(57)【要約】【課題】電気機器で使用されているモールド材等の樹脂の劣化を、従来よりも高い機動性で、短時間に、精度よく検出することができる劣化検出装置及び劣化検出方法を提供する。【解決手段】劣化検出装置は、第１電極１０２及び第２電極１０４と、発振回路１０８と、インダクタ１０６と、第１及び第２電極を測定対象物に当接させた状態で、第１及び第２電極間に生じる静電容量及びインダクタのインダクタンスにより構成される共振回路の共振周波数を測定する周波数測定部１１０と、共振周波数から測定対象物の比誘電率を算出して測定対象物の劣化の有無を判定する制御部１１２とを含み、制御部は、測定対象物、空気中及び測定対象物と同じ素材の非劣化物に関して測定した３種類の共振周波数、並びに非劣化物の比誘電率を用いて、測定対象物の比誘電率を算出する。これにより、樹脂の劣化の有無を容易に検出することができる。【選択図】図１
2018185178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の第１電極及び第２電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の間に生じる静電容量と共に直列又は並列の共振回路を構成するインダクタと、
前記共振回路に所定の周波数帯域を有する発振信号を出力する発振手段と、
前記共振回路の共振周波数を測定する周波数測定手段と、
前記共振周波数から測定対象部材の比誘電率を算出する算出手段と、
前記比誘電率に基づき前記測定対象部材の劣化の有無を判定する判定手段とを含み、
前記所定範囲の周波数は、前記共振周波数を含み、
前記算出手段は、前記第１電極及び前記第２電極を所定間隔で離隔させて非導電性の測定対象部材に当接させて前記周波数測定手段により測定した共振周波数をｆmとし、空気中で前記第１電極及び前記第２電極を前記所定間隔で離隔させて前記周波数測定手段により測定した共振周波数をｆaとし、前記第１電極及び前記第２電極を前記所定間隔で離隔させて、非導電性の前記測定対象部材と同じ素材の劣化していない比誘電率が既知である非劣化部材に当接させて前記周波数測定手段により測定した共振周波数をｆsとし、且つ、前記非劣化部材の比誘電率をεrsとして、前記測定対象部材の比誘電率εrmを、
εrm＝(εrs−１)((ｆa／ｆm)２−１)／((ｆa／ｆs)２−１)＋１
により算出することを特徴とする劣化検出装置。
【請求項２】
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ平板であり、
前記周波数測定手段は、前記第１電極及び前記第２電極を平行に配置させて前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれの一端を前記測定対象部材に当接させた状態で、前記共振周波数を測定することを特徴とする、請求項１に記載の劣化検出装置。
【請求項３】
前記第１電極は柱状であり、
前記第２電極は筒状であり、
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれの中心軸が一致するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の劣化検出装置。
【請求項４】
前記所定の周波数帯域は、１５ＭＨｚ以上２５ＭＨｚ以下の範囲に含まれることを特徴とする、請求項１から３の何れか１項に記載の劣化検出装置。
【請求項５】
導電性の第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて非導電性の測定対象部材に当接させた状態で、前記第１電極及び前記第２電極の間に生じる静電容量とインダクタとにより構成される直列又は並列の共振回路に、所定の周波数帯域を有する発振信号を出力する発振ステップと、
前記共振回路の共振周波数を測定する周波数測定ステップと、
前記共振周波数から前記測定対象部材の比誘電率を算出する算出ステップと、
前記比誘電率に基づき前記測定対象部材の劣化の有無を判定する判定ステップとを含み、
前記算出ステップにおいて、前記周波数測定ステップにより測定された共振周波数をｆmとし、空気中で前記第１電極及び前記第２電極を前記所定間隔で離隔させた状態で、前記第１電極及び前記第２電極の間に生じる静電容量と前記インダクタとにより構成される前記共振回路に前記発振信号を出力したときの共振周波数をｆaとし、前記第１電極及び前記第２電極を前記所定間隔で離隔させて前記測定対象部材と同じ素材の劣化していない比誘電率が既知である非劣化部材に当接させた状態で、前記第１電極及び前記第２電極の間に生じる静電容量と前記インダクタとにより構成される前記共振回路に前記発振信号を出力したときの共振周波数をｆsとし、且つ、前記非劣化部材の比誘電率をεrsとして、前記測定対象部材の比誘電率εrmを、
εrm＝(εrs−１)((ｆa／ｆm)２−１)／((ｆa／ｆs)２−１)＋１
