JP2001185424A - 高電圧機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁部材の性能を評価し易くし、または部分
放電を検出し易くした構造の高電圧機器を提供する。 【解決手段】 高電圧機器３０内のＶＣＢ７とＶＴ８と
を接続する導電部１７を覆う絶縁部材１８上に、この絶
縁部材１８と同じ材質の絶縁物を絶縁試験片１０として
取り付ける。定期点検時などにこの絶縁試験片１０を機
器から取り外して、その絶縁特性や誘電特性を測定すれ
ば、高電圧機器３０の絶縁部材の絶縁性能を判定するた
めの指標とすることができる。また高電圧機器３０内部
を暗室１２とし光センサ１４を取り付けることにより、
部分放電に伴う発光の計測ができるようになり、絶縁劣
化検出が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧機器に関
し、特に絶縁劣化検出機能を有する高電圧機器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高電圧機器の絶縁部材は、その設置環境
因子の影響で経年劣化し、劣化が進展すると部分放電を
生じる。そして、この部分放電は更に絶縁劣化の進展を
加速させる。そこで、従来、高電圧機器の絶縁劣化の程
度を確認するために、この部分放電を定量評価する手法
が開発されてきた。

【０００３】これらの手法のうち、オンライン評価が可
能な手法としては、部分放電を漏れ電流として接地線Ｃ
Ｔ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）で検出す
る方法や部分放電に伴う電磁波をアンテナで検出する方
法、また部分放電に伴って発生する超音波をＡＥ（Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサやマイクで検
出する方法等がある。

【０００４】また、定期点検時などのオフライン時に評
価する手法としては、絶縁部材の絶縁特性を測定した
り、絶縁部材表面の汚損物を拭き取って汚損度を測定し
たり、耐圧試験を実施して部分放電開始電圧をチェック
する方法等が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来、既成の
高電圧機器は、絶縁部材の性能評価を行い難い構造とな
っている。

【０００６】すなわち、まず、高電圧機器を現場から回
収しなければ、絶縁状態を評価するための種々の試験を
行えないという煩雑さがある。また、絶縁部材の絶縁特
性を測定する場合に、測定する位置や測定電極の接触状
態、あるいは測定環境条件等が点検時毎にばらつく可能
性が高く、絶縁部材の劣化状態を定量的に評価してもそ
の時系列変化の信憑性が乏しくなってしまうという懸念
もある。また、診断対象機種によっては、絶縁劣化を検
出するためのセンサを取付けられないなどの問題も起こ
りうる。

【０００７】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、絶縁部材の性能を評価
し易くし、または部分放電を検出し易くした構造の高電
圧機器を提供することにある。

【０００８】また、第２の目的は、絶縁部材の劣化を定
量評価する際に、評価条件のばらつきを抑え、評価結果
の信頼性向上を図ることが可能な高電圧機器を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の本発明に係る高電圧機器は、高電
圧機器の経年使用に伴う絶縁劣化を検出するために、機
器に使用されている絶縁部材と同じ絶縁材料で形成され
た絶縁試験片を高電圧部の絶縁部材上に取り付けたこと
を要旨とする。

【００１０】この構成により、現場から調査対象機器を
回収しなくても絶縁試験片を回収するだけで絶縁部材の
状態判定を行うことができる。また、この絶縁試験片
は、対象機器の絶縁部材上に密着させて取り付けること
により、実際の使用条件もしくは装置現場における絶縁
物の劣化を模擬することができる。

【００１１】請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の高電圧機器において、絶縁試験片が、所望の部分放
電の開始電圧を計測することが可能な構造を備えたこと
を要旨とする。

【００１２】この構成により、絶縁試験片を使って、ギ
ャップ放電、沿面放電、ボイド放電などの所望の部分放
電形態について絶縁劣化検証試験を実現することが可能
となる。

【００１３】請求項３に記載の本発明に係る高電圧機器
は、高電圧機器の経年使用に伴う絶縁劣化を検出するた
めに、機器に使用されている絶縁部材上に絶縁部材表面
の汚損物質をサンプリングする構造を備えたことを要旨
とする。

【００１４】この構成により、絶縁部材の一定面積上に
堆積あるいは付着した汚損物質を容易にサンプリングで
きるとともに、サンプリングの個人誤差の発生を防ぐこ
とができる。

【００１５】請求項４に記載の本発明に係る高電圧機器
は、高電圧機器の経年使用に伴う絶縁劣化を検出するた
めに、機器の筐体を所定の固有周波数で共振する構造と
し、固有周波数の振動をモニタリングする手段を備えた
ことを要旨とする。

