(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子材料の表面抵抗を測定することにより前記高分子材料の劣化を診断する高分子材料の劣化診断方法であって、
漏洩電流によるドロップダウンに伴う表面抵抗の経時変化を、異なる測定温度毎に取得し、
予め、劣化評価を行う高分子材料毎に、部分放電のリスクが発現する表面抵抗値を、前記高分子材料の劣化を判定するしきい値として設定し、
各測定温度と、該測定温度で測定されたドロップダウンに伴う表面抵抗の最小値との関数として、指数近似した直線を算出し、
当該指数近似した直線に基づいて、前記しきい値における測定温度を算出し、算出された測定温度に基づいて、高分子材料の劣化診断を行う
ことを特徴とする高分子材料の劣化診断方法。
【請求項２】
高分子材料の表面抵抗を測定することにより前記高分子材料の劣化を診断する高分子材料の劣化診断方法であって、
漏洩電流によるドロップダウンに伴う表面抵抗の経時変化を、異なる測定温度毎に取得し、
予め、劣化評価を行う高分子材料毎に、部分放電のリスクが発現する表面抵抗値を、前記高分子材料の劣化を判定するしきい値として設定し、
各測定温度と、該測定温度で測定されたすべての表面抵抗の平均値との関数として、指数近似した直線を算出し、
当該指数近似した直線に基づいて、前記しきい値における測定温度を算出し、算出された測定温度に基づいて、高分子材料の劣化診断を行う
ことを特徴とする高分子材料の劣化診断方法。
【請求項３】
前記劣化診断を、劣化する前の高分子材料と劣化した後の高分子材料について行い、
劣化する前の高分子材料での劣化診断に基づいて、劣化した後の高分子材料劣化度合いを評価する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高分子材料の劣化診断方法。
【請求項４】
温度と湿度を制御して高分子材料の表面抵抗を測定する方法であって、
漏洩電流によるドロップダウンに伴う表面抵抗の経時変化を、異なる測定温度毎に取得し、
各測定温度と、該測定温度で測定されたドロップダウンに伴う表面抵抗の最小値との関数として、指数近似した直線を算出し、
当該指数近似した直線に基づいて、任意の測定温度における前記表面抵抗の最小値を検出する
ことを特徴とする高分子材料の表面抵抗測定方法。
【請求項５】
温度と湿度を制御して高分子材料の表面抵抗を測定する方法であって、
漏洩電流によるドロップダウンに伴う表面抵抗の経時変化を、異なる測定温度毎に取得し、
各測定温度と、該測定温度で測定されたすべての表面抵抗の平均値との関数として、指数近似した直線を算出し、
当該指数近似した直線に基づいて、任意の測定温度における前記表面抵抗の平均値を検出する
ことを特徴とする高分子材料の表面抵抗測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子材料の絶縁劣化を診断するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気設備の絶縁劣化を診断するための技術としては、例えば、特許文献１〜３に開示された診断方法が挙げられる。
【０００３】
特許文献１の沿面絶縁劣化検出装置は、直接的に絶縁材表面の汚損度を測定するものである。直接的に絶縁材の劣化を測定する方法としては、絶縁フレームに櫛形電極を付して表面抵抗をモニターし、モニターされた抵抗値がしきい値以下の状態になったらアラーム信号を出力している。
【０００４】
特許文献２の診断方法は、受配電設備を構成する主回路部分に用いる固体絶縁材料と同等材料からなる未劣化部位と劣化部位の表面電気抵抗率の変化を測定し、予め測定された表面電気抵抗率の時間依存性基準曲線に基づいて受配電設備の余寿命を算出している。
【０００５】