により算出することを特徴とする劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器において使用されている樹脂の劣化を検出するための技術に関し、特に、電力機器において絶縁のために使用されている樹脂の劣化を検出するための劣化検出装置及び劣化検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力設備（高圧キュービクル等）に設置されているモールド変圧器において、巻線をモールドしているエポキシ樹脂等（以下、モールド材ともいう）は、変圧器の運転による発熱によりストレスを常時受け、経年使用により劣化する。モールド材が劣化すると、電気的絶縁性が低下し、安全性に問題が生じる。したがって、モールド材の劣化を検出するための種々の技術が知られている。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、電気機器に使用されている絶縁物の経年による性能劣化を診断する方法が開示されている。この診断方法では、診断項目と相関関係のある複数の測定項目を選定し、複数の測定項目の測定値を１つの指標で表したものと診断項目の測定値との相関を表す相関図と、診断項目の外部環境要因による影響を補正する特性図又は特性式とを予め用意しておき、複数の測定項目を測定して得た測定データを１つの指標で表し、これをもとに相関図と特性図又は特性式とを用いて任意の外部環境要因の値に対応する診断項目の補正値を得る。そして、この補正値を利用して絶縁物の劣化診断をする。具体的な診断方法として、診断対象物の色彩（黄色）、硝酸イオン量及び硫酸イオン量の測定データからマハラノビス・タグチシステム法により指標（マハラノビスの距離）を算出し、予め求めておいた関係式から表面抵抗値を推定し、診断対象物の劣化状態を把握する方法が開示されている。
【０００４】
また、下記特許文献２には、高分子材料の劣化診断方法及び装置が開示されている。この診断方法では、モールド材（高分子材料）の表面に、誘電体プローブを介してベクトルネットワークアナライザからのマイクロ波を入射し、その反射波を同アナライザで計測し、誘電率変化及び誘電損失ｔａｎδを算出して、モールド材の劣化を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１２１４３０号明細書
【特許文献２】特開２０１６−１４８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術では、色彩（黄色）、硝酸イオン量及び硫酸イオン量を測定することが必要であり、そのための色素計、イオン濃度測定用のイオン試験紙、及び高感度反射式光度計が必要となる。即ち、２種類以上の測定器が必要であり、測定に長時間を要し、機動性に欠ける問題がある。電力設備においては、停電という制約の中で、短時間で検査を行なわなければならず、特に問題となる。測定及び判定に長い時間がかかると、停電時間が長くなってしまう。
【０００７】
特許文献２に開示された技術では、大きく且つ重い測定装置（アナライザ）を使用する必要があり、機動性に欠け、現場環境によっては測定作業の効率が低下する問題がある。また、測定装置が高価である。さらに、数十ＧＨｚと周波数の高いマイクロ波を使用するため、測定ケーブルの位置の変化により測定結果が影響を受け、測定誤差が大きくなる問題がある。
【０００８】
したがって、本発明は、電気機器で使用されているモールド材等の樹脂の劣化を、従来よりも高い機動性で、短時間に、精度よく検出することができる劣化検出装置及び劣化検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の局面に係る劣化検出装置は、導電性の第１電極及び第２電極と、第１電極及び第２電極の間に生じる静電容量と共に直列又は並列の共振回路を構成するインダクタと、共振回路に所定の周波数帯域を有する発振信号を出力する発振部と、共振回路の共振周波数を測定する周波数測定部と、共振周波数から測定対象部材の比誘電率を算出する算出部と、比誘電率に基づき測定対象部材の劣化の有無を判定する判定部とを含む。所定範囲の周波数は、共振周波数を含む。算出部は、第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて非導電性の測定対象部材に当接させて周波数測定部により測定した共振周波数をｆmとし、空気中で第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて周波数測定部により測定した共振周波数をｆaとし、第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて、非導電性の測定対象部材と同じ素材の劣化していない比誘電率が既知である非劣化部材に当接させて周波数測定部により測定した共振周波数をｆsとし、且つ、非劣化部材の比誘電率をεrsとして、測定対象部材の比誘電率εrmを、εrm＝(εrs−１)((ｆa／ｆm)２−１)／((ｆa／ｆs)２−１)＋１により算出する。
【００１０】
これにより、電気機器で使用されているモールド材等の樹脂の劣化の有無を容易に検出することができる。
