JP2012130140A - スイッチギヤ、スイッチギヤの絶縁物の性能評価方法、及び絶縁抵抗測定用の試験片 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチギヤ内部に設置された絶縁物の絶縁性能の評価の信頼性を向上させる。
【解決手段】主母線１２等が収納されるスイッチギヤ内部の空間に、隔壁５４等により仕切られた主母線室５０Ａ等が設けられ、主母線室５０Ａに支持碍子２６が設置されているスイッチギヤ１０であって、主母線室５０Ａに設置されて絶縁抵抗測定器４２と接続され、支持碍子２６と同質の材料からなる絶縁抵抗測定用の試験片３０と、主母線室５０Ａの相対湿度を検出する湿度検出器２８と、湿度検出器２８により検出された相対湿度と、絶縁抵抗測定器４２により測定された試験片３０の絶縁抵抗との関係データを記録する記録部４６Ｂと、該記録部４６Ｂに記録された関係データに基づいて、支持碍子２６の絶縁性能を判定する判定部４６Ｃと、該判定部４６Ｃの判定結果が否定判定の場合に警報する警報器４４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチギヤ、スイッチギヤの絶縁物の性能評価方法、及び絶縁抵抗測定用の試験片に関する。

主母線、この主母線と接続される遮断器や避雷器などの機器、この遮断器などと接続されるケーブル等を金属の筐体に収容するスイッチギヤでは、金属製の隔壁によって仕切られた隔室に主母線、遮断器や避雷器、ケーブル等が収容され、主母線とその支持物との間を絶縁するために、支持碍子により隔壁に取り付けられている。このようなスイッチギヤでは、支持碍子の絶縁抵抗の測定を、収納された遮断器を開状態にすること等により確実にスイッチギヤを停電状態にして行っている。（例えば、特許文献１参照）

特開２００７−２７４８６１号公報

ところで、スイッチギヤの支持碍子等の絶縁物の絶縁抵抗が低下する要因として、絶縁物の劣化以外に測定時の周囲の相対湿度が挙げられる。このため、周囲の相対湿度が高く絶縁抵抗が低い場合、絶縁抵抗の低下の要因が、絶縁物の劣化の影響であるか、周囲の相対湿度の影響であるのかを判別できない。従って、点検時に一時的に行う絶縁抵抗の測定では、絶縁物の良否判断や劣化の傾向の把握を正確に行うことができない。

また、点検時に行う絶縁抵抗の測定では、スイッチギヤ内部の仕切り板等を取り外して行うが、実際の運転状態では、絶縁物の周囲は隔壁等により閉鎖されているため、絶縁抵抗測定時における絶縁物の周囲の状態は、運転時の状態とは異なる。このため、点検時に行う絶縁抵抗の測定では、実際の運転状態に即した適切な絶縁物の性能評価を行うことができない。

また、運転時に絶縁抵抗の測定ができないことから、スイッチギヤ内部の絶縁物の周囲の環境要因により絶縁抵抗が低下した場合に、それを検知することができず、絶縁物が正常な状態を維持できているのか否かを把握できない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチギヤ内部に設置された絶縁物の絶縁性能の評価の信頼性を向上させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチギヤは、母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されているスイッチギヤであって、該隔室に、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置と接続できるように設けられ、該絶縁物と同質の材料からなる絶縁抵抗測定用の試験片を備える。

上記スイッチギヤは、前記隔室の相対湿度を検出する湿度検出器を備えてもよい。

上記スイッチギヤは、前記湿度検出器により検出された相対湿度と、前記絶縁性能管理装置により測定された前記試験片の絶縁抵抗との関係を示す関係データを記録する記録部と、該記録部に記録された該関係データに基づいて、該絶縁物の絶縁性能を判定する判定部とを備えてもよい。

上記スイッチギヤにおいて、前記判定部は、前記関係データから求められる、相対湿度の上昇に対する絶縁抵抗の低下の度合に基づいて、前記絶縁物の絶縁性能を判定してもよい。

