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技術 電気機器の絶縁劣化診断方法

出願人 株式会社明電舎
発明者 浜村武広細野奈穂子
出願日 2004年4月19日 (15年4ヶ月経過) 出願番号 2004-122399
公開日 2005年11月4日 (13年9ヶ月経過) 公開番号 2005-308424
状態 特許登録済
技術分野 その他の電気的手段による材料の調査、分析 化学的手段による非生物材料の調査、分析 特有な方法による材料の調査、分析 光学的手段による材料の調査、分析 クロマトグラフィによる材料の調査、分析 短絡、断線、漏洩,誤接続の試験 絶縁性に関する試験 遮断器と発電機・電動機と電池等の試験 コア、コイル、磁石の製造
主要キーワード 被試験材料 pH計 破壊条件 区分範囲 赤外線吸収分析法 単位試料 表面析出物 更新計画
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年11月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

効率的な手順によって加水分解度合いを簡易的に適切に把握できる電気機器絶縁劣化診断方法を提供する。

解決手段

加速試験による被試験材料加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するとき、加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びpH値の個々、又は上記測定値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定するものである。

概要

背景

回転機等の電気機器においては、絶縁劣化による故障が発生すると、当該機器復旧に要する時間と費用以外に、社会的に大きな損失が発生するため、従来からこの故障を未然に防ぐための絶縁劣化診断方法の開発が行われている。
特に電気機器のうちでも、回転機の巻線交換には多大な時間と費用がかかるため、巻線の寿命を適切に予測し、計画的に更新することが重要となる。
回転機の絶縁劣化は、物理的劣化化学的劣化との和によって表される。ここで物理的劣化要因としては、ヒートサイクル電磁振動に伴う機械的なものと、コロナによる電気的なものがある。また、化学的劣化要因としては、吸湿加水分解による環境と熱的なものがある。

上記絶縁劣化条件をもとに診断がおこなわれるが、回転機の固定子巻線に対する非破壊試験としては、固定子巻線非破壊絶縁劣化診断試験(以下、従来試験法という)が存在する。また、非特許文献1や特許文献1のようなものが公知となっている。この特許文献1のものは、絶縁層を構成する樹脂加水分解生成物量をイオンクロマトグラフ分析、若しくは赤外線吸収分析法によって測定することにより絶縁層の劣化状態を検出するものであり、非特許文献1のものは、成極指数誘電正接最大放電電荷量等を注目した検討結果を示したものである。
特開2003−107075号公報
平成13年電気学会全国大会2−082

概要

効率的な手順によって加水分解の度合いを簡易的に適切に把握できる電気機器の絶縁劣化診断方法を提供する。加速試験による被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するとき、加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びpH値の個々、又は上記測定値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定するものである。なし

目的

したがって、本発明が目的とするところは、効率的な手順によって加水分解の度合いを簡易的に適切に把握できる絶縁劣化診断方法を提供することにある。

効果

実績

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請求項1

ポリエステル樹脂被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、前記加速試験時間に対する被試験材料の表面に析出した白色の析出物の大きさを測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに前記析出物の大きさより絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器絶縁劣化診断方法

請求項2

析出物の最大径が0.02mm以下は劣化度小、析出物の最大径が0.02〜0.1mmは劣化度中、析出物の最大径が0.1mm以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項1記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項3

ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、前記加速試験時間に対する単位試料当たりの有機酸類生成濃度(mg/L)をICによって測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された有機酸濃度(mg/L)によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項4

測定された有機酸量(mg/L)が0.15以下は劣化度小、有機酸量0.15〜1.0は劣化度中、有機酸量1.0以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項3記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項5

ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、前記FT−IRにての測定結果に基づく被試験材料の吸光度比を求め、かつ加速試験時間に対する吸光度比を求めると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された吸光度比の大きさによって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項6

吸光度比は、有機酸吸収スペクトル1710cm−1をポリエステルの吸収スペクトル1740cm−1にて除して求め、この値が0.37以下では劣化度小、吸光度比0.37〜0.6は劣化度中、吸光度比0.6以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項5記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項7

ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、前記加速試験時間に対する被試験材料のpH値を測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定されたpH値によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項8

pH値の大きさが、6.7以下では劣化度小、pH6.7〜6.5は劣化度中、pH値6.5以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項7記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。

請求項9

ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、前記加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びpH値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした請求項1乃至8記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。

技術分野

0001

本発明は、電気機器絶縁劣化診断方法に関するものである。

背景技術

0002

回転機等の電気機器においては、絶縁劣化による故障が発生すると、当該機器復旧に要する時間と費用以外に、社会的に大きな損失が発生するため、従来からこの故障を未然に防ぐための絶縁劣化診断方法の開発が行われている。
特に電気機器のうちでも、回転機の巻線交換には多大な時間と費用がかかるため、巻線の寿命を適切に予測し、計画的に更新することが重要となる。
回転機の絶縁劣化は、物理的劣化化学的劣化との和によって表される。ここで物理的劣化要因としては、ヒートサイクル電磁振動に伴う機械的なものと、コロナによる電気的なものがある。また、化学的劣化要因としては、吸湿加水分解による環境と熱的なものがある。

