(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴム製シール材の圧縮永久ひずみ率の予測方法であって、
前記シール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）は、下記式（１）
Ｃｓ＝ｆ（Ｔｃ，ｔ）    ・・・（１）
（式（１）中、Ｔｃは前記シール材の使用温度、ｔは前記シール材のＴｃでの使用時間である）で算出されることを特徴とする圧縮永久ひずみ率の予測方法。
【請求項２】
前記Ｃｓは、前記シール材の各使用温度と、前記シール材の各使用温度での使用時間とで算出される各圧縮永久ひずみ率値の積算値であることを特徴とする請求項１記載の圧縮永久ひずみ率の予測方法。
【請求項３】
前記Ｃｓは、前記シール材を設備から取り外さずに予測することを特徴とする請求項１または２記載の圧縮永久ひずみ率の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧縮永久ひずみ率の予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉形ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）および密閉形ガス絶縁母線（ＧＩＢ）などの送変電設備と送変電設備との接合部（フランジ）や送変電設備自体には、Ｏリングやガスケットなどのシール材が使用されている。フランジに使用されているシール材には、使用年数の増加と共に、経年的な圧縮によるクリープが発生する。それに伴い、シール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）が低下する。クリープの発生によりシール材の圧縮永久ひずみ率が低下すると、シール材のシール性能が低下し、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などの絶縁ガスが送変電設備から漏洩する。そのため、送変電設備の絶縁性能は低下する。
【０００３】
送変電設備の絶縁性能を維持するためには、シール材のシール性能や劣化を評価することが求められている。フランジにおけるＯリングの設置状態、例えば熱や酸素、あるいは特殊（地熱などの硫化水素の多い）な使用環境を考慮し、機器解体調査時に有用な劣化後のＯリング断面構造を推定することができる。また、Ｏリングにおいては、対象機器から採取したＯリング試料の圧縮永久ひずみ率を測定して、予め把握されたＯリングの圧縮弾性率と圧縮永久ひずみ率との関係から、Ｏリング試料の劣化度を診断することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−６２４１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「ガス絶縁機器用Ｏリングのシール性能に基づく寿命評価手法の開発−Ｏリングの実用的な圧縮永久ひずみ率推定手法−」、電力中央研究所報告、Ｈ１３０１３、平成２６年８月
【非特許文献２】「ゴム材料の寿命評価技術」、東芝レビュー、Ｖｏｌ．７０、Ｎｏ．１、２０１５年、ｐ．４０−４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
送変電設備に使用されるシール材には、ガスや油などに対する長期間のシール性能が要求される。しかしながら、メーカ資料やJIS規格で得られる初期物性値から、シール材の長期間のシール性能を推定することは困難である。また、送変電設備に組み込まれたシール材のシール性能を定期的に評価する場合には、送変電設備からシール材を取り外した後にシール材の物性を測定している。送変電設備からシール材を取り外すには、送変電設備の全停止を余儀なくされ、社会的に大きな影響を与える。そのため、現状では、設備に組み込まれて使用されているシール材は、設備の定期点検や不適合で設備を解体しない限り、寿命に至るまで交換されないことが多い。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、設備の全停止および設備の解体をせずに、かつ組み込まれたままの状態で、シール材のシール性能に基づく寿命を推定することができる圧縮永久ひずみ率の予測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の圧縮永久ひずみ率の予測方法は、ゴム製シール材の圧縮永久ひずみ率の予測方法であって、前記シール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）は、式（１）：Ｃｓ＝ｆ（Ｔｃ，ｔ）（式（１）中、Ｔｃは前記シール材の使用温度、ｔは前記シール材のＴｃでの使用時間である）で算出される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】使用温度を一定にした圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフ。