【００１１】
好ましくは、第１電極及び第２電極はそれぞれ平板であり、周波数測定部は、第１電極及び第２電極を平行に配置させて第１電極及び第２電極のそれぞれの一端を測定対象部材に当接させた状態で、共振周波数を測定する。
【００１２】
これにより、第１電極及び第２電極間距離を調節して、測定対象部材の所望の部位（所望の深さ）における劣化の有無を検出することができる。
【００１３】
より好ましくは、第１電極は柱状であり、第２電極は筒状であり、第１電極及び第２電極は、それぞれの中心軸が一致するように配置されている。
【００１４】
これにより、第１電極及び第２電極間距離が小さい電極構造を容易に実現することができる、測定対象部材の表面付近の劣化の有無の検出が容易になる。
【００１５】
さらに好ましくは、所定の周波数帯域は、１５ＭＨｚ以上２５ＭＨｚ以下の範囲に含まれる。
【００１６】
これにより、比較的安価でコンパクトな劣化検出装置を実現することができる。
【００１７】
本発明の第２の局面に係る劣化検出方法は、導電性の第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて非導電性の測定対象部材に当接させた状態で、第１電極及び第２電極の間に生じる静電容量とインダクタとにより構成される直列又は並列の共振回路に、所定の周波数帯域を有する発振信号を出力する発振ステップと、共振回路の共振周波数を測定する周波数測定ステップと、共振周波数から測定対象部材の比誘電率を算出する算出ステップと、比誘電率に基づき測定対象部材の劣化の有無を判定する判定ステップとを含む。算出ステップにおいて、周波数測定ステップにより測定された共振周波数をｆmとし、空気中で第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させた状態で、第１電極及び第２電極の間に生じる静電容量とインダクタとにより構成される共振回路に発振信号を出力したときの共振周波数をｆaとし、第１電極及び第２電極を所定間隔で離隔させて測定対象部材と同じ素材の劣化していない比誘電率が既知である非劣化部材に当接させた状態で、第１電極及び第２電極の間に生じる静電容量とインダクタとにより構成される共振回路に発振信号を出力したときの共振周波数をｆsとし、且つ、非劣化部材の比誘電率をεrsとして、測定対象部材の比誘電率εrmを、εrm＝(εrs−１)((ｆa／ｆm)２−１)／((ｆa／ｆs)２−１)＋１により算出する。
【００１８】
これにより、電気機器で使用されているモールド材等の樹脂の劣化の有無を容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気機器で使用されているモールド材等の樹脂の劣化の有無を、ベクトルネットワークアナライザ等の高価な装置を使用することなく、容易に短時間で検出することができる。コンパクトで軽量な検出装置を実現することができ、現地での測定時の機動性が高くなる。
【００２０】
また、電極間の距離が小さい電極を使用することにより、測定対象部材の表面近傍の劣化の有無を検出することができる。
【００２１】
ＭＨｚオーダの周波数での測定が可能であり、測定ケーブルを装置に収納し固定すれば、ＧＨｚオーダの高周波を使用する場合よりも、ケーブルの位置変化による測定値のバラツキを抑制することができ、信頼性の高い測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る劣化検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】モールド変圧器を模式的に示す断面図である。
【図３】電極がモールド材に当接された状態の劣化検出装置を示すブロック図である。
【図４】電極が誘電部材に当接された場合に生じる静電容量を示すブロック図である。
【図５】電極がモールド材に当接された状態の劣化検出装置を、静電容量を付して示すブロック図である。
【図６】電極が測定対象部材に当接されていない状態の劣化検出装置を、静電容量を付して示すブロック図である。
【図７】劣化検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】同軸形状の電極を備えた劣化検出装置を示すブロック図である。
【図９】同軸形状の電極がモールド材表面に当接された状態で発生する電界を示す断面図である。
【図１０】図１及び図８とは異なる形状の電極を用いた劣化検出装置を示すブロック図である。
【図１１】実験に使用した劣化サンプルの断面を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（劣化検出装置の構成）
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る劣化検出装置１００は、第１電極１０２と、第２電極１０４と、第１電極１０２に一端が接続されたインダクタ１０６と、出力端がインダクタ１０６の他端及び第２電極１０４に接続された発振回路１０８と、周波数測定部１１０と、制御部１１２とを含む。劣化検出装置１００は、発振回路１０８、周波数測定部１１０及び制御部１１２を作動させるための電源等（図示せず）をも含む。
