浸水量測定装置および浸水量測定方法
【課題】 熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能な浸水量測定装置および浸水量測定方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、電気機器（ＡＳ１００）の外箱１００ａ内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置２００であって、外箱の底面１００ｂの下方において、底面から所定間隔ｄ離間し且つ底面に対して所定角θ１を有して配置され、非接触で外箱内に超音波２０２を入射する超音波発振部２４０、および超音波の反射波２０４を受信する反射波受信部２５０と、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部２６０と、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出する距離算出部２２０と、外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部２２２と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】 本発明は、電気機器（ＡＳ１００）の外箱１００ａ内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置２００であって、外箱の底面１００ｂの下方において、底面から所定間隔ｄ離間し且つ底面に対して所定角θ１を有して配置され、非接触で外箱内に超音波２０２を入射する超音波発振部２４０、および超音波の反射波２０４を受信する反射波受信部２５０と、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部２６０と、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出する距離算出部２２０と、外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部２２２と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置および浸水量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気事業者の配電設備から供給される電力は、配電系統を通じて需要家に送電される。配電系統には、変圧器や自動電圧調整器などの配電用変電設備等や、短絡や地絡といった事故時に高圧配電線による送電を停止（停電）するための開閉器や遮断器等、多数の設備が接続されている。以下、本願では上記の設備を総称して電気機器と称する。
【０００３】
上記の電気機器のうち、例えば開閉器として、電柱上に設置される柱上気中開閉器（以下、単に開閉器と称する。）を例示すると、かかる開閉器に纏わる配電線事故の原因は、その外箱の内部への浸水が最も多い。この浸水の原因としては、経年によるパッキンの劣化や外箱の腐食等による、外箱の内部への雨水等の浸入が挙げられ、浸水を放置すると、動作不良や絶縁性能の低下により停電等の配電線事故が発生するおそれがある。
【０００４】
そこで、配電線事故を未然に防ぐべく、従来から開閉器（電気機器）の内部への浸水の有無の点検が行われていた。しかしながら、開閉器は遮蔽構造であるため、内部に浸水が生じているか否かを外部から確認することは困難である。そこで、開閉器の点検方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、容器内（外箱内）に超音波を送信し、その反射波を受信して容器内の液体を検出していた。特に、特許文献１では、トランスデューサを容器の底面に接触させて超音波の送信および反射波の受信を行い、反射波の振幅方向の変動から容器内における液体の存在（有無）を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４３３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、点検装置であるトランスデューサを開閉器（電気機器）の底面に直接接触させる方法であると、仮に外箱の内部に浸水があった場合に、点検時の振動によってその水面が揺れてしまい外箱内部に収容されている機器に水が接触し、開閉器の内部短絡が起こるおそれがあった。そして、開閉器の外箱と点検装置とが接触しているため、万が一内部短絡が起きてしまった場合において、点検装置が故障するだけではなく、点検員の人身災害が発生することが危惧されていた。故に、特許文献１のような従来の点検方法では、熟練した点検員が極めて慎重に点検を行う必要があり、点検作業効率および安全性の向上が要請されていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能な浸水量測定装置および浸水量測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる浸水量測定装置の代表的な構成は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置であって、外箱の底面の下方において、底面から所定間隔離間し且つ底面に対して所定角を有して配置され、非接触で外箱内に超音波を入射する超音波発振部と、外箱の底面の下方において、底面から所定間隔離間して配置され、超音波の反射波を受信する反射波受信部と、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部と、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出する距離算出部と、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、超音波発振部および反射波受信部は、電気機器の外箱においてその底面から所定間隔離間して配置される。故に、点検作業時における電気機器の振動が生じることがなく、仮に外箱の内部に浸水があった場合であっても、その水面の揺れが抑制され、内部短絡を防止することが可能となる。また超音波発振部および反射波受信部が外箱の底面から離間して配置される、すなわちそれらは外箱の底面とは接触してないため、点検装置の故障や感電による点検員の人身災害が発生を防ぐことができる。したがって、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。
【００１０】
ここで、超音波発振部および反射波受信部を外箱の底面に接触させないと、入射した超音波の外箱内への透過率が低下し、ひいては反射波の受信率も低下すると想定される。そこで、本発明では、超音波発振部を、外箱の底面に対して所定角を有した状態で配置する。これにより、超音波発振部および反射波受信部を外箱の底面から所定間隔離間した場合であっても、外箱内への超音波の透過率を高めることができ、高い測定精度を確保することが可能となる。そして、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率によって外箱内の浸水の有無を検出することができ、更に移動部によって反射波受信部を外箱の底面に沿って移動させることにより、同様のパラメータを用いて浸水量をも算出することが可能となる。
【００１１】
上記の超音波の波長は、外箱の板厚よりも長いとよい。これにより、外箱の底面での反射や外箱の板内伝搬を抑制し、超音波を外箱内に高効率で入射（透過）させることが可能となる。
【００１２】
上記の電気機器は、電柱の上方に設置され通電された柱上電気機器であるとよい。上述したように本発明にかかる浸水量測定装置は、電気機器の外箱の底面から所定間隔離間した位置に超音波発振部および反射波受信部を配置する。したがって、柱上に設置される電気機器、すなわち外箱の底面の下方にそれらを配置する空間を有する電気機器の浸水量測定に好適に用いることができる。また上述したように、浸水量測定装置は外箱に非接触であるため、通電状態の電気機器であっても感電等の人身災害が起きるおそれがなく、高い安全性が得られる。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明にかかる浸水量測定方法の代表的な構成は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する電気機器の浸水量測定方法であって、非接触で外箱内に超音波を入射する超音波発振部を、外箱の底面から所定間隔離間し且つ底面に対して所定角を有した状態で底面の下方に配置し、超音波の反射波を受信する反射波受信部を、外箱の底面から所定間隔離間した状態で底面の下方に配置し、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させ、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出し、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱内の浸水の有無および浸水量を算出することを特徴とする。