0003

上記絶縁劣化条件をもとに診断がおこなわれるが、回転機の固定子巻線に対する非破壊試験としては、固定子巻線非破壊絶縁劣化診断試験(以下、従来試験法という)が存在する。また、非特許文献1や特許文献1のようなものが公知となっている。この特許文献1のものは、絶縁層を構成する樹脂加水分解生成物量をイオンクロマトグラフ分析、若しくは赤外線吸収分析法によって測定することにより絶縁層の劣化状態を検出するものであり、非特許文献1のものは、成極指数誘電正接最大放電電荷量等を注目した検討結果を示したものである。
特開2003−107075号公報
平成13年電気学会全国大会2−082

発明が解決しようとする課題

0004

図9は従来法による絶縁診断項目劣化現象相関図を示したものである。
同図から明らかなように、絶縁材料ボイドはくりといった物理的劣化については従来法で検知可能であるが、材料変質等の化学的劣化については把握することができない。
また、各文献で記載されているように、近年、これらに関連して回転機の絶縁劣化診断の課題とされていることは、物理的な劣化が単独で進行した際には従来法で評価できるが、物理的と化学的な劣化が同時進行すると、化学的な劣化が物理的な劣化指標(Qmax.△tanδ.△I)に影響を与えるため、結果として真の劣化進行よりも過小評価になる場合がある。
特にポリエステル樹脂を使用した回転機用含浸樹脂は、水と熱により加水分解劣化により材料の変質が生じて絶縁材料の機能が満足しなくなり、終には機器破壊する。このため、劣化進行の度合いを適切に把握する方法の開発が強く要望されている。

0005

したがって、本発明が目的とするところは、効率的な手順によって加水分解の度合いを簡易的に適切に把握できる絶縁劣化診断方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

本発明の第1は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面に析出した白色の析出物の大きさを測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに前記析出物の大きさより絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。

0007

本発明の第2は、析出物の最大径が0.02mm以下は劣化度小、析出物の最大径が0.02〜0.1mmは劣化度中、析出物の最大径が0.1mm以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。

0008

本発明の第3は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する単位試料当たりの有機酸類生成濃度(mg/L)をICによって測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された有機酸濃度(mg/L)によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。

0009

本発明の第4は、測定された有機酸量(mg/L)が0.15以下は劣化度小、有機酸量0.15〜1.0は劣化度中、有機酸量1.0以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。

0010

本発明の第5は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記FT−IRにての測定結果に基づく被試験材料の吸光度比を求め、かつ加速試験時間に対する吸光度比を求めると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された吸光度比の大きさによって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。

0011

本発明の第6は、吸光度比は、有機酸吸収スペクトル1710cm−1をポリエステルの吸収スペクトル1740cm−1にて除して求め、この値が0.37以下では劣化度小、吸光度比0.37〜0.6は劣化度中、吸光度比0.6以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。

0012

本発明の第7は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料のpH値を測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定されたpH値によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。

0013

本発明の第8は、pH値の大きさが、6.7以下では劣化度小、pH6.7〜6.5は劣化度中、pH値6.5以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。

0014

本発明の第9は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びpH値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。

発明の効果

0015

以上のとおり、本発明によれば、被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びpH値の各測定においてそれぞれ加水分解の進行度と絶縁耐力との関係が明かにしたことにより、個々の測定によって絶縁劣化の進行度を判定することが可能となると共に、時間や費用及び精度を案しながら現状にもっとも適した任意の組み合わせで診断できるので、簡易的に効率よく寿命判断ができるものである。

発明を実施するための最良の形態

0016

本発明は、加水分解の進行度と絶縁耐力の関係を明確にするたるに以下のようなポリエステル樹脂に対する加速試験を行った。
加速条件として、プレッシャークッカー試験(PCT;121℃98%RH)とし、試験は絶縁破壊試験とした。また、試験片は、二重ガラス巻線(寸法2.4×13mm)にガラステープハーフラップ一重で巻いたものにポリエステル樹脂を含浸した。破壊条件としては気中雰囲気におけるAC破壊とした。
加水分解に使用した測定装置として、表面観察にはマイクロスコープを、分析測定にはフーリェ変換赤外分光分析装置(FT−IR)とイオンクロマトグラフィー(IC)を、また、pHにはpH計をそれぞれ用いた。図1図6はその結果である。