これらの診断方法は、絶縁材料が短絡事故を起こした時、事故前後の装置における絶縁抵抗の測定では、図７（ａ）に示したように絶縁材の抵抗測定では周囲の温度や湿度による表面抵抗の変動が激しく、絶縁劣化状態を正確に測定することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２０１５８号公報
【特許文献２】特開２００２−３７２５６１号公報
【特許文献３】特開２００７−２８５９３０号公報
【特許文献４】特開２０１０−０７１９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電力機器等に使用されている固体絶縁物の沿面は、長期間に渡り安定した絶縁抵抗特性が求められる。しかし、真空遮断器の絶縁フレームにおいて材質や使用環境により絶縁抵抗が低下し、不具合に進展する事例が報告されている。今後も、経年により同様の事象が発生することが懸念される。不具合を事前に把握するためには、正確な絶縁診断技術や余寿命推定の手法の確立が必要である。
【０００８】
特許文献２で述べられているように絶縁フレームの絶縁抵抗値は高分子材料の抵抗が高すぎるため温度や湿度等の周囲環境による抵抗値変化（測定値のばらつき）が大きすぎて高分子材料の正確な劣化診断ができない（図７（ａ））。また、図７（ｂ）に示されるように、部分放電等の電気的異常が発生する前では表面抵抗率の測定範囲が狭く、電気的評価では測定は困難である。
【０００９】
以上のように従来、絶縁フレームの劣化評価方法は主に絶縁抵抗測定によって行われてきたが、周囲の温湿度による影響を受け、劣化兆候を正確に把握することは困難であった。
【００１０】
絶縁物の表面抵抗測定は、一般的に高抵抗測定器を用いた二重リング電極法（ＪＩＳ  Ｋ６２７１）に準拠して行われる。表面抵抗測定時の温湿度は、実環境で想定される温湿度条件を考慮して通常設定されるものであり、通常室温から対象となる絶縁物が熱や湿度により破壊しない値に設定される。特に、高温・高湿度条件では温湿度急変時に絶縁物表面に表面結露が生じ、絶縁物の表面抵抗が大幅に低下することが知られている。温度や湿度が急変した場合に発生する表面抵抗の急激な低下量(最小値)は不安定なため、正確に計測することはできなかった。
【００１１】
また、これらの現象は瞬間的に起こることが多く、表面抵抗測定は原理的に２分間隔（例えば1分は待機時間、残り1分は電圧印加と抵抗計測時間）で行われるため、抵抗の最小値を正確に計測することが困難であった。そして、絶縁物の表面抵抗値は、代表的な試験温度での計測値をその絶縁物の表面抵抗と位置づけているが、上記のように最小値の計測値については絶縁物測定の誤差が２〜３桁に達することもある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、前記課題を解決するための高分子材料の劣化診断方法は、高分子材料の表面抵抗を測定することにより前記高分子材料の劣化を診断する高分子材料の劣化診断方法であって、前記測定温度を変化させた時の前記高分子材料の表面抵抗を測定し、前記測定温度と該温度における表面抵抗の最小値の関数を算出し、前記関数において、前記高分子材料が劣化したと評価される表面抵抗値のしきい値を定め、前記関数の前記しきい値における温度に基づいて、高分子材料の劣化診断を行うことを特徴としている。
【００１３】
また、前記課題を解決するための高分子材料の劣化診断方法は、高分子材料の表面抵抗を測定することにより前記高分子材料の劣化を診断する高分子材料の劣化診断方法であって、前記測定温度を変化させた時の前記高分子材料の表面抵抗を測定し、前記測定温度と該温度における表面抵抗の平均値の関数を算出し、前記関数において、前記高分子材料が劣化したと評価される表面抵抗値のしきい値を定め、前記関数の前記しきい値における温度に基づいて、高分子材料の劣化診断を行うことを特徴としている。
【００１４】