上記スイッチギヤは、前記判定部の判定結果が否定判定の場合に警報する警報部を備えてもよい。

上記課題を解決するために、本発明に係るスイッチギヤの絶縁物の性能評価方法は、母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されたスイッチギヤの、該隔室内の絶縁物の絶縁性能を評価する方法であって、該絶縁物と同質の材料からなる絶縁抵抗測定用の試験片を、該隔室に設置して、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置に接続し、該隔室の相対湿度を湿度検出器で検出すると共に、該絶縁性能管理装置により該試験片の絶縁抵抗を測定し、該湿度検出器により検出された相対湿度と、該絶縁性能管理装置により測定された該試験片の絶縁抵抗との関係を示す関係データを記録し、記録された該関係データに基づいて、該絶縁物の絶縁性能を判定する。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る絶縁抵抗測定用の試験片は、母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されているスイッチギヤで用いられる絶縁抵抗測定用の試験片であって、該隔室に、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置と接続可能に設けられ、該絶縁物と同質の材料からなることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチギヤ内部に設置された絶縁物の絶縁性能の評価の信頼性を向上させることができる。

一実施形態に係るスイッチギヤの概略構成を示す図である。 試験片を拡大して絶縁抵抗を測定する電極を示す図である。 絶縁性能管理装置の概略構成を示すブロック図である。 汚損させた絶縁物の相対湿度−絶縁抵抗の特性曲線を示すグラフである。 （Ａ）は、使用を開始した直後の劣化していない絶縁物の相対湿度−表面抵抗率の特性曲線を示すグラフであり、（Ｂ）は、使用開始から長期間が経過し劣化が著しい絶縁物の相対湿度−表面抵抗率の特性曲線を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。図１は、一実施形態に係るスイッチギヤ１０の概略構成を示す側断面図である。この図に示すように、スイッチギヤ１０は、接地された金属製の筐体５０と、筐体５０の天板上に配置された上部ダクト２２と、筐体５０内に設置された主母線１２、母線１３、避雷器１４、遮断器１６、電力ケーブル１８及び制御盤２０とを備えている。主母線１２は、避雷器１４と遮断器１６とを接続し、母線１３は、遮断器１６と電力ケーブル１８とを接続している。また、制御盤２０には保護継電器等を備えている。

筐体５０の図中左側の前面と図中右側の後面とには、それぞれ開閉扉５７、５８が設けられている。筐体５０の内部は、金属製の隔壁５２により、図中左側の制御盤２０側の隔室５０Ｆと図中右側の機器側の隔室５０Ｒとに仕切られている。また、筐体５０の機器側の隔室５０Ｒは、金属製の隔壁５４によって、主母線１２を収納する主母線室５０Ａと、避雷器１４を収納する避雷器室５０Ｂと、遮断器１６を収納する遮断器室５０Ｃと、機器と接続する母線１３と、電力ケーブル１８を収納するケーブル室５０Ｄとに仕切られている。

ケーブル室５０Ｄは、制御盤２０側（図中左側）に配され、その反対側（図中右側）に、避雷器室５０Ｂと遮断器室５０Ｃとが上下に重ねて配され、これらの間に主母線室５０Ａが配されている。なお、主母線室５０Ａとケーブル室５０Ｄとを仕切る隔壁５４の一部（下部）は開口しており、また、絶縁性（非金属製）の仕切り板５６で仕切られている。

開閉扉５７、５８の下部にはそれぞれ通気口５７Ａ、５８Ａが設けられている。また、上部ダクト２２の前面側及び後面側にはそれぞれ通排気口２２Ａ、２２Ｂが設けられており、通排気口２２Ａに面して換気ファン２４が設けられている。また、筐体５０の天板２３や隔壁５２、５４には通気口が設けられており、換気ファン２４が作動されると、筐体５０内の主母線室５０Ａ等の各隔室内の空気が換気される。

ここで、主母線室５０Ａにおいて、主母線１２は、絶縁物である支持碍子２６を介して金属製の隔壁５４に支持されている。また、主母線室５０Ａ内には、湿度検出器２８と、絶縁抵抗測定用の試験片３０とが設置されている。また、筐体５０内の制御盤２０側の隔室５０Ｆには、絶縁性能管理装置４０が設置されている。この絶縁性能管理装置４０は、湿度検出器２８と試験片３０とにレントゲンケーブル等の同軸ケーブル３２により接続されている。湿度検出器２８は、主母線室５０Ａ内の相対湿度を検出して絶縁性能管理装置４０へ出力する。

