を判定するには、例えば、各温度センサの測定データから代表値（平均値）を求め、測定データと代表値との差分を算出し、差分の時系列データの移動平均値及び移動標準偏差値を算出して、それらの算出結果のうち少なくとも１つをしきい値と比較すればよい（特許文献２参照）。なお、水分侵入の有無に加えて、温度異常の有無をも判定する場合には、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５を各盤の上部に配置することが好ましい。

上記では、対象の電気設備が列盤である場合を説明したが、これに限定されない。例えば、複数の電気機器が並置されて構成される電気設備に、水分侵入検知装置１００を配置すれば、特定の機器の内部における結露又は水分付着を検知できる。

上記では、解析装置１１０から第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々に測定データの送信要求を送信し、それに対する応答として各センサユニットが測定データを解析装置１１０に送信する場合を説明したが、これに限定されない。第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々が、時刻がそろったタイマを備え、一定時間（例えば１時間）毎に温度及び相対湿度を測定し、測定データを解析装置１１０に送信してもよい。その場合、第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５の各々の記憶部に、測定タイミングの情報として、測定の開始時刻と測定間隔（例えば１時間）とを記憶しておけばよい。

以下に、実験結果を示し、本発明の有効性を示す。図１に示したように、５台の配電盤で構成された列盤において、各配電盤の内部にセンサユニットを配置し、温度及び相対湿度を測定した。第１センサユニットＳ１～第５センサユニットＳ５に関する測定結果を図６に示す。図６の（ａ）は、測定された温度（℃）の変化（以下、トレンドという）を示し、図６の（ｂ）は、測定された相対湿度（％ＲＨ）のトレンドを示す。グラフの横軸は時間を表し、測定開始からの日数を表す。測定の周期は１時間である。

図６に示した測定データから、上記の式１を用いて算出した容量絶対湿度を図７に示す。図７に示した容量絶対湿度から、上記の式２を用いて算出した乖離量及びその移動平均値を、それぞれ図８の（ｄ）及び（ｅ）に示す。移動平均値を算出するためのウィンドウは１日である。即ち、移動平均値は連続する２４個の乖離量の平均値である。

図６の（ｂ）に示した相対湿度の測定データを一部変更し、乖離量及びその移動平均値への影響を調べた。具体的には、図９を参照して、第１センサユニットＳ１の相対湿度の測定データのうち、測定期間の最後の５日間（符号Ｄを付した期間）の各測定データに５（％ＲＨ）を加算して、新たなデータを生成した。例えば、測定データが６０（％ＲＨ）であれば、その値に５（％ＲＨ）を加算して得られる６５（％ＲＨ）を新たなデータとする。図９の（ｆ）において、第１センサユニットＳ１のデータのうち、期間Ｄ以外のデータ、及び、第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５のデータは、図６の（ｂ）に示した測定データと同じである。

図９の（ｆ）に示した相対湿度、及び、図６の（ａ）に示した温度を用いて、上記の式１を用いて算出した容量絶対湿度を図９の（ｇ）に示す。図９の（ｇ）において、第１センサユニットＳ１のデータのうち、期間Ｄ以外のデータ、及び、第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５のデータは、図７に示したデータと同じである。

図９の（ｇ）に示した容量絶対湿度から、上記の式２を用いて算出した乖離量及びその移動平均値を、それぞれ図１０の（ｈ）及び（ｉ）に示す。図１０に示した各グラフにおいて、測定データに５（％ＲＨ）を加算した期間Ｄを示す。図１０の（ｈ）に示した第１センサユニットＳ１の乖離量と、図８の（ｄ）に示した第１センサユニットＳ１の乖離量とを比較すると、期間Ｄにおいて大きく異なることが分かる。したがって、乖離量を用いることにより、水分侵入の異常を容易に検知できる。

また、図１０の（ｉ）に示した第１センサユニットＳ１の移動平均値と、図８の（ｅ）に示した第１センサユニットＳ１の移動平均値とを比較すると、期間Ｄにおいて大きく異なることが分かる。したがって、乖離量の１日の移動平均値（ウィンドウが１日）を用いることにより、水分侵入の異常をより容易に検知できる。

図９の（ｆ）及び図６の（ｂ）における第１センサユニットＳ１のグラフ（相対湿度）を比較しても、５％ＲＨ程度の相対湿度の変化を目視で判別することは難しい。また、図９の（ｇ）及び図７における第１センサユニットＳ１のグラフ（容量絶対湿度）を比較しても、５％ＲＨ程度の相対湿度の変化の容量絶対湿度への影響を目視で判別することは難しい。しかし、上記したように、乖離量又はその移動平均値を用いることにより、異常（水分侵入）を容易に検知できる。

