JP2013019822A

JP2013019822A - 電気機器温度測定システム及び電気機器温度測定方法

Info

Publication number: JP2013019822A
Application number: JP2011154469A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Tezuka; 英昭手塚
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】赤外光を透過して電気機器の温度をより正確に温度測定可能な電気機器温度測定システム及び電気機器温度測定方法を提供する。
【解決手段】電気機器温度測定システム１は、電気部品５１，５２，５３をカバーするカバー部材２と、電気部品から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラ３と、カバー部材２に対して赤外線サーモグラフィカメラ側の温度を測定する第１温度基準体５ａと、カバー部材に対して電気部品側の温度を測定する第２温度基準体５ｂと、第１温度基準体の測定値及び第２温度基準体の測定値からカバー部材の温度を算出し、第１温度基準体の測定値及び第２温度基準体の測定値からカバー部材の透過率を推定し、カバー部材から発生する赤外線による温度付加分を以下の式（１）にて推定し、電気機器の温度を以下の式（２）から推定する演算部と、を備える。Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）・・・（１）Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ・・・（２）
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器から発生する赤外光を測定する電気機器温度測定システム及び電気機器温度測定方法に関する。

従来、電気機器の端子箱として、特許文献１に記載されたような技術がある。

特許文献１に記載された技術は、回転電機の端子箱の蓋を鋳物により一体成形し、曲面上に膨らませて、十分な機械的強度を得るようにしたものである。

特許文献１に記載されたような電気機器は、蓋を設けることで、人が接触して感電すること又は工具類等が接触して破損することを防止する。

特開２００６−１４９０８５号公報

電気機器は、施工不良によるボルトの弛み、不適切な仕様の端子の使用、部品の経年劣化等により、通電部位が過熱して、破損したり、火災が発生する等の不具合が生じるおそれがある。

しかしながら、特許文献１に記載されたような電気機器では、端子箱に鋳物の蓋を設けているため、端子箱内部の状態を観察することができず、通電部位の過熱、破損、及び火災等の不具合を短時間で的確に見つけることができなかった。

本発明は、従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、赤外光を透過して電気機器の温度をより正確に温度測定可能な電気機器温度測定システム及び電気機器温度測定方法を提供する。

電気機器温度測定システムは、電気部品をカバーするカバー部材と、前記カバー部材を通して前記電気部品から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、前記カバー部材に対して前記赤外線サーモグラフィカメラ側の温度を測定する第１温度基準体と、前記カバー部材に対して前記電気部品側の温度を測定する第２温度基準体と、前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の温度を算出し、前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の透過率を推定し、前記カバー部材から発生する赤外線による温度付加分を以下の式（１）にて推定し、前記電気機器の温度を以下の式（２）から推定する演算部と、を備えることを特徴とする。
Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）（１）
Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ （２）
ただし、
Ｔはカバー部材の温度、
σはカバー部材の透過率、
Ｔｓは第１の赤外線及び第２の赤外線から得られた温度、
Ｔｒは第２の赤外線による温度付加分、
Ｔｈは電気機器の温度、
である。

さらに、電気機器温度測定方法は、電気部品をカバーするカバー部材を通して電気部品から放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラが撮影し、前記カバー部材に対して前記赤外線サーモグラフィカメラ側に配置された第１温度基準体の測定値及び前記カバー部材に対して前記電気部品側に配置された第２温度基準体の測定値からカバー部材の温度を算出し、前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の透過率を推定し、前記カバー部材から発生する赤外線による温度付加分を以下の式（１）にて推定し、前記電気機器の温度を以下の式（２）から推定することを特徴とする。
Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）（１）

Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ （２）
ただし、
Ｔはカバー部材の温度、
σはカバー部材の透過率、
Ｔｓは第１の赤外線及び第２の赤外線から得られた温度、
Ｔｒは第２の赤外線による温度付加分、
Ｔｈは電気機器の温度、
である。

以上の本発明においては、赤外光を透過して電気機器の温度をより正確に温度測定可能な電気機器温度測定システム及び電気機器温度測定方法を提供することが可能となる。

実施形態の電気機器カバー部材を用いた温度測定システムを示す図である。実施形態の電気機器カバー部材を用いた温度測定システムの概念図である。実施形態のカバー部材の波長と透過率を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体内部にフィルタを装着した状態を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体外部にフィルタを装着した状態を示す図である。赤外線サーモグラフィカメラの外部にフィルタを装着した状態を示す図である。

以下、本実施形態の電気機器温度測定システムについて説明する。

図１は、実施形態の電気機器温度測定システムを示す図である。

図１に示すように、電気機器４０は、カバー部材２と、端子箱５０と、第１ケーブル群５１と、第２ケーブル群５２と、端子箱５０内で第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する圧縮端子５３と、圧縮端子５３を接続するボルト５４と、ボルト５４に締め付けられる図示しないナットと、を有する。