【００１４】
上述した浸水量測定装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該浸水量測定方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能な浸水量測定装置および浸水量測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態にかかる浸水量測定方法を適用する電気機器を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる浸水量測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】超音波発振部の所定角θ１を説明する図である。
【図４】超音波発振部によって入射される超音波の周波数の最適化を説明する図である。
【図５】超音波発振部と外箱との所定間隔ｄの最適化を説明する図である。
【図６】外箱への浸水の有無の測定について説明する図である。
【図７】外箱の浸水量の測定について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（電気機器（ＡＳ１００））
図１は、本実施形態にかかる浸水量測定方法を適用する電気機器を示す図である。配電系統には、開閉器、自動電圧調整器（ＳＶＲ、ＬＶＲ）、変圧器等の多数の電気機器が接続されている。図１では、かかる電気機器の例として、柱上気中開閉器（ＡＳ：Air Switch以下、ＡＳ１００と称する）を例示している。ＡＳ１００は、柱上開閉器の一種であり、短絡や地絡といった事故時に高圧配電線による送電を停止（停電）する。図１に示すように、ＡＳ１００は、電柱１０２の上方に設置（装柱）され、腕金１０４に引留装柱された電源側の高圧配電線１０６ａと負荷側の高圧配電線１０６ｂが接続されている。本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法では、このＡＳ１００の外箱１００ａ内への浸水の有無および浸水量を測定する。
【００１９】
（浸水量測定装置および浸水量測定方法）
図２は、本実施形態にかかる浸水量測定装置２００の概略構成を示す図であり、図２（ａ）は浸水量測定装置２００の概略図であり、図２（ｂ）は浸水量測定装置２００の機能構成を示すブロック図である。なお、理解を容易にするために、図２以降の図面では、図１に示したＡＳ１００は、その外箱１００ａのみを模式的に示している。また図２（ａ）では、外箱１００ａ内に水１００ｃが浸水している場合の水面１００ｄを例示しているが、これはあくまでも例示に過ぎず、必ずしも外箱１００ａ内に水１００ｃが浸水しているとは限らない。
【００２０】
図２に示す浸水量測定装置（以下、測定装置２００）は、電気機器であるＡＳ１００の外箱１００ａの内部への浸水の有無および浸水量を外箱１００ａの外から測定する。図２（ａ）に示すように、本実施形態にかかる測定装置２００は、主に、測定端末２１０と、探触子である超音波発振部２４０および反射波受信部２５０と、移動部２６０とから構成される。測定端末２１０と、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０とは、各々ケーブル２４０ａおよび２５０ａを介して有線で接続されている。また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、共に移動部２６０上に配置されている。なお、これらの超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は必ずしも両方が移動可能である必要はなく、いずれか一方が移動可能な状態であればよい。
【００２１】
図２（ａ）に示す測定端末２１０は、図２（ｂ）に示す各部を含んで構成され、後述する超音波発振部２４０による超音波２０２の入力を制御し、且つ反射波受信部２５０により受信された反射波２０４を計算処理する。以下、測定端末２１０が含む（機能する）各部について説明する。
【００２２】
制御部２１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により測定装置２００全体を管理および制御する。また本実施形態では、制御部２１２は、パルサー２１４、レシーバ２１６、Ａ／Ｄ変換部２１８、距離算出部２２０、浸水量算出部２２２としても機能する。
【００２３】
パルサー２１４は、ケーブル２４０ａを介して超音波発振部２４０に超音波２０２の波形に応じた電気信号（電流）を送信する。電気信号は超音波発振部２４０を駆動させるための所定の周波数および間隔で送信される。レシーバ２１６は、反射波受信部２５０が超音波２０２の反射波２０４を受けて生じたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２１８は、レシーバ２１６によって増幅されたアナログ信号としての反射波２０４をデジタル信号に変換する。
【００２４】
距離算出部２２０は、超音波発振部２４０と、後述する移動部２６０によって移動した反射波受信部２５０との距離を算出する。具体的には、エンコーダ（不図示）や、ステッピングモータ（不図示）のパルス数のカウント等の方法を例示することができる。浸水量算出部２２２は、反射波受信部２５０が受信した反射波２０４のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱１００ａ内の浸水の有無および浸水量を算出する。なお、これらの距離算出部２２０および浸水量算出部２２２の詳細については後に詳述する。
【００２５】
記憶部２２４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、制御部２１２で処理されるプログラムを記憶する。表示部２２６は、液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro Luminescence）、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、記憶部２２４に記憶されたアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。入力部２２８は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等の複数のキー（スイッチ）やマウス等から構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
【００２６】
超音波発振部２４０は外箱１００ａ内に超音波２０２を入射する。超音波発振部２４０が入射する超音波２０２の波長は、外箱１００ａの板厚よりも長いとよい。これにより、超音波２０２を外箱１００ａ内に高効率で入射（透過）させることが可能となる。
【００２７】
反射波受信部２５０は、超音波発振部２４０によって入射された超音波２０２が、外箱１００ａによって反射して生じた反射波２０４、およびその内部に浸水した水１００ｃの水面１００ｄによって反射して生じた反射波２０４ｂを受信する。
【００２８】
本実施形態では、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、外箱１００ａの底面１００ｂの下方において、かかる底面１００ｂから所定間隔ｄ離間し且つ底面１００ｂに対して所定角θ１を有して配置される（図２（ａ）参照）。すなわち、超音波発振部２４０は、外箱１００ａに接触することなく（非接触で）、かかる外箱１００ａ内に入射角θ１の超音波２０２を入射し、反射波受信部２５０も外箱１００ａに非接触で反射波２０４を受信する。このように、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａに非接触であることにより、点検作業時におけるＡＳ１００の振動が生じることがない。したがって、仮に図２（ａ）に示すように外箱１００ａの内部に浸水があった場合であっても、その水面１００ｄの揺れが抑制されるため、内部短絡が防がれ、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができる。
【００２９】
また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が非接触であることにより、通電状態のＡＳ１００であっても感電等の人身災害が起きるおそれがない。故に、点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。
【００３０】
しかしながら、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂから離間させた場合、超音波発振部２４０を外箱１００ａの底面１００ｂに対して略垂直に配置して超音波２０２を入射すると、入射した超音波２０２のほとんどが外箱１００ａの底面１００ｂによって反射されてしまうため、その内部の浸水を検出することが困難である。そこで、本実施形態では、上述したように超音波発振部２４０を外箱１００ａの底面１００ｂに対して所定角θ１を有した状態で配置している。