また、上記高分子材料の劣化診断方法において、前記劣化診断を、劣化する前の高分子材料と劣化した後の高分子材料について行い、劣化する前の高分子材料での劣化診断に基づいて、劣化した後の高分子材料劣化度合いを評価してもよい。
【００１５】
また、前記課題を解決するための高分子材料の表面抵抗測定方法は、高分子材料の表面抵抗を測定する方法であって、前記測定温度を変化させた時の前記高分子材料の表面抵抗を測定し、前記測定温度と該温度における表面抵抗の最小値の関数を算出することを特徴としている。
【００１６】
また、前記課題を解決するための高分子材料の表面抵抗測定方法は、高分子材料の表面抵抗を測定する方法であって、前記測定温度を変化させた時の前記高分子材料の表面抵抗を測定し、前記測定温度と該温度における表面抵抗の平均値の関数を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
以上の発明によれば、高分子材料の表面抵抗の測定精度の向上に寄与することができる。したがって、高分子材料の劣化診断精度の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】高分子材料の絶縁劣化の温湿度特性を検証するための表面抵抗／環境測定システムの概略図。
【図２】新品及び経年３０年品のＶＣＢの絶縁物からなる絶縁フレーム用高分子材料の湿度９０％に於ける温度／表面抵抗特性図。
【図３】絶縁物（フィールド劣化品）からなる絶縁フレーム用高分子材料の湿度９０％に於ける温度／表面抵抗特性図。
【図４】絶縁物の表面抵抗の最小値と、表面抵抗測定温度との関係を示す特性図。
【図５】絶縁物の経年数とＴc低下率との関係を示す特性図。
【図６】絶縁物の経年数と抵抗低下率との関係を示す特性図。
【図７】（ａ）絶縁抵抗に対する湿度の影響、（ｂ）表面抵抗率の経年変化。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は高分子材料（以下、絶縁物という）の絶縁劣化診断等を行うための、絶縁抵抗特性の評価方法に関するものである。絶縁物の表面抵抗測定方法において、測定温度を変化させた時の絶縁物の表面抵抗を測定し、測定温度とこの温度における表面抵抗の最小値（または、平均値）の関数（例えば、指数近似した直線）を算出するものである。このような関数を求めることにより、温湿度変化時に発生する表面抵抗の急激な低下の現象（ドロップダウン）を、従来の表面抵抗値測定方法よりも精度良く定量化することが可能となる。ドロップダウンとは、一時的に２〜３桁の絶縁抵抗値が低下する現象である。
【００２０】
また、上記関数において、絶縁物表面で部分放電を引き起こす可能性が高くなる表面抵抗の値をしきい値として設定し、このしきい値に対応する測定温度に基づいて、絶縁物の劣化診断をすることにより、絶縁物の劣化診断精度を向上させることができる。
【００２１】
本発明の実施形態に係る高分子材料の表面抵抗測定方法及び高分子材料の劣化診断方法についてより詳細に説明する。
【００２２】
高分子材料の表面抵抗測定方法において、通常の環境における絶縁抵抗では、測定時の誤差が大きく劣化による差異が観測できない。よって、本発明の実施形態に係る高分子材料の表面抵抗測定方法では、絶縁フレーム（高分子材料）をサンプルとして切り出し、このサンプルを図１に示したように環境試験装置１内の抵抗セル２に設置し、これに図示省略の測定電極を貼り付け、温度と湿度を制御しながらハイレジスタンスメータ３を用いて表面抵抗の挙動を測定した。測定された表面抵抗は端末ＰＣにおいてモニタリングした。
【００２３】
図２は、新品及び経年３０年品のＶＣＢ（Vacuum Circuit Breaker：真空遮断器）で使用された絶縁物からなる絶縁フレーム用高分子材料の湿度９０℃における温度／表面抵抗特性図である。
【００２４】
図２に示されたように湿度９０％における新品の絶縁フレーム用高分子材料表面の表面抵抗と温度変化による特性は温度を変えた瞬間に多少のゆらぎがあるものの、絶縁材料の表面温度と周囲温度の差がなくなると安定するという特性が示されている。