図２は、試験片３０を拡大して絶縁抵抗を測定する電極３４を示す図である。この図に示すように、試験片３０には一対の電極３４が設けられており、この電極３４には、同軸ケーブル３２の端子が固着されている。ここで、試験片３０は、支持碍子２６と同質の材料で支持碍子２６と同一の形状に形成された絶縁物である。

図３は、絶縁性能管理装置４０の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、絶縁性能管理装置４０は、試験片３０の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器４２と、支持碍子２６の絶縁性能の評価が正常範囲外の場合に警報する警報器４４と、絶縁抵抗測定器４２と警報器４４との制御等を行う制御装置４６とを備えている。

制御装置４６は、記録測定制御部４６Ａと、記録部４６Ｂと、判定部４６Ｃと、警報制御部４６Ｄとを備えている。記録測定制御部４６Ａは、湿度検出器２８で検出した相対湿度が所定の相対湿度値になると、絶縁抵抗測定器４２を制御し絶縁抵抗を測定するとともに、このときに湿度検出器２８により検出された相対湿度を収集する。記録部４６Ｂは、記録測定制御部４６Ａより制御し、絶縁抵抗測定器４２により測定された絶縁抵抗と湿度検出器２８により検出された相対湿度とを対応付けて記録する。また、判定部４６Ｃは、支持碍子２６の絶縁性能の良否を判定する。この判定結果が否定判定の場合、判定部４６Ｃは、警報制御部４６Ｄを制御し、警報器４４は警報する。

湿度検出器２８により、第１の所定の相対湿度値（所定の下限値であり、例えば、７０％ＲＨ）、及び、該第１の所定の相対湿度値より高い第２〜第４の所定の相対湿度値（１０％ＲＨずつ上昇する値であり、例えば、８０％ＲＨ、９０％ＲＨ、１００％ＲＨ）の何れかが検出された場合、記録測定制御部４６Ａは、絶縁抵抗測定器４２に測定指示信号を出力する。

絶縁抵抗測定器４２は、記録測定制御部４６Ａから測定指示信号を受信すると、試験片３０の絶縁抵抗の測定を開始し、測定値を記録測定制御部４６Ａに出力する。記録測定制御部４６Ａは、絶縁抵抗測定器４２から測定値が入力されると、該測定値を湿度検出器２８により検出された相対湿度と共に、記録部４６Ｂに記録させる。ここで、湿度検出器２８により、複数の相対湿度値（例えば、７０％ＲＨ、８０％ＲＨ）が検出された段階で、相対湿度−絶縁抵抗の特性曲線が作成される。なお、同値の相対湿度が再度検出された場合には、絶縁抵抗の測定が再度実施され、記録部４６Ｂに記録されている当該相対湿度に対応する絶縁抵抗が更新される。

判定部４６Ｃは、作成された相対湿度−絶縁抵抗の特性曲線の傾き（相対湿度値の上昇量に対する絶縁抵抗値の低下量の割合）が正常範囲内であるか否かを判定し、正常範囲外である場合に、警報制御部４６Ｄに判定信号を出力する。警報制御部４６Ｄは、判定部４６Ｃから判定信号を受信すると、警報器４４に警報指示信号を出力し、これにより警報器４４が警報を発する。

ところで、支持碍子２６等の絶縁物の表面が、汚損物の付着により汚損した状態で、天候の状態により絶縁物周囲の湿度が上昇し湿潤すると、該絶縁物の絶縁抵抗が急激に低下する。この状態の絶縁物に電圧が印加されると、漏れ電流が断続的に流れると共に、微小な放電電流が発生する。

ここで、印加電圧が低い場合には、漏れ電流のジュール熱によって、絶縁物の表面全体で一様に水分が蒸発して、該表面全体が一様に乾燥する。しかし、印加電圧が高い場合には、局部的な乾燥帯（ドライバンド）が形成され、電圧が該乾燥帯に集中することにより微小な放電（シンチレーション等）が発生する。その結果、絶縁材料によってはトラッキング現象、即ち、絶縁材料の一部が放電により熱分解し、炭素が遊離して炭化導電路を形成することで、有機絶縁材料特有の絶縁破壊の現象が発生する。