【００３１】
図３は、超音波発振部２４０の所定角θ１を説明する図であり、図３（ａ）は入射角検討時の設定を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は所定角θ１と超音波２０２の透過率の関係を示す図である。なお、以下の説明では、ＡＳ１００の外箱１００ａ（鋼材）の厚みを１ｍｍの場合を例示して説明する。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して超音波２０２を入射するとき、図３（ｂ）に示すように、入射した超音波２０２のうち、外箱１００ａ内に透過する超音波２０２ａの割合、すなわち超音波２０２の透過率は、所定角θ１（入射角θ１）を広げていき、それが１０°を超えると急激に上昇する。そして、透過率は１２°でピークに達した後、著しく低下する。したがって、最も高い効率で超音波２０２を外箱１００ａ内に透過させる（入射する）ためには、厚みが１ｍｍの場合、超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）は、透過率のピーク近傍の角度である１０°〜１２°が最適であることが理解できる。
【００３３】
なお、上述した超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）の範囲は、外箱１００ａの厚みが１ｍｍであった場合を例示したものであり、これに限定するものでない。外箱１００ａの厚みが異なる場合には、所定角θ１（入射角θ１）の範囲も変動することは言うまでもない。
【００３４】
上記のように外箱１００ａ内への超音波２０２の透過率を高めることにより、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔離間した場合であっても、反射波受信部２５０によって受信できる反射波２０４の量を増大させることができ、高い測定精度を確保することが可能となる。
【００３５】
また測定装置２００の測定精度を高めるためには、上述した超音波発振部２４０の設置時の所定角θ１を最適化して超音波の透過率を高めることとともに、超音波２０２の空気中での減衰を抑制することも重要である。そのために、本実施形態では、超音波２０２の周波数、および超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間隔である所定間隔の最適化を検討した。
【００３６】
図４は、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数の最適化を説明する図であり、図４（ａ）は周波数の最適化の検討を説明するための模式図であり、図４（ｂ）は超音波２０２の周波数と水面１００ｄでの反射エコーの関係を示す図である。なお、水面１００ｄでの反射エコーとは、反射波受信部２５０によって受信した反射波２０４の強度である。
【００３７】
図４（ａ）では、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して、外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔が２５ｍｍ離間した位置に配置した超音波発振部２４０から、入射角θ１（所定角θ１）の超音波２０２を、浸水量が３０ｍｍの外箱１００ａ内に入射する場合を例示している。また図４（ａ）では、超音波の入射角θ１を１０°、空気中での音速を３４３．７ｍ／ｓ、水中での音速を１４８３ｍ／ｓ、鉄中（外箱）での音速を５８００ｍ／ｓとしてスネルの法則を適用して算出し、すなわち既知の屈折率に基づいて超音波２０２の水中での入射角θ２を４９°としている。
【００３８】
図４（ａ）に示す状態で入射角θ１が１０°の超音波２０２を超音波発振部２４０によって外箱１００ａ内に入射すると、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａは入射角θ２（４９°）で水中を透過し、水面１００ｄにおいて反射する。その反射により発生した波２０４ａは、水面１００ｄから外箱１００ａの底面１００ｂに向かって水中を透過した後に、外箱１００ａの底面１００ｂを透過して反射波２０４として反射波受信部２５０に受信される。この反射波２０４の反射エコーは、図４（ｂ）に示すように、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数が２５０ｋＨｚから高周波数になるにしたがって強度が強くなり、３８０ｋＨｚ近傍においてピークに達した後に急激に減衰する。したがって、反射波２０４の反射エコーを最も強い強度で受信するためには、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数は３８０ｋＨｚ程度が最適であることが理解できる。
【００３９】
図５は、超音波発振部２４０と外箱１００ａとの所定間隔ｄの最適化を説明する図であり、図５（ａ）は所定間隔ｄの最適化の検討を説明するための模式図であり、図５（ｂ）は所定間隔ｄと水面１００ｄでの反射エコーの関係を示す図である。
【００４０】
図５（ａ）では、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して、超音波発振部２４０から、周波数３８０ｋＨｚの超音波２０２を入射角θ１（１０°）で、浸水量が３０ｍｍの外箱１００ａ内に入射する場合を例示している。そして、外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔ｄを変化させて、反射波受信部２５０が受信する反射波２０４の反射エコーの強度を測定した。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔が１０ｍｍ、すなわち測定したデータの中で、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとが最も近接している場合において、反射波２０４の反射エコーの強度は最大である。そして、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとを離間させて所定間隔ｄを広げていくと、反射エコーの強度は徐々に低下し、所定間隔が２５ｍｍを超えると反射エコーの強度が著しく低下する。このことから、浸水量の測定時における外箱１００ａの振動抑制および安全性向上の効果を最大限まで得つつ、測定装置２００の高い測定精度を得るという２つの目的を両立するためには、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂを離間させることができる最大の所定間隔は２５ｍｍであることが理解できる。
【００４２】
以上説明したように、超音波２０２の透過率における超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）の最適値は約１０°である。そして、反射波２０４の受信強度における超音波２０２の周波数の最適値は約３８０ｋＨｚであり、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔は約２５ｍｍである。以下、これらの最適値を用いた外箱１００ａへの浸水の有無の測定について説明する。
【００４３】
図６は、外箱１００ａへの浸水の有無の測定について説明する図であり、図６（ａ）は外箱１００ａへの浸水の有無の測定を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は測定時のエコー強度の波形を示す図である。なお、上述した超音波発振部２４０の所定角θ１、超音波２０２の周波数、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの所定間隔以外のパラメータは、図６（ａ）に示すように、外箱１００ａの厚みが１ｍｍ、外箱１００ａの浸水量が３０ｍｍと仮定する。
【００４４】
図６（ｂ）では、横軸を距離としている。この距離とは、超音波発振部２４０から入射された超音波が、反射波受信部２５０によって受信されるまでに進んだ距離であり、「距離（ｍｍ）＝超音波速度（ｍｍ／ｓ）×伝達時間（ｓ）」の式から算出される。
【００４５】
図６（ｂ）に破線で示される波形は、図６（ａ）に示す設定において外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形である。このとき、波形にはまずピーク２７０ａが現れる。このピーク２７０ａは、外箱１００ａに入射された超音波２０２の一部が外箱に向かう超音波２０２ｃとなり、外箱１００ａの底面１００ｂで反射することによって発生した反射波２０４ｃ、すなわちノイズである。破線で示される波形では、ピーク２７０ａに続いてピーク２７０ｂが現れる。このピーク２７０ｂは、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａが水面１００ｄによって反射することにより発生した反射波２０４ａが外箱１００ａを透過した反射波２０４である。
