JP5360082B2

JP5360082B2 - 劣化診断装置

Info

Publication number: JP5360082B2
Application number: JP2011016069A
Authority: JP
Inventors: 晃前田; 卓生村井; 保彦河合
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: JP2012154870A

Description

この発明は、電線（ケーブル）の劣化を非破壊的に診断する劣化診断装置に関するものである。

下記特許文献１及び２には、電線（ケーブル）の劣化を非破壊的に診断する方法が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の方法では、先ず、ケーブルの絶縁層に超音波を送信し、その伝播速度を検出する。そして、検出した伝播速度を基準速度と比較することにより、ケーブルの劣化度を判定している。

特許文献２に記載の方法では、ケーブルの絶縁層或いはシースに衝撃体を衝突させ、衝突前後の衝撃体の速度から表面硬度を検出する。そして、検出した表面硬度の変化に基づいて、ケーブルの劣化度を判定している。

また、下記特許文献３には、絶縁材料の劣化を非破壊的に診断する方法として、絶縁材料から発生した二酸化炭素及びオゾンを検出するものが提案されている。

特許第３０８１７３４号公報特許第３０１４９４７号公報特開平３−２７７１１８号公報

電線やケーブルは、絶縁層やシースの組成成分が、製造メーカによってそれぞれ異なる。このため、電線やケーブルに同じ環境負荷を与えても、絶縁層の硬化は、製造メーカ毎に異なる挙動を示す。

このような理由から、特許文献１及び２に記載の方法によってケーブルの劣化度を判定する場合、その判定基準をケーブルの製造メーカ毎に用意しなければならなかった。このため、上記判定を行うために、膨大なデータベースを構築しなければならず、多大な時間と手間とを要するといった問題があった。
また、ある製造メーカについて新しいケーブルが入手できない場合、その製造メーカのケーブルに関しては、劣化度を判定することができなくなってしまう。

特許文献３に記載の劣化診断方法も上記と同様であり、汎用性に欠けることが問題であった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、膨大なデータベースを構築する必要がなく、電線の劣化度を容易に且つ正確に診断することができる劣化診断装置を提供することである。

この発明に係る劣化診断装置は、Ｌａｂ表示系で色彩を測定するための色彩測定装置と、電線を通すための開口が形成された箱体と、箱体の内部に設けられた光源と、開口を通って箱体の内部に配置された電線を固定するための固定装置と、を備え、固定装置に固定された未使用電線の白色の絶縁層の色彩を、光源を発光させた状態で色彩測定装置によって測定した場合に、ｂの値が０．５以上３．０以下となるように調整され、箱体の内壁の色彩を、光源を発光させた状態で色彩測定装置によって測定した場合に、ｂの値が０よりも小さくなるように内壁が調整されたものである。

この発明によれば、膨大なデータベースを構築する必要がなく、電線の劣化度を容易に且つ正確に診断できて、余寿命推定に関する信頼性を向上させることができる。

電線サンプルの構造を示す概略図である。図１に示す電線サンプルの要部拡大図である。色彩度の測定方法を説明するための図である。この発明の実施の形態１における劣化診断装置の構成を示す図である。電線サンプルの絶縁抵抗の測定方法を説明するための図である。この発明の実施の形態２における劣化診断装置の構成を示す図である。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
先ず、図１及び図２に基づき、本実施の形態で用いられる電線サンプルの構造について説明する。図１は電線サンプルの構造を示す概略図、図２は図１に示す電線サンプルの要部拡大図である。

電線サンプル１は、ビニール絶縁ビニールシース平型ケーブル（ＶＶＦ：ＶｉｎｙｌＩｎｓｕｌａｔｅｄＶｉｎｙｌｓｈｅａｔｈｅｄＦｌａｔ−ｔｙｐｅｃａｂｌｅ）である。電線サンプル１は、銅製の導体２を塩化ビニル製の絶縁層３で被覆した電線を、塩化ビニル製のシース４で更に被覆したものである。導体２の直径（φ）は、１．６ｍｍ又は２．０ｍｍ、２．６ｍｍである。図１に示す電線サンプル１は、絶縁層３の色が赤（Ｒ）、白（Ｗ）、黒（Ｂ）からなる３本の電線を一つにまとめた３芯ＶＶＦである。このような電線サンプル１の例として、住電日立ケーブル株式会社製ＨＳＴ−ＳＳ３０−３０００Ｃが挙げられる。