図４は、汚損させた絶縁物の相対湿度−絶縁抵抗の特性曲線を示すグラフである。なお、このグラフの特性曲線は、該特性曲線を得るために、１０ｍｍ×１０ｍｍ×７０ｍｍの直方体の試験片の表面に、汚損度が０．０３ｍｇ／ｃｍ^２（単位面積当りの塩化ナトリウムの付着量）の汚損液をスプレーで付着させた後に乾燥させ、恒温・恒湿の槽内で温度一定の条件（４０℃）において湿度を変化させた場合の実験例の特性曲線である。

図４のグラフに示すように、相対湿度が７０％ＲＨを超えて上昇すると、絶縁抵抗が急激に低下する。このような現象が起こるのは、相対湿度が７０％ＲＨを超えると、乾燥させた汚損液中の塩分が潮解を起こすためである。このため、絶縁物の汚損度が低い場合には、相対湿度が８５％ＲＨを超えるまでは絶縁抵抗の急激な低下は生じないとされているのに対し、汚損度が高い絶縁物を高湿度環境下で使用した場合には、相対湿度が７０％ＲＨを超えたところで、漏れ電流が増加して絶縁抵抗の低下が急激に加速することになる。

図５（Ａ）は、使用を開始した直後の劣化していない絶縁物の相対湿度−表面抵抗率の特性曲線を示すグラフである。また、図５（Ｂ）は、使用開始から長期間が経過し劣化が著しい絶縁物の相対湿度−表面抵抗率の特性曲線を示すグラフである。図５（Ａ）のグラフに示すように、使用を開始した直後で絶縁物が劣化していない場合は、相対湿度の上昇による表面抵抗率（絶縁抵抗）の低下の度合いが小さい。一方、図５（Ｂ）のグラフに示すように、使用開始から長期間が経過し絶縁物の劣化が著しくなるほど、相対湿度の上昇による表面抵抗率（絶縁抵抗）の低下の度合いが著しく大きくなる。

以上に鑑み、スイッチギヤ１０の運転中における支持碍子２６の絶縁抵抗と周囲の相対湿度との相関関係を把握し、該相関関係に基づいて支持碍子２６の劣化の傾向を把握する必要がある。しかしながら、支持碍子２６の絶縁抵抗を直接するためにはスイッチギヤ１０を停電状態にする必要がある。

そこで、本実施形態では、支持碍子２６が設置された主母線室５０Ａ内に、支持碍子２６と同質の材料で同一の形状の試験片３０を設置し、該試験片３０の絶縁抵抗を測定する。即ち、試験片３０の絶縁抵抗を、支持碍子２６の絶縁抵抗の代用値として用いる。また、主母線室５０Ａ内の相対湿度を湿度検出器２８で検出する。そして、測定された試験片３０の絶縁抵抗と、絶縁抵抗測定時の主母線室５０Ａ内の相対湿度とを、記録することにより、試験片３０の絶縁抵抗と主母線室５０Ａ内の相対湿度との相対関係を表す「絶縁抵抗−相対湿度の特性曲線」を作成する。そして、作成した特性曲線に基づいて、支持碍子２６の絶縁性能の良否判定を行う。

以上により、本実施形態に係るスイッチギヤ１０によれば、主母線室５０Ａ内の相対湿度が高く支持碍子２６の絶縁抵抗が低いような場合に、絶縁抵抗の低下の要因が、絶縁物の劣化の影響であるか、周囲の相対湿度の影響であるのかを判別できる。従って、点検時に一時的に行う絶縁抵抗の測定とは異なり、支持碍子２６の絶縁性能の良否判断や劣化の傾向の把握を正確に行うことができる。

また、支持碍子２６の周囲を隔壁５４等により閉鎖した状態で、即ち、運転時の状態で、支持碍子２６と同様の絶縁物であり同様の環境下にある試験片３０の絶縁抵抗を測定できる。従って、点検時に行う絶縁抵抗の測定とは異なり、実際の運転状態に即した適切な支持碍子２６の絶縁性能の評価を行うことができる。