【００４６】
一方、図６（ｂ）に実線で示される波形は、浸水がない外箱１００ａに図６（ａ）と同様に超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形である。すなわち、実線で示す波形はブランクデータである。この実線の波形では、上述したピーク２７０ａは現れているもののピーク２７０ｂは現れていない。これは、外箱１００ａ内において浸水がない場合は、超音波２０２ｃ以外の、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａは、そのまま外箱１００ａ内の気中を透過し、水面１００ｄに反射することがないためである。
【００４７】
したがって、外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形と、浸水がない外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形（ブランクデータ）とを比較することにより、水面１００ｄでの反射による反射波２０４ａのピーク２７０ｂの有無によって外箱１００ａへの浸水の有無を検出することができる。
【００４８】
上記説明したように、本実施形態にかかる測定装置２００によれば、外箱１００ａへの浸水の有無を容易に検出可能になる。そして、上記の測定を、反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂにおいて移動させながら行うことにより、外箱１００ａへの浸水量の測定が可能となる。
【００４９】
以下、測定装置２００を用いた浸水量の測定について説明する。図７は、外箱１００ａの浸水量の測定について説明する図であり、図７（ａ）は外箱１００ａの浸水量の測定を説明するための模式図であり、図７（ｂ）は超音波発振部２４０および反射波受信部２５０の距離（以下、プローブ間距離と称する。）と、外箱１００ａ内の浸水量との関係を示す図である。なお、以下の説明では、図７（ａ）に示すように、超音波発振部２４０の所定角θ１を１０°、超音波２０２の周波数を３８０ｋＨｚ、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの所定間隔ｄを２５ｍｍ、外箱１００ａの厚みを１ｍｍ、外箱１００ａの浸水量を１５ｍｍと仮定する。
【００５０】
外箱１００ａの浸水量の測定では、図７（ａ）に示すように、外箱１００ａの下方に、その底面１００ｂから所定間隔ｄ離間し且つ底面１００ｂに対して所定角θ１を有した状態で配置された超音波発振部２４０および反射波受信部２５０のうち、反射波受信部２５０を、外箱１００ａの底面に沿って超音波発振部２４０に対して離接する方向（白抜き矢印の方向）に移動させる。
【００５１】
反射波受信部２５０の移動は、移動部２６０（図１参照）によって行われる。上述したように超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は移動部２６０上に配置されている。本実施形態において移動部２６０は、反射波受信部２５０を走行させるレールである。移動部２６０によって反射波受信部２５０が移動した距離、すなわち超音波発振部２４０および反射波受信部２５０のプローブ間距離は、距離算出部２２０によって算出される。
【００５２】
レールである移動部２６０上において、不図示のモータまたは手動にて反射波受信部２５０を移動させることにより、反射波受信部２５０は、超音波発振部２４０に対して外箱１００ａの底面１００ｂに沿って離接する方向に移動する。すると、図７（ａ）のように浸水量が１５ｍｍであった場合、実線で示す位置にある反射波受信部２５０、すなわちプローブ間距離が４３ｍｍにある反射波受信部２５０において、図６（ｂ）に示すピーク２７０ｂが、それよりも短距離側において確認される。そして、実線の位置にある反射波受信部２５０を、超音波発振部２４０から更に離接するように白抜き矢印方向に移動させた破線の位置、すなわちプローブ間距離が７８ｍｍにある反射波受信部２５０では、水面１００ｄが存在しないためそれによる反射波２０４は発生しない。したがって、図６（ｂ）に示す位置でのピーク２７０ｂは確認されない。
【００５３】
浸水量が５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍの外箱１００ａに超音波２０２を入射し、上述したように反射波受信部２５０を移動させて、エコー強度を測定した結果、浸水量とプローブ間距離との関係は図７（ｂ）に示すようにプロットされ、理論値および実験値はほぼ近似している。そして、図７（ｂ）からは外箱１００ａの浸水量と、プローブ間距離（反射波受信部２５０が受信した反射波２０４のピーク時の距離）とは比例関係にあることがわかる。したがって、浸水量算出部２２２は、水１００ｃおよび外箱１００ａの材質等の既知の屈折率に基づいて、反射波受信部２５０が受信した反射波２０４がピークとなったときのプローブ間距離を参照することにより、外箱１００ａ内の浸水量を算出することができる。
【００５４】
上記説明したように、本実施形態にかかる測定装置２００および測定方法によれば、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、ＡＳ１００（電気機器）の外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔離間して配置されるため、点検作業時におけるＡＳ１００の振動、ひいてはそれによる水面の揺れが抑制される。したがって、内部短絡を防止することができ、高い安全性が得られる。また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａの底面１００ｂとは接触してないため、感電による点検員の人身災害が発生を防ぐことができ、点検作業の効率および点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。そして、外箱１００ａの底面１００ｂに対して所定角を有した状態で超音波発振部２４０を配置することにより、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａの底面１００ｂに非接触であっても、超音波２０２の透過率を高めることができる。これにより、高い測定精度を確保しながら、外箱１００ａ内の浸水の有無および浸水量を算出することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法は、図１に示したＡＳ１００のように、電柱１０２の上方に設置され通電された柱上電気機器に特に好適に適用することができる。これは、電柱１０２上に設置される柱上電気機器（ＡＳ１００）では、外箱１００ａの底面の下方に開放空間を有するため、その外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔ｄ離間した位置に超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を好適に配置可能だからである。
【００５６】
なお、本実施形態においては、浸水量の測定対象となる電気機器として、ＡＳ１００を例示したが、かかる例に限定するものではなく、本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法は、ＡＳ１００以外の他の電気機器に対しても適用可能である。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置および浸水量測定方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００…ＡＳ、１００ａ…外箱、１００ｂ…底面、１００ｃ…水、１００ｄ…水面、１０２…電柱、１０４…腕金、１０６ａ…高圧配電線、１０６ｂ…高圧配電線、２００…測定装置、２０２…超音波、２０２ａ…超音波、２０２ｃ…超音波、２０４…反射波、２０４ａ…反射波、２０４ｃ…反射波、２１０…測定端末、２１２…制御部、２１４…パルサー、２１６…レシーバ、２１８…Ａ／Ｄ変換部、２２０…距離算出部、２２２…浸水量算出部、２２４…記憶部、２２６…表示部、２２８…入力部、２４０…超音波発振部、２４０ａ…ケーブル、２５０…反射波受信部、２５０ａ…ケーブル、２６０…移動部、２７０ａ…ピーク、２７０ｂ…ピーク、ｄ…所定間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置および浸水量測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気事業者の配電設備から供給される電力は、配電系統を通じて需要家に送電される。配電系統には、変圧器や自動電圧調整器などの配電用変電設備等や、短絡や地絡といった事故時に高圧配電線による送電を停止（停電）するための開閉器や遮断器等、多数の設備が接続されている。以下、本願では上記の設備を総称して電気機器と称する。
【０００３】