【００２５】
第１電極１０２及び第２電極１０４は、例えば、同じ大きさの平板（例えば、長方形）で形成され、それぞれの一方の面を対向させて、平行に配置される。第１電極１０２及び第２電極１０４は、金属等の導電性部材で形成されている。
【００２６】
発振回路１０８は、制御部１１２の制御を受けて動作し、所定の周波数帯域を有する発振信号を出力端から出力する。第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量とインダクタ１０６とは直列共振回路を構成し、その共振周波数は、第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量Ｃとインダクタ１０６のインダクタンスＬとにより決まる。第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量Ｃは、第１電極１０２及び第２電極１０４の近傍に誘電物質があれば、その影響を受ける。
【００２７】
ここで、発振回路１０８は、ＬＣの共振周波数を含む範囲の周波数を有する信号を出力する信号源（例えば、交流電圧源）であればよく、公知の発振回路（コルピッツ発振回路、ハートレー発振回路等）を使用することができる。発振回路１０８は、発振回路１０８を構成する内部素子が、共振周波数に影響しない、又は、殆ど影響しないように設計されていればよい。第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量Ｃとインダクタ１０６のインダクタンスＬとには、発振回路１０８から出力される所定範囲の周波数信号のうち、共振周波数を有する信号が流れる。
【００２８】
周波数測定部１１０は、発振回路１０８からインダクタ１０６を介して、第１電極１０２及び第２電極１０４に供給される発振周波数（即ち共振周波数）を測定し、制御部１１２に出力する。周波数測定部１１０は、例えば、公知の周波数カウンタである。例えば、第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量とインダクタ１０６との直列ライン上の信号が、周波数測定部１１０に入力される。
【００２９】
制御部１１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、記憶部とを備えている。制御部１１２は、後述するように、周波数測定部１１０から取得した共振周波数から、第１電極１０２及び第２電極１０４の間に存在する測定対象部材の比誘電率を算出し、算出された比誘電率に基づき、測定対象部材の劣化の有無を判定する。即ち、制御部１１２は、発振回路１０８のオン／オフを制御する機能と、比誘電率の算出機能と、劣化の有無の判定機能とを有する。これらの機能は、記憶部に予め記憶されたプログラムをＣＰＵが読出して実行することにより実現される。
【００３０】
劣化検出装置１００は、例えば図２に示すモールド変圧器のモールド材の劣化を検出するために使用される。モールド変圧器は、一次巻線２００及び二次巻線２０２と、それらを覆うモールド材２０４と、鉄心２０６とを備えている。モールド材２０４は、エポキシ樹脂等の樹脂で形成されている。
【００３１】
劣化検出装置１００による測定では、図３に示すように、第１電極１０２及び第２電極１０４を、モールド材２０４の表面（例えば、図２において１点鎖線で示す部分）に当接させて、共振周波数を測定する。予め劣化していない比誘電率が既知であるモールド材について測定された共振周波数と、モールド材２０４に関して得られた共振周波数とを用いて、比誘電率を算出できる。以下に、その原理を説明する。
【００３２】
（比誘電率の算出原理）
図４に示すように、一般的に誘電部材の表面に第１電極１０２及び第２電極１０４を当接して発振信号を供給すると、第１電極１０２及び第２電極１０４間の静電容量Ｃ0以外に、コンデンサ端効果によりモールド材２０４の内部に電界（電機力線）が入り込み、誘電部材による静電容量Ｃf（フリンジング容量と呼ばれる）が現れる。静電容量Ｃfは、モールド材２０４の内部状態の変化であるため、外部湿度の影響を受けない。なお、図４においては、インダクタ１０６を、そのインダクタンスＬで示している。
【００３３】
以下においては、図４を参照して、図５に示すように、モールド材２０４の表面に第１電極１０２及び第２電極１０４を当接した状態と、図６のように、第１電極１０２及び第２電極１０４を中空に配置した状態（以下、電極開放状態という）について説明する。なお、図５は、図３において、第１電極１０２及び第２電極１０４間に発生する静電容量を表す記号を付記したものである。
【００３４】
以下の説明で使用する各記号の意味は、次の通りである。
εrm：測定対象部材（モールド材）の比誘電率
εrs：基準部材（測定対象部材と同一素材の新品の部材）の比誘電率（予め測定された既知の値）
εr：電極先端が当接している誘電部材の比誘電率
ε0：真空の誘電率
