特開 2022-65534 点検装置および点検方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022065534

(43)【公開日】2022-04-27

(54)【発明の名称】点検装置および点検方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/12 20060101AFI20220420BHJP

   G01N 29/46 20060101ALI20220420BHJP

【ＦＩ】

G01N29/12

G01N29/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020174172

(22)【出願日】2020-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003942

【氏名又は名称】日新電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】山里 将史

(72)【発明者】

【氏名】堀越 和彦

(72)【発明者】

【氏名】増田 新

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA08

2G047AA09

2G047BA04

2G047BC07

2G047CA01

2G047EA14

2G047GF11

2G047GG12

2G047GG20

2G047GG32

2G047GG33

(57)【要約】

【課題】設備のクラック、小さな欠け等の異常を、簡単な構成で検出することが可能な点検装置を提供する。
【解決手段】圧電素子（１１）は、点検対象の設備に設けられる。電源（１２）は、圧電素子（１１）に電圧を所定の周波数幅掃引して印加する。記録部（１３）は、電源（１２）によって圧電素子（１１）に印加される電圧値と、圧電素子（１１）に流れる電流値とを記録する。演算部（１４）は、記録部（１３）に記録された電圧値と電流値とを演算し、演算結果に応じて点検対象の設備の異常を検出する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

点検対象の設備に設けられる圧電素子と、
前記圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加する電源と、
前記電源によって前記圧電素子に印加される電圧値と、前記圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて前記点検対象の設備の異常を検出する演算部とを備える、点検装置。

【請求項2】

前記演算部は、前記電流値を前記電圧値で割ったアドミタンス実部のピーク値に応じて、前記点検対象の設備の異常を検出する、請求項１に記載の点検装置。

【請求項3】

前記演算部は、前記電圧値と前記電流値とをフーリエ変換し、各周波数成分において計算したアドミタンス実部のピーク値に応じて、前記点検対象の設備の異常を検出する、請求項２に記載の点検装置。

【請求項4】

前記圧電素子が設けられる箇所は、ガス遮断器のエポキシ容器である、請求項１～３のいずれか１項に記載の点検装置。

【請求項5】

前記圧電素子が設けられる箇所は、ガス遮断器のガス区画を構成する絶縁スペーサである、請求項１～３のいずれか１項に記載の点検装置。

【請求項6】

前記圧電素子が設けられる箇所は、窓ガラスである、請求項１～３のいずれか１項に記載の点検装置。

【請求項7】

前記圧電素子が設けられる箇所は、水槽のガラス面または樹脂面である、請求項１～３のいずれか１項に記載の点検装置。

【請求項8】

点検対象の設備に設けられる圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加するステップと、
前記圧電素子に印加される電圧値と、前記圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて前記点検対象の設備の異常を検出するステップとを含む、点検方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モールド成形品、ガラス等のクラックまたは小さな欠けを検出する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モールド成形品等のクラックや小さな欠けを点検する技術として、超音波探傷法を挙げることができる。超音波探傷法は、例えば、モールド成形されたスペーサの外部から超音波を発信し、探触子がクラック部分で生じる反射波を受信する。探触子が反射波を受信すれば、クラックの存在が疑われる。

【0003】

また、下記の特許文献１には、ガス絶縁遮断器に使用される合成樹脂製の絶縁スペーサに関し、シンブルの周囲にクラック検出用の抵抗体を設け、抵抗体の破断に基づきクラック発生を検知する発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８－２２３７４７号公報（１９９６年８月３０日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の超音波探傷法を用いる場合、高価な装置が必要になるといった問題がある。

【0006】

また、特許文献１の発明では、クラックを検出したい箇所のそれぞれに予め抵抗体を設けておく必要がある。そのため、十分な効果を得るためには、多数の抵抗体をガス絶縁遮断器に設けておく必要があり、構成が複雑になるといった問題がある。

【0007】

本発明の一態様は、点検対象の設備のクラック、小さな欠け等を、簡単な構成で検出することが可能な点検装置および点検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】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る点検装置は、点検対象の設備に設けられる圧電素子と、圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加する電源と、電源によって圧電素子に印加される電圧値と、圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて点検対象の設備の異常を検出する演算部とを備える。