上記の電気機器のうち、例えば開閉器として、電柱上に設置される柱上気中開閉器（以下、単に開閉器と称する。）を例示すると、かかる開閉器に纏わる配電線事故の原因は、その外箱の内部への浸水が最も多い。この浸水の原因としては、経年によるパッキンの劣化や外箱の腐食等による、外箱の内部への雨水等の浸入が挙げられ、浸水を放置すると、動作不良や絶縁性能の低下により停電等の配電線事故が発生するおそれがある。
【０００４】
そこで、配電線事故を未然に防ぐべく、従来から開閉器（電気機器）の内部への浸水の有無の点検が行われていた。しかしながら、開閉器は遮蔽構造であるため、内部に浸水が生じているか否かを外部から確認することは困難である。そこで、開閉器の点検方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、容器内（外箱内）に超音波を送信し、その反射波を受信して容器内の液体を検出していた。特に、特許文献１では、トランスデューサを容器の底面に接触させて超音波の送信および反射波の受信を行い、反射波の振幅方向の変動から容器内における液体の存在（有無）を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−４３３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように、点検装置であるトランスデューサを開閉器（電気機器）の底面に直接接触させる方法であると、仮に外箱の内部に浸水があった場合に、点検時の振動によってその水面が揺れてしまい外箱内部に収容されている機器に水が接触し、開閉器の内部短絡が起こるおそれがあった。そして、開閉器の外箱と点検装置とが接触しているため、万が一内部短絡が起きてしまった場合において、点検装置が故障するだけではなく、点検員の人身災害が発生することが危惧されていた。故に、特許文献１のような従来の点検方法では、熟練した点検員が極めて慎重に点検を行う必要があり、点検作業効率および安全性の向上が要請されていた。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能な浸水量測定装置および浸水量測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる浸水量測定装置の代表的な構成は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置であって、外箱の底面の下方において、底面から所定間隔離間し且つ底面に対して所定角を有して配置され、非接触で外箱内に超音波を入射する超音波発振部と、外箱の底面の下方において、底面から所定間隔離間して配置され、超音波の反射波を受信する反射波受信部と、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部と、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出する距離算出部と、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、超音波発振部および反射波受信部は、電気機器の外箱においてその底面から所定間隔離間して配置される。故に、点検作業時における電気機器の振動が生じることがなく、仮に外箱の内部に浸水があった場合であっても、その水面の揺れが抑制され、内部短絡を防止することが可能となる。また超音波発振部および反射波受信部が外箱の底面から離間して配置される、すなわちそれらは外箱の底面とは接触してないため、点検装置の故障や感電による点検員の人身災害が発生を防ぐことができる。したがって、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。
【００１０】
ここで、超音波発振部および反射波受信部を外箱の底面に接触させないと、入射した超音波の外箱内への透過率が低下し、ひいては反射波の受信率も低下すると想定される。そこで、本発明では、超音波発振部を、外箱の底面に対して所定角を有した状態で配置する。これにより、超音波発振部および反射波受信部を外箱の底面から所定間隔離間した場合であっても、外箱内への超音波の透過率を高めることができ、高い測定精度を確保することが可能となる。そして、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率によって外箱内の浸水の有無を検出することができ、更に移動部によって反射波受信部を外箱の底面に沿って移動させることにより、同様のパラメータを用いて浸水量をも算出することが可能となる。
【００１１】
上記の超音波の波長は、外箱の板厚よりも長いとよい。これにより、外箱の底面での反射や外箱の板内伝搬を抑制し、超音波を外箱内に高効率で入射（透過）させることが可能となる。
【００１２】
上記の電気機器は、電柱の上方に設置され通電された柱上電気機器であるとよい。上述したように本発明にかかる浸水量測定装置は、電気機器の外箱の底面から所定間隔離間した位置に超音波発振部および反射波受信部を配置する。したがって、柱上に設置される電気機器、すなわち外箱の底面の下方にそれらを配置する空間を有する電気機器の浸水量測定に好適に用いることができる。また上述したように、浸水量測定装置は外箱に非接触であるため、通電状態の電気機器であっても感電等の人身災害が起きるおそれがなく、高い安全性が得られる。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明にかかる浸水量測定方法の代表的な構成は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する電気機器の浸水量測定方法であって、非接触で外箱内に超音波を入射する超音波発振部を、外箱の底面から所定間隔離間し且つ底面に対して所定角を有した状態で底面の下方に配置し、超音波の反射波を受信する反射波受信部を、外箱の底面から所定間隔離間した状態で底面の下方に配置し、反射波受信部を外箱の底面に沿って超音波発振部に対して離接する方向に移動させ、超音波発振部と反射波受信部の距離を算出し、反射波受信部が受信した反射波のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱内の浸水の有無および浸水量を算出することを特徴とする。
【００１４】
上述した浸水量測定装置の技術的思想に基づく構成要素やその説明は、当該浸水量測定方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができ、且つ点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能な浸水量測定装置および浸水量測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態にかかる浸水量測定方法を適用する電気機器を示す図である。
【図２】本実施形態にかかる浸水量測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】超音波発振部の所定角θ１を説明する図である。
【図４】超音波発振部によって入射される超音波の周波数の最適化を説明する図である。
【図５】超音波発振部と外箱との所定間隔ｄの最適化を説明する図である。
【図６】外箱への浸水の有無の測定について説明する図である。
【図７】外箱の浸水量の測定について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（電気機器（ＡＳ１００））
図１は、本実施形態にかかる浸水量測定方法を適用する電気機器を示す図である。配電系統には、開閉器、自動電圧調整器（ＳＶＲ、ＬＶＲ）、変圧器等の多数の電気機器が接続されている。図１では、かかる電気機器の例として、柱上気中開閉器（ＡＳ：Air Switch以下、ＡＳ１００と称する）を例示している。ＡＳ１００は、柱上開閉器の一種であり、短絡や地絡といった事故時に高圧配電線による送電を停止（停電）する。図１に示すように、ＡＳ１００は、電柱１０２の上方に設置（装柱）され、腕金１０４に引留装柱された電源側の高圧配電線１０６ａと負荷側の高圧配電線１０６ｂが接続されている。本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法では、このＡＳ１００の外箱１００ａ内への浸水の有無および浸水量を測定する。
【００１９】
（浸水量測定装置および浸水量測定方法）
図２は、本実施形態にかかる浸水量測定装置２００の概略構成を示す図であり、図２（ａ）は浸水量測定装置２００の概略図であり、図２（ｂ）は浸水量測定装置２００の機能構成を示すブロック図である。なお、理解を容易にするために、図２以降の図面では、図１に示したＡＳ１００は、その外箱１００ａのみを模式的に示している。また図２（ａ）では、外箱１００ａ内に水１００ｃが浸水している場合の水面１００ｄを例示しているが、これはあくまでも例示に過ぎず、必ずしも外箱１００ａ内に水１００ｃが浸水しているとは限らない。
【００２０】