Ｃm：測定対象部材の静電容量
Ｃa：電極開放状態の静電容量
Ｃs：基準部材の静電容量
Ｃ0：電極間の静電容量（電極構造により決まる定数）
Ｃf：電極先端間のフリンジング容量
Ｃfm：電極先端を測定対象部材に当接した状態の静電容量（フリンジング容量）
Ｃfs：電極先端を基準部材に当接した状態の静電容量（フリンジング容量）
Ｃfa：電極開放状態の電極間の静電容量（フリンジング容量）
ｋ：電極形状で決まる定数（平行平板電極の場合、対向面積Ｓ及び電極間距離ｔを用いて、ｋ＝Ｓ／ｔと表される。）
【００３５】
図４において、共振回路を構成する静電容量Ｃは、Ｃ0及びＣfの合成であり、式（１）で表される。
Ｃ＝Ｃ0＋Ｃf・・・・式（１）
【００３６】
電極先端間に生じる静電容量Ｃf（フリンジング容量）は、電極先端に接している誘電部材の比誘電率εrを用いて、Ｃf＝εr×εO×ｋであり、電極先端に接している誘電部材の比誘電率εrにより変化する。電極を測定対象部材に当接した状態（図５参照）では、静電容量Ｃfm（フリンジング容量）は、式（２）で表される。
Ｃfm＝εrm×ε0×ｋ・・・・式（２）
【００３７】
また、電極先端を基準部材に当接した状態では、静電容量Ｃfs（フリンジング容量）は式（３）で表される。
Ｃfs＝εrs×εO×ｋ・・・・式（３）
【００３８】
さらに、電極先端を空気中で開放した電極開放状態（図６参照）では、空気中の比誘電率εr＝１であるため、静電容量Ｃfa（フリンジング容量）は式（４）で表される。
Ｃfa＝εr×εO×ｋ＝εO×ｋ・・・・式（４）
【００３９】
電極開放状態で、共振回路を構成する静電容量Ｃaは、式（１）及び式（４）より、式（５）で表される。ここで、Ｃ0及びｋは、上記したように電極構造により決まる定数であるため、Ｃaも定数となる。
Ｃa＝Ｃ0＋Ｃfa＝Ｃ0＋ε0×ｋ・・・・式（５）
【００４０】
基準部材に電極先端を当接した状態では、共振回路を構成する静電容量Ｃsは、式（１）、式（３）及び式（５）により、式（６）で表される。
Ｃs＝Ｃ0＋Ｃfs＝Ｃ0＋εrs×εO×ｋ
＝Ｃ0＋ε0×ｋ＋(εrs−１)×ε0×ｋ
＝Ｃa＋(εrs−１)×ε0×ｋ・・・・式（６）
【００４１】
測定対象部材に電極先端を当接した状態で、共振回路を構成する静電容量Ｃmは、式（１）、式（２）及び式（５）により、式（７）で表される。
Ｃm＝Ｃ0＋Ｃfm＝Ｃ0＋εrm×εO×ｋ
＝Ｃ0＋ε0×ｋ＋(εrm−１)×εO×ｋ
＝Ｃa＋(εrm−１)×ε0×ｋ・・・・式（７）
【００４２】
式（７）において、ε0は真空の誘電率であり、Ｃa及びｋは、上記したように電極構造で決まる定数である。よって、測定対象部材の静電容量Ｃmは、測定対象部材の比誘電率εrmのみにより変化する。式（７）から、測定対象部材の比誘電率εrmは、式（８）で表される。
εrm＝(Ｃm−Ｃa)／(ε0×ｋ)＋１・・・・式（８）
【００４３】
次に、各状態に関して、共振周波数により比誘電率を算出する。ここで、各記号の意味は下記の通りである。
ｆm：電極が測定対象部材に当接した状態での共振周波数
ｆs：電極が基準部材に当接した状態での共振周波数
ｆa：電極開放状態での共振周波数
【００４４】
式（６）を用いて、式（８）において電極固有の定数ｋを消去すると、式（９）が成立する。
εrm＝(Ｃm−Ｃa)／(εO×ｋ)＋１
＝｛(Ｃm−Ｃa)／(Ｃs−Ｃa)｝×(εrs−１)＋１・・・・式（９）
【００４５】
電極の各状態における共振周波数と、インダクタ１０６のインダクタンスＬ及び各部材の静電容量Ｃとの関係は、下記の式（１０）〜（１２）で表される。発振回路１０８は、ＬＣの直列共振回路への信号源であり、発振回路１０８の内部要素は共振周波数には影響しない。
【００４６】
電極が測定対象部材に当接した状態：
ｆm＝１／(２×π×(Ｌ×Ｃm)１／２)・・・・式（１０）
電極が基準部材に当接した状態：
ｆs＝１／(２×π×(Ｌ×Ｃs)１／２)・・・・式（１１）
電極開放状態：
ｆa＝１／(２×π×(Ｌ×Ｃa)１／２)・・・・式（１２）
【００４７】
ここで、測定対象部材の静電容量Ｃmは、上記の通り、測定対象部材の比誘電率εrmにより変化する。したがって、測定対象部材の共振周波数ｆmは、測定対象部材の劣化等により比誘電率εrmが変わることで変化する。
【００４８】
式（９）に、共振周波数の関係を表す式（１０）〜（１２）を適用すると、測定対象部材の比誘電率εrmは式（１３）で表される。
εrm＝(εrs−１)((ｆa／ｆm)２−１)／((ｆa／ｆs)２−１)＋１・・・・式（１３）
【００４９】
式（１３）では、インダクタ１０６のインダクタンスＬは消去され、電極の各状態での共振周波数ｆm、ｆs及びｆaと、基準部材の比誘電率εrsのみを含んでいる。このうち、比誘電率εrsは既知であるので、電極の各状態での共振周波数ｆm、ｆs及びｆaを測定すれば、式（１３）により測定対象部材の比誘電率εrmを算出できる。
【００５０】
