JP2020041804A - Insulation life test method and insulation test body - Google Patents
Insulation life test method and insulation test body Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020041804A JP2020041804A JP2018166763A JP2018166763A JP2020041804A JP 2020041804 A JP2020041804 A JP 2020041804A JP 2018166763 A JP2018166763 A JP 2018166763A JP 2018166763 A JP2018166763 A JP 2018166763A JP 2020041804 A JP2020041804 A JP 2020041804A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulation
- test
- side electrode
- polymer compound
- laminated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
- G01R31/1218—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing using optical methods; using charged particle, e.g. electron, beams or X-rays
Abstract
Description
本発明は、絶縁寿命試験方法および絶縁試験体に関する。 The present invention relates to an insulation life test method and an insulation test body.
回転電機では、その絶縁寿命を評価するため実機コイルあるいはそれと同等の模擬コイルを作製し評価を行うのが一般的である(文献1参照)。実機コイルを使用した絶縁寿命の評価では、長期の課電時間が必要で結果を得るまでに、たとえば5000時間程度の時間がかかる。また、コイルの作製時に欠陥を含むため、破壊までの時間に大きくばらつきがあり評価のためには一定数のサンプルが必要である。そのため、使用材料の変更や新たな絶縁材料の開発などで、多種材料の絶縁寿命を評価することは大きなコスト、労力を伴う。このような理由から、最終的に実機に適用する段階の評価は実機コイルで行い、その前に候補となる材料をスクリーニングするような段階では簡易的にその絶縁寿命特性を評価できる方法が望まれるが、開発はなされていない。 In general, in order to evaluate the insulation life of a rotating electric machine, an actual coil or a simulated coil equivalent thereto is manufactured and evaluated (see Document 1). In the evaluation of the insulation life using an actual coil, a long power application time is required, and it takes, for example, about 5000 hours to obtain a result. In addition, since a defect is included in the production of the coil, the time until destruction varies greatly, and a certain number of samples are required for evaluation. For this reason, evaluating the insulation life of various materials by changing the material used or developing a new insulating material involves a large cost and labor. For this reason, a method is desired in which the evaluation of the stage finally applied to the actual machine is performed using the actual machine coil, and the insulation life characteristics can be easily evaluated in the stage of screening candidate materials before that. However, it has not been developed.
絶縁寿命特性を評価するには実機コイルと同等の絶縁劣化状態を模擬する必要がある。回転電機の絶縁は、素線絶縁と素線間の絶縁(ターン間絶縁)、無機物であるマイカをテープ状にしたマイカテープを素線同士の周囲に巻きつけた主絶縁,主絶縁周囲からコイルエンドの電界緩和の目的で巻かれる半導電層と電界緩和層で主に構成される。最終的に、たとえば真空加圧システムの場合は、これらを含浸樹脂により含浸/硬化することにより完成される。ここでは、主絶縁の絶縁寿命について考える。主絶縁の絶縁劣化は、素線絶縁やターン絶縁近傍や、絶縁層内の微小空隙(ボイド)のような電界が集中する箇所や欠陥から部分放電が発生し、それにより電気トリーと呼ばれる空孔が発生する。発生した電気トリーが進展し,最終的に絶縁破壊に至る。コイル主絶縁において電気トリーは、マイカテープの層間(エポキシ樹脂が含浸されている部分)を進展していくとされる(文献2参照)。すなわちこのマイカテープ間を電気トリーが進展していく劣化状態を模擬するサンプルを作製できれば、実機コイルを使用した主絶縁の絶縁寿命評価を簡易的かつ短時間に行うことができる。 In order to evaluate the insulation life characteristics, it is necessary to simulate the state of insulation deterioration equivalent to that of the actual coil. The insulation of the rotating electrical machine is made of wire insulation and insulation between wires (inter-turn insulation), mica tape made of inorganic mica in a tape shape, main insulation wound around wires, and coil from the main insulation. It is mainly composed of a semiconductive layer wound for the purpose of relaxing the electric field at the end and an electric field relaxing layer. Finally, for example, in the case of a vacuum pressurization system, these are completed by impregnating / curing them with an impregnating resin. Here, the insulation life of the main insulation is considered. Deterioration of insulation of the main insulation is caused by partial discharges generated from the vicinity of wire insulation or turn insulation, or from places where electric fields are concentrated or defects, such as minute voids (voids) in the insulating layer. Occurs. The generated electrical tree progresses, eventually leading to dielectric breakdown. In the coil main insulation, the electrical tree is said to extend between the layers of the mica tape (the portion impregnated with the epoxy resin) (see Document 2). That is, if a sample that simulates the deterioration state in which the electrical tree develops between the mica tapes can be manufactured, the insulation life evaluation of the main insulation using the actual coil can be performed simply and in a short time.