なお、電線の仕様はＪＩＳで決まっており、ＶＶＦについては、ＪＩＳＣ３３４２等で規定されている。今回、出願人が用いた電線サンプル１について言えば、導体２の径が１．６ｍｍ又は２．０ｍｍ、絶縁層３の厚さが０．８ｍｍの仕様である。実際にノギスを用いて白色の絶縁層３の最大幅（径）を測定したところ、導体２の径が１．６ｍｍのものでは約３．２ｍｍ、導体２の径が２．０ｍｍのものでは約３．６ｍｍであった。また、導体２の径が２．６ｍｍの場合は、絶縁層３の厚さが１．０ｍｍの仕様である。これについても白色の絶縁層３の最大幅（径）を実測したところ、その測定値は約４．６ｍｍであった。

図３は色彩度の測定方法を説明するための図である。図３は、電線サンプル１の白色の絶縁層３の色彩を、汎用の色彩色度計（色彩測定装置）５を用いて測定する時の状態を示している。

色彩色度計５は、測定ツール６、電源・表示装置７により、その要部が構成される。測定ツール６と電源・表示装置７は、接続ケーブル８によって接続されている。色彩色度計５によって白色の絶縁層３の色彩を測定する場合、先ず、上記構成の電線サンプル１のシース４を剥がして、白色の絶縁層３を所定の長さに渡って露出させる。次に、露出させた上記白色の絶縁層３をジグ９に固定する。そして、ジグ９上にセットされた絶縁層３の表面に測定ツール６を適切に接触させ、かかる状態で電源・表示装置７のスイッチ（図示せず）を押す。すると、電源・表示装置７から色彩の測定に必要な光が発信され、その光が、接続ケーブル８を経由して測定ツール６から絶縁層３の表面に照射される。測定ツール６から絶縁層３に照射された光の一部は、反射光となって測定ツール６及び接続ケーブル８を経由した後、電源・表示装置７に入力される。電源・表示装置７では、入力された上記反射光に基づいて色彩度を演算し、所定の表示器（図示せず）にその演算結果を表示させる。

色彩の表示系には、（Ｌ、ａ、ｂ）、（Ｌ、Ｃ、Ｈ）、マンセル、（Ｄｘ、ｙ、ｚ）、（Ｙ、ｘ、ｙ）等がある。本実施の形態では、ばらつきの小さいＬａｂ表示系（Ｌ（値が大きいほど明るい、小さいほど暗い）、ａ（値が大きいほど赤、小さいほど緑）、ｂ（値が大きいほど黄、小さいほど青））によって色彩を測定する。

上記色彩色度計５の例として、コニカミノルタセンシング株式会社製ＣＲ−２００が挙げられる。なお、色彩色度計５の分析領域、即ち、色彩の測定を行うことができる領域が、白色の絶縁層３の幅よりも大きい場合、色彩色度計５の測定結果には、絶縁層３の下地の影響が表れてしまう。例えば、色彩色度計５の分析領域がφ８ｍｍの場合、本電線サンプル１の絶縁層３の幅は、３．２ｍｍ、３．６ｍｍ、４．６ｍｍであるため、両隣の電線（Ｒ、Ｂ）が上記分析領域に含まれないようにセットして、色彩の測定を行わなければならない。また、電線サンプル１をセットするためのジグ９の色にも配慮する必要がある。更に、色彩を測定する際に、測定ツール６と電線サンプル１との隙間や、電線サンプル１とジグ９との隙間から、蛍光灯等の外からの光（以下、「外光」という）が取り込まれる恐れもある。このため、色彩を測定する際には、上記外光の制御も必要になる。

本発明は、上記内容を考慮して白色の絶縁層３の色彩を正確に測定し、その測定結果から電線の劣化度を診断するものである。
以下に、本発明に係る劣化診断装置について、具体的に説明する。

