JP2005265492A - 電気機器の絶縁劣化診断方法と診断後の電気機器運転方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気機器における実機の熱劣化診断は困難で、かつ診断後の機器運転は不可能のなっていた。
【解決手段】絶縁層の一部をヤスリで削り落として試料を採取し、採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度か全重量減少カーブ、若しくは発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断する。また、削り落とした部位に室温硬化樹脂を塗布することで運転継続する。
【選択図】 図１
【解決手段】絶縁層の一部をヤスリで削り落として試料を採取し、採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度か全重量減少カーブ、若しくは発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断する。また、削り落とした部位に室温硬化樹脂を塗布することで運転継続する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、電気機器の絶縁劣化診断方法と診断後の電気機器運転方法に関するものである。
回転機等の電気機器においては、一旦絶縁劣化による故障が発生すると、当該機器の復旧にかかる時間と費用以外に社会的に莫大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っている。
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っている。
なお、電気機器の絶縁劣化を検出するものとしては、例えば特許文献１のようなものが公知となっている。この特許文献のものは、絶縁層を構成する樹脂の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る。
特開２００３−１０７０７５号公報
回転機における劣化は、まず第１に有機絶縁材料が熱によって劣化し、その度合いが進むにつれて機械的に固定する本来の機能が損なわれ、電磁振動などから絶縁層を守ることができなくなって損傷し、最終的には絶縁破壊に至るパターンが主である。
そのため、巻線に使用する有機絶縁材料の熱劣化度を適切に把握できれば、早い段階で劣化度を把握して機器故障を未然に防止できるが、しかし、現状では図１３のような問題点を有している。
そのため、巻線に使用する有機絶縁材料の熱劣化度を適切に把握できれば、早い段階で劣化度を把握して機器故障を未然に防止できるが、しかし、現状では図１３のような問題点を有している。
図１３は検討のために整理した従来の熱劣化把握法の説明図で、従来法１はＩＥＣ．ｐｕｂ２１６に基づく重量率、従来法２は同様にＩＥＣ．ｐｕｂ２１６に基づく絶縁破壊、機械特性、従来法３は電気的非破壊試験を示し、各従来法における熱劣化度については、従来法１，２は段階的に把握できるが、従来法３では把握できない。
また、各従来法による絶縁診断に使用する際の問題点については、例えば従来法１については、この手法は材料単品の評価が対象であり、実使用機のように複合体になると、コアと一体化されているため測定及び精度の点から不可能である。
同様に他の従来法２，３についてもそれぞれ問題を有し、これらを纏めると次のようになる。
（１）現状における劣化診断は図１４で示すよう、巻線のスロットル部の吸湿、空隙（剥離、ボイド）等を劣化現象との相関関係による電気的非破壊試験により把握する方法で、直接に絶縁材料の熱劣化度を把握することができない。
（２）巻線を機械的に固定、支持する絶縁材料（スロットル部の楔、コイルエンド部の支持物、間隔片等）の劣化度の把握ができない。
（３）また、図１５で例示すように、ＩＥＣ．ｐｕｂ２１６による耐熱性評価方法は存在するが、この方法では破壊試験、重量減少の試験項目となるため実機の巻線には直接適用できない。
また、各従来法による絶縁診断に使用する際の問題点については、例えば従来法１については、この手法は材料単品の評価が対象であり、実使用機のように複合体になると、コアと一体化されているため測定及び精度の点から不可能である。
同様に他の従来法２，３についてもそれぞれ問題を有し、これらを纏めると次のようになる。
（１）現状における劣化診断は図１４で示すよう、巻線のスロットル部の吸湿、空隙（剥離、ボイド）等を劣化現象との相関関係による電気的非破壊試験により把握する方法で、直接に絶縁材料の熱劣化度を把握することができない。
（２）巻線を機械的に固定、支持する絶縁材料（スロットル部の楔、コイルエンド部の支持物、間隔片等）の劣化度の把握ができない。