上記したように、実機コイルを用いた絶縁寿命特性の評価は時間、コストがかかり、多種の材料から適切な材料をスクリーニングするような場合には適さず、簡易的に評価することができる方法が求められる。 As described above, the evaluation of the insulation life characteristics using the actual coil is time-consuming and costly, and is not suitable for screening an appropriate material from various types of materials. Desired.
そこで、本発明は、簡易的に絶縁寿命特性を評価可能とすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to make it possible to easily evaluate the insulation life characteristics.
上述の目的を達成するため、本発明に係る絶縁寿命試験方法は、無機材である主絶縁層と有機材である高分子化合物層とを積層させた積層体と、前記積層体にそれぞれの先端が間隔を有するように挿入された印加側電極および接地側電極と、を有する絶縁試験体を準備し、試験装置を構成する準備ステップと、前記積層体に前記主絶縁層に沿った方向に電圧を印加する電圧印加ステップと、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, an insulation life test method according to the present invention includes a laminate in which a main insulating layer made of an inorganic material and a polymer compound layer made of an organic material are laminated, Preparing an insulation test body having an application-side electrode and a ground-side electrode inserted so as to have an interval, a preparation step of configuring a test apparatus, and applying a voltage to the laminate in a direction along the main insulation layer. And applying a voltage.
また、本発明に係る絶縁試験体は、無機材である少なくとも1つの主絶縁層と有機材である少なくとも一つの高分子化合物層とを積層させた積層体と、前記主絶縁層が広がる面に平行に1つの高分子化合物層の第1の端部に挿入された印加側電極と、前記高分子化合物層の前記第1の端部と反対側の第2の端部側から挿入されその一方の端部が前記先端部との間に所定の間隔をあけて挿入された接地側電極と、を備え、前記積層体は、外部から内部状態の観察が可能な程度の厚みとなるように積層されていることを特徴とする。 In addition, the insulation test body according to the present invention has a laminate in which at least one main insulating layer made of an inorganic material and at least one polymer compound layer made of an organic material are laminated, and a surface where the main insulating layer spreads. An application-side electrode inserted in parallel at the first end of one polymer compound layer, and one of the application-side electrodes inserted from the second end of the polymer compound layer opposite to the first end And a ground-side electrode inserted at a predetermined interval between the end portion and the tip end portion, and the laminated body is laminated so that the internal state can be observed from the outside. It is characterized by having been done.
本発明によれば、簡易的に絶縁寿命特性を評価可能とする。 According to the present invention, the insulation life characteristics can be easily evaluated.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る絶縁寿命試験方法および絶縁試験体について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, an insulation life test method and an insulation test body according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁寿命試験方法の手順を示すフロー図である。絶縁寿命試験は、絶縁試験体に電圧が印加された状況における電気トリーの進展およびこれによる絶縁試験体の絶縁破壊を再現させるものである。また、その特性に基づいて望ましい絶縁材料を選択する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a flowchart showing the procedure of the insulation life test method according to the first embodiment of the present invention. The insulation life test reproduces the progress of the electrical tree in a situation where a voltage is applied to the insulation test specimen and reproduces the dielectric breakdown of the insulation test specimen. Also, a desirable insulating material is selected based on the characteristics.
絶縁寿命試験方法においては、まず、試験対象絶縁材料を選択する(ステップS01)。すなわち、実機における使用を検討している絶縁材料、あるいは、使用を予定しているがその絶縁特性を詳細に把握しようとする絶縁材料を選択する。 In the insulation life test method, first, an insulation material to be tested is selected (step S01). That is, an insulating material which is being considered for use in an actual machine or an insulating material which is to be used but whose insulating characteristics are to be grasped in detail is selected.