【００１６】この構成により、筐体固有振動の設計値に
合ったＡＥセンサや加速度センサ等のモニタリング手段
を部分放電検出に用いれば、放電検出感度を向上させる
ことができる。

【００１７】請求項５に記載の本発明に係る高電圧機器
は、高電圧機器の経年使用に伴う絶縁劣化を検出するた
めに、放電痕を検出するための放電箇所特定用塗料を塗
布した絶縁部材を備えたことを要旨とする。

【００１８】この構成により、センサを必要とすること
なく、目視検査で絶縁部材上における部分放電の発生場
所を特定することができる。

【００１９】請求項６に記載の本発明に係る高電圧機器
は、機器内部を暗室とし、機器内部に部分放電による発
光を検出するための光センサを取り付けたことを要旨と
する。

【００２０】この構成により、オンラインでの絶縁異常
検出を可能にする。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の骨子は、絶縁劣化指標を
測定し易くし、または部分放電を検出し易くするための
試験片あるいは機器構造を予め備えておく高電圧機器を
提供することである。以下、上記のような考え方に基づ
く本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説
明する。

【００２２】図１は、本発明の一実施形態に係る高電圧
機器の概略的構成図である。同図に示す高電圧機器３０
において、１はメタルクラッド盤、２は接地線、３ａ、
４ａ、５ａはそれぞれ負荷側のＲ相母線、Ｓ相母線、Ｔ
相母線、３ｂ、４ｂ、５ｂはそれぞれ電源側のＲ相母
線、Ｓ相母線、Ｔ相母線である。

【００２３】負荷側のＲ相母線３ａ、Ｓ相母線４ａ、Ｔ
相母線５ａは導電部を介してＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔ
ｒａｎｓｆｏｍｅｒ）６に接続され、このＣＴ６は導電
部を介してＶＣＢ（Ｖａｃｕｕｍ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂ
ｒｅａｋｅｒ）７に接続されている。ＶＣＢ７は導電部
１７を介してＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｍ
ｅｒ）８に接続され、このＶＴ８は導電部を介して電源
側のＲ相母線３ｂ、Ｓ相母線４ｂ、Ｔ相母線５ｂに接続
されている。９はしきり板である。

【００２４】ＶＣＢ７とＶＴ８とを接続する導電部１７
には、絶縁試験片１０が取付けられている。図２（ａ）
は、この絶縁試験片１０が取付けられた部分の拡大断面
図で、図示のように、絶縁試験片１０が導電部１７を覆
う絶縁部材１８に取付けられている。

【００２５】また、ＣＴ６とＶＣＢ７とを接続する導電
部は、汚損物質をサンプリングするための汚損物質サン
プリング構造１１となっている。図２（ｂ）は、この汚
損物質サンプリング構造１１の詳細を示す上面図で、図
示のように、汚損物質サンプリング用シール１５が導電
部の絶縁部材表面１６に取付けられている。

【００２６】また、ＣＴ６とＶＣＢ７とを接続する導電
部の絶縁部材表面１６または導電部１７を覆う絶縁部材
１８には、放電エネルギーを受けて変色したり変質した
りする塗料が塗布されている。

【００２７】更に、高電圧機器３０の内部は暗室１２と
なっていて、この高電圧機器内部暗室１２の所定位置に
は、光センサ１４が配置されている。また、ＶＣＢ７の
筐体にはＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）
センサまたは加速度センサ１３が取付けられている。

【００２８】このように構成された本実施形態における
絶縁試験片の取付け、およびこれを用いて絶縁特性を測
定する方法について詳細に説明する。

【００２９】本実施形態では、高電圧機器３０内の高電
圧部の絶縁部材上、例えば、上述のようにＶＣＢ７とＶ
Ｔ８とを接続する導電部１７を覆う絶縁部材１８上に、
この絶縁部材１８と全く同じ材質の絶縁物を絶縁試験片
１０として密着させて取り付ける。この際、機器の絶縁
性能に影響を及ぼすことなく、簡単に絶縁部材１８上に
着脱できるように絶縁テープで貼り付けたり、絶縁材で
できた止め具等を用いる。こうしておくことにより、機
器の絶縁部材が経年使用中に設置環境から受ける温湿度
ストレスや高圧充電部と周辺大気間の電位差による電圧
ストレスなどを絶縁試験片自体も受けることになり、機
器の絶縁部材の劣化と同等のストレスを模擬することが
可能となる。

