JP5972764B2 - 余寿命診断用のプローブの使用方法および計測方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば絶縁材料の余寿命を診断するために表面抵抗を計測するのに好適に使用可能な、余寿命診断用のプローブおよび計測装置に関する。

電力設備は社会インフラストラクチャのバックボーンであり、長期にわたり安定して稼動できることを求められる。そのためには電力設備の劣化状態を把握し、保全・更新を計画的に実施することが重要である。

絶縁材料は、電力設備の導体を支持したり、部材を電気的に遮断するバリヤなどとして用いられる。絶縁材料の絶縁特性は経年劣化、あるいは設置環境に浮遊する塵埃、ガスの付着などで低下する。絶縁特性が低下すると放電やトラッキングを生じて設備停止に至る虞があるので、絶縁材料の余寿命は電力設備の劣化を診断するためのバロメータになる。

設置環境が絶縁材料の劣化に及ぼす影響は、塵埃やガスの付着による物理的汚損だけとは限らない。絶縁材料の成分と化学反応する物質の存在する雰囲気に暴露されると、絶縁材料は、通常の経年劣化を上回る速度で劣化する場合がある。

例えば、炭酸カルシウムは絶縁材料の無機充填材として多く使用される。炭酸カルシウムが塩素系ガスや窒素酸化物ガスなどと反応すると、絶縁材料表面に塩化カルシウムや硝酸カルシウムが形成される。これらの物質は湿度４０％ＲＨ以下の低湿度であっても大気中の水分を吸入して潮解するので、低湿度条件であっても絶縁材料の表面が結露し、絶縁材料の表面を漏れ電流が流れることがある。これが甚だしくなると絶縁が破壊され、最悪の場合には設備停止に至る。

特開２０１１−２７５９６号公報 特開２０１２−１４１１４６号公報

電力設備の劣化状態を評価するために、絶縁材料の余寿命を定量的に算出する技術が幾つか提案されている。例えば絶縁材料の表面抵抗値は、余寿命を算出するための評価項目の一つとして重要な量である。

しかしながら表面抵抗の測定方法は未だ統一されておらず、標準化もされていない。このため対象ごとに表面抵抗の測定条件がばらつき、評価データの信頼性に乏しいことが指摘されている。特に、設備設置環境（現地）において信頼性の高い測定データを得られ、余寿命を高精度に診断することの可能な手法が求められている。

目的は、表面抵抗を一定の条件で測定できるようにし、これにより信頼性の高い測定データを得ることの可能な余寿命診断用のプローブの使用方法および計測方法を提供することにある。

実施形態によれば、絶縁材料の余寿命を診断するために用いることが可能なプローブは、第１の電極と、第２の電極と、弾性部材とを具備する。第２の電極は、第１の電極が対象物の表面に接触した状態で当該表面に接触して第１の電極との間に試験電圧をもたらす。弾性部材は、第１の電極と第２の電極とが対象物の表面に接触する圧力を規定する。

図１は、第１の実施形態に係わるプローブの一例を示す横断面図である。 図２は、図１に示されるプローブを測定面７に押し付けた状態を示す図である。 図３は、印加電極８と接地電極６とを測定面７から見た状態を示す模式図である。 図４は、第６の実施形態に係わるプローブの一例を示す模式図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるプローブの一例を示す横断面図である。このプローブは、例えば絶縁材料の表面抵抗を測定して絶縁材料の余寿命を診断する用途に使用することが可能である。
図１に示されるプローブは、印加電極８と、接地電極６とを具備する。印加電極８は試験電圧印加ケーブル１から試験電圧を印加される。接地電極６は接地測定ケーブル２を介してアース電位に接地される。

印加電極８は棒状をなし、例えばりん青銅などの導電性部材である。この種の材料は測定の対象物としての気中遮断器や真空遮断器などの部品と共通するので相性が良い。印加電極８の、対象物の表面（測定面７）に接触する部分（先端部）に銀メッキを施すようにしてもよい。

接地電極６には例えば電気用アルミニウムなどの材質を用いることが可能である。接地電極６は印加電極８をその長手方向に取り囲む、筒状の形状をなす部分を有する。この筒状部の一方の端部は、印加電極８の周囲を等距離で取り囲む円形の形状をなす。つまり接地電極６のこの端部は、円形で測定面７に接触する。

印加電極８は、その長手方向が接地電極６の筒状部の中心軸に一致するように、スライド機構を介して可動自在に支持される。つまりスライド機構は、印加電極８を、筒状部の中心軸に沿ってスライド可能に支持する。

印加電極８と接地電極６との間は、印加電極８が摺動可能な余地を残しつつ絶縁体３で埋められ、これにより印加電極８と接地電極６との絶縁が保たれる。絶縁体３の材料はテフロン（登録商標）、ＰＯＭ材などの、人が握っても変形が少なく電気絶縁性を保てる材料を用いれば良い。さらに、プローブ全体は絶縁保護カバー４で覆われる。