【図２】使用温度を変化させた圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフ。
【図３】使用温度を変化させた圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））と（Ｃｓ（計算値））との関係をプロットしたグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
実施の形態の圧縮永久ひずみ率の予測方法は、ゴム製シール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）を予測する。Ｃｓは、下記式（１）で算出することができる。式（１）中、Ｔｃはシール材の使用温度、ｔはシール材のＴｃでの使用時間である。Ｃｓは、Ｔｃとｔの関数である。
Ｃｓ＝ｆ（Ｔｃ，ｔ）    ・・・（１）
【００１２】
シール材としては、例えば送変電設備などに使用されているものなどが挙げられる。送変電設備としては、ＧＩＳやＧＩＢなどが挙げられる。例えば、シール材は、送変電設備と送変電設備とのフランジに使用されるＯリングや、送変電設備自体に使用されるＯリングなどがある。
【００１３】
シール材の材料としては、天然ゴムおよび合成ゴムが挙げられる。合成ゴムとしては、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などのジエン系ゴム、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム（Ｑ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、塩素化ポリエチレン（ＣＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、クロロスルフォン化ゴム（ＣＳＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ、ＥＣＯ）などの非ジエン系ゴムが挙げられる。
【００１４】
シール材の使用雰囲気としては、大気（空気）、Ｎ２、Ｏ２、ＣＯ２、Ａｒ、Ｈｅ、ＳＦ６などの不活性ガス、ノベック６４９（パーフルオロケトン、３Ｍ社製）、ノベック４７１０（２，３，３，３−テトラフルオロ−２−トリフルオロメチル−２−プロパンニトリル、３Ｍ社製）などの地球温暖化係数の低いガスが挙げられる。また、シール材が送変電設備に使用されるＯリングである場合には、これらのガスの他に、絶縁性能および消弧性能を有するガスが挙げられる。
【００１５】
式（１）の導出方法は次の通りである。すなわち、JIS K 6262に準拠したシール材の圧縮永久ひずみ試験を行い、シール材の使用温度（Ｔｃ）およびシール材のＴｃでの使用時間（ｔ）におけるシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）を測定する。そして、Ｔｃ、ｔ、および測定して得られたＣｓのデータから式（１）を導出する。
【００１６】
シール材の使用温度が一定である場合には、Ｔｃとｔとを式（１）に代入して算出されるＣｓ値をシール材の圧縮永久ひずみ率とみなす。
【００１７】
また、シール材を使用している設備が温度変化を受けている場合、つまりシール材の使用温度が変化する場合には、温度変化に基づく各使用温度とその各使用温度での使用時間とを式（１）に代入して算出される各圧縮永久ひずみ率Ｃｓ値を積算した積算Ｃｓ値をシール材の圧縮永久ひずみ率とみなす。すなわち、式（１）に代入するＴｃは、使用温度を算術平均したものではない。さらには、シール材が異なる機構で熱劣化する場合についても、このように算出される積算Ｃｓ値は、シール材の圧縮永久ひずみ率とみなすことができる。
【００１８】