図2は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁寿命試験方法の対象である絶縁物を使用する例としての固定子の端部近傍の部分的斜視図である。固定子10は、図示しない回転子のロータシャフトの回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板11aを有する固定子鉄心11と、複数の固定子巻線12を備える。
FIG. 2 is a partial perspective view of the vicinity of an end of a stator as an example using an insulator which is an object of the insulation life test method according to the first embodiment of the present invention. The
固定子巻線12は、束ねられた複数の導体13a(図3)を有する積層導体13と、その周囲に主絶縁テープ20が巻回された主絶縁17と、主絶縁17の外側に施された電界緩和層18と、さらにその外側に施された半導電層19を有する。
The stator winding 12 is provided on a laminated
固定子鉄心11の径方向内側には、周方向に互いに間隔をおいて軸方向に貫通する複数の固定子スロット11bが形成されている。上述のように外側に絶縁処理を施された積層導体13は、それぞれの固定子スロット11b内を軸方向に貫通する。同一の固定子スロット11b内に収納され径方向に互いに隣接する2つの積層導体13の間は、スペーサ16により互いの間隙が保持されている。
A plurality of
また、それぞれの固定子スロット11bの積層導体13の径方向内側には、くさび15が設けられ、積層導体13が、固定子鉄心11の径方向内側表面から突出するのを防止している。くさび15の径方向内側、径方向に互いに隣接する固定子巻線12の間、および径方向内側の固定子巻線12の径方向内側には、間隙調整および絶縁処理部分の保護のためのスペーサ16が設けられている。
Further, a
図3は、固定子巻線の積層導体の構成を示す横断面図である。積層導体13においては、7つの導体13aが径方向に積層され、これが周方向に2列に並んでいる。導体13a同士の間の絶縁のために、それぞれの導体13aには、外側にターン絶縁14が施されている。なお、積層導体13を構成する導体13aの数は、14個に限らず、他の個数でもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the laminated conductor of the stator winding. In the laminated
積層導体13の外側には、複数層の主絶縁17が施されている。図3では、5層の主絶縁17が施されている場合を例にとって示しているが、これに限定されない。たとえば、1層でもよいし、5回以上の複数層でもよい。層数は、絶縁部分に加わる電位差、主絶縁17の絶縁テープの耐電圧性能等により設定することでよい。
A plurality of layers of
図4は、主絶縁テープの構成を示す縦断面図である。主絶縁テープ20は、互いに対向する主絶縁層21と繊維強化部22、およびこれらを結合させる接合用高分子重合体23を有する。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the main insulating tape. The main
主絶縁層21は、基本的に絶縁機能を担う部分である。また、繊維強化部22は、主絶縁層21に沿って主絶縁層21を支持することにより主絶縁テープ20としての強度を確保する機能を有する部分である。接合用高分子重合体23は、繊維強化部22に浸透し、繊維強化部22と主絶縁層21とを接合させる。
The main insulating
ここで、主絶縁層21の材質は、たとえば、無焼成マイカあるいは焼成マイカなどの粉末をペーパ状にした無機材である。また、繊維強化部22の材料は、たとえば、ガラス繊維などであり、通常は、網目状に編み込まれている。また、接合用高分子重合体23は、たとえば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはシリコン樹脂などの有機材である。
Here, the material of the main insulating
主絶縁層21の厚みは、たとえば100μm程度である。また、繊維強化部22の厚みは、これより薄くたとえば30μm程度である。図4において、主絶縁テープ20の構成部分として繊維強化部22、接合用高分子重合体23および主絶縁層21を図示したが、接合用高分子重合体23については、繊維強化部22に浸み込むとともに、主絶縁層21と繊維強化部22を接合する役割を有する。このため、接合用高分子重合体23のみの部分の厚みは殆どなく、主絶縁層21と繊維強化部22は通常は互いに殆ど接している状態である。
The thickness of main insulating
主絶縁テープ20は、主絶縁層21側を絶縁対象物側、繊維強化部22を外側にして巻回される。
The main
図5は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁寿命試験方法の対象である絶縁物を使用する例としての固定子巻線の主絶縁の構成を示す部分縦断面図である。図5では、積層導体13を構成する1つの導体13aの表面近傍の一部のみを示している。導体13aの表面には、ターン絶縁14が施されている。
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view showing a configuration of main insulation of a stator winding as an example using an insulator which is an object of the insulation life test method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 shows only a part of the vicinity of the surface of one
ターン絶縁14の外側に主絶縁17が施されている。具体的には、主絶縁17は、ターン絶縁14が施された導体13aの表面に、主絶縁テープ20を巻回し、さらに、高分子重合体を含浸させることにより形成される。
A
図5では、ハーフラップ方式で2回巻回した場合を例にとって示している。すなわち、1回目の巻回と2回目の巻回のそれぞれにおいて、テープの幅の半分ずつ重複させながら巻回している。言い換えれば、テープの幅の半分ずつずらしながら、図の白抜き矢印の方向に巻回箇所を移動させながら巻回している。このため、それぞれの巻回において、主絶縁層21は、幅方向に半分ずつ重なっている。
