JP2006170882A

JP2006170882A - 絶縁診断装置およびその診断方法

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Publication number: JP2006170882A
Application number: JP2004365783A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hiramoto; 裕行平本; Masaru Miyagawa; 勝宮川; Hironori Sekiya; 洋紀関谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】電気機器に用いられる絶縁物に付着した汚損状態を容易に把握する。
【解決手段】直流電圧を発生する直流電源部２と、前記直流電圧を印加して絶縁抵抗の経時変化を測定する絶縁抵抗測定部３と、前記絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とも対数目盛りとした両対数、および測定した時間を等分目盛りとした片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求める汚損状態判定部４とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチギヤのような電気機器に用いられる絶縁物の絶縁劣化を容易に診断し得る絶縁診断装置およびその診断方法に関する。

電気機器には、エポキシ樹脂のような絶縁材料で成形された絶縁物が多用されている。そして、この絶縁物は、塵埃などの汚損物が沿面に付着すると、絶縁抵抗が低下し、継続して電気機器を運転できなくなることがある。

このため、従来、電気機器内に汚損測定用の絶縁物を取り付け、この絶縁物に電圧を加えて絶縁抵抗を測定し、絶縁抵抗の変化から汚損の状態を監視するものが知られている。この監視では、絶縁抵抗値が所定の抵抗値（１０^８Ω）を下回ったとき、アラームが発せられるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

また、絶縁抵抗を低下させる汚損物がイオン性物質であることから、汚損物を採取して純水に溶解させ、この溶解させた水溶液の電気電導度から、汚損の状態を監視するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−２２０１５８号公報（第２〜３ページ、図１）特開２０００−３５６６６０号公報（第３ページ、図１）

上記の従来の絶縁診断装置においては、次のような問題がある。

汚損による絶縁抵抗の測定においては、汚損の程度よりも測定時の湿度や電圧の印加時間によって大きく変化する。即ち、測定時の湿度が低いと（乾燥状態）、絶縁抵抗値が時間経過によって大きく変化しないが、湿度が高いと、絶縁抵抗値が時間経過とともに大きく変化する傾向を示す。

このため、一般的には、湿度の高低に関係なく、１分間印加後の絶縁抵抗値が求められている。しかしながら、湿度が高い状態では、汚損物の種類により吸湿状態が異なり、絶縁抵抗の経時変化が安定せず所定の抵抗値を下回ったか否かを判断することが困難であった。更には、絶縁抵抗値が１０^８Ωのように比較的高い抵抗値では、測定値が測定時の周囲環境に左右されて安定せず、測定自体が困難であった。

また、汚損物を溶解させた水溶液の電気電導度の測定では、所定量の純水を準備したり、汚損物を所定の面積から採取したりしなければならなかった。そして、純水の量や採取する面積が異なると、汚損程度（汚損度）の状態を正確に把握することができず、汚損の監視が困難であった。

汚損されたにも係らず、その状態を正確に把握できないと、絶縁物には微小放電が発生して絶縁劣化を起こし、最終的には絶縁破壊に到ってしまう。このため、絶縁物に付着する汚損の状態を、容易に監視できる絶縁診断装置が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、絶縁物の汚損状態を容易に診断する絶縁診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の絶縁診断装置は、直流電圧を発生する直流電源部と、直流電圧を印加して絶縁抵抗の経時変化を測定する絶縁抵抗測定部と、絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とも対数目盛りとした両対数、および測定した時間を等分目盛りとした片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求める汚損状態判定部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、絶縁物に付着した汚損による絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とも対数目盛りとした両対数、および測定した時間を等分目盛りにした片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求めているので、絶縁物に付着した汚損状態を容易に把握することができ、絶縁劣化を未然に防ぐことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例に係る絶縁診断装置を図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る絶縁診断装置の構成を示す図、図２は、本発明の実施例に係る絶縁診断装置の絶縁診断のフローチャートを示す図、図３は、本発明の実施例に係る絶縁抵抗の経時変化を両対数目盛りで示す特性図、図４は、本発明の実施例に係る絶縁抵抗の経時変化を片対数目盛りで示す特性図である。

図１に示すように、絶縁診断装置１は、直流電圧を発生する直流電源部２と絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定部３、および絶縁抵抗測定部３で測定した絶縁抵抗から汚損状態を判定する汚損状態判定部４から構成されている。