発振回路１０８は、式（１０）〜（１２）により決定される共振周波数ｆm、ｆs及びｆaでの共振を実現できることが好ましく、共振周波数ｆm、ｆs及びｆaを含む範囲の周波数の信号を出力できることが好ましい。但し、共振周波数ｆs及びｆaは、予め測定された値を使用してもよいので、発振回路１０８は、式（１０）により決定される共振周波数ｆmを含む範囲の周波数の信号を出力できればよい。
【００５１】
（劣化の判定処理）
以下に、図７を参照して、図１の劣化検出装置１００により、測定対象部材（モールド部材）の劣化の有無を判定する処理に関して説明する。図７のプログラムは、図１に示す制御部１１２のＣＰＵにより実行される。即ち、以下において、制御部１１２が実行する処理は、ＣＰＵが実行することを意味する。ここでは、図５のように、第１電極１０２及び第２電極１０４がモールド材２０４に当接されているとする。
【００５２】
ステップ３００において、制御部１１２は、発振回路１０８及び周波数測定部１１０をオンさせて動作させる。これは、例えば、発振回路１０８及び周波数測定部１１０に電力を供給する経路に設けられたスイッチ（例えば、ＦＥＴ等の半導体スイッチ）をオンすることにより行なわれる。
【００５３】
ステップ３０２において、制御部１１２は、周波数測定部１１０から出力される周波数（共振周波数）を取得する。取得された周波数は、制御部１１２内部の記憶部に記憶されてもよい。
【００５４】
ステップ３０４において、制御部１１２は、上記の式（１３）に、ステップ３０２で取得した周波数を代入して、比誘電率εrmを算出する。ここでは、式（１３）及び基準部材の比誘電率εrsは、記憶部に記憶されているとする。また、共振周波数ｆs及びｆaは、上記のステップ３００及び３０２と同様にして、予め測定され、記憶部に記憶されているとする。
【００５５】
ステップ３０６において、制御部１１２は、ステップ３０４で算出された比誘電率εrmを所定のしきい値と比較する。比誘電率εrmがしきい値以上であると判定されると、制御はステップ３０８に移行する。そうでなければ、制御はステップ３１０に移行する。
【００５６】
電力設備（高圧キュービクル等）に設置されているモールド変圧器において、巻線をモールドしているモールド材の組成は、エポキシ樹脂と充填剤により構成される。このモールド材の表面が変圧器運転による発熱により劣化すると、その表面組成状態が変化し、誘電率が大きくなる。したがって、測定対象のモールド部材の材質に応じて、しきい値を適切な値に設定しておけば、劣化の有無を適切に判定することができる。
【００５７】
ステップ３０８において、制御部１１２は、測定対象部材が劣化している旨の第１メッセージを提示する。第１メッセージは、例えば、出力装置（ディスプレイ、プリンタ等）により、テキスト又は画像として表示すればよい。測定された比誘電率の値を提示してもよい。
【００５８】
ステップ３１０において、制御部１１２は、測定対象部材が劣化していない旨の第２メッセージを提示する。第２メッセージは、第１メッセージと同様に提示すればよい。測定された比誘電率の値を提示してもよい。
【００５９】
ステップ３１２において、制御部１１２は、本プログラムの実行を終了する指示を受けたか否かを判定する。終了の指示は、例えば劣化検出装置１００の主電源をＯＦＦす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、制御はステップ３１４に移行する。そうでなければ、制御はステップ３００に戻る。
【００６０】
ステップ３１４において、制御部１１２は、発振回路１０８及び周波数測定部１１０をオフし、本プログラムを終了する。
【００６１】
以上により、劣化検出装置１００は、測定対象部材が劣化しているか否かを判定し、その結果を提示することができる。モールド変圧器のモールド材は、一次巻線及び二次巻線の発熱により劣化し、その比誘電率が増大する。したがって、モールド材の素材に応じたしきい値を設定しておけば、モールド材の劣化の有無を判定することができる。しきい値は、測定対象のモールド材と同じ素材を用いて、予め測定することにより決定できる。
【００６２】
上記では、１度だけ測定対象部材の比誘電率を測定し、その値と１つのしきい値とを比較して、測定対象部材の劣化の有無を判定する場合を説明したが、これに限定されない。複数回測定を行なって得られたデータの平均値を用いて、比誘電率を算出してもよい。また、複数のしきい値を用いて、劣化の程度をランク付してもよい。
【００６３】
なお、測定対象部材の比誘電率εrmの算出に使用される式（１３）における共振周波数ｆa及びｆs、並びに、基準部材の比誘電率εrsは、予め測定された値であるので、毎回測定により求める必要はない。共振周波数ｆa及びｆsは、測定対象部材の測定に使用される電極と同じ構造の電極を、測定対象部材の測定時と同じ距離だけ離隔させて測定されていればよい。
【００６４】