図４はこの発明の実施の形態１における劣化診断装置の構成を示す図である。
本劣化診断装置は、上述の色彩色度計５、箱体１０、光源１１、固定装置１２により、その要部が構成される。

箱体１０は、外光を調整するためのものである。箱体１０は、室内蛍光灯等の光を遮断するための所定の密閉度を有している。また、箱体１０には、その側壁に、電線サンプル１を通すための開口（例えば、貫通孔）が形成されている。出願人は、厚さ１ｍｍのアルミニウム（ＪＩＳ１０５０準拠：株式会社ニラコより購入）を接着剤で接合し、内寸がＬ１５０ｍｍ×Ｗ１００ｍｍ×Ｈ５０ｍｍとなる箱体１０を製作した。また、箱体１０の内壁を黒スプレー（株式会社東急ハンズ製アクリルスプレー黒、３００ｍｌ、ＨＳ）で均一に塗装した。

光源１１は、白色の絶縁層３の色彩を測定するため、更に、測定環境によって外光が変化しないように、外光を一定にするために備えられたものである。光源１１は、箱体１０の内部に設けられており、その内部空間を所定の光量で所定の位置から照らすことができるように配置されている。具体的に、光源１１として、ナツメ球２０Ｗホワイト（株式会社ヤザワコーポレーション製Ｔ２０１７２０Ｗ）を用いた。

固定装置１２は、箱体１０の内部において、色彩色度計５の測定ツール６と上記開口を通って箱体１０の内部に配置された電線サンプル１とを適切な位置関係で固定するためのものである。固定装置１２によって電線サンプル１と測定ツール６とが適切に固定されることにより、電線サンプル１の白色の絶縁層３が、測定ツール６の測定領域に対して適切に配置される。例えば、固定装置１２は、電線サンプル１のシース４（及び、白色の絶縁層３）を、固定部１２ａによって固定する。また、固定装置１２は、測定ツール６の先端部分を固定部１２ｂによって固定し、測定ツール６の測定方向が、電線サンプル１の白色の絶縁層３に対して直交するように、測定ツール６を保持する。

上記構成を有する劣化診断装置では、白色の絶縁層３の色彩に基づいて電線サンプル１の劣化度を判定することができるように、光源１１の仕様や、色彩色度計５（の測定ツール６）、箱体１０、光源１１、固定装置１２（に固定された電線サンプル１）の位置関係及び色の設定が行われている。具体的には、未使用電線を固定装置１２に固定し、その未使用電線の白色の絶縁層の色彩を、光源１１を発光させた状態で色彩色度計５によって測定した場合に、ｂの値が０．５以上３．０以下となるように調整が行われている。なお、電線サンプル１の劣化度を判定する際に、色彩色度計５に備えられている光源も使用する。そして、このような調整が行われた劣化診断装置を用いることにより、本願発明の上記目的を達成することが可能となる。即ち、膨大なデータベース等を構築することなく、電線の劣化度を容易に且つ正確に診断することができる。
以下に、本劣化診断装置の有効性を証明するために出願人が行った実験について、具体的に説明する。

今回、出願人は、上記構成の電線サンプル１について、シース４の長さが２００ｍｍ、白（Ｗ）色の絶縁層３の露出長さが３０ｍｍ、導体２の露出長さが１０ｍｍとなるように被覆を剥がしてテストピースを製作した。また、上記構成の劣化診断装置について、未使用電線の白色の絶縁層の色彩を測定した際にｂの値が０．５以上３．０以下となるような調整を予め施し、その劣化診断装置を用いて以下の測定を行った。

出願人は、電線サンプル１の劣化度を示す指標として、電線サンプル１の絶縁抵抗値を採用した。図５は電線サンプルの絶縁抵抗の測定方法を説明するための図である。
電線サンプル１（テストピース）の劣化度の測定においては、先ず、電線サンプル１の一端側に飛び出ている赤（Ｒ）色の電線と、他端側の白（Ｗ）色の電線とに絶縁抵抗計１３を接続し、絶縁抵抗値を測定する。次に、電線サンプル１の一端側に飛び出ている黒（Ｂ）色の電線と、他端側の白（Ｗ）色の電線とに絶縁抵抗計１３を接続し、絶縁抵抗値を測定する。そして、上記測定値の小さい方の値を、電線サンプル１の絶縁抵抗値として採用した。