以下、絶縁物に付着した汚損の判定方法を説明する。

図２に示すように、スイッチギヤのような電気機器に用いられている絶縁物の絶縁抵抗を絶縁抵抗測定部３で測定する（ｓｔ１）。この絶縁抵抗は、数十Ｖから数千Ｖの直流電圧を発生する直流電源部２を用い、１秒毎に数十秒間連続して測定する。また、測定時の湿度を併せて測定する。これを、絶縁物の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定手段とする。

ここで、電気機器を停電させ、電気機器の全体の絶縁抵抗を測定してもよく、また、絶縁物を電気機器内から取り外して個別に測定してもよい。更には、絶縁抵抗測定用の絶縁板を電気機器内に設置しておき、この絶縁板の絶縁抵抗を電気機器を停電させることなく測定してもよい。絶縁板を電気機器の通風孔近傍に設置すれば、過酷な汚損状態を把握することができるので好ましい。また、測定時間を数百秒としてもよいが、絶縁抵抗を正確に測定できる訳でなく、６０秒程度が好ましい。ただし、３０秒以下では、短時間すぎて正確さに欠ける。

測定した絶縁抵抗は、汚損状態判定部４で絶縁抵抗値の経時変化から、先ず、絶縁抵抗Ｒ１と測定した時間ｔとを対数目盛りとした両対数での回帰曲線として求める。即ち、絶縁抵抗Ｒ１をＲ１＝Ａ×ｔ^ｎで求める。ここで、Ａおよびｎは、定数である。そして、この回帰曲線と実際測定した絶縁抵抗特性との直線性のずれを相関係数σ１として求める（ｓｔ２）。

次に、同様の経時変化から、絶縁抵抗Ｒ２を対数目盛りとし、測定した時間を等分目盛りとした片対数での回帰曲線を求める。即ち、絶縁抵抗Ｒ２をＲ２＝Ｂ×ｅｘｐ（Ｃ×ｔ）で求める。ここで、ＢおよびＣは、定数である。そして、この回帰曲線と実際測定した絶縁抵抗特性との直線性のずれを相関係数σ２として求める（ｓｔ３）。このように、それぞれの相関係数を求めることを、絶縁抵抗を両対数または片対数で近似する絶縁抵抗近似手段とする。

次に、相関係数σ１およびσ２を比較する（ｓｔ４）。ここで、相関係数σ１およびσ２は、直線性にずれが無い１から、全く直線性に乗らない０までの範囲で求められる。

そして、相関係数σ１よりも相関係数σ２が同等以上の大きさ（σ２≧σ１）ならば（Ｙｅｓ）、絶縁物には塵埃などの汚損物が付着しているとし（ｓｔ５）、終了する。また、この逆で、相関係数σ１よりも相関係数σ２が小さければ（Ｎｏ）、汚損物の付着はないとし（ｓｔ６）、終了する。これを異なる湿度で繰り返し行う。このように、相関係数を比較することを、汚損の有無を判定する汚損状態判定手段とする。

このような汚損有無の判定は、絶縁抵抗の経時変化が、液体では片対数での回帰曲線とよく一致し、固体絶縁物では両対数での回帰曲線とよく一致することから求められている。即ち、絶縁抵抗を低下させるイオン性物質からなる汚損物が付着すると、湿気により絶縁抵抗が低下し、液体に近似した経時変化を示すものとなる。また、汚損がされていないと、絶縁物自身の絶縁抵抗の経時変化を示すものとなる。

図３および図４に１０年間使用した絶縁物（エポキシ樹脂）の測定例を示す。両図とも、特性曲線（ａ）は、温度２０℃−湿度６５％の雰囲気中で測定し、特性曲線（ｂ）は、温度２０℃−湿度８０％の雰囲気中で測定したものである。また、特性曲線（ｃ）は、汚損物を純水で洗浄して乾燥させた後、温度２０℃−湿度６５％の雰囲気中で測定し、特性曲線（ｄ）は、同様に汚損物を洗浄して乾燥させた後、温度２０℃−湿度８０％の雰囲気中で測定したものである。