第１ケーブル群５１は、第１ケーブル導管５１ａと、第１ケーブル導管５１ａ内に収められた複数のケーブル５１₁，５１₂，５１₃等からなる。第２ケーブル群５２は、第２ケーブル導管５２ａと、第２ケーブル導管５２ａ内に収められた複数のケーブル５２₁，５２₂，５２₃等からなる。なお、本実施形態では、ケーブルは３本であるが、これに限らず、何本でもよい。

各ケーブル５１₁，５１₂，５１₃，５２₁，５２₂，５２₃の端部は、被覆が剥がされて、各導体５１_1a，５１_2a，５１_3a，５２_1a，５２_2a，５２_3aが剥き出ている。各導体５１_1a，５１_2a，５１_3a，５２_1a，５２_2a，５２_3aは、各圧縮端子５３に接続される。このような構成により、端子箱５０内で第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２は、接続されている。

また、端子箱５０は、電気部品を構成する第１ケーブル群５１、第２ケーブル群５２、及び圧縮端子５３等をカバーするカバー部材２を有する。カバー部材２は、ねじ２ａ等によって端子箱５０に取り付けられる。カバー部材２によって、端子箱５０内の第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する電気部品に、人が接触して感電すること又は工具類等が接触して破損することを防止する。

第１ケーブル群５１と第２ケーブル群５２を接続する電気部品は、施工不良によるボルト５４の弛み、不適切な仕様の圧縮端子５３の使用、第１ケーブル群５１、第２ケーブル群５２、及び圧縮端子５３の経年劣化等により、通電部位が過熱して、破損したり、火災が発生する等の不具合が生じるおそれがある。

そこで、電気機器４０が過熱してしまい温度が上がった場合に放射される赤外線を利用して、温度測定システム１により、異常を診断する。

温度測定システム１は、カバー部材２を通して電気機器４０から放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ３によって撮影し、撮影画像の解析を行うことにより、撮影部位の温度を計測して、異常の有無を診断する。

図２は、実施形態のカバー部材を用いた電気機器温度測定システムの概念図である。

温度測定システム１は、カバー部材２を通して熱源Ｈから放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラ３によって撮影し、撮影画像の解析を行うことにより、撮影部位の温度を計測して、異常の有無を診断する。

本実施形態のカバー部材２としては、アクリル材を使用する。アクリル材は、厚さ１ｍｍ程度の板状であり、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を測定可能である。

また、温度測定システム１は、温度基準体５を備える。温度基準体５は、カバー部材２に対して赤外線サーモグラフィカメラ３側に配置された第１温度基準体５ａと、カバー部材２に対して熱源Ｈ側に配置された第２温度基準体５ｂと、を有する。第１温度基準体５ａ及び第２温度基準体５ｂは、黒体テープ等のあらかじめ放射率がわかっているものを使用することが好ましい。なお、カバー部材２の透過率があらかじめわかっている場合には、第１温度基準体５ａ又は第２温度基準体５ｂのうちどちらか１つを配置すればよい。

実施形態では、第１温度基準体５ａをカバー部材２の赤外線サーモグラフィカメラ３側に取り付け、第２温度基準体５ｂをカバー部材２の熱源Ｈ側に取り付ける。

さらに、温度測定システム１の赤外線サーモグラフィカメラ３の測定波長λを、１３．５μｍ ≦ λ ≦ １８μｍに設定する。

赤外線サーモグラフィカメラ３は、マイクロボロメータ素子を使用したカメラにフィルタを用いて、測定波長を１３．５μｍ ≦ λ ≦ １８μｍに変更するとよい。

図３は、実施形態のカバー部材２の波長と透過率を示す図である。

図３に示すように、実施形態のカバー部材２は、波長λが１３．５μｍ ≦ λ ≦ １８μｍの範囲では、高い透過率を持つことがわかる。波長λが１３．５μｍ ≦ λ ≦ １８μｍの上限を上回ったり、下限を下回った場合、透過率が低くなる。

したがって、実施形態のカバー部材２を使用した温度測定システム１は、可視光を透過して設備内を観察することが可能であると共に、赤外光を透過して設備内の温度を測定可能である。

次に、赤外線サーモグラフィカメラ３について説明する。

図４は赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体内部にフィルタを装着した状態を示す図、図５は赤外線サーモグラフィカメラのカメラ本体外部にフィルタを装着した状態を示す図、図６は赤外線サーモグラフィカメラの外部にフィルタを装着した状態を示す図である。

一般に赤外線サーモグラフィカメラの測定波長は、８μｍ〜１３μｍである。しかしながら、図３に示すように、アクリルは、８μｍ〜１３μｍの波長の赤外線を透過しない。したがって、一般の赤外線サーモグラフィカメラは、フィルタ等を使用して測定波長を変更させる。

赤外線サーモグラフィカメラ３にフィルタを装着するには、図４に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３のカメラ本体３１内部にフィルタ４を装着する例、図５に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３のカメラ本体３１外部にフィルタ４を装着する例、又は図６に示すように赤外線サーモグラフィカメラ３の外部にフィルタ４を装着する例等がある。