これは、熱や紫外線、湿度、酸化等によって絶縁層３又はシース４が変質する際に絶縁性能が低下し、絶縁抵抗値が低下することから採用した指標である。本絶縁抵抗値は、例えば、Ｈｅｗｌｅｔｔ−ＰａｃｋａｒｄＣｏｍｐａｎｙ製４３３９Ａを用いることにより、所定のプローブで導体２を挟み、電圧をかけることによって測定することができる。出願人が行った実験では、電圧を５００Ｖ、測定時間をロングモードにセットし、測定を開始して３０秒が経過した後の絶縁抵抗値Ｒ１を記録した。

本実験においては、先ず、ある製造メーカ（一社）の電線サンプル１について、導体２の径（φ＝１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．６ｍｍ）毎にテストピースを５本製作した。そして、各テストピースについて、上記劣化診断装置を用いて白（Ｗ）色の絶縁層３の色彩を測定し、ｂ値のみを記録した。即ち、テストピースを固定装置１２に適切に固定し、その固定したテストピースの白色の絶縁層３の色彩を、光源１１を発光させた状態で色彩色度計５によって測定した。また、各テストピースについて、上記方法によって絶縁抵抗値を測定した。
下記表１乃至表３はその結果である。

表１乃至表３に示すように、同一製造メーカの電線に関しては、本劣化診断装置を用いて白（Ｗ）色の絶縁層３の色彩を測定したところ、ｂ値のばらつきは非常に小さく、その値は２．２乃至２．６の範囲であった。また、絶縁抵抗は、全て１０^１２Ω以上が保たれている。

次に、別の製造メーカ４社の電線サンプル１（導体２の径１．６ｍｍ）を入手し、製造メーカ毎にテストピースを５本製作した。そして、上記と同様に、各テストピースについて、白（Ｗ）色の絶縁層３の色彩を測定してｂ値を記録し、絶縁抵抗値を測定した。表４乃至表７はその結果である。

表４乃至表７に示すように、製造メーカが異なる場合であっても、白（Ｗ）色の絶縁層３の色彩のｂ値及び絶縁抵抗値に、あまり差はみられない。即ち、種々の製造メーカの電線について、その電線が未使用（未使用とみなされる状態）であれば、白（Ｗ）色の絶縁層３のｂ値を、０．５以上３．０以下の範囲に収めることができる。これは、白色の塗料が他の色と比較して選択肢が少なく、製造メーカによる差がほとんど無いためだと推測される。

次に、上記各テストピース（サンプル番号１乃至３５）を１００℃の高温槽に１０００時間放置した後、上記と同様の測定を行った。また、同一のテストピースを、上記高温槽に更に４０００時間（計５０００時間）放置した後、同様の測定を行った。表８はその結果をまとめたものである。なお、表８の絶縁抵抗の単位は（×１０^１２Ω）である。

表８に示すように、ｂの値は、初期値に関わらず、１００℃の高温に１０００時間放置した後に５以上９以下の値に、５０００時間放置した後に全て１０以上となった。一方、絶縁抵抗は、一部のテストピースについては僅かながら１０００時間経過後に低下が始まったものの、５０００時間経過後には全てのテストピースにおいて顕著に低下した。

以上の結果から、初期のｂ値が０．５以上３．０以下となるように、色彩色度計５、箱体１０、光源１１、固定装置１２の位置関係や仕様を調整しておくことにより、電線の劣化度を正確に診断することができる。即ち、上記調整が行われた劣化診断装置を用いて電線の劣化診断を行う場合は、先ず、診断対象となる電線を固定装置１２に適切に固定し、その電線の白色の絶縁層３の色彩を、光源１１を発光させた状態で色彩色度計５によって測定する。そして、測定したｂ値が５以上の場合に、電線が劣化していると判定すれば良い。

これは、絶縁抵抗の低下原因が、絶縁層中の可塑剤蒸発による欠陥発生であり、これが発生すると同時に白色の黄色化が生じることを利用した判定方法である。即ち、白色の黄色化が生じることによってｂ値が上昇するため、それを電線の劣化度の判定に利用している。