0017

図1縦軸絶縁破壊保持率(%)をとり、横軸にPCT時間をとったBDV
である。この図1を基に、劣化度を判別するために図7のような判断基準表を設定した。すなわち、BDV保持率が75%以上の場合には劣化度は小で、健全状態である。BDV保持率75〜50%では劣化度中で、更新計画作成時期である。BDV保持率50%以下では劣化度大で寿命時期とする。判断基準表のBDV保持率は、IEC.pub.216の劣化度50%を準拠とし、75〜50%及び75%以上の区分範囲については出願人の経験則に基づいて作成した。
図2は表面観察時のPCT時間と析出物寸法との関係を示したものである。試験を開始してよりある時間になると、試験片の表面に白い析出物が確認されて加水分解が進行していることが判明され、時間の経過に伴って徐々に大きくなる。PCT時間の8時間で最大析出物の直径が0.02mmであり、図7で示す判断基準表によると、この8時間は保持率75%以上の劣化度小の範囲である。
つまり、析出された析出物の直径が0.02mmの大きさでは健全状態となる。
次に、例えば48時間経過後の析出物の大きさは0.1mmとなり、BDV保持率50%近辺であるので、析出物大径0.1mmでは更新計画作成時期に相当する。
更に時期が経過し、例えば96時期になると析出物径は0.15mmになる。96時期のBDV保持率は50%以下であり、析出物径0.15mmでは寿命状態に入ったと診断される。

0018

図3は、ICによって測定された単位試料当たりの有機酸類生成濃度とPCT時間との関係図である。ここでの有機酸は、マレイン酸リンゴ酸フマル酸グリコール酸蟻酸炭酸酒石酸乳酸等であり、特にリンゴ酸が劣化度合いに強い相関関係にあるため、試験ではリンゴ酸の生成濃度とした。
有機酸の生成濃度は時間と共に高くなり、判断基準表における劣化度小範囲であるPCT8時間では0.15mg/L、劣化度中範囲である16時間又は48時間ではそれぞれ0.53mg/Lと1.0mg/Lとなっている。また、劣化度大の96時間及び154時間では20.0mg/Lと38.5mg/Lとなっている。したがって、有機酸類の生成濃度量によっても劣化度の進行状態の判別が可能となる。

0019

図4はFT−IR測定に基づく吸光度比よる実施例である。図6がFT−IRによるスペクトルパターンで、この分析結果における有機酸の吸収スペクトル(1710cm−1)をポリエステル吸収スペクトル(1740−1)で除して吸光度比を求めたものである。この吸光度比が図4で示すようにPCT時間によって変化し、健全時間内である8時間では0.38、更新計画作成時間である48時間では0.60、寿命時間である96時間以上では1.65以上となり、この吸光度比を測定することによって劣化の度合いを判別することができる。

0020

図5は更にpH値の測定によって劣化度の進行状態を判別する実施例を示したものである。
pH測定時におけるサンプルの採取方法としては、実機表面を純水で洗い流す方法や、実際の絶縁材を2g程度採取して超音波洗浄を行う方法、及び表面の絶縁材を0.5g程度の微量を削り落とす方法等があるが、特に精度的には絶縁材を2g程度採取して超音波洗浄を行う方法が最適である。
このようにして測定されたpH値は図5で明らかなように、健全時間内であるPCT8時間では6.7であり、更新計画作成時間である48時間では6.5、寿命時間である96時間では6.1となり、pH値によっても劣化度の進行状態を判別することが可能となる。

0021

以上のように本発明によれば、加水分解の進行度と絶縁耐力との関係が明確となったことにより、加水分解の劣化度合いを把握して絶縁耐力との関係から残存耐力推定が可能となる。このような寿命推定においても、条件に応じて効率よく測定することが要望される。
図8は、上記した4実施例における加水分解調査において、検討所要時間と精度を比較したもので、調査項目における判断項目、及びその所要時間を示したものである。
すなわち、外観検査においての白色析出物の有無検査は10分の所要時間であった。また、pH<7については60分、以下同様にしてFT−IRは180分、ICは300分であった。したがって、劣化度の進行状態調査時においては、図8で示す個々の項目測定で判断してもよいことは勿論であるが、時間と費用、及び精度を考慮して、簡易的に効率よく複数の調査項目を実行して加水分解劣化度を把握することができる。

図面の簡単な説明

0022

本発明の判断基準作成のための絶縁破壊電圧試験図。
本発明の実施例を示す表面観察析出物寸法の結果図。
本発明の実施例を示す有機酸類生成濃度の結果図。
本発明の実施例を示す1710/1740m−1吸光度比の結果図。
本発明の実施例を示すpH値の結果図。
FT−IRによるスペクトルパターン図。
本発明に使用した判定基準図
調査項目と所要時間の関係図。
従来の絶縁診断項目と劣化現象の相関図。

符号の説明

0023

PCT…プレッシャークッカー試験
FT−IR…フーリェ変換赤外分光分析装置
IC…イオンクロマトグラフィー
BVD…絶縁破壊電圧試験

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