【００３０】そこで、定期点検時などオフライン時にこ
の絶縁試験片１０を機器から取り外して、その絶縁特性
や誘電特性を測定し、高電圧機器３０の絶縁部材の絶縁
性能を判定するための指標とする。絶縁試験片１０の方
が、機器に使用されている絶縁部材より電圧ストレスが
小さいので、絶縁劣化の程度は小さいと考えられる。従
って、絶縁試験片１０の絶縁特性に劣化が見られれば、
高電圧機器３０内の絶縁部材も劣化が進行していると言
える。

【００３１】絶縁部材の性能評価の仕方としては、ま
ず、絶縁試験片１０の表面抵抗や体積抵抗率を測定した
り、誘電特性を測定する方法がある。

【００３２】図３は、絶縁試験片を用いた絶縁特性測定
方法を説明するための図である。同図（ａ）に示すよう
に、上部電極３１とこれと対向する下部電極３２を有す
る絶縁・誘電特性測定端子に絶縁試験片１０を挟み込ん
で絶縁試験片１０の絶縁特性を測定する。なお、１９は
絶縁試験片上の位置合わせ点を示す。

【００３３】図３（ｂ）は、これらの電極部分を拡大し
て示す断面図及び上面図である。図において、２０はガ
ード電極、２１は主電極、２２は対向電極で、ガード電
極２０と主電極２１により上部電極３１が、また対向電
極２２により下部電極３２が構成されている。また、図
３（ｃ）及び（ｄ）に、上部電極３１及び下部電極３２
の構成を示す。

【００３４】この場合、測定位置や測定方法による計測
誤差を抑えるために、予め、図３に示すように、絶縁試
験片１０上の測定位置や絶縁試験片１０にあてる電極の
寸法（電極半径ｒなど）、また絶縁試験片１０自体の寸
法（厚さｔや面積など）を統一しておくのが望ましい。

【００３５】その他、絶縁試験片１０の耐圧試験を行っ
て、部分放電開始電圧が初期値と比べて低下していない
かどうかを確認してもよい。

【００３６】図４は、模擬部分放電試験の対象試料とな
る絶縁試験片の構造例、及び試験時の電極の配置例を示
すものである。同図に示すように、予め、絶縁試験片に
各種の部分放電モードを模擬できるような構造を入れ込
んでおき、これに電極を付けて高電圧印加試験を行う
と、各部分放電モードの放電開始電圧を測定することが
できる。

【００３７】即ち、絶縁試験片１０には、予め、空気ギ
ャップ２５及び空隙（人工ボイド）２８を設けておく。
そして、試験時にこれらの空気ギャップ２５及び空隙
（人工ボイド）を挟んで一対の電極２３を取付け、それ
ぞれギャップ放電模擬電極２４及びボイド放電模擬電極
２７とし、また試験時に絶縁試験片１０の表面に一対の
電極２３を取付けて沿面放電模擬電極２６とし、模擬部
分放電試験を行なう。

【００３８】これにより、絶縁部材の劣化を検出できる
と共に、機器内部で発生する確率の高い部分放電モード
を特定することができるようになる。

【００３９】また、本実施形態では、予め、機器の絶縁
部材上、例えば、上述のようにＣＴ６とＶＣＢ７とを接
続する導電部の絶縁部材表面１６に汚損物質をサンプリ
ングするための汚損物質サンプリング構造１１を備えて
おく。例えば、納入する高電圧機器３０が将来的に絶縁
部材の汚損度を測定したい対象となることが見込まれる
場合には、納入時に、当該機種の全ての高電圧機器３０
に共通して、絶縁部材の一部に同一素材かつ同一面積か
つ同位置という条件で絶縁シールを汚損物質サンプリン
グ用シール１５として貼り付けておく。

【００４０】こうしておけば、汚損度を測定する必要が
生じた場合や点検時などにこのシール１５を剥がして、
シール１５上に堆積した汚損物を容易に絶縁部材上から
抽出することができる。あとは剥がしたシール上の堆積
物を蒸留水などに抽出して、イオン濃度や成分を分析す
ればよい。この方法を用いれば、拭き取りによるスミア
法などと比較して、個人誤差なく汚損物をサンプリング
することが可能である。