FIG. 5 shows an example in which winding is performed twice by the half-wrap method. That is, in each of the first winding and the second winding, the tape is wound while overlapping by half the width of the tape. In other words, winding is performed while moving the winding portion in the direction of the white arrow in the figure while shifting the tape by half the width of the tape. Therefore, in each winding, the main insulating
主絶縁17の厚み方向に、主絶縁層21の内外には、含浸後高分子重合体部25が形成されている。含浸後高分子重合体部25は、図5では図示を省略している繊維強化部22の内部および外側に存在した接合用高分子重合体23と、含浸工程で外部から浸入した高分子重合体とが混合して形成される。
In the thickness direction of the
図5の矢印曲線Tは、電気トリーの進展状態を模擬的に表示している。図5で示すように、電気トリーは、主絶縁層21を貫通せずに、主絶縁層21の外側、すなわち、含浸後高分子重合体部25の中を、主絶縁層21に沿って進展する。なお、繊維強化部22はたとえば網目構造であり電気トリーの進展を妨げない部分であり、電気トリーの進展の上では、編み目構造内を含めて存在する含浸後高分子重合体部25が重要なため、前述のように繊維強化部22の図示を省略している。
An arrow curve T in FIG. 5 simulates the progress of the electric tree. As shown in FIG. 5, the electric tree does not penetrate the main insulating
巨視的には、電界の方向は主絶縁17の厚み方向であるが、たとえば図5のA部に示すように、微視的には、主絶縁層21に沿った方向にも電界の成分が存在し、電気トリーは主絶縁層21に沿って進展する。
Macroscopically, the direction of the electric field is the thickness direction of the
次に、絶縁試験体100(図6)を準備し、試験装置150(図8)を構成する(ステップS02)。 Next, the insulation test body 100 (FIG. 6) is prepared, and the test apparatus 150 (FIG. 8) is configured (Step S02).
図6は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁試験体の構成を示す図7のVI−VI線矢視断面図であり、図7は、図6のVII−VII線矢視断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI of FIG. 7 showing a configuration of the insulation test body according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII of FIG. It is.
絶縁試験体100は、積層体110、接地側電極120、印加側電極130を有する。
The
積層体110は、平面的に拡がった複数の主絶縁層111および複数の高分子化合物層112を有する。複数の主絶縁層111は、互いに平行に積層されている。複数の高分子化合物層112は、積層されている主絶縁層111の間に配されている。
The
なお、主絶縁テープ20の一部を同一形状に切り出したものを複数枚互いに重ねて、高分子化合物を含浸させることにより、積層体110を形成してもよい。この場合は、高分子化合物により満たされた繊維強化部22が主絶縁層111の間に配され、これが高分子化合物層112となる。
The laminate 110 may be formed by stacking a plurality of pieces of the main insulating
なお、図6および図7に示すように、長方形の主絶縁層111が積層されることにより、積層体110の外形は直方体であるが、これに限定されない。すなわち、積層される主絶縁層111の形状は、長方形以外のたとえば楕円や他の多角形であってもよい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the outer shape of the
接地側電極120は、積層体110の端部に取り付けられており、すべての主絶縁層111および高分子化合物層112は、その一部が接地側電極120に接することになる。
The
印加側電極130は、長く延びた平板状の金属で、先端131が鋭角に尖っている。印加側電極130は、複数の高分子化合物層112のいずれかの層に、尖った先端131を先にして主絶縁層111が広がる面に平行に挿入されている。なお、印加側電極130は、積層体110を形成する際に、予め互いに隣接する主絶縁層111の間に挟みこまれていてもよい。
The application-
印加側電極130の先端131と、接地側電極120との間の間隔Dは、所定の値となるように管理される。
The distance D between the
なお、以上は、尖った先端131を有する印加側電極130の場合を例にとって示したが、これには限定されない。たとえば、先端が曲面状、あるいは、平面状の電極の場合であってもよい。
In the above, the case of the application-
図8は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁寿命試験方法に用いる試験装置の構成を示す縦断面図である。試験装置150は、3つの絶縁試験体100、接続導体151、152、および電源153を有する。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a test apparatus used for the insulation life test method according to the first embodiment of the present invention. The
3つの絶縁試験体100は、互いに並列に配されている。接地側電極120は、互いに接続導体151により電気的に接続され、接続導体151は、接地されている。また、印加側電極130は、互いに接続導体152により電気的に接続されており、接続導体152は、電源153に接続されている。
The three