また、運転時に支持碍子２６と同様の絶縁物であり同様の環境下にある試験片３０の絶縁抵抗の測定ができることから、スイッチギヤ１０内の支持碍子２６の周囲の環境要因により支持碍子２６の絶縁抵抗が低下した場合に、それを検知することができ、支持碍子２６が正常な状態を維持できているのか否かを把握できる。

従って、本実施形態に係るスイッチギヤ１０によれば、スイッチギヤ１０内の支持碍子２６の性能評価の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、上記実施の形態では、絶縁性能の評価をする絶縁物として、主母線室５０Ａに設置された支持碍子２６を例に挙げて本発明を説明したが、避雷器室５０Ｂや遮断器室５０Ｃ等の他の隔室に設置されている絶縁物の絶縁性能を評価するのに、本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、湿度検出器２８をスイッチギヤ１０の隔室内に設置して該隔室内の相対湿度を検出し、その検出値に基づいて支持碍子２６の絶縁性能を評価した。しかし、隔室の外部やスイッチギヤ１０の外部の相対湿度を検出して、その検出値を絶縁物が設置された隔室内の相対湿度の代用値として支持碍子２６の絶縁性能を評価してもよい。

１０ スイッチギヤ
１２ 主母線
１３ 母線
１４ 避雷器
１６ 遮断器
１８ 電力ケーブル
２０ 制御盤
２２ 上部ダクト
２２Ａ、２２Ｂ 通排気口
２３ 天板
２４ 換気ファン
２６ 支持碍子（絶縁物）
２８ 湿度検出器
３０ 試験片
３２ 同軸ケーブル
３４ 電極
４０ 絶縁性能管理装置
４２ 絶縁抵抗測定器
４４ 警報器（警報部）
４６ 制御装置
４６Ａ 記録測定制御部
４６Ｂ 記録部
４６Ｃ 判定部
４６Ｄ 警報制御部
５０ 筐体
５０Ａ 主母線室（隔室）
５０Ｂ 避雷器室
５０Ｃ 遮断器室
５０Ｄ ケーブル室
５０Ｆ、５０Ｒ 隔室
５２、５４ 隔壁
５６ 仕切板
５７、５８ 開閉扉
５７Ａ、５８Ａ 通気口

Claims (7)

1. 母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されているスイッチギヤであって、
   該隔室に、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置と接続できるように設けられ、該絶縁物と同質の材料からなる絶縁抵抗測定用の試験片を備えるスイッチギヤ。
2. 前記隔室の相対湿度を検出する湿度検出器を備える請求項１に記載のスイッチギヤ。
3. 前記湿度検出器により検出された相対湿度と、前記絶縁性能管理装置により測定された前記試験片の絶縁抵抗との関係を示す関係データを記録する記録部と、
   該記録部に記録された該関係データに基づいて、該絶縁物の絶縁性能を判定する判定部と、
   を備える請求項２に記載のスイッチギヤ。
4. 前記判定部は、前記関係データから求められる、相対湿度の上昇に対する絶縁抵抗の低下の度合に基づいて、前記絶縁物の絶縁性能を判定する請求項３に記載のスイッチギヤ。
5. 前記判定部の判定結果が否定判定の場合に警報する警報部を備える請求項３又は請求項４に記載のスイッチギヤ。
6. 母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されたスイッチギヤの、該隔室内の絶縁物の絶縁性能を評価する方法であって、
   該絶縁物と同質の材料からなる絶縁抵抗測定用の試験片を、該隔室に設置して、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置に接続し、
   該隔室の相対湿度を湿度検出器で検出すると共に、該絶縁性能管理装置により該試験片の絶縁抵抗を測定し、
   該湿度検出器により検出された相対湿度と、該絶縁性能管理装置により測定された該試験片の絶縁抵抗との関係を示す関係データを、記録し、
   記録された該関係データに基づいて、該絶縁物の絶縁性能を判定するスイッチギヤの絶縁物の性能評価方法。
7. 母線や該母線に接続された機器が収納される内部空間に、隔壁により仕切られた隔室が設けられ、該隔室に絶縁物が設置されているスイッチギヤで用いられる絶縁抵抗測定用の試験片であって、
   該隔室に、絶縁抵抗測定機能を有する絶縁性能管理装置と接続可能に設けられ、該絶縁物と同質の材料からなることを特徴とする絶縁抵抗測定用の試験片。

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