【００４１】また、本実施形態では、予め、機器の筐体
構造を所望の固有周波数で共振する構造にする。そし
て、例えば、上述のように加速度センサまたはＡＥセン
サ１３をＶＣＢ７の筐体に取り付けて、部分放電により
発生する超音波信号による振動を検出する。このように
超音波信号による振動を検出して絶縁部材の劣化を検出
しようとする場合に、センサの計測周波数範囲が１０Ｈ
ｚ〜５０ｋＨｚであるならば、筐体の固有振動数も１０
Ｈｚ〜５０ｋＨｚの範囲内に収まるように設計する。こ
うすることにより、部分放電を検出する感度が高くな
り、絶縁劣化の早期検出を実現することができるように
なる。

【００４２】また、本実施形態では、予め、放電エネル
ギーを受けて変色したり変質したりする塗料を、高電圧
機器３０内の絶縁部材、例えば上述のようにＣＴ６とＶ
ＣＢ７とを接続する導電部の絶縁部材表面１６または導
電部１７を覆う絶縁部材１８に塗布しておく。こうする
ことにより、部分放電が発生した場合の放電痕を放電発
生履歴として絶縁部材表面に残し、定期点検時などに部
分放電発生の有無、発生位置、発生の規模などを確認す
ることができる。この場合は、オフライン時に機器内部
を目視などで検査することにより放電の規模を見極め、
絶縁部材の劣化の程度を推定する。

【００４３】また、本実施形態では、上述のように、予
め、高電圧機器３０の内部が暗室１２となるような構造
にする。そして、内部に光センサ（ＣＣＤカメラなど）
１４を取り付ける。このような構成とすることにより、
部分放電に伴う発光の計測ができるようになり、絶縁劣
化検出が容易になる。また、光センサ１４を数箇所に取
り付けたり、指向性のセンサを取り付けたりすることに
より、部分放電の発生箇所を同定することもできるよう
になる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高電圧機
器によれば、絶縁部材の性能を評価し易くし、または部
分放電を検出し易くした構造としたことにより、高電圧
機器の経年使用に伴う絶縁劣化を容易に検出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る高電圧機器の概略
的構成図。

【図２】 本発明の一実施形態における主要部の詳細な
構成を示す図で、（ａ）は絶縁試験片が取付けられた部
分の拡大断面図、（ｂ）は汚損物質サンプリング構造を
示す上面図。

【図３】 本発明の一実施形態における絶縁試験片を用
いた絶縁特性測定方法を説明するための図。

【図４】 本発明の一実施形態における模擬部分放電試
験の対象試料となる絶縁試験片の構造、及び試験時の電
極の配置を示す図。

【符号の説明】

１…メタルクラッド盤 ２…接地線 ３ａ、３ｂ…Ｒ相母線 ４ａ、４ｂ…Ｓ相母線 ５ａ、５ｂ…Ｔ相母線 ６…ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ） ７…ＶＣＢ（Ｖａｃｕｕｍ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａ
ｋｅｒ） ８…ＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ） ９…しきり板 １０…絶縁試験片 １１…汚損物質サンプリング構造 １２…高電圧機器内部暗室 １３…加速度センサ（またはＡＥセンサ） １４…光センサ １５…汚損物質サンプリング用シール １６…導電部の絶縁部材表面 １７…導電部 １８…絶縁部材 １９…絶縁試験片上の測定位置あわせ点 ２０…ガード電極 ２１…主電極 ２２…対向電極 ２３…電極 ２４…ギャップ放電模擬電極 ２５…空気ギャップ ２６…沿面放電模擬電極 ２７…ボイド放電模擬電極 ２８…空隙（人工ボイド） ３０…高電圧機器 ３１…上部電極 ３２…下部電極

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機器に使用されている絶縁部材と同じ絶縁
   材料で形成された絶縁試験片を高電圧部の絶縁部材上に
   取り付けたことを特徴とする高電圧機器。
2. 【請求項２】前記絶縁試験片は、所望の部分放電の開始
   電圧を計測することが可能な構造を備えたことを特徴と
   する請求項１に記載の高電圧機器。
3. 【請求項３】機器に使用されている絶縁部材上に絶縁部
   材表面の汚損物質をサンプリングする構造を備えたこと
   を特徴とする高電圧機器。
4. 【請求項４】機器の筐体を所定の固有周波数で共振する
   構造とし、前記固有周波数の振動をモニタリングする手
   段を備えたことを特徴とする高電圧機器。
5. 【請求項５】放電痕を検出するための放電箇所特定用塗
   料を塗布した絶縁部材を備えたことを特徴とする高電圧
   機器。
6. 【請求項６】機器内部を暗室とし、機器内部に部分放電
   による発光を検出するための光センサを取り付けたこと
   を特徴とする高電圧機器。