劣化検出装置１００は、共振周波数ｆa及びｆs、並びに、基準部材の比誘電率εrsを入力するための入力部（例えば、タッチパネル等のインターフェイス）を備えていてもよい。外部から入力された共振周波数ｆa及びｆs、並びに、基準部材の比誘電率εrsは、制御部１１２内部の記憶部に記憶されてもよい。また、複数の部材に関する共振周波数ｆa及びｆs、並びに、比誘電率εrsを、素材（誘電部材）毎に記憶部に記憶しておいてもよい。そのようにすれば、測定対象部材の素材を指定することにより、対応する共振周波数ｆa及びｆs、並びに、比誘電率εrsが特定されるようにすることができ、種々の測定対象部材に容易に対応できる。
【００６５】
発振回路１０８の発振周波数の範囲は、測定対象部材を用いた場合の共振周波数を含み、発振信号の波長が第１電極１０２及び第２電極１０４間の距離ｔ（図３参照）よりも十分に大きければよく、任意である。例えば、発振周波数の範囲は、１５ＭＨｚ〜２５ＭＨｚである。このような範囲であれば、安価に装置を構成できる。使用する周波範囲と測定対象部材の静電容量とを考慮して、適切なインダクタンスＬのインダクタを使用すればよい。
【００６６】
また、電極から信号が、測定対象部材の内部に入り込む深さｄは、電極間距離ｔに比例する。したがって、劣化検出装置１００は、電極間距離ｔを調整できる機構を備えていてもよい。どの程度の深部での劣化を判定するかに応じて、電極間距離ｔを変更すれば、より正確な判定を行なうことができる。モールド変圧器のモールド材であれば、熱劣化により表面のトラッキング性能が低下するので、表面付近の劣化状態を適切に捉えることが望ましい。したがって、電極間距離ｔを比較的小さい値に設定することが好ましい。
【００６７】
上記では、第１電極１０２と発振回路１０８との間に、インダクタ１０６が接続されている場合を説明したが、これに限定されない。第１電極１０２及び第２電極１０４の間に形成される静電容量とインダクタとを構成要素として共振回路が形成されればよい。例えば、並列共振回路が形成されるように、インダクタ１０６の代わりに、第１電極１０２及び第２電極１０４の間の静電容量に並列にインダクタを接続してしてもよい。
【００６８】
なお、発振回路１０８及び測定対象部材は測定環境（主として温度）の影響を受けるので、測定対象部材の共振周波数ｆmの測定環境が、共振周波数ｆa及びｆsの測定環境と異なる場合には、測定値を補正することが好ましい。例えば、測定環境の温度差に応じた温度補正を行なうことにより、より精度よく測定対象部材の比誘電率を求めることができ、より精度よく測定対象部材の劣化の有無を検出することができる。
【００６９】
上記では、第１電極１０２及び第２電極１０４が平板である場合を説明したが、これに限定されない。比誘電率を算出するための式（１３）は、第１電極１０２及び第２電極１０４の形状の影響をうけないので、第１電極１０２及び第２電極１０４の形状は任意である。
【００７０】
電極は、例えば図８に示すような同軸形状であってもよい。図８においては、電極のみを斜視図で示している。第１電極１３０は断面形状が円の棒状（円柱）であり、第２電極１３２は円筒であり、第１電極１３０と第２電極１３２とは同じ中心軸を有する。第１電極１３０及び第２電極１３２の間は中空である。電極間距離をｔで示している。同軸形状とすることにより、電極間距離を小さくし、電極全体をコンパクトに形成することができる。インダクタ１０６、発振回路１０８、周波数測定部１１０及び制御部１１２は、図１と同様であり、それらと第１電極１３０及び第２電極１３２との接続関係も図１と同様である。
【００７１】
第１電極１３０及び第２電極１３２を用いて比誘電率を測定する場合、それらの先端を、図９に示すように測定対象部材（モールド材２０４）の表面に当接させる。図９には、第１電極１３０及び第２電極１３２の先端部からモールド材２０４内部に入り込む電気力線を破線で示している。これにより、第１電極１３０及び第２電極１３２の先端部には、図３と同様に、フリンジング容量Ｃfが生じる。また、第１電極１３０及び第２電極１３２の対向する面（第１電極１３０の外側面及び第２電極１３２の内側面）には、図３と同様に、電極構造により決まる定数である静電容量Ｃ0が生じる。したがって、第１電極１３０及び第２電極１３２を用いる場合にも、式（１３）により、測定部材（モールド材２０４）の比誘電率εrmを算出することができる。
【００７２】
なお、第１電極の形状は円柱に限らず、第２電極の形状は円筒に限らない。第１電極は角柱であってもよい。また、第２電極の形状が筒状の角柱である場合には、中心軸に垂直な断面形状が円に近い多角形であることが好ましい。
【００７３】
電極の長さを長くして、電極の対向面積を大きくすると、静電容量を大きくすることができるので、測定感度を高くすることができる。対向面積を大きくするには、例えば、図１０のような形状の電極を使用してもよい。図１０において、第１電極１３４及び第２電極１３６は、それぞれの凸部と凹部とが所定距離だけ離隔して対向しており、これにより静電容量を大きくできる。第１電極１３４及び第２電極１３６を用いて測定対象部材の比誘電率を測定する場合、測定対象部材の表面に、第１電極１３４及び第２電極１３６の端面（斜線を付した面）を当接させる。
【００７４】