絶縁試験体100は、図8では3個の場合を例にとって示しているがこれに限定されない。所定の経過時間における電気トリーの観察をするために、破壊調査をする上で必要な個数、あるいは、比較対象とする高分子化合物層112の種類に応じて必要となる個数等を勘案して個数を設定すればよい。あるいは、試験装置150を複数準備してもよい。この場合、電源153を共用してもよい。
FIG. 8 shows an example of three
次に、電極間に所定の電圧を印加し、主絶縁層111に沿った方向、すなわち、主絶縁層111の広がる面に平行な方向に電界を形成する(ステップS03)。電圧は、たとえば、固定子巻線12と接地間の電圧としの高圧の交流電圧である。直流機器用の評価では直流電圧、またインバータ駆動回転機の場合には、繰り返しインパルス電圧を印加するなど、電圧波形は、適宜選定される。
Next, a predetermined voltage is applied between the electrodes, and an electric field is formed in a direction along the main insulating
以上のような構成で、印加側電極130に電圧を印加することにより、印加側電極130の先端131から接地側電極120の方向への電界が生じ、印加側電極130の先端131で電気トリーが生ずると、間隔D(図7)を有する領域において、電気トリーの進展が再現される。
With the above configuration, by applying a voltage to the application-
したがって、絶縁試験体100における電気トリーの進展は、図5に示す主絶縁17において互いに隣接する主絶縁層21に挟まれたA部での電気トリーの進展を模擬したものとなる。電気トリーは最終的に電極に到達し、絶縁破壊がおきるが、この破壊までの時間を計測する事で材料のスクリーニングを行える。
Therefore, the development of the electrical tree in the
次に、接地側電極120を取り外して、接地側電極120に接する側の積層体110の端面を定期的に確認する(ステップS04)。この際、端面を電気トリーが貫通しているか否かを判定する(ステップS05)。端面を電気トリーが貫通していないと判定された場合(ステップS05 NO)には、接地側電極120を再び取り付けて、ステップS04およびステップS05を繰り返す。
Next, the ground-
端面を電気トリーが貫通したと判定された場合(ステップS05 YES)には、電気トリーが貫通した絶縁試験体100を取り出し、電気トリーの詳細を調査する(ステップS06)。
When it is determined that the electric tree has penetrated the end face (step S05 YES), the
次に、すべての絶縁試験体100の調査を終了したか否かを判定する(ステップS07)。すべての絶縁試験体100の調査を終了したと判定されなかった場合(ステップS07 NO)には、ステップS03ないしステップS07を繰り返す。
Next, it is determined whether the inspection of all the
すべての絶縁試験体100の調査を終了したと判定された場合(ステップS07 YES)には、絶縁破壊時間と絶縁確率の関係を整理する(ステップS08)。
When it is determined that the inspection of all the
なお、上述のステップのうち、ステップS04ないしステップS06は、必須ではない。すなわち、電気トリーが貫通すると、接続導体151と接続導体152との間の絶縁が破壊される。試験装置150では、図示していないが、電圧計および電流計により状態を監視、記録している。また、絶縁破壊による短絡時には、図示していないが電源153では自動的にブレーカ等の保護装置が動作する。このため、絶縁が破壊された時点は、自動的に記録され、確認することができる。絶縁破壊されれば、どの積層体110で発生したかを、電気的にチェックし、その部分のみ、試験装置150から取り外せばよい。このような手順でも、後述する特性曲線を作成することができる。
Steps S04 to S06 among the above steps are not essential. That is, when the electric tree penetrates, the insulation between the
図9は、本発明の第1の実施形態に係る絶縁寿命試験方法により得られた特性曲線の例を示すグラフである。横軸は、絶縁破壊時間(hour)、縦軸は、破壊確率(%)である。印加側電極130の先端131と接地側電極120との間の間隔Dは3mmであり、印加電圧は、12kVrmsである。
FIG. 9 is a graph showing an example of a characteristic curve obtained by the insulation life test method according to the first embodiment of the present invention. The horizontal axis represents the dielectric breakdown time (hour), and the vertical axis represents the probability of breakdown (%). The distance D between the
黒ぬりの丸印は、高分子化合物層112がナノフィラーを含まない場合、白塗りのひし形は、高分子化合物層112が10wt%のナノフィラーを含む場合、また、黒塗りの四角は、高分子化合物層112が5wt%のナノフィラー子を含む場合のデータを示す。また、実線Aは、高分子化合物層112がナノフィラーを含まない場合、破線Bは、高分子化合物層112が10wt%のナノフィラーを含む場合、また、一点差線Cは、高分子化合物層112が5wt%のナノフィラーを含む場合の、それぞれの試験結果に基づく特性曲線(ワイブルV−t曲線)を示す。
Black circles indicate that the
つぎに、予定したすべての絶縁材料の調査を終了したか否かを判定する(ステップS09)。予定したすべての絶縁材料の調査を終了したと判定されなかった場合(ステップS09 NO)には、ステップS01ないしステップS09を繰り返す。 Next, it is determined whether the investigation of all the scheduled insulating materials has been completed (step S09). If it is not determined that the investigation of all the scheduled insulating materials has been completed (NO in step S09), steps S01 to S09 are repeated.