図２に示す浸水量測定装置（以下、測定装置２００）は、電気機器であるＡＳ１００の外箱１００ａの内部への浸水の有無および浸水量を外箱１００ａの外から測定する。図２（ａ）に示すように、本実施形態にかかる測定装置２００は、主に、測定端末２１０と、探触子である超音波発振部２４０および反射波受信部２５０と、移動部２６０とから構成される。測定端末２１０と、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０とは、各々ケーブル２４０ａおよび２５０ａを介して有線で接続されている。また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、共に移動部２６０上に配置されている。なお、これらの超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は必ずしも両方が移動可能である必要はなく、いずれか一方が移動可能な状態であればよい。
【００２１】
図２（ａ）に示す測定端末２１０は、図２（ｂ）に示す各部を含んで構成され、後述する超音波発振部２４０による超音波２０２の入力を制御し、且つ反射波受信部２５０により受信された反射波２０４を計算処理する。以下、測定端末２１０が含む（機能する）各部について説明する。
【００２２】
制御部２１２は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路により測定装置２００全体を管理および制御する。また本実施形態では、制御部２１２は、パルサー２１４、レシーバ２１６、Ａ／Ｄ変換部２１８、距離算出部２２０、浸水量算出部２２２としても機能する。
【００２３】
パルサー２１４は、ケーブル２４０ａを介して超音波発振部２４０に超音波２０２の波形に応じた電気信号（電流）を送信する。電気信号は超音波発振部２４０を駆動させるための所定の周波数および間隔で送信される。レシーバ２１６は、反射波受信部２５０が超音波２０２の反射波２０４を受けて生じたアナログ信号を増幅する。Ａ／Ｄ変換部２１８は、レシーバ２１６によって増幅されたアナログ信号としての反射波２０４をデジタル信号に変換する。
【００２４】
距離算出部２２０は、超音波発振部２４０と、後述する移動部２６０によって移動した反射波受信部２５０との距離を算出する。具体的には、エンコーダ（不図示）や、ステッピングモータ（不図示）のパルス数のカウント等の方法を例示することができる。浸水量算出部２２２は、反射波受信部２５０が受信した反射波２０４のピーク時の距離と既知の屈折率に基づいて外箱１００ａ内の浸水の有無および浸水量を算出する。なお、これらの距離算出部２２０および浸水量算出部２２２の詳細については後に詳述する。
【００２５】
記憶部２２４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、不揮発性ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等で構成され、制御部２１２で処理されるプログラムを記憶する。表示部２２６は、液晶ディスプレイ、ＥＬ（Electro Luminescence）、ＰＤＰ(Plasma Display Panel)等で構成され、記憶部２２４に記憶されたアプリケーションのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示することができる。入力部２２８は、キーボード、十字キー、ジョイスティック等の複数のキー（スイッチ）やマウス等から構成され、ユーザの操作入力を受け付ける。
【００２６】
超音波発振部２４０は外箱１００ａ内に超音波２０２を入射する。超音波発振部２４０が入射する超音波２０２の波長は、外箱１００ａの板厚よりも長いとよい。これにより、超音波２０２を外箱１００ａ内に高効率で入射（透過）させることが可能となる。
【００２７】
反射波受信部２５０は、超音波発振部２４０によって入射された超音波２０２が、外箱１００ａによって反射して生じた反射波２０４、およびその内部に浸水した水１００ｃの水面１００ｄによって反射して生じた反射波２０４ｂを受信する。
【００２８】
本実施形態では、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、外箱１００ａの底面１００ｂの下方において、かかる底面１００ｂから所定間隔ｄ離間し且つ底面１００ｂに対して所定角θ１を有して配置される（図２（ａ）参照）。すなわち、超音波発振部２４０は、外箱１００ａに接触することなく（非接触で）、かかる外箱１００ａ内に入射角θ１の超音波２０２を入射し、反射波受信部２５０も外箱１００ａに非接触で反射波２０４を受信する。このように、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａに非接触であることにより、点検作業時におけるＡＳ１００の振動が生じることがない。したがって、仮に図２（ａ）に示すように外箱１００ａの内部に浸水があった場合であっても、その水面１００ｄの揺れが抑制されるため、内部短絡が防がれ、熟練した点検員でなくとも効率的に点検作業を行うことができる。
【００２９】
また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が非接触であることにより、通電状態のＡＳ１００であっても感電等の人身災害が起きるおそれがない。故に、点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。
【００３０】
しかしながら、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂから離間させた場合、超音波発振部２４０を外箱１００ａの底面１００ｂに対して略垂直に配置して超音波２０２を入射すると、入射した超音波２０２のほとんどが外箱１００ａの底面１００ｂによって反射されてしまうため、その内部の浸水を検出することが困難である。そこで、本実施形態では、上述したように超音波発振部２４０を外箱１００ａの底面１００ｂに対して所定角θ１を有した状態で配置している。
【００３１】
図３は、超音波発振部２４０の所定角θ１を説明する図であり、図３（ａ）は入射角検討時の設定を説明するための模式図であり、図３（ｂ）は所定角θ１と超音波２０２の透過率の関係を示す図である。なお、以下の説明では、ＡＳ１００の外箱１００ａ（鋼材）の厚みを１ｍｍの場合を例示して説明する。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して超音波２０２を入射するとき、図３（ｂ）に示すように、入射した超音波２０２のうち、外箱１００ａ内に透過する超音波２０２ａの割合、すなわち超音波２０２の透過率は、所定角θ１（入射角θ１）を広げていき、それが１０°を超えると急激に上昇する。そして、透過率は１２°でピークに達した後、著しく低下する。したがって、最も高い効率で超音波２０２を外箱１００ａ内に透過させる（入射する）ためには、厚みが１ｍｍの場合、超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）は、透過率のピーク近傍の角度である１０°〜１２°が最適であることが理解できる。
【００３３】
なお、上述した超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）の範囲は、外箱１００ａの厚みが１ｍｍであった場合を例示したものであり、これに限定するものでない。外箱１００ａの厚みが異なる場合には、所定角θ１（入射角θ１）の範囲も変動することは言うまでもない。
【００３４】
上記のように外箱１００ａ内への超音波２０２の透過率を高めることにより、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔離間した場合であっても、反射波受信部２５０によって受信できる反射波２０４の量を増大させることができ、高い測定精度を確保することが可能となる。
【００３５】
また測定装置２００の測定精度を高めるためには、上述した超音波発振部２４０の設置時の所定角θ１を最適化して超音波の透過率を高めることとともに、超音波２０２の空気中での減衰を抑制することも重要である。そのために、本実施形態では、超音波２０２の周波数、および超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間隔である所定間隔の最適化を検討した。
【００３６】
図４は、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数の最適化を説明する図であり、図４（ａ）は周波数の最適化の検討を説明するための模式図であり、図４（ｂ）は超音波２０２の周波数と水面１００ｄでの反射エコーの関係を示す図である。なお、水面１００ｄでの反射エコーとは、反射波受信部２５０によって受信した反射波２０４の強度である。
【００３７】