例えばシール材が７０℃、１０ｈの環境と１３０℃、１０ｈの環境とで交互に使用される場合、１０ｈ毎のシール材の圧縮永久ひずみ率は次の通りに算出する。すなわち、１０ｈ後のシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓｔ１０）は、Ｔｃ＝７０℃、ｔ＝１０ｈを式（１）に代入して算出したＣｓ（Ｃｓｔ１０＝Ｃｓ）である。２０ｈ後のシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓｔ２０）は、Ｃｓｔ１０、およびＴｃ＝１３０℃、ｔ＝１０ｈを式（１）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓｔ２０＝Ｃｓｔ１０＋Ｃｓ）である。３０ｈ後のシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓｔ３０）は、Ｃｓｔ１０、Ｃｓｔ２０、およびＴｃ＝７０℃、ｔ＝１０ｈを式（１）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓｔ３０＝Ｃｓｔ１０＋Ｃｓｔ２０＋Ｃｓ）である。４０ｈ後のシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓｔ４０）は、Ｃｓｔ１０、Ｃｓｔ２０、Ｃｓｔ３０、およびＴｃ＝１３０℃、ｔ＝１０ｈを式（１）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓｔ４０＝Ｃｓｔ１０＋Ｃｓｔ２０＋Ｃｓｔ３０＋Ｃｓ）である。それ以降のシール材の圧縮永久ひずみ率は同様の方法で算出する。
【００１９】
また、式（１）で算出されるＣｓを基に、シール材のシール性能に基づく寿命の推定を行うことができる。Ｃｓとシール材のシール性能との関係は、シール材の使用目的などに応じて、適宜設定する。例えばシール材が送変電設備に使用されているＯリングである場合、圧縮永久ひずみ率が８０％以上になると、Ｏリングの熱劣化によりＯリングのシール性能が低下し、Ｏリングは寿命に至ると判断できる。そのため、Ｃｓが８０％に到達する前にＯリングを交換することにより、送変電設備の全停止は未然に回避することができる。
【００２０】
上記したように、実施の形態の圧縮永久ひずみ率の予測方法によれば、使用温度（Ｔｃ）、Ｔｃでの使用時間（ｔ）、およびシール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）の測定結果を基に導出したＣｓとＴｃとｔとの関係式から、シール材の圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ）を予測することができる。この予測方法は、シール材を具備している設備を全停止または解体する必要が無く、設備から取り外さずに組み込まれたままの状態で、シール材の圧縮永久ひずみ率を予測し、予測した圧縮永久ひずみ率からシール材のシール性能に基づく寿命を推定できる。さらには、設備の性能に支障をきたすことなく、早期の段階でシール材の圧縮永久ひずみ率低下の兆候を把握でき、設備の機能維持やシール材の交換時期を計画する予防保全を行うことができる。また、実施の形態の圧縮永久ひずみ率の予測方法は、送変電設備などの電力分野に加えて、他の技術分野にも応用可能である。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されない。
【００２２】
圧縮永久ひずみ率の測定方法には、JIS K 6262に準拠した圧縮永久ひずみ試験を採用した。そして、Ｃｓが８０％以上になると、シール材は寿命に至ると判断した。
【００２３】
（１）使用温度を一定にした圧縮永久ひずみ率の予測
エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）製のＯリング（直径（外径）１６０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ）を圧縮して実機相当の圧縮ジグに組み込んだ。そして、Ｏリングを組み込んだ圧縮ジグを７０℃〜１３０℃の使用温度（Ｔｃ）（℃）で一定に制御した恒温槽に所定の時間入れた。恒温槽から圧縮ジグを出した後、圧縮ジグから取り外したＯリングの厚さを測定した。その後、再度Ｏリングを圧縮ジグに組み込み、使用温度（Ｔｃ）に制御した恒温槽に入れ、圧縮ジグから取り外したＯリングの厚さを測定するという工程を繰り返し行った。そして、恒温槽に入れる前のＯリングの厚さと、恒温槽に所定時間入れたＯリングの厚さとから、Ｏリングの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））（％）を求めた。