（３）また、図１５で例示すように、ＩＥＣ．ｐｕｂ２１６による耐熱性評価方法は存在するが、この方法では破壊試験、重量減少の試験項目となるため実機の巻線には直接適用できない。
本発明が目的とするところは、劣化の主要因である熱劣化の進行度を非破壊試験法によって適切に把握できる絶縁劣化診断方法と診断後の電気機器運転方法を提供することにある。
本発明の第１は、電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
本発明の第２は、電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の全重量減少率と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の全重量減少率と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
本発明の第３は、電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴としたものである。
本発明の第４は、前記絶縁層における診断対象材料は、ポリエステル樹脂若しくはエポキシ樹脂であることを特徴としたものである。
本発明の第５は、前記電気機器における診断対象は、回転機の巻線であることを特徴としたものである。
本発明の第６は、前記絶縁層の削り落とし試料重量は、略１００ｍｇ近傍であることを特徴としたものである。
本発明の第７は、電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
熱劣化度診断時に電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この試料のＴＧ−ＤＴＡによる分析結果と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断すると共に、前記削りとった部位の絶縁層に室温硬化タイプの樹脂にて補修し、電気機器の運転を継続することを特徴としたものである。
熱劣化度診断時に電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この試料のＴＧ−ＤＴＡによる分析結果と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断すると共に、前記削りとった部位の絶縁層に室温硬化タイプの樹脂にて補修し、電気機器の運転を継続することを特徴としたものである。
以上のとおり、本発明によれば、熱劣化度を把握するための試料として、回転機などの絶縁層部分をヤスリ等により削り落として使用するため、その量は１００ｍｇ程度の少量でよいため、削り落とす部位は少なく、かつその部位には室温硬化レジンによって補修して継続運転が可能となる。したっがて、実機への絶縁劣化診断が可能となるものである。
また、採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度か全重量減少カーブ、若しくは発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することから、精度よく絶縁劣化度の把握ができるものである。
更には、診断に使用する分析装置としてＴＧ−ＤＴＡを用いたことにより、減量比もしくは発熱ピークより材料の種類を選ばず、かつ操作性がよく絶縁劣化診断が可能となるものである。
また、採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度か全重量減少カーブ、若しくは発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することから、精度よく絶縁劣化度の把握ができるものである。
更には、診断に使用する分析装置としてＴＧ−ＤＴＡを用いたことにより、減量比もしくは発熱ピークより材料の種類を選ばず、かつ操作性がよく絶縁劣化診断が可能となるものである。
本発明は、物理化学的分析法である熱重量示差熱分析装置（以下ＴＧ−ＤＴＡという）を使用して測定し、対象項目として１次重量減少カーブの中間温度、全重量減少率及び発熱ピーク温度で算出した吸光度比率と、図１３で示した従来法による材料単品で実施した加熱劣化重量減少曲線とのマスターカーブと対比することにより、熱劣化の進行度を把握するものである。ＴＧ−ＤＴＡは、減量比もしくは発熱ピークより材料の種類を選ばず、かつ操作性がよい利点を有することから選定した。
なお、吸光度比率は、フーリエ変換赤外分光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）を用い、吸収ピーク温度は、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ）を用いた。また、材料単品としては、ポリエステル樹脂を対象とした。