図４（ａ）では、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して、外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔が２５ｍｍ離間した位置に配置した超音波発振部２４０から、入射角θ１（所定角θ１）の超音波２０２を、浸水量が３０ｍｍの外箱１００ａ内に入射する場合を例示している。また図４（ａ）では、超音波の入射角θ１を１０°、空気中での音速を３４３．７ｍ／ｓ、水中での音速を１４８３ｍ／ｓ、鉄中（外箱）での音速を５８００ｍ／ｓとしてスネルの法則を適用して算出し、すなわち既知の屈折率に基づいて超音波２０２の水中での入射角θ２を４９°としている。
【００３８】
図４（ａ）に示す状態で入射角θ１が１０°の超音波２０２を超音波発振部２４０によって外箱１００ａ内に入射すると、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａは入射角θ２（４９°）で水中を透過し、水面１００ｄにおいて反射する。その反射により発生した波２０４ａは、水面１００ｄから外箱１００ａの底面１００ｂに向かって水中を透過した後に、外箱１００ａの底面１００ｂを透過して反射波２０４として反射波受信部２５０に受信される。この反射波２０４の反射エコーは、図４（ｂ）に示すように、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数が２５０ｋＨｚから高周波数になるにしたがって強度が強くなり、３８０ｋＨｚ近傍においてピークに達した後に急激に減衰する。したがって、反射波２０４の反射エコーを最も強い強度で受信するためには、超音波発振部２４０によって入射される超音波２０２の周波数は３８０ｋＨｚ程度が最適であることが理解できる。
【００３９】
図５は、超音波発振部２４０と外箱１００ａとの所定間隔ｄの最適化を説明する図であり、図５（ａ）は所定間隔ｄの最適化の検討を説明するための模式図であり、図５（ｂ）は所定間隔ｄと水面１００ｄでの反射エコーの関係を示す図である。
【００４０】
図５（ａ）では、厚みが１ｍｍの外箱１００ａに対して、超音波発振部２４０から、周波数３８０ｋＨｚの超音波２０２を入射角θ１（１０°）で、浸水量が３０ｍｍの外箱１００ａ内に入射する場合を例示している。そして、外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔ｄを変化させて、反射波受信部２５０が受信する反射波２０４の反射エコーの強度を測定した。
【００４１】
図５（ｂ）に示すように、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔が１０ｍｍ、すなわち測定したデータの中で、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとが最も近接している場合において、反射波２０４の反射エコーの強度は最大である。そして、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとを離間させて所定間隔ｄを広げていくと、反射エコーの強度は徐々に低下し、所定間隔が２５ｍｍを超えると反射エコーの強度が著しく低下する。このことから、浸水量の測定時における外箱１００ａの振動抑制および安全性向上の効果を最大限まで得つつ、測定装置２００の高い測定精度を得るという２つの目的を両立するためには、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂを離間させることができる最大の所定間隔は２５ｍｍであることが理解できる。
【００４２】
以上説明したように、超音波２０２の透過率における超音波発振部２４０の所定角θ１（入射角θ１）の最適値は約１０°である。そして、反射波２０４の受信強度における超音波２０２の周波数の最適値は約３８０ｋＨｚであり、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの間の所定間隔は約２５ｍｍである。以下、これらの最適値を用いた外箱１００ａへの浸水の有無の測定について説明する。
【００４３】
図６は、外箱１００ａへの浸水の有無の測定について説明する図であり、図６（ａ）は外箱１００ａへの浸水の有無の測定を説明するための模式図であり、図６（ｂ）は測定時のエコー強度の波形を示す図である。なお、上述した超音波発振部２４０の所定角θ１、超音波２０２の周波数、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの所定間隔以外のパラメータは、図６（ａ）に示すように、外箱１００ａの厚みが１ｍｍ、外箱１００ａの浸水量が３０ｍｍと仮定する。
【００４４】
図６（ｂ）では、横軸を距離としている。この距離とは、超音波発振部２４０から入射された超音波が、反射波受信部２５０によって受信されるまでに進んだ距離であり、「距離（ｍｍ）＝超音波速度（ｍｍ／ｓ）×伝達時間（ｓ）」の式から算出される。
【００４５】
図６（ｂ）に破線で示される波形は、図６（ａ）に示す設定において外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形である。このとき、波形にはまずピーク２７０ａが現れる。このピーク２７０ａは、外箱１００ａに入射された超音波２０２の一部が外箱に向かう超音波２０２ｃとなり、外箱１００ａの底面１００ｂで反射することによって発生した反射波２０４ｃ、すなわちノイズである。破線で示される波形では、ピーク２７０ａに続いてピーク２７０ｂが現れる。このピーク２７０ｂは、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａが水面１００ｄによって反射することにより発生した反射波２０４ａが外箱１００ａを透過した反射波２０４である。
【００４６】
一方、図６（ｂ）に実線で示される波形は、浸水がない外箱１００ａに図６（ａ）と同様に超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形である。すなわち、実線で示す波形はブランクデータである。この実線の波形では、上述したピーク２７０ａは現れているもののピーク２７０ｂは現れていない。これは、外箱１００ａ内において浸水がない場合は、超音波２０２ｃ以外の、外箱１００ａ内に透過した超音波２０２ａは、そのまま外箱１００ａ内の気中を透過し、水面１００ｄに反射することがないためである。
【００４７】
したがって、外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形と、浸水がない外箱１００ａに超音波２０２を入射して測定したエコー強度の波形（ブランクデータ）とを比較することにより、水面１００ｄでの反射による反射波２０４ａのピーク２７０ｂの有無によって外箱１００ａへの浸水の有無を検出することができる。
【００４８】
上記説明したように、本実施形態にかかる測定装置２００によれば、外箱１００ａへの浸水の有無を容易に検出可能になる。そして、上記の測定を、反射波受信部２５０を外箱１００ａの底面１００ｂにおいて移動させながら行うことにより、外箱１００ａへの浸水量の測定が可能となる。
【００４９】
以下、測定装置２００を用いた浸水量の測定について説明する。図７は、外箱１００ａの浸水量の測定について説明する図であり、図７（ａ）は外箱１００ａの浸水量の測定を説明するための模式図であり、図７（ｂ）は超音波発振部２４０および反射波受信部２５０の距離（以下、プローブ間距離と称する。）と、外箱１００ａ内の浸水量との関係を示す図である。なお、以下の説明では、図７（ａ）に示すように、超音波発振部２４０の所定角θ１を１０°、超音波２０２の周波数を３８０ｋＨｚ、超音波発振部２４０と外箱１００ａの底面１００ｂとの所定間隔ｄを２５ｍｍ、外箱１００ａの厚みを１ｍｍ、外箱１００ａの浸水量を１５ｍｍと仮定する。
【００５０】
外箱１００ａの浸水量の測定では、図７（ａ）に示すように、外箱１００ａの下方に、その底面１００ｂから所定間隔ｄ離間し且つ底面１００ｂに対して所定角θ１を有した状態で配置された超音波発振部２４０および反射波受信部２５０のうち、反射波受信部２５０を、外箱１００ａの底面に沿って超音波発振部２４０に対して離接する方向（白抜き矢印の方向）に移動させる。
【００５１】
反射波受信部２５０の移動は、移動部２６０（図１参照）によって行われる。上述したように超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は移動部２６０上に配置されている。本実施形態において移動部２６０は、反射波受信部２５０を走行させるレールである。移動部２６０によって反射波受信部２５０が移動した距離、すなわち超音波発振部２４０および反射波受信部２５０のプローブ間距離は、距離算出部２２０によって算出される。
【００５２】
レールである移動部２６０上において、不図示のモータまたは手動にて反射波受信部２５０を移動させることにより、反射波受信部２５０は、超音波発振部２４０に対して外箱１００ａの底面１００ｂに沿って離接する方向に移動する。すると、図７（ａ）のように浸水量が１５ｍｍであった場合、実線で示す位置にある反射波受信部２５０、すなわちプローブ間距離が４３ｍｍにある反射波受信部２５０において、図６（ｂ）に示すピーク２７０ｂが、それよりも短距離側において確認される。そして、実線の位置にある反射波受信部２５０を、超音波発振部２４０から更に離接するように白抜き矢印方向に移動させた破線の位置、すなわちプローブ間距離が７８ｍｍにある反射波受信部２５０では、水面１００ｄが存在しないためそれによる反射波２０４は発生しない。したがって、図６（ｂ）に示す位置でのピーク２７０ｂは確認されない。