【0009】

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る点検方法は、点検対象の設備に設けられる圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加するステップと、圧電素子に印加される電圧値と、圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて点検対象の設備の異常を検出するステップとを含む。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一態様によれば、点検対象の設備のクラック、小さな欠け等を、簡単な構成で検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る点検装置が設置されるガス遮断器の内部構造を示す図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る点検装置が設置されるガス遮断器の外観例を示す図である。

【図3】本実施形態に係る点検装置の圧電素子が設置される位置を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る点検装置の機能的構成を示すブロック図である。

【図5】正常時における周波数とアドミタンス実部に現れるピークとの関係を示すグラフである。

【図6】異常時における周波数とアドミタンス実部に現れるピークとの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、同一の部材には同一の符号を付し、それらの名称および機能も同一である。したがって、それらの詳細な説明は繰り返さない。

【0013】

＜ガス遮断器の内部構造および外観例＞
図１は、本発明の一実施形態に係る点検装置１が設置されるガス遮断器１００の内部構造を示す図である。なお、モールド成形品の一例として、ガス遮断器１００のエポキシ容器１０１の場合について説明するが、これに限られるものではない。

【0014】

ガス遮断器１００は、変電所や発電所等に設置され、絶縁性のあるガス中で電流の開閉を行う装置であり、エポキシ容器１０１と、固定コンタクト１０２と、可動コンタクト１０３と、集電子１０４と、絶縁操作棒１０６、アーク駆動コイル１０７とを備え、エポキシ容器１０１の内部には絶縁ガス１０５が封入されている。

【0015】

絶縁ガス１０５には、例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ_６ガス）が用いられる。ＳＦ_６ガスは絶縁性が高く、その絶縁耐力は空気の３倍にも及ぶ。また、ＳＦ_６ガスは不活性であり、熱伝導性も高いことから、アーク放電によって加熱した電極を速やかに冷却することができる。

【0016】

このガス遮断器１００において、アーク駆動コイル１０７で発生する磁力によりアークを回転駆動させる磁気駆動効果と、アーク自身の熱ネルギーを有効に利用する熱バッファ効果とを用いて電流の開閉を行う。

【0017】

集電子１０４によって発生したアークが自身の熱でＳＦ_６ガスを加熱して圧力を上昇させ、その圧力でＳＦ_６ガスをアークに吹き付けて消弧する遮断原理で、可動コンタクト１０３および絶縁操作棒１０６を移動させ、固定コンタクト１０２から切り離すことにより、電流の遮断を行う。図１においては、電流の遮断が完了した状態を示している。

【0018】

図２は、本発明の一実施形態に係る点検装置１が設置されるガス遮断器１００の外観例を示す図である。ガス遮断器１００内に封入されたＳＦ_６ガスは電気的絶縁性能を有しており、その密閉されたガス圧力に正比例した絶縁性能および電流の開閉性能を有している。したがって、そのガス遮断器１００の性能を常に保持するためには、封入されたガスの管理を行うことが重要である。

【0019】

この管理のために、操作器２００は、ガス封入されたエポキシ容器１０１内のガス圧力をモニタするための圧力センサ、連成計、ガス密度スイッチ等を操作し、ガス圧力低下時に警報を出力する等の管理を行っている。

【0020】

しかし、高圧のＳＦ_６ガスを封入したエポキシ容器１０１が割れるといった不具合が発生する場合がある。この場合、急激なガス漏れが発生し、開閉性能が奪われるため、操作器２００は、遮断器動作をロックする。

【0021】

また、ガス圧力が低下すると、電流開閉時における絶縁性能が保てない等の事象が発生し、大きな損害に繋がる可能性がある。そのため、エポキシ容器１０１に割れが発生する前段階であるクラックのうちに、それを発見することが望まれる。しかしながら、小さいクラックのうちは、目視やガス圧力で見つけ難く、初期の状態異常を検出することが困難である。

【0022】

本実施形態においては、高圧ガスが封入されたエポキシ容器１０１が割れる等の大きな不具合に進展する前に、未然にエポキシ容器１０１のクラック、小さな欠け、歪み等の異常を容易に検出するものである。そのために、図２に示すように、ガス遮断器１００と操作器２００とを接続する金属フレーム１２０に圧電素子１１が設けられる。

【0023】

図３は、本実施形態に係る点検装置１の圧電素子１１が設置される位置を示す図である。ガス遮断器１００側のＧＩＳ（Gas Insulated Switchgears）タンク１１０と、操作器２００側のＧＩＳタンク２１０との間に絶縁スペーサ２２０が設けられており、ＧＩＳのガス区画が構成されている。