以下具体的な実施例について説明する。
なお、吸光度比率は、フーリエ変換赤外分光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）を用い、吸収ピーク温度は、示差走査熱量分析装置（ＤＳＣ）を用いた。また、材料単品としては、ポリエステル樹脂を対象とした。
以下具体的な実施例について説明する。
まず、数十年間使用した実機回転機のコイル部分をヤスリによって１００ｇ削り落としてサンプリングした。このサンプルを粉末化して分析のための試料を作成した。なお、削り落としたコイル部分には室温硬化タイプのレジン、例えば明電ケミカル製ミューレジン＃１６６６を塗ることにより、そのまま実機として問題なく使用できる。
次に、サンプル調整されたこの試料をＴＧ−ＤＴＡによって分析測定した。図５がＴＧ−ＤＴＡ分析結果図で、分析結果とＴＧ−ＤＴＡと材料単品で実施した加熱劣化重量減少曲線とのマスターカーブとを照らし合わせ、図４で示す予め作成された自主判断基準より熱劣化度を把握する。
次に、サンプル調整されたこの試料をＴＧ−ＤＴＡによって分析測定した。図５がＴＧ−ＤＴＡ分析結果図で、分析結果とＴＧ−ＤＴＡと材料単品で実施した加熱劣化重量減少曲線とのマスターカーブとを照らし合わせ、図４で示す予め作成された自主判断基準より熱劣化度を把握する。
第１の実施例の熱劣化度の把握方法として、ＴＧ−ＤＴＡの１次重量減少カーブの中間温度と対象ポリエステル樹脂のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、判断基準から熱劣化度を判断する。図１がその関係図で、同図では図５で示すＴＧ−ＤＴＡ分析結果図における中間温度として３６６〜３８４℃を縦軸にとり、重量減少率を横軸とったもので、この図１と図４をもとに判断する。例えば、重量減少率が２．５％以下であれば熱劣化度は小さく、回転機としては運転可能状態とする。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
第２の実施例における熱劣化度の把握方法として、ＴＧ−ＤＴＡの全重量減少率と対象ポリエステル樹脂のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、判断基準から熱劣化度を判断する。
図２がその関係図で、熱劣化度とＴＧ−ＤＴＡの全重量減少率を表したものである。この実施例においても、重量減少率が２．５％以下であれば熱劣化度は小さく、回転機としては運転可能状態とする。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
図２がその関係図で、熱劣化度とＴＧ−ＤＴＡの全重量減少率を表したものである。この実施例においても、重量減少率が２．５％以下であれば熱劣化度は小さく、回転機としては運転可能状態とする。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
第３の実施例における熱劣化度の把握方法として、ＴＧ−ＤＴＡの発熱ピーク温度と対象ポリエステル樹脂のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、判断基準から熱劣化度を判断する。
図３はその熱劣化度とＴＧ−ＤＴＡの発熱ピーク温度図である。縦軸である発熱ピーク温度は、図５におけるＴＧ−ＤＴＡ分析結果の３８５〜４１０℃をとったもので、この実施例においても図４の判断基準をもとに判断される。すなわち、
重量減少率が２．５％以下であれば熱劣化度は小さく、回転機としては運転可能状態とする。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
図３はその熱劣化度とＴＧ−ＤＴＡの発熱ピーク温度図である。縦軸である発熱ピーク温度は、図５におけるＴＧ−ＤＴＡ分析結果の３８５〜４１０℃をとったもので、この実施例においても図４の判断基準をもとに判断される。すなわち、
重量減少率が２．５％以下であれば熱劣化度は小さく、回転機としては運転可能状態とする。
また、分析結果の重量減少率が２．５〜５．０％であれば熱劣化度は中程度であり、回転機は運転可能ではあるが要注意状態であると判断する。更に、分析結果の重量減少率が５．０％以上の場合には、熱劣化度は大きく更新の必要性があると判断される。
図６〜図８は試験対象をエポキシ樹脂とした場合を示したもので、図６は図１で示した実施例１に対応し、図７は図２の実施例２に、また、図８は図３で示す実施例３にそれぞれ対応しており、各実施例１〜３同様にそれぞれは図４の熱劣化度判断基準をもとに判断される。
次に、上述した絶縁劣化診断方法についての妥当性を検証した。