これらの特性曲線の相関係数σ１およびσ２を表１に示す。

表１より、特性曲線（ｂ）において、相関係数がσ２≧σ１となり、汚損されていると判定できる。

なお、特性曲線（ａ）では、相関係数がσ２＜σ１であり、汚損されていないように見えるが、これは、汚損物の潮解現象に起因している。一般的に、絶縁抵抗を低下させる汚損物は、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムなどがあり、これらは大気中の湿度により潮解し、絶縁抵抗を低下させる。潮解する湿度は、それぞれ異なり、塩化ナトリウムが湿度約７５％、塩化マグネシウムが湿度約３３％、塩化カルシウムが湿度約３５％である。

このため、特性曲線（ａ）では、湿度６５％以下で潮解する物質が存在せず、相関係数がσ２＜σ１となったものである。これにより、この絶縁物は、湿度６５％以上で潮解する塩化ナトリウムなどによって汚損されていることが分かる。なお、塩化マグネシウムのような湿度６５％以下で潮解するものが付着していれば、相関係数がσ２≧σ１となることが想定される。

このことは、汚損物を特定することができることである。即ち、電気機器を沿岸地域に設置すると、汚損物として塩化ナトリウムが多量に付着し、湿度約７５％を境にして異なった相関係数が得られる。このため、上述のように、測定時の湿度が６５％と８０％とで相関係数の大きさが異なると、汚損物が塩化ナトリウムであると特定できる。

一方、浄水場のような個所では、塩素ガスが発生し、その化合物が汚損物として付着する。この化合物は、耐トラッキング性向上で絶縁物にカルシウムを添加していれば、塩化カルシウムが生成される。すると、湿度３５％以上から相関係数がσ２≧σ１となり、塩素ガスによる汚損物であると特定できる。

汚損物を洗浄した後の特性曲線（ｃ）および（ｄ）では、相関係数がσ２＜σ１であり、固体絶縁物の特性曲線となっている。これは、絶縁物に付着した汚損物を取り除くことにより、この絶縁物を継続して使用できることを裏付けるものである。

なお、今回、両対数での回帰曲線の定数ｎを求めていないが、各特性曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とも横軸と平行か、右上がりのため、定数ｎがプラスか０近傍のマイナスにある。このため、絶縁物自身の絶縁劣化は起きていないことになる。特性曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のそれぞれが時間経過とともに低下し、定数ｎが大きくマイナスになれば、固体絶縁物自身の絶縁劣化に起因したものとなるので、測定対象の絶縁物の交換などが必要となる。

上記実施例の絶縁診断装置によれば、絶縁物に付着した汚損物による絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とを対数目盛りの両対数、および絶縁抵抗を対数目盛り、測定した時間を等分目盛りの片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求めているので、絶縁抵抗の経時変化が汚損によるものか否かを判定でき、絶縁物の絶縁劣化を未然に防ぐことができる。

本発明の実施例に係る絶縁診断装置の構成を示す図。本発明の実施例に係る絶縁診断装置の絶縁診断のフローチャートを示す図。本発明の実施例に係る絶縁抵抗の経時変化を両対数目盛りで示す特性図。本発明の実施例に係る絶縁抵抗の経時変化を片対数目盛りで示す特性図。

符号の説明

１絶縁診断装置
２直流電源部
３絶縁抵抗測定部
４汚損状態判定部

Claims

直流電圧を発生する直流電源部と、
前記直流電圧を印加して絶縁抵抗の経時変化を測定する絶縁抵抗測定部と、
前記絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とも対数目盛りとした両対数、および測定した時間を等分目盛りとした片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求める汚損状態判定部とを備えたことを特徴とする絶縁診断装置。
前記両対数での回帰曲線の相関係数をσ１とし、前記片対数での回帰曲線の相関係数をσ２とし、相関係数がσ２≧σ１となったとき、汚損状態と判定することを特徴とする請求項１に記載の絶縁診断装置。
前記絶縁抵抗を測定する時間を６０秒としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁診断装置。
絶縁物に直流電圧を印加して絶縁抵抗の経時変化を測定する絶縁抵抗測定手段と、
前記絶縁抵抗の経時変化を、絶縁抵抗と測定した時間とも対数目盛りとした両対数、および測定した時間を等分目盛りにした片対数で整理し、それぞれの回帰曲線の相関係数を求める絶縁抵抗近似手段と、
前記それぞれの相関係数を比較する汚損状態判定手段とを備えたことを特徴とする絶縁診断装置の診断方法。
前記絶縁抵抗の測定時に、湿度を測定して汚損物質を特定することを特徴とする請求項４に記載の絶縁診断装置の診断方法。