【００２５】
一方、経年３０品の絶縁フレーム用高分子材料では、温度の切り替わり直後には漏洩電流による抵抗の低下が観測され、１０9Ω以下では部分放電による短絡も再現した。
【００２６】
図３に、絶縁物（フィールド劣化品）の表面抵抗測定を行った結果を示す。図３に示すように、表面抵抗測定温度と、各測定温度で測定されたドロップダウンに伴う表面抵抗の最小値との関数として、指数近似した直線を算出した。算出された直線において、部分放電のリスクが発現する表面抵抗値（例えば、図３では１０9Ω）をしきい値として設定し、このしきい値に対応する測定温度(ここではＴcとする)に基づいて絶縁物の劣化診断を行った。絶縁物の劣化診断は、（１）式で示すＴc低下率に基づいて行った。
Ｔc低下率（％）＝１００−（Ｔcx−２５）／（Ｔc0−２５)×１００…（１）
Ｔcx：経年Ｘ年の試料(加速寿命試験試料、フィールド劣化品等)のＴc（℃）
Ｔc0：新品試料のＴc（℃）
ここで、未使用の絶縁物のＴcをＴc0とし、この場合の絶縁物の劣化率(ここではＴc低下率)を０％と定義した。また、環境中の平均温度を２５℃として、Ｔcが２５℃に達した場合のＴc低下率を１００％と定義した。
【００２７】
すなわち、図４に例示するように、対象絶縁物の表面抵抗の最小値を指数近似した直線を算出し、この算出された直線としきい値（１０9Ω）の交点からＴc（６９．４℃）を算出することができた。そして、算出されたＴcを（１）式に代入することで、絶縁物の劣化率（すなわち、Ｔc低下率：５３．３％）を算出することができた。
【００２８】
このように、測定温度と、各測定温度で測定された表面抵抗値の最小値の関数として、指数近似した直線を用いることにより、表面抵抗の最小値（すなわち、ドロップダウン）を精度よく検出することができた。また、指数近似した直線において、しきい値を設定することにより、温度を指標とした絶縁物の劣化診断を行うことができた。
【００２９】
次に、具体的な例を挙げて、本発明の実施形態に係る高分子材料の劣化診断方法についてより詳細に説明する。
【００３０】
３０年使用した絶縁物（絶縁物Ａ）、２０年使用した絶縁物（絶縁物Ｂ）、１６年使用した絶縁物（絶縁物Ｃ）、未使用の絶縁物（未使用品）を試料としてＴc及びＴc低下率を測定した。測定結果を表１に示す。Ｔc測定時の試験湿度は９５％に設定した。また、経年数に対するＴc低下率の関係を図５に示す。
【００３１】
【表１】
0005495232.tif 000002
【００３２】
図５に示すように、経年数と共にＴc低下率は単調に増加しており、相関係数も０．９７と良好であった。したがって、Ｔcを用いることにより、経年に伴う絶縁抵抗低下の傾向が明確となっている。
【００３３】
このように、経年に伴う絶縁低下の傾向が明確になるので、絶縁物の劣化診断精度が向上し、絶縁物の劣化度合いを評価することができる。
【００３４】
比較例として、上記絶縁物Ａ、絶縁物Ｂ、絶縁物Ｃ、未使用品の試料の表面抵抗を測定し、それぞれの試料において表面抵抗の最小値を算出した。表面抵抗の測定条件は、２５℃、湿度９５％で行った。そして、（２）式に基づいて抵抗低下率を算出した。
抵抗低下率（％）＝１００−〔（経年Ｘ年で測定された表面抵抗の最小値）／（未使用品で測定された表面抵抗の最小値）〕×１００…（２）
表２に、表面抵抗の最小値と抵抗低下率の算出結果を示す。また、図６に経年数に対する抵抗低下率の関係を示す。
【００３５】
【表２】
0005495232.tif 000003
【００３６】
図６に示すように、経過年数と抵抗低下率の関係を近似した関数の相関係数は０．８７とＴc低下率に基づいて評価した場合と比較して小さい。また、表面抵抗値の最小値は、絶縁物Ａと絶縁物Ｃでは約３桁異なるが、抵抗低下率は３％の差であり、抵抗低下率の変化率が極めて小さい。したがって、表面抵抗値の最小値に基づいて絶縁物の劣化を評価した場合、絶縁物の劣化度合いの判断が困難となる。