上記では、モールド変圧器のモールド材（エポキシ樹脂）の劣化の有無を検出する場合を説明したが、これに限定されない。モールド変圧器以外の電力機器（開閉器、遮断器等）に使用されている樹脂（エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等）の劣化の有無を検出することもできる。さらに、一般的な電気機器において使用されている樹脂の劣化の有無を検出することもできる。
【実施例１】
【００７５】
以下に実験結果を示し、本発明の有効性を示す。モールド変圧器で使用されるモールド材の比誘電率を測定した。図８に示した同軸形状を採用し、第１電極１３０の直径３．０ｍｍ、第１電極１３０及び第２電極１３２の中心軸方向の長さがそれぞれ６．０ｍｍ、電極間距離ｔが０．５ｍｍ以上の電極を作製し、図９のように、電極をモールド材の表面に当接させ、共振周波数を測定し、式（１３）により比誘電率を求めた。発振回路の発振周波数帯域の中心が約１７ＭＨｚとなるように、インダクタのインダクタンスＬを設定した。
【００７６】
測定対象部材には、劣化サンプルと正常サンプルとを用いた。正常サンプルは、エポキシ樹脂を硬化させたモールド材（厚さ２ｍｍ）であり、未使用のものである。劣化サンプルは、正常サンプルと同じ条件で作製したモールド材を恒温槽に入れ、加熱処理により表面状態を変化（劣化）させたものである。この劣化サンプルは、耐トラッキング試験で絶縁不良と判定された。
【００７７】
同じ劣化サンプルを用いて複数回測定した結果、比誘電率は４．７１〜４．７３の範囲の値であった。また、同じ正常サンプルを用いて複数回測定した結果、比誘電率は４．５１〜４．５４の範囲の値であった。
【００７８】
測定結果の最大偏差（比誘電率の値のばらつき）は、劣化サンプルに関しては約０．４％、正常サンプルに関しては約０．７％であった。劣化サンプル及び正常サンプルの何れに関しても、１％未満であり、安定した測定が可能であることが分かる。なお、最大偏差は、平均値＝（最大値＋最小値）／２を用いて、（最大値−最小値）／平均値（％）により算出した。
【００７９】
比誘電率を比較すると、劣化サンプルの比誘電率は、正常サンプルの比誘電率よりも約４〜５％大きく、測定結果の最大偏差よりも大きい差異として観測することができた。このことから、本実施例の有効性は明らかである。
【００８０】
なお、劣化サンプルの断面（表面に垂直な断面）を顕微鏡で観察した結果、劣化サンプルの表面付近のみが劣化していることが分かった。具体的には、図１１に示すように、劣化サンプルの表面から約２００μｍまでの範囲が劣化（変質）していた。図１１において、下段の写真は、上段の写真の長方形の枠内に位置する劣化サンプルの部分を、さらに高い倍率で顕微鏡撮影した写真である。
【００８１】
測定に使用した電極間距離（０．５ｍｍ以上）が、劣化サンプルの劣化部分の深さ（約２００μｍ＝０．２ｍｍ）よりも大きかったので、劣化サンプルの劣化していない部分にまで電界が入り込んだと推測できる。そのため、測定時における劣化サンプルのフリンジング容量が、正常サンプルのフリンジング容量に近づき、劣化サンプルの比誘電率が比較的小さい値として算出されたと推測できる。したがって、電極間距離が０．５ｍｍよりも小さい電極を使用して（劣化部分よりも深く電界が入り込まないようにして）測定すれば、劣化サンプルと正常サンプルとの比誘電率の差はより大きくなる。
【００８２】
電極間距離が０．５ｍｍよりも小さい市販の誘電体プローブ（第１電極の直径０．５ｍｍ以下、第１及び第２電極の中心軸方向の長さがそれぞれ４．０ｍｍ）と市販のアナライザとを用いて、従来の技術（特許文献２に開示された技術）で、上記と同じ劣化サンプルを複数回測定した結果、比誘電率は５．１３〜５．１７であった。この劣化サンプルの比誘電率は、正常サンプルの誘電率（４．５１〜４．５４）と１０％以上の差がある。したがって、劣化部分の大きさ（深さ）に応じた電極間距離の電極を使用することにより、劣化の有無をより精度よく判定することができる。
【００８３】
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。
【符号の説明】
【００８４】
１００    劣化検出装置
１０２、１３０、１３４    第１電極
１０４、１３２、１３６    第２電極
１０６    インダクタ
１０８    発振回路
１１０    周波数測定部
１１２    制御部
２００    一次巻線
２０２    二次巻線
２０４    モールド材
２０６    鉄心
【図１】
2018185178.tif 000003
【図２】
2018185178.tif 000004
【図３】
2018185178.tif 000005
【図４】
2018185178.tif 000006
【図５】
2018185178.tif 000007
【図６】
2018185178.tif 000008
【図７】
2018185178.tif 000009
【図８】
2018185178.tif 000010
【図９】
2018185178.tif 000011
【図１０】
2018185178.tif 000012
【図１１】
2018185178.tif 000013