ところで、このプローブはバネ５を備える。バネ５は例えばコイル状のスプリングであり、その中心軸を印加電極８に合わせて設置される。バネ５に圧縮応力のかかっていない状態では、接地電極６の円形部分を含む平面から印加電極８の先端部が飛び出るようになっている（図１）。つまり、印加電極８が最初に測定面７に接触するようになっている。

バネ５は、接地電極６と印加電極８とが測定面７に接触する圧力を規定する。つまりバネ５に既定のバネ係数を与えることで、接地電極６と印加電極８とが測定面７に一定の圧力で接触するようになる。なお、バネ５の形状はコイル状の形状に限らず、薄い金属板を屈曲させたたわみバネなども使用可能である。その材質も金属に限らず、樹脂やプラスチックなどを使用することも可能である。

図２は、プローブを測定面７に押し付けた状態を示す図である。プローブを測定面７に押し付けることでバネ５が縮み、印加電極８と接地電極６との双方が測定面７に接触する。これにより測定面７に表面電流が流れ、その計測値で試験電圧の値を除算することで表面抵抗値を計測することができる。

図１および図２のプローブは、表面抵抗を計測する計測装置に接続して使用することが可能である。この計測装置は少なくとも、印加電極８と接地電極６との間に試験電圧を印加する手段と、印加電極８と接地電極６との間に流れる表面電流を計測する手段と、この表面電流の計測値と試験電圧の値とに基づいて表面抵抗を計測する手段とを具備する。

図３は、印加電極８と接地電極６とを測定面７から見た状態を示す模式図である。円形の接地電極６の中心に印加電極８が配置されるので、印加電極８と接地電極６との間の長さ（距離）は一定になる。この長さはつまり、接地電極６の内径である。プローブの寸法は手で持ちやすい寸法にすればよく、現地で印加することの可能な試験電圧の値に適するサイズに基づいて、印加電極８と接地電極６との間の距離を決定することができる。

以上説明したようにこの実施形態では、接地電極６が測定面７に円形で接触するようにし、この円の中心に印加電極８を配置するようにした。これにより接地電極６と印加電極８との間の長さにばらつきを生じることが無くなり、表面抵抗の計測に際しての悪条件を排除できる。

つまり、印加電極８から接地電極６までの距離が一定に保たれ、接地電極６は筒状であるのでその断面は円形をなし、測定時の印加電極８と接地電極６との間の面積も常に一定の値になる。測定面積が一定になるので計測データのバラツキが少なくなり、精度の高い表面抵抗値を得られることができる。

また、印加電極８を接地電極６に対してスライド可能に構成し、バネ５を設けることで印加電極８と接地電極６とが測定面７に接触する圧力を一定にすることができるようになる。従って表面抵抗を測定する際の条件を一定に保つことが可能になり、測定精度の向上を図れ、ひいては測定データの信頼性を向上させることが可能になる。

さらに、バネ５のバネ係数、および接地電極８の内径は、設備設置環境に応じて選択することが可能である。つまりプローブを標準化し、環境に応じて適切なプローブを用いて表面抵抗を計測することが可能になる。このことによっても表面抵抗の診断精度を向上させることが可能になる。これらのことから実施形態によれば、表面抵抗を一定の条件で測定できるようになり、信頼性の高い測定データを得ることの可能な余寿命診断用のプローブの使用方法および計測方法を提供することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、印加電極８の先端で測定面７に接触する部分を球面形状にする。つまり、印加電極８の測定面７との接触部を半球状にする。表面抵抗を測定するためには、印加電極８が測定面７に当たる面積ができる限り小さい方が理想的で、先端が針状、円錐形状などの形状も考えられるが、測定面７を傷つけるおそれがある。

そこで第２の実施形態では印加電極８の先端を球面形状にする。これにより絶縁材料を傷つけることなく、絶縁材料に接触する面積を小さくして測定精度を向上させることが可能になる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、印加電極８および接地電極６のいずれか一方、あるいは両方の、測定面７に接触する部分を導電性ゴムで覆うようにする。このようにすれば、測定面７が平坦でなく凹凸を持つ場合でも、導電性ゴムが変形することにより隙間なく密着させることが可能になる。