なお、上記光源１１を蛍光灯、冷陰極ランプ、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、有機ＥＬ、無機ＥＬ、ＨＩＤランプ、白熱電球等に変え、更に、これらの光源１１が内部に納まるように箱体１０の大きさを調節して表８に示す評価を行ったところ、上記と同様の結果を得ることができた。

本実施の形態では、絶縁層３の色が、赤（Ｒ）、白（Ｗ）、黒（Ｂ）である３本の電線を一つにまとめた３芯ＶＶＦの電線サンプル１について、具体的な説明を行った。しかし、絶縁層３として白色のものが用いられていれば、如何なる電線、ケーブルであっても、上記劣化診断装置を用いて劣化度の判定を行うことができる。これについても、テストピースとしてＶＶＦ以外のものを採用して表８に示す評価を行ったところ、上記と同様の結果を得ることができた。

また、上記実験を行った箱体１０の内壁と固定装置１２とに測定ツール６を当て、光源１１を用いて色彩色度計５でその色彩を測定したところ、Ｌａｂ表示で、Ｌ＝２５．４、ａ＝０．０、ｂ＝−０．７であった。比較として、箱体１０を構成していたアルミニウム板（塗装なし）の色彩を同様に測定したところ、Ｌ＝６３、ａ＝０．１、ｂ＝１．５であった。

上記箱体１０と同じ形状のものを製作して内壁の塗装を行わずに上記表８と同様の評価を行ったところ、ｂ値が異常に小さくなる場合が発生した。かかる場合、色彩色度計５（の測定ツール６）、光源１１、固定装置１２（に固定された電線サンプル１）の各位置を調整しながら数回測定することにより、元の数値を得ることができた。

そこで、箱体１０の内壁にさまざまな塗装を行い、上記表８と同様の評価を行ったところ、ｂ値が負の時は１回の測定で表８と同様の結果を得ることができた。一方、ｂ値が正の時は、上記と同様にｂ値が異常に小さくなる現象が発生し、再測定が必要となった。

箱体１０の内壁と固定装置１２との色に関わらず、上記本願発明の目的を達成すること自体は可能である。しかし、上記現象を考慮すると、予めｂの値が負となるように上記各色を調整しておくことにより、測定誤差が小さい、信頼性の高い劣化診断を行うことができるようになる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２における劣化診断装置の構成を示す図である。
本実施の形態における劣化診断装置には、実施の形態１における構成に加え、判定装置１４が備えられている。判定装置１４は、色彩色度計５の電源・表示装置７に、接続ケーブル１５によって接続されている。判定装置１４は、色彩色度計５によって測定された色彩のｂの値が５．０以上の場合に、電線の劣化を判定する機能を有している。

上記構成を有する劣化診断装置であれば、電源・表示装置７の表示内容を読み間違えて、劣化している電線を正常と判断してしまうようなことを防止できる。これにより、劣化診断の信頼性を更に向上させることができる。

１電線サンプル
２導体
３絶縁層
４シース
５色彩色度計
６測定ツール
７電源・表示装置
８、１５接続ケーブル
９ジグ
１０箱体
１１光源
１２固定装置
１２ａ、１２ｂ固定部
１３絶縁抵抗計
１４判定装置

Claims

Ｌａｂ表示系で色彩を測定するための色彩測定装置と、
電線を通すための開口が形成された箱体と、
前記箱体の内部に設けられた光源と、
前記開口を通って前記箱体の内部に配置された電線を固定するための固定装置と、
を備え、
前記固定装置に固定された未使用電線の白色の絶縁層の色彩を、前記光源を発光させた状態で前記色彩測定装置によって測定した場合に、ｂの値が０．５以上３．０以下となるように調整され、
前記箱体の内壁の色彩を、前記光源を発光させた状態で前記色彩測定装置によって測定した場合に、ｂの値が０よりも小さくなるように前記内壁が調整された
劣化診断装置。
前記色彩測定装置によって測定された色彩のｂの値が５．０以上の場合に、電線の劣化を判定する判定装置と、
を更に備えた請求項１に記載の劣化診断装置。