なお、図１０の（ｈ）に示した第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５の乖離量と、図８の（ｄ）に示した第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５の乖離量とを比較すると、第２センサユニットＳ２～第５センサユニットＳ５の乖離量も期間Ｄにおいて変化しているが、その変化は僅かである。これは、Ｓ１のデータが変更された（５％ＲＨ加算された）ことにより、容量絶対湿度の平均値ＶＡＶ_ｊが変化（増大）したために、Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊが減少したことが原因である。したがって、特定の配電盤における異常は、他の配電盤の乖離省及びその移動平均値には殆ど影響せず、他の配電盤が異常であると間違って判定される可能性は低い。

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１００ 水分侵入検知装置
Ｓ１ 第１センサユニット
Ｓ２ 第２センサユニット
Ｓ３ 第３センサユニット
Ｓ４ 第４センサユニット
Ｓ５ 第５センサユニット
１１０ 解析装置
１２０ 第１配電盤
１２２ 第２配電盤
１２４ 第３配電盤
１２６ 第４配電盤
１２８ 第５配電盤
１４０、１６０ 制御部
１４２、１６２ 記憶部
１４４、１６４ 通信部
１６６ タイマ
１４８、１６８ バス
１５０ Ａ／Ｄ変換部
１５２ 温度センサ
１５４ 湿度センサ

Claims (5)

1. Ｎを２以上の整数として、電気設備に配置された、１対１に対応するＮ組の温度センサ及び湿度センサから、同じタイミングで測定された温度データ及び相対湿度データを取得するデータ取得ステップと、
   前記温度データと、当該温度データに対応する前記相対湿度データとを用いて容量絶対湿度を算出する容量絶対湿度算出ステップと、
   算出されたＮ個の前記容量絶対湿度の平均値を算出する平均値算出ステップと、
   Ｎ個の前記容量絶対湿度の各々と前記平均値とを比較して、前記電気設備における水分侵入の有無を判定する判定ステップとを含むことを特徴とする、水分侵入検知方法。
2. Ｎ個の前記容量絶対湿度をＶ_ｉｊ（ｉ＝１～Ｎ）とし、前記平均値をＶＡＶ_ｊとし、βを所定の定数として、乖離量Ｘ_ｉｊを、Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－βにより算出する乖離量算出ステップをさらに含み、
   前記判定ステップにおいて、Ｎ個の前記容量絶対湿度の各々と前記平均値との比較は、（１－β）を基準値として、前記乖離量と前記基準値との差の絶対値が所定のしきい値以上であるか否かを判定することにより成されることを特徴とする、請求項１に記載の水分侵入検知方法。
3. Ｎ個の前記容量絶対湿度をＶ_ｉｊ（ｉ＝１～Ｎ）とし、前記平均値をＶＡＶ_ｊとし、βを所定の定数として、乖離量Ｘ_ｉｊを、Ｘ_ｉｊ＝Ｖ_ｉｊ／ＶＡＶ_ｊ－βにより算出する乖離量算出ステップと、
   前記データ取得ステップ、前記容量絶対湿度算出ステップ、前記平均値算出ステップ及び前記乖離量算出ステップを繰返すことにより得られる乖離量の時系列データに関して移動平均値を算出する移動平均値算出ステップとをさらに含み、
   前記判定ステップにおいて、Ｎ個の前記容量絶対湿度の各々と前記平均値との比較は、（１－β）を基準値として、前記移動平均値と前記基準値との差の絶対値が所定のしきい値以上であるか否かを判定することにより成されることを特徴とする、請求項１に記載の水分侵入検知方法。
4. 前記しきい値は、前記乖離量の所定期間における変動の最大の絶対値に、所定の定数を加算して得られることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の水分侵入検知方法。
5. Ｎを２以上の整数として、電気設備に配置された、１対１に対応するＮ組の温度センサ及び湿度センサと、
   Ｎ組の温度センサ及び湿度センサから、同じタイミングで測定された温度データ及び相対湿度データを取得するデータ取得手段と、
   前記温度データと、当該温度データに対応する前記相対湿度データとを用いて容量絶対湿度を算出する容量絶対湿度算出手段と、
   算出されたＮ個の前記容量絶対湿度の平均値を算出する平均値算出手段と、
   Ｎ個の前記容量絶対湿度の各々と前記平均値とを比較して、前記電気設備における水分侵入の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする、水分侵入検知装置。

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