【００２４】
図１は、Ｏリングの各使用温度（Ｔｃ）（Ｔｃ＝７０℃、９０℃、１００℃、１１０℃、１２０℃、１３０℃）における圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフの一例である。そして、図１に示される数万時間にも及ぶ長時間の測定結果を基に、ＴｃとｔによるＣｓの予測方法を検討した。Ｃｓの予測方法を検討した結果、下記式（２）を導出した。
【００２５】
Ｃｓ＝ｆ１（Ｔｃ）・ｔｆ２（Ｔｃ）    ・・・（２）
【００２６】
ｆ１（Ｔｃ）はＴｃの関数であり、ｆ２（Ｔｃ）はＴｃの関数である。好ましくは、ｆ１（Ｔｃ）が４６９９５Ｔｃ（−２．００２）以上６２４０１Ｔｃ（−２．０２４）以下、ｆ２（Ｔｃ）が０．４３５５Ｌｎ（Ｔｃ）−１．７５１９以上０．４４２Ｌｎ（Ｔｃ）−１．７６７４以下である。ｆ１（Ｔｃ）およびｆ２（Ｔｃ）が上記範囲内であると、圧縮永久ひずみ率をより正確に予測することができる。より好ましくは、ｆ１（Ｔｃ）が４４１５４Ｔｃ（−１．９７）、ｆ２（Ｔｃ）が０．４３Ｌｎ（Ｔｃ）−１．７３、つまり下記式（３）である。
【００２７】
Ｃｓ＝４４１５４Ｔｃ（−１．９７）・ｔ０．４３Ｌｎ（Ｔｃ）−１．７３    ・・・（３）
【００２８】
次に、実際に測定したＯリングの圧縮永久ひずみ率Ｃｓ（実測値）と、上述のように導出した予測式から算出したＣｓ（計算値）との比較を行った。
Ｔｃが９０℃であり、ｔが３００７３ｈ（約３．４年）であるＯリングのＣｓ（実測値）は、５５（５４．８）％であった。
一方、Ｔｃ＝９０℃、ｔ＝３００７３ｈを式（３）に代入して算出したＣｓ（計算値）は、５２（５１．６）％であった。
Ｃｓ（実測値）およびＣｓ（計算値）は互いに近い値であり、上記式（２）および式（３）は、圧縮永久ひずみ率の予測式として有効である。以降では、圧縮永久ひずみ率をより正確に予測するため、圧縮永久ひずみ率は式（３）から算出した。
【００２９】
（２）使用温度を変化させた圧縮永久ひずみ率の予測
ＥＰＤＭ製のボタンゴム（JIS K 6262  大形試験片（直円柱形）：直径２９．０±０．５ｍｍ、厚さ１２．５±０．５ｍｍ）を圧縮しながら、使用温度７０℃で一定に制御した恒温槽に５００ｈ入れた。恒温槽からボタンゴムを出した後、ボタンゴムの厚さを測定した。続いて、ボタンゴムを圧縮しながら、使用温度１３０℃で一定に制御した恒温槽に５００ｈ入れた。恒温槽からボタンゴムを出した後、ボタンゴムの厚さを測定した。その後、再度、ボタンゴムを圧縮しながら７０℃に制御した恒温槽に５００ｈ入れ、恒温槽から出したボタンゴムの厚さを測定し、ボタンゴムを圧縮しながら１３０℃に制御した恒温槽に５００ｈ入れ、恒温槽から出したボタンゴムの厚さを測定するという工程を繰り返し行った。そして、恒温槽に入れる前のボタンゴムの厚さと、恒温槽に入れたボタンゴムの５００ｈ経過毎の厚さとから、ボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ７０‐１３０（実測値））（％）を求めた。
【００３０】
図２は、ボタンゴムの使用温度（Ｔｃ）を変化させた圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ７０‐１３０（実測値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフの一例である。
【００３１】
また、参考として、図２には、ボタンゴムの使用温度を一定にした圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（実測値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフの一例も示した。詳細には、使用温度７０℃におけるボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ７０（実測値））（％）、使用温度１３０℃におけるボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ１３０（実測値））（％）、７０℃と１３０℃との算術平均である使用温度１００℃におけるボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ１００（実測値））（％）をそれぞれ測定した。