予定したすべての絶縁材料の調査を終了したと判定された場合(ステップS09 YES)には、候補絶縁材料を選択する(ステップS10)。 If it is determined that the investigation of all the scheduled insulating materials has been completed (step S09: YES), a candidate insulating material is selected (step S10).
図9に示した結果の場合には、高分子化合物層112が5wt%のナノフィラーを含む場合が、絶縁破壊時間がもっとも長く、絶縁性能がよいと判断され、5wt%のナノフィラーを含む高分子化合物層112が選択されることになる。
In the case of the results shown in FIG. 9, when the
本実施形態に係る絶縁寿命試験方法および絶縁試験体によれば、前述のように、実際の主絶縁17の体系において、マクロな電界の方向に沿っていない図5のA部に示すような、主絶縁層21の拡がる方向に挟まれ電界強度の相対的に弱い箇所に対応する部分、すなわち、絶縁試験体100における主絶縁層111に沿った方向に電界を形成することから、電気トリーの進展をより加速できる試験となっている。このため、実際の主絶縁17の体系を模擬した試験に比べて、主絶縁弱点部分である図5のA部を模擬した部分に短時間で電気トリーを再現することができる。
According to the insulation life test method and the insulation test specimen according to the present embodiment, as described above, in the actual system of the
このように、ごく短時間で主絶縁を誘発する電気トリーを再現できることから、複数の絶縁材料の中から候補材料を選定できる。すなわちスクリーニングを簡易的に実施することができる。その上で、選定された、あるいは絞り込まれた候補材料について本格的な試験、すなわち実機コイルあるいはそれと同等の模擬コイルを作製実施すればよく、試験準備、試験の実施、および材料選定における検討等における負担を大幅に軽減することができる。 As described above, since the electrical tree that induces main insulation can be reproduced in a very short time, a candidate material can be selected from a plurality of insulating materials. That is, screening can be easily performed. Then, a full-scale test of the selected or narrowed down candidate materials may be performed, that is, an actual coil or a simulated coil equivalent to the actual coil may be prepared and executed. The burden can be greatly reduced.
以上のように、本実施形態に係る絶縁寿命試験方法および絶縁試験体によれば、簡易的に絶縁寿命特性が評価可能となる。 As described above, according to the insulation life test method and the insulation test body according to the present embodiment, the insulation life characteristics can be easily evaluated.
[第2の実施形態]
図10は、本発明の第2の実施形態に係る絶縁寿命試験方法の手順を示すフロー図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形であり、第1の実施形態におけるステップS02において用いる絶縁試験体100および試験装置150に変えて、絶縁試験体200(図11)および試験装置250(図13)を用いるステップS22を有する点、および、第1の実施形態におけるステップS04に代えてステップS24を有する点、および第1の実施形態におけるステップS05に代えてステップS25を有する点が異なる。これら以外は、第1の実施形態と同様である。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
[Second embodiment]
FIG. 10 is a flowchart showing the procedure of the insulation life test method according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is a modification of the first embodiment. Instead of the
図11は、本発明の第2の実施形態に係る絶縁試験体の構成を示す図12のXI−XI線矢視断面図であり、図12は、図11のXII−XII線矢視断面図である。絶縁試験体200は、積層体210、接地側電極220、および印加側電極230を有する。
FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG. 12 showing a configuration of the insulation test body according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of FIG. It is. The
積層体210は、平面的に拡がった主絶縁層211および高分子化合物層212を有する。主絶縁層211は、2層でもよい。また、主絶縁テープ20の一部を同一形状に切り出したものを2枚、あるいは3枚以上互いに重ねて、高分子化合物を含浸させることにより、積層体210を形成してもよい。
The
また、第1の実施形態と同様に、主絶縁層211の形状は、長方形以外の形状であってもよい。
Further, as in the first embodiment, the shape of the main insulating
接地側電極220は、長く延びた平板状で、主絶縁層211の拡がる面に平行に、高分子化合物層212の端部から高分子化合物層212の内部に挿入されている。
The ground-
印加側電極230は、長く延びた平板状で、先端231が鋭角に尖っている。印加側電極230は、接地側電極220が挿入されている高分子化合物層112に、尖った先端231を先にして、主絶縁層211が広がる面に平行に挿入されている。
The
印加側電極230と接地側電極220は、たとえば、アルミニウムなどの金属箔を用いることができる。
For the application-
なお、印加側電極230は、尖った先端231を有する場合を例にとって示したが、これには限定されない。たとえば、先端が曲面状、あるいは、平面状の電極の場合であってもよい。