【0024】

圧電素子１１は、布バンド、磁石等によって、絶縁スペーサ２２０の平面部や近接する金属部分に押し付けられる。また、エポキシ容器１０１に圧電素子１１を押し付けるようにしてもよいし、上述のように金属フレーム１２０に圧電素子１１を押し付けるようにしてもよい。

【0025】

＜点検装置の機能的構成＞
図４は、本発明の一実施形態に係る点検装置１の機能的構成を示すブロック図である。点検装置１は、圧電素子１１と、電源１２と、記録部１３と、演算部１４と、表示部１５とを備える。

【0026】

電源１２は、例えば、２０ｋＨｚ～１２０ｋＨｚの周波数の、一定の振幅の電圧を、例えば、１０秒間で掃引して圧電素子１１に印加する。このとき、一定の振幅の電圧を、２０ｋＨｚから徐々に増加させて１２０ｋＨｚまで掃引するようにしてもよいし、周波数を２０ｋＨｚ～１２０ｋＨｚの間でランダムに切り替えるようにしてもよい。なお、圧電素子１１に印加される電圧の周波数および掃引時間はこれに限られるものではない。

【0027】

圧電素子１１と電源１２との間には、圧電素子１１に流れる電流を測定するための抵抗１６が設けられている。記録部１３は、内部に電圧計および電流計を有しており、圧電素子１１に印加される電圧と、圧電素子１１を流れる電流とを計測し、所定のサンプリング時間で電圧値および電流値を記録する。この所定のサンプリング時間は、最大の１２０ｋＨｚの波形を十分に再現できる程度の周期とする。

【0028】

演算部１４は、記録部１３に記録される１０秒間の電圧値および電流値をそれぞれフーリエ変換する。そして、演算部１４は、フーリエ変換した後の周波数幅（２０ｋＨｚ～１２０ｋＨｚ）の各成分について、圧電素子１１の電流値を印加電圧で割ったアドミタンスを計算する。

【0029】

図５は、正常時における周波数とアドミタンス実部に現れるピークとの関係を示すグラフである。このグラフは、エポキシ容器１０１にクラック等が発生していない状態で（正常時に）計測した圧電素子１１の電圧値と電流値とから計算したアドミタンスの実部のピーク（周波数特性）を示している。

【0030】

図６は、異常時における周波数とアドミタンス実部に現れるピークとの関係を示すグラフである。このグラフは、エポキシ容器１０１にクラック等が発生している状態で（異常時に）計測した圧電素子１１の電圧値と電流値とから計算したアドミタンスの実部のピークを示している。図５に示す周波数特性と比較して、６３ｋＨｚにおけるアドミタンスの実部のピークが大きくなっており、逆に、５５ｋＨｚにおけるアドミタンスの実部のピークが小さくなっているのが分かる。このピーク値の差によって、エポキシ容器１０１にクラック等が発生しているか否かを点検する。

【0031】

アドミタンスの周波数特性の比較方法として、例えば、演算部１４が、単調に周波数を増加させながら、図６に示すアドミタンスの実部の成分から図５に示すアドミタンスの実部の成分を引き算し、その値によってピーク値の差が大きくなっている箇所を検出するようにしてもよい。

【0032】

また、正常時におけるピークＡ（例えば、６３ｋＨｚ）とピークＢ（例えば、５５ｋＨｚ）の値を抽出し、その比率から異常と判断する場合の閾値を予め決めておく。そして、演算部１４が、点検対象のグラフにおけるピークＡの値とピークＢの値との比率を計算し、その比率と閾値とを比較することによってクラック等の発生を検出するようにしてもよい。

【0033】

表示部１５は、演算部１４によって異常が検出された場合、ガス遮断器１００に異常があることを表示する。また、表示部１５は、２つのグラフ（正常時におけるグラフと点検対象のグラフ）を表示し、検査者が目視で点検するようにしてもよい。

【0034】

以上説明したように、本実施形態に係る点検装置によれば、記録部１３は、圧電素子１１に印加される電圧と、圧電素子１１を流れる電流とを計測し、電圧値および電流値を記録する。演算部１４は、記録部１３に記録される１０秒間の電圧値および電流値をそれぞれフーリエ変換し、各周波数成分について、圧電素子１１の電流値を印加電圧で割ったアドミタンスを計算する。そして、演算部１４は、アドミタンスの実部のピーク値に基づいて、ガス遮断器１００のエポキシ容器１０１の異常を検出するようにしたので、クラック、小さな欠け等の異常を、簡単な構成で検出することが可能となった。