図９はレジンの分析指標と劣化度の関係を示したもので、試料Ａがポリエステル樹脂、Ｂがエポキシ樹脂である。また、〇印しが相関性有り、×印しは相関性無しを示しており、分析装置としてＴＧ−ＤＴＡを使用すると他の分析法装置であるＦＴ−ＩＲ、ＤＳＣと比較して重量減量比もしくは発熱ピーク温度より試料（材料）の種類を選ばないことから絶縁劣化診断に適していることが解る。
図１０はポリエステル樹脂の劣化度・重量減少率と分析減量比の関係図で、両者には一定の相関性が認められ、減量比が劣化度の指標として有効であることが解る。
図９はレジンの分析指標と劣化度の関係を示したもので、試料Ａがポリエステル樹脂、Ｂがエポキシ樹脂である。また、〇印しが相関性有り、×印しは相関性無しを示しており、分析装置としてＴＧ−ＤＴＡを使用すると他の分析法装置であるＦＴ−ＩＲ、ＤＳＣと比較して重量減量比もしくは発熱ピーク温度より試料（材料）の種類を選ばないことから絶縁劣化診断に適していることが解る。
図１０はポリエステル樹脂の劣化度・重量減少率と分析減量比の関係図で、両者には一定の相関性が認められ、減量比が劣化度の指標として有効であることが解る。
図１１は劣化度の結果図である。同図は試料としては実際の水車発電機コイルの例で、２５年、４０年、４３年間使用した固定子コイル（ポリエステル樹脂）を用いた。劣化進行度合いの違いをバランスよく検討できるように、初期低下率１３〜６５％のコイルを選定し、材料分析による検討を行った。この分析は、図１０に示す材料劣化度と分析の関係図から、その材料劣化度を算出し、実機破壊試験（ＢＤＶ）結果と比較したものである。この結果、サンプルＤ、Ｆを除き両者はよく一致した。サンプルＦについては、その破壊点の観察によりヒートサイクル劣化の影響が確認された。なお、この場合における判断基準は、図１２のものを使用した。
上記した検証の結果、ＴＧ−ＤＴＡを用いた材料分析法は、熱劣化度を把握するのに有効な手法であることが解った。
上記した検証の結果、ＴＧ−ＤＴＡを用いた材料分析法は、熱劣化度を把握するのに有効な手法であることが解った。
ＴＧ−ＤＴＡ…熱重量示差熱分析装置
ＦＴ−ＩＲ…フーリエ変換赤外分光分析装置
ＤＳＣ…示差走査熱量分析装置
ＢＤＶ…実機破壊試験
Ａ…ポリエステル樹脂
Ｂ…エポキシ樹脂
ＦＴ−ＩＲ…フーリエ変換赤外分光分析装置
ＤＳＣ…示差走査熱量分析装置
ＢＤＶ…実機破壊試験
Ａ…ポリエステル樹脂
Ｂ…エポキシ樹脂
Claims (7)
- 電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の１次重量減少カーブの中間温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。 - 電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の全重量減少率と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。 - 電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
前記電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この採取試料をＴＧ−ＤＴＡによる分析結果を求めると共に、この分析結果の発熱ピーク温度と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。 - 前記絶縁層における診断対象材料は、ポリエステル樹脂若しくはエポキシ樹脂であることを特徴とした請求項１乃至３記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
- 前記電気機器における診断対象は、回転機の巻線であることを特徴とした請求項１乃至４記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
- 前記絶縁層の削り落とし試料重量は、略１００ｍｇ近傍であることを特徴とした請求項１乃至５記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
- 電気機器絶縁層の熱劣化度を診断するものにおいて、
熱劣化度診断時に電気機器の絶縁層を削って試料を採取し、この試料のＴＧ−ＤＴＡによる分析結果と診断対象材料のＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出した重量減少率率マスターカーブを照らし合わせ、予め作成した判断基準表から熱劣化度を判断すると共に、前記削りとった部位の絶縁層に室温硬化タイプの樹脂にて補修し、電気機器の運転を継続することを特徴とした絶縁劣化診断後の電気機器運転方法。
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