In addition, although the case where the application-
印加側電極230と接地側電極220は、同一方向に一列に並ぶように配され、印加側電極230の先端231と接地側電極220の端部との間隔D(図7)は、所定の値となるように管理される。
The application-
積層体210においては、主絶縁層211の積層数を制限している。これにより、後述するように、積層体210を光、あるいはX線が透過して、高分子化合物層212内に形成された電気トリーを外部から観察可能としている。
In the
図13は、本発明の第2の実施形態に係る絶縁寿命試験方法に用いる試験装置の構成を示す斜視図である。試験装置250は、絶縁試験体200、電源253、光源254、および光学顕微鏡255を有する。
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a test apparatus used in the insulation life test method according to the second embodiment of the present invention. The
絶縁試験体200の印加側電極230は、接続導体252を介して電源253に接続されている。電源253は、たとえば、固定子巻線12と接地間の電圧として高圧の交流電圧である繰り返しインパルス電圧を印加可能な電源である。また、接地側電極220は、接続導体251を介して接地されている。
The application-
光源254は、特に、印加側電極230の先端231と接地側電極220の端部との間の領域を、積層体210の厚み方向に光を照射させる。
In particular, the
光学顕微鏡255は、光源254から照射された光の透過を受けて、印加側電極230の先端231と接地側電極220の端部との間の領域に焦点を当て、この領域に生じた電気トリーの進展の状況を、外部から観察するものである。
The
以上のような絶縁試験体200および試験装置250を準備するステップが、ステップS22に対応し、観察のステップは、ステップS24に対応する。
The step of preparing the
また、電気トリーの貫通は、第1の実施形態の場合は、高分子化合物層112の接地側電極120に接する端部までの貫通であるが、本第2の実施形態においては、電気トリーが、印加側電極230の先端231から接地側電極220までの間に設定された任意の距離にまで至った場合を、電気トリーが貫通した場合と呼ぶこととし、この判定のステップが、ステップS25に対応する。
In the first embodiment, the electric tree penetrates to the end of the
なお、上記で説明した光学的な方法に代えてX線を用いる方法によることでもよい。この場合は、光源および光学顕微鏡に代えてに代えて、X線発生装置およびX線イメージインテンシファイアを用いて、同様に、外部から電気トリーの進展状況を観察することができる。 Note that a method using X-rays may be used instead of the optical method described above. In this case, an X-ray generator and an X-ray image intensifier can be used instead of the light source and the optical microscope to similarly observe the progress of the electric tree from the outside.
以上のように、本第2の実施形態においては、電気トリーの進展状況を外部から観察することができる。この結果、従来は主絶縁そのものが不透明で光学顕微鏡では観察が不可能であり、また実機模擬コイルはX線不透過のため観察が不可能であった、電気トリーの発生の状況、分岐の仕方、進展の速度などの進展の様相を把握し、材料の選別を行うことができる。 As described above, in the second embodiment, the progress of the electric tree can be externally observed. As a result, in the past, the main insulation itself was opaque and could not be observed with an optical microscope, and the actual simulated coil could not be observed due to opacity of X-rays. It is possible to grasp the aspect of progress, such as the speed of progress, and to sort materials.
また、たとえば、高分子化合物層212内にナノフィラーが存在する場合には、電気トリーの様相に基づいて、ナノフィラーによる効果を確認することができる。
Further, for example, when a nanofiller is present in the
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を、たとえば真空加圧含浸システムの場合を例にとって説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
[Other Embodiments]
As described above, the embodiment of the present invention has been described by taking the case of a vacuum pressure impregnation system as an example. However, the embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention.
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態、例えばプリプレグ絶縁システムなど他の絶縁システムでも実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Furthermore, these embodiments can be implemented in other various forms, for example, other insulation systems such as a prepreg insulation system, and various omissions, replacements, and changes are made without departing from the gist of the invention. be able to.
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and equivalents thereof.