【００５３】
浸水量が５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍの外箱１００ａに超音波２０２を入射し、上述したように反射波受信部２５０を移動させて、エコー強度を測定した結果、浸水量とプローブ間距離との関係は図７（ｂ）に示すようにプロットされ、理論値および実験値はほぼ近似している。そして、図７（ｂ）からは外箱１００ａの浸水量と、プローブ間距離（反射波受信部２５０が受信した反射波２０４のピーク時の距離）とは比例関係にあることがわかる。したがって、浸水量算出部２２２は、水１００ｃおよび外箱１００ａの材質等の既知の屈折率に基づいて、反射波受信部２５０が受信した反射波２０４がピークとなったときのプローブ間距離を参照することにより、外箱１００ａ内の浸水量を算出することができる。
【００５４】
上記説明したように、本実施形態にかかる測定装置２００および測定方法によれば、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０は、ＡＳ１００（電気機器）の外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔離間して配置されるため、点検作業時におけるＡＳ１００の振動、ひいてはそれによる水面の揺れが抑制される。したがって、内部短絡を防止することができ、高い安全性が得られる。また超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａの底面１００ｂとは接触してないため、感電による点検員の人身災害が発生を防ぐことができ、点検作業の効率および点検作業時の安全性の大幅な向上を図ることが可能である。そして、外箱１００ａの底面１００ｂに対して所定角を有した状態で超音波発振部２４０を配置することにより、超音波発振部２４０および反射波受信部２５０が外箱１００ａの底面１００ｂに非接触であっても、超音波２０２の透過率を高めることができる。これにより、高い測定精度を確保しながら、外箱１００ａ内の浸水の有無および浸水量を算出することが可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法は、図１に示したＡＳ１００のように、電柱１０２の上方に設置され通電された柱上電気機器に特に好適に適用することができる。これは、電柱１０２上に設置される柱上電気機器（ＡＳ１００）では、外箱１００ａの底面の下方に開放空間を有するため、その外箱１００ａの底面１００ｂから所定間隔ｄ離間した位置に超音波発振部２４０および反射波受信部２５０を好適に配置可能だからである。
【００５６】
なお、本実施形態においては、浸水量の測定対象となる電気機器として、ＡＳ１００を例示したが、かかる例に限定するものではなく、本実施形態にかかる浸水量測定装置および浸水量測定方法は、ＡＳ１００以外の他の電気機器に対しても適用可能である。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、電気機器の外箱の内部への浸水量を外箱の外から測定する浸水量測定装置および浸水量測定方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００…ＡＳ、１００ａ…外箱、１００ｂ…底面、１００ｃ…水、１００ｄ…水面、１０２…電柱、１０４…腕金、１０６ａ…高圧配電線、１０６ｂ…高圧配電線、２００…測定装置、２０２…超音波、２０２ａ…超音波、２０２ｃ…超音波、２０４…反射波、２０４ａ…反射波、２０４ｃ…反射波、２１０…測定端末、２１２…制御部、２１４…パルサー、２１６…レシーバ、２１８…Ａ／Ｄ変換部、２２０…距離算出部、２２２…浸水量算出部、２２４…記憶部、２２６…表示部、２２８…入力部、２４０…超音波発振部、２４０ａ…ケーブル、２５０…反射波受信部、２５０ａ…ケーブル、２６０…移動部、２７０ａ…ピーク、２７０ｂ…ピーク、ｄ…所定間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の外箱の内部への浸水量を該外箱の外から測定する浸水量測定装置であって、
前記外箱の底面の下方において、該底面から所定間隔離間し且つ該底面に対して所定角を有して配置され、非接触で該外箱内に超音波を入射する超音波発振部と、
前記外箱の底面の下方において、該底面から所定間隔離間して配置され、前記超音波の反射波を受信する反射波受信部と、
前記反射波受信部を前記外箱の底面に沿って前記超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部と、
前記超音波発振部と前記反射波受信部の距離を算出する距離算出部と、
前記反射波受信部が受信した反射波のピーク時の前記距離と既知の屈折率に基づいて前記外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部と、
を備えることを特徴とする浸水量測定装置。
【請求項２】
前記超音波の波長は、前記外箱の板厚よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の浸水量測定装置。
【請求項３】
前記電気機器は、電柱の上方に設置され通電された柱上電気機器であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の浸水量測定装置。
【請求項４】
電気機器の外箱の内部への浸水量を該外箱の外から測定する浸水量測定方法であって、
非接触で前記外箱内に超音波を入射する超音波発振部を、該外箱の底面から所定間隔離間し且つ該底面に対して所定角を有した状態で該底面の下方に配置し、
前記超音波の反射波を受信する反射波受信部を、前記外箱の底面から所定間隔離間した状態で該底面の下方に配置し、
前記反射波受信部を前記外箱の底面に沿って前記超音波発振部に対して離接する方向に移動させ、
前記超音波発振部と前記反射波受信部の距離を算出し、
前記反射波受信部が受信した反射波のピーク時の前記距離と既知の屈折率に基づいて前記外箱内の浸水の有無および浸水量を算出することを特徴とする浸水量測定方法。
【請求項１】
電気機器の外箱の内部への浸水量を該外箱の外から測定する浸水量測定装置であって、
前記外箱の底面の下方において、該底面から所定間隔離間し且つ該底面に対して所定角を有して配置され、非接触で該外箱内に超音波を入射する超音波発振部と、
前記外箱の底面の下方において、該底面から所定間隔離間して配置され、前記超音波の反射波を受信する反射波受信部と、
前記反射波受信部を前記外箱の底面に沿って前記超音波発振部に対して離接する方向に移動させる移動部と、
前記超音波発振部と前記反射波受信部の距離を算出する距離算出部と、
前記反射波受信部が受信した反射波のピーク時の前記距離と既知の屈折率に基づいて前記外箱内の浸水の有無および浸水量を算出する浸水量算出部と、
を備えることを特徴とする浸水量測定装置。
【請求項２】
前記超音波の波長は、前記外箱の板厚よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の浸水量測定装置。
【請求項３】
前記電気機器は、電柱の上方に設置され通電された柱上電気機器であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の浸水量測定装置。
【請求項４】
電気機器の外箱の内部への浸水量を該外箱の外から測定する浸水量測定方法であって、
非接触で前記外箱内に超音波を入射する超音波発振部を、該外箱の底面から所定間隔離間し且つ該底面に対して所定角を有した状態で該底面の下方に配置し、
前記超音波の反射波を受信する反射波受信部を、前記外箱の底面から所定間隔離間した状態で該底面の下方に配置し、
前記反射波受信部を前記外箱の底面に沿って前記超音波発振部に対して離接する方向に移動させ、
前記超音波発振部と前記反射波受信部の距離を算出し、
前記反射波受信部が受信した反射波のピーク時の前記距離と既知の屈折率に基づいて前記外箱内の浸水の有無および浸水量を算出することを特徴とする浸水量測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７３０１８（Ｐ２０１２−１７３０１８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２７６５（Ｐ２０１１−３２７６５）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（５０４１７４１３５）国立大学法人九州工業大学 (489)
【Ｆターム（参考）】
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