図４に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の内部にフィルタ４を装着する例では、赤外線が検出部３１ａに入射する前のカメラ本体３１内にフィルタ４を配置するとよい。

また、図５に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の内部にフィルタ４を装着する例では、赤外線がレンズ３２を射出し、カメラ本体３１に入射する前にフィルタ４を配置するとよい。

さらに、図６に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３の外部にフィルタ４を装着する例では、赤外線がレンズ３２に入射する前にフィルタ４を配置するとよい。

なお、複数のフィルタ４を組み合わせて検出部３１ａに入射する前に測定波長を変更してもよい。

次に、温度測定システム１の温度計測方法について説明する。

温度測定システム１による温度計測の際には、図２に示すように、熱源Ｈから発生した赤外線ＩＲ０から発生してカバー部材２を透過した第１の赤外線ＩＲ１と、カバー部材２自体から発生する第２の赤外線ＩＲ２と、を考慮しなければならない。

温度計測の際は、図２に示すように、赤外線サーモグラフィカメラ３が、カバー部材２を通して、熱源Ｈを撮影する。撮影時には、第１温度基準体５ａ及び第２温度基準体５ｂも撮影する。なお、第１温度基準体５ａ及び第２温度基準体５ｂは、熱源Ｈと同一画面内に撮影するとよい。

撮影後は、演算部にて以下の処理を行う。

まず、第１温度基準体５ａの測定値及び第２温度基準体５ｂの測定値からカバー部材２の温度Ｔを算出する。

続いて、第１温度基準体５ａの測定値及び第２温度基準体５ｂの測定値からカバー部材２の透過率σを推定する。

次に、第２の赤外線ＩＲ２による温度付加分Ｔｒを以下の式（１）にて推定する。
Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）（１）
ただし、
Ｔはカバー部材２の温度、
σはカバー部材２の透過率、
である。

続いて、熱源の温度Ｔｈを以下の式（２）から推定する。
Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ （２）
ただし、
Ｔｓは第１の赤外線ＩＲ１及び第２の赤外線ＩＲ２から得られた温度
Ｔｒは第２の赤外線ＩＲ２による温度付加分
σはカバー部材２の透過率、
である。

このように、温度測定システム１の温度計測方法で、カバー部材２自体から発生する第２の赤外線ＩＲ２を考慮することで、より正確な温度に近い値を推定することが可能となる。

なお、実施形態では、電気機器４０として端子箱５０について説明したが、制御盤等の各種電気機器４０に適用することが可能である。また、実施形態では、カバー部材２としてアクリル板を使用したが、これに限らず、赤外線を透過する部材であれば何でもよい。

以上、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…温度測定システム
２…カバー部材
３…赤外線サーモグラフィカメラ
３１…カメラ本体
３１ａ…検出部
３２…レンズ
４…フィルタ
５…温度基準体
５ａ…第１の温度基準体
５ｂ…第２の温度基準体
４０…電気機器
５０…端子箱
５１…第１ケーブル群（電気部品）
５２…第２ケーブル群（電気部品）
５３…圧縮端子（電気部品）
５４…ボルト

Claims

電気部品をカバーするカバー部材と、
前記カバー部材を通して前記電気部品から放射される赤外線を撮影する赤外線サーモグラフィカメラと、
前記カバー部材に対して前記赤外線サーモグラフィカメラ側の温度を測定する第１温度基準体と、
前記カバー部材に対して前記電気部品側の温度を測定する第２温度基準体と、
前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の温度を算出し、
前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の透過率を推定し、
前記カバー部材から発生する赤外線による温度付加分を以下の式（１）にて推定し、
前記電気機器の温度を以下の式（２）から推定する演算部と、
を備えることを特徴とする電気機器温度測定システム。
Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）（１）
Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ （２）
ただし、
Ｔはカバー部材の温度、
σはカバー部材の透過率、
Ｔｓは第１の赤外線及び第２の赤外線から得られた温度、
Ｔｒは第２の赤外線による温度付加分、
Ｔｈは電気機器の温度、
である。
電気部品をカバーするカバー部材を通して電気部品から放射される赤外線を赤外線サーモグラフィカメラが撮影し、
前記カバー部材に対して前記赤外線サーモグラフィカメラ側に配置された第１温度基準体の測定値及び前記カバー部材に対して前記電気部品側に配置された第２温度基準体の測定値からカバー部材の温度を算出し、
前記第１温度基準体の測定値及び前記第２温度基準体の測定値からカバー部材の透過率を推定し、
前記カバー部材から発生する赤外線による温度付加分を以下の式（１）にて推定し、
前記電気機器の温度を以下の式（２）から推定することを特徴とする電気機器温度測定方法。
Ｔｒ＝Ｔ×（１−σ）（１）
Ｔｈ＝（Ｔｓ−Ｔｒ）／σ （２）
ただし、
Ｔはカバー部材の温度、
σはカバー部材の透過率、
Ｔｓは第１の赤外線及び第２の赤外線から得られた温度、
Ｔｒは第２の赤外線による温度付加分、
Ｔｈは電気機器の温度、
である。