【００３２】
７０℃と１３０℃とで交互に使用したボタンゴムのＣｓ７０‐１３０（実測値）は、一定温度７０℃で使用したボタンゴムのＣｓ７０（実測値）より大きく、一定温度１３０℃で使用したボタンゴムのＣｓ１３０（実測値）より小さかった。さらには、Ｃｓ７０‐１３０（実測値）は、一定温度１００℃で使用したボタンゴムのＣｓ１００（実測値）より大きかった。
【００３３】
すなわち、使用温度を変化させた圧縮永久ひずみ率Ｃｓ（実測値）を予測する場合、平均使用温度、上記の場合では１００℃を式（３）のＴｃに代入して算出されるＣｓ（計算値）は、Ｃｓ（実測値）よりも低くなると判断できる。さらには、８０％付近のＣｓについて、Ｃｓ（計算値）は、Ｃｓ（実測値）から大きく乖離すると判断できる。
【００３４】
次に、上記の使用温度（Ｔｃ）およびＴｃでの使用時間（ｔ）の条件を式（３）に代入して、Ｃｓ７０‐１３０（計算値）を算出した。図３は、ボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ７０‐１３０（計算値））と使用時間（ｔ）との関係をプロットしたグラフの一例である。詳細には、図３におけるＣｓ７０‐１３０（計算値）の左から一番目のプロット（Ｃｓ１）は、Ｔｃ＝７０℃、ｔ＝５００ｈを式（３）に代入して算出したＣｓ（Ｃｓ１＝Ｃｓ）である。Ｃｓ７０‐１３０（計算値）の左から二番目のプロット（Ｃｓ２）は、Ｃｓ１、およびＴｃ＝１３０℃、ｔ＝５００ｈを式（３）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓ２＝Ｃｓ１＋Ｃｓ）である。Ｃｓ７０‐１３０（計算値）の左から三番目のプロット（Ｃｓ３）は、Ｃｓ１、Ｃｓ２、およびＴｃ＝７０℃、ｔ＝５００ｈを式（３）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓ３＝Ｃｓ１＋Ｃｓ２＋Ｃｓ）である。Ｃｓ７０‐１３０（計算値）の左から四番目のプロット（Ｃｓ４）は、Ｃｓ１、Ｃｓ２、Ｃｓ３、およびＴｃ＝１３０℃、ｔ＝５００ｈを式（３）に代入して算出したＣｓの和（Ｃｓ４＝Ｃｓ１＋Ｃｓ２＋Ｃｓ３＋Ｃｓ）である。それ以降のボタンゴムの圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ７０‐１３０（計算値））は、同様の方法で算出した。
【００３５】
また、参考として、図３には、ボタンゴムの使用温度（Ｔｃ）を一定にしたときの使用時間（ｔ）と式（３）から算出した圧縮永久ひずみ率（Ｃｓ（計算値））との関係のグラフの一例も示した。詳細には、Ｔｃ＝７０℃におけるＣｓ７０（計算値）、Ｔｃ＝１３０℃におけるＣｓ１３０（計算値）、７０℃と１３０℃との平均温度であるＴｃ＝１００℃におけるＣｓ１００（計算値）をそれぞれ算出した。
【００３６】
Ｃｓ７０‐１３０（計算値）は、Ｃｓ１００（計算値）より、Ｃｓ７０‐１３０（実測値）の挙動に近い。さらには、８０％付近のＣｓについて、Ｃｓ７０‐１３０（実測値）およびＣｓ７０‐１３０（計算値）は互いに近い値であり、かつＣｓ７０‐１３０（実測値）はＣｓ７０‐１３０（計算値）より小さかった。
【００３７】
すなわち、使用温度を変化させた圧縮永久ひずみ率Ｃｓ（実測値）の予測には、使用環境の温度変化に基づく各使用温度とその各使用時間での使用時間とを代入して算出される各圧縮永久ひずみ率値（計算値）の積算Ｃｓ値が有効である。さらには、Ｃｓ（実測値）が８０％に到達する直前にシール材の交換時期を予測することができるので、設備の全停止を未然に回避することができる。
【００３８】
さらに、非特許文献２では、ＥＰＤＭの劣化形態および劣化反応速度は、使用温度９０℃を境に変化することが報告されている。図３に示されるＣｓ７０‐１３０（実測値）の使用温度は７０℃と１３０℃とであり、かつＣｓ７０‐１３０（実測値）の挙動はＣｓ７０‐１３０（計算値）に近いことから、実施の形態の圧縮永久ひずみ率の予測方法は、劣化機構の異なる環境で使用されているシール材の圧縮永久ひずみ率の予測式として有効である。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、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。
【図１】
0006490492.tif 000002
【図２】
0006490492.tif 000003
【図３】
0006490492.tif 000004