【００３７】
なお、絶縁物の劣化診断は、各測定温度における表面抵抗の最小値だけでなく、例えば、同一湿度における各温度で測定した表面抵抗の平均値を用いた場合についても、同様の手法で行うことができる。なお、表面抵抗の平均値を算出する場合、各測定温度で測定したすべての表面抵抗値の平均をとるとよい。また、ドロップダウンが生じている部分の表面抵抗値の平均をとってもよい。
【００３８】
つまり、表面抵抗測定温度と、各測定温度で測定されたドロップダウンに伴う表面抵抗の平均値との関数として、指数近似した直線を算出してもよい。そして、算出された直線において、しきい値を設定し、このしきい値に対応する測定温度（Ｔac）に基づいて絶縁物の劣化診断を行うとよい。絶縁物の劣化診断は、（３）式で示すＴａｃ低下率に基づいて行うことができる。
Ｔac低下率（％）＝１００−（Ｔacx−２５）／（Ｔc0−２５）×１００…（３）
Ｔacx：経年Ｘ年の試料(加速寿命試験試料、フィールド劣化品等)のＴac（℃）
Ｔc0：新品試料のＴac（℃）
以上のように、本発明の高分子材料の表面抵抗測定方法によれば、絶縁物に発生する表面結露による急激な抵抗低下現象（ドロップダウン）を、精度よく定量化することができる。
【００３９】
本発明の高分子材料の表面抵抗測定方法は、ドロップダウンに伴う表面抵抗最小値を精度良く評価することができるので、ドロップダウンに伴う表面抵抗最小値と環境ガスとの相関性を把握することができる。更に、ドロップダウンに起因する環境ガス以外の因子（絶縁物の種類、絶縁コート材、撥水加工塗膜、など）との相関性を精度良く求める場合にも適用することができる。
【００４０】
例えば、高分子劣化による絶縁抵抗値の低下と加水分解生成物である水酸基の増加量には相関性が高いことが確認されている（例えば、特許文献４）。そして、表面の水酸基量を計測することにより劣化度を判定する手法が提案されている。本発明の高分子材料の表面抵抗測定方法によれば、恒温恒湿槽による表面抵抗値の正確な測定（または、評価）ができるので、高分子材料の表面に存在する水酸基と高分子材料の表面抵抗の相関性や加速率をより精度よく算出することができる。
【００４１】
また、本発明の高分子材料の劣化診断方法によれば、測定温度を指標とした絶縁物の劣化診断を行うことにより、絶縁物の劣化診断精度が向上し、絶縁物の劣化度合いを評価することができる。さらに、本発明の高分子材料の劣化診断方法は、ドロップダウンを考慮した指標が用いられているため、より正確な絶縁診断及び余寿命推定を行うことができる。
【００４２】
なお、本発明に係る高分子材料の表面抵抗測定方法、及び高分子材料の劣化診断方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形及び修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が本発明の技術範囲に属することは当然のことである。
【００４３】
例えば、表面抵抗値の測定に基づいて評価を行う例を示しているが、表面抵抗値の逆数である導電率に基づいて評価を行うこともできる。
【００４４】
また、指数近似した直線に設定されるしきい値は、１０9Ωに限定されるものではなく、劣化評価を行う材料ごとに、部分放電のリスクが発現する表面抵抗値をしきい値として適宜選択するとよい。
【図１】
0005495232.tif 000004
【図２】
0005495232.tif 000005
【図３】
0005495232.tif 000006
【図４】
0005495232.tif 000007
【図５】
0005495232.tif 000008
【図６】
0005495232.tif 000009
【図７】
0005495232.tif 000010