【0035】

また、圧電素子１１をガス遮断器１００のエポキシ容器１０１やガス区画を構成する絶縁スペーサ２２０に設置するだけで点検が行えるので、ガス遮断器１００をそのままの状態でクラック、小さな欠け等の異常を検出することが可能となった。

【0036】

（実施形態２）
実施形態１においては、ガス遮断器１００等のモールド成形品の異常を検出するものであった。実施形態２においては、実施形態１に係る点検装置を他の点検対象の設備に利用するものである。

【0037】

実施形態１において説明したように、圧電素子１１によって対象物の周波数の伝達特性変化を検出することにより対象物の異常や変異点を高感度で検出するため、他の点検対象に対しても、この点検装置を利用することができる。

【0038】

例えば、高層ビルの窓ガラスに圧電素子１１を貼り付け、点検装置を用いて点検することにより、窓ガラスの異変、すなわち、取付け緩み、クラック等の異常を早期に検出することが可能である。

【0039】

また、鉄道車両の窓ガラスに圧電素子１１を貼り付け、点検装置を用いて点検することにより、窓ガラスの異変、すなわち、取付け緩み、クラック等の異常を早期に検出することが可能である。

【0040】

また、航空機の窓ガラスに圧電素子１１を貼り付け、点検装置を用いて点検することにより、窓ガラスの異変、すなわち、取付け緩み、クラック等の異常を早期に検出することが可能である。

【0041】

また、水槽のガラスまたは樹脂に圧電素子１１を貼り付け、点検装置を用いて点検することにより、ガラス面または樹脂面の異変、すなわち、取付け緩み、クラック等の異常を早期に検出することが可能である。

【0042】

＜ソフトウェアによる実現例＞
点検装置１の制御ブロック（特に演算部１４）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

【0043】

後者の場合、点検装置１は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

【0044】

＜まとめ＞
本発明の態様１に係る点検装置は、点検対象の設備に設けられる圧電素子と、圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加する電源と、電源によって圧電素子に印加される電圧値と、圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて点検対象の設備の異常を検出する演算部とを備える。

【0045】

本発明の態様２に係る点検装置は、上記態様１において、演算部は、電流値を電圧値で割ったアドミタンス実部のピーク値に応じて、点検対象の設備の異常を検出する。

【0046】

本発明の態様３に係る点検装置は、上記態様２において、演算部は、電圧値と電流値とをフーリエ変換し、各周波数成分において計算したアドミタンス実部のピーク値に応じて、点検対象の設備の異常を検出する。

【0047】

本発明の態様４に係る点検装置は、上記態様１～３のいずれかにおいて、圧電素子が設けられる箇所は、ガス遮断器のエポキシ容器である。

【0048】

本発明の態様５に係る点検装置は、上記態様１～３のいずれかにおいて、圧電素子が設けられる箇所は、ガス遮断器のガス区画を構成する絶縁スペーサである。

【0049】

本発明の態様６に係る点検装置は、上記態様１～３のいずれかにおいて、圧電素子が設けられる箇所は、窓ガラスである。

【0050】

本発明の態様７に係る点検装置は、上記態様１～３のいずれかにおいて、圧電素子が設けられる箇所は、水槽のガラス面または樹脂面である。

【0051】

本発明の態様８に係る点検方法は、点検対象の設備に設けられる圧電素子に電圧を所定の周波数幅掃引して印加するステップと、圧電素子に印加される電圧値と、圧電素子に流れる電流値とを演算し、演算結果に応じて点検対象の設備の異常を検出するステップとを含む。

【0052】

＜付記事項＞
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0053】

１ 点検装置
１１ 圧電素子
１２ 電源
１３ 記録部
１４ 演算部
１５ 表示部
１００ ガス遮断器
１０１ エポキシ容器
１０２ 固定コンタクト
１０３ 可動コンタクト
１０４ 集電子
１０５ 絶縁ガス
１０６ 絶縁操作棒
１０７ アーク駆動コイル
１１０，２１０ ＧＩＳタンク
１２０ 金属フレーム
２００ 操作器
２２０ 絶縁スペーサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】