例えば、金属製の接地電極６を凹凸のある測定面７に押し当てて表面抵抗を測定した場合、測定面７と接触する部分と接触しない部分が生じ、正しい測定値を得ることができないおそれがある。これに対し第３の実施形態によれば、印加電極８および接地電極６の少なくとも一方を覆う導電性ゴムが変形することにより測定面７への密着度を高められ、精度の高い計測データを得ることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、接地電極６と印加電極８との間を埋める絶縁体３の、測定面７に対向する部分の形状を、円錐状、曲面状、または階段状のいずれかにする。このようにすることで絶縁体３の測定面７側の面積が、接地電極６と印加電極８との間の面積よりも大きくなるので、測定面７側の絶縁距離を長くとることができる。これにより測定面７の表面抵抗を正確に測定することができる。

仮に、接地電極６と印加電極８との間の面積が、測定面７の接地電極６と印加電極８間の面積以下である場合、表面抵抗測定時に電圧をかけた時に絶縁体３の影響を受ける可能性がある。これに対し第４の実施形態のように、接地電極６と印加電極８との間の絶縁体３の形状を工夫し、絶縁距離を長くとることで絶縁体３の影響を少なくできる。これにより高精度にデータを取得することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、プローブ全体を熱収縮チューブで覆うようにする。これにより熱収縮チューブが絶縁保護カバー４の役割を果たすことになり、高電圧がかかったプローブを人が持っても感電することなく測定できる。従って、現地測定に適した安全なプローブを提供することができる。

なお熱収縮チューブの材質としては、たとえば、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ポリオレフィン、シリコーンゴム、ポリフッ化ビニリデン、エチレンプロピレンゴムが挙げられる。熱収縮チューブの具体的な製品名としては、例えば住友電工株式会社製のスミチューブ（登録商標）、三菱樹脂株式会社製のヒシチューブ（登録商標）、西日本電線株式会社製のニシチューブ（登録商標）、信越化学工業株式会社製のＳＴシリーズが挙げられる。

（第６の実施形態）
図４は、第６の実施形態に係わるプローブの一例を示す模式図である。図４に示されるプローブは、測定面７に吸着して接地電極６と測定面７との接触を保持する吸盤９を具備する。この構成によれば、プローブを押し付けると吸盤９が測定面７に密着し、接地電極６および印加電極８が測定面７に接する圧力が増す。さらに、接触圧が一定になるので測定のバラツキが抑えられ、精度よく表面抵抗を測定することが可能になる。

さらに、吸盤９にストロー状の細い管（真空引き用細管１０）を取り付け、内部の空気を抜いて真空状態にすることで、接地電極６および印加電極８の測定面７への密着度をさらに大きくすることができる。これによっても表面抵抗の測定精度をさらに向上させることが可能になる。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…試験電圧印加ケーブル、２…接地測定ケーブル、３…絶縁体、４…絶縁保護カバー、５…バネ、６…接地電極７…測定面、８…印加電極、９…吸盤、１０…真空引き用細管

Claims (9)

1. 絶縁材料の余寿命を診断するために用いることの可能な余寿命診断用のプローブの使用方法であって、
   前記余寿命診断用のプローブは、
   第１の電極と、
   前記第１の電極が対象物の表面に接触した状態で前記表面に接触して前記第１の電極と
   の間に試験電圧を生じる第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極とが前記表面に接触する圧力を規定する弾性部材とを
   具備し、
   前記第２の電極は、円形で前記表面と接触する端部を有する筒状部を備え、
   前記第１の電極は、前記筒状部の中心軸に沿って長手方向に延伸する棒状部材であり、
   前記弾性部材の弾性係数および前記筒状部の内径は、前記対象物の設備設置環境に応じ
   て選択されることを特徴とする、余寿命診断用のプローブの使用方法。
2. さらに、前記第１の電極を前記中心軸に沿ってスライド可能に支持するスライド機構を
   具備する、請求項１に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法。
3. 前記第１の電極の前記表面との接触部が半球状をなす、請求項２に記載の余寿命診断用
   のプローブの使用方法。
4. 前記第１の電極および前記第２の電極の少なくともいずれか一方は、前記表面との接触
   部を覆う導電性ゴムを備える、請求項２に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法。
5. さらに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に封入される絶縁部材を具備し、
   前記絶縁部材の前記表面に対向する部分の形状は、円錐状、曲面状、または階段状のい
   ずれかである、請求項２に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法。
6. さらに、前記第１の電極と、前記第２の電極と、前記スライド機構とを含む本体を覆う
   絶縁保護カバーを具備する、請求項２に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法。
7. さらに、前記表面に吸着して前記第２の電極と前記表面との接触を保持する吸盤を具備
   する、請求項２に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法。
8. さらに、前記吸盤を前記表面に密着させる真空引き管を具備する、請求項７に記載の余
   寿命診断用のプローブの使用方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の余寿命診断用のプローブの使用方法を用いて前記第１の電極と前記第２の電極との間に流れる電流の値を計測し、
   前記計測された電流の値と前記試験電圧の値とに基づいて、前記対象物の表面抵抗を計
   測する、計測方法。

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