10…固定子、11…固定子鉄心、11a…電磁鋼板、11b…固定子スロット、12…固定子巻線、13…積層導体、13a…導体、14…ターン絶縁、15…くさび、16…スペーサ、17…主絶縁、18…電界緩和層、19…半導電層、20…主絶縁テープ、21…主絶縁層、22…繊維強化部、23…接合用高分子重合体、25…含浸後高分子重合体部、100…絶縁試験体、110…積層体、111…主絶縁層、112…高分子化合物層、120…接地側電極、130…印加側電極、131…先端、150…試験装置、151、152…接続導体、153…電源、200…絶縁試験体、210…積層体、211…主絶縁層、212…高分子化合物層、220…接地側電極、230…印加側電極、231…先端、250…試験装置、251、252…接続導体、253…電源、254…光源、255…光学顕微鏡
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記積層体に前記主絶縁層に沿った方向に電圧を印加する電圧印加ステップと、
を有することを特徴とする絶縁寿命試験方法。 A laminated body in which a main insulating layer that is an inorganic material and a polymer compound layer that is an organic material are laminated, and an application-side electrode and a ground-side electrode that are each inserted into the laminate so that each end has an interval, Preparing an insulation test body having, and preparing a test apparatus,
A voltage applying step of applying a voltage to the laminate in a direction along the main insulating layer;
An insulation life test method comprising:
前記電圧印加ステップの後に、前記絶縁試験体における電気トリーの進展状況を観察する観察ステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の絶縁寿命試験方法。 In the preparatory step, using a laminated body laminated to the extent that the internal state can be observed,
After the voltage applying step, further comprising an observation step of observing the progress of the electrical tree in the insulating test body,
The method according to claim 1, wherein:
それぞれの結果に基づいて、絶縁破壊時間と破壊確率の関係を整理する結果整理ステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の絶縁寿命試験方法。 The insulation test body is prepared in a plurality, comprising the preparation step and the voltage application step for each of the insulation test body,
Based on the respective results, the method further includes a result arranging step of arranging the relationship between the breakdown time and the breakdown probability.
The insulation life test method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記結果整理ステップの後に、候補材料を選択する候補材料選択ステップをさらに有する、
ことを特徴とする請求項4に記載の絶縁寿命試験方法。 Prior to the preparing step, further comprising a test target material selection step of selecting a test target insulating material,
After the result organizing step, further comprising a candidate material selecting step of selecting a candidate material,
The insulation life test method according to claim 4, wherein:
前記主絶縁層が広がる面に平行に1つの高分子化合物層の第1の端部に挿入された印加側電極と、
前記高分子化合物層の前記第1の端部と反対側の第2の端部側から挿入されその一方の端部が前記先端部との間に所定の間隔をあけて挿入された接地側電極と、
を備え、
前記積層体は、外部から内部状態の観察が可能な程度の厚みとなるように積層されていることを特徴とする絶縁試験体。 A laminate in which at least one main insulating layer that is an inorganic material and at least one polymer compound layer that is an organic material are laminated;
An application-side electrode inserted at a first end of one polymer compound layer in parallel with a plane where the main insulating layer spreads;
A ground-side electrode that is inserted from a second end side of the polymer compound layer opposite to the first end and one end of which is inserted at a predetermined interval from the end. When,
With
An insulation test body, wherein the laminate is laminated so as to have a thickness such that an internal state can be observed from the outside.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018166763A JP2020041804A (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Insulation life test method and insulation test body |
CN201910840127.7A CN110879336B (en) | 2018-09-06 | 2019-09-06 | Insulation life test method and insulation test body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018166763A JP2020041804A (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Insulation life test method and insulation test body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020041804A true JP2020041804A (en) | 2020-03-19 |
Family
ID=69727820
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018166763A Pending JP2020041804A (en) | 2018-09-06 | 2018-09-06 | Insulation life test method and insulation test body |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020041804A (en) |
CN (1) | CN110879336B (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08285921A (en) * | 1995-04-11 | 1996-11-01 | Fujikura Ltd | Characteristic evaluation method of insulating material |
JPH11242017A (en) * | 1997-12-22 | 1999-09-07 | Chubu Electric Power Co Inc | Method for quantitatively evaluating result of dielectric breakdown test of rubber/plastic insulation cable |
WO2015040656A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Water-tree resistance evaluation method, insulation design method, and rotary electric machine |
CN104965162A (en) * | 2015-07-01 | 2015-10-07 | 西安交通大学 | Real-time microscopic observation test system for electrical tree characteristics in solid insulation under DC voltage |
WO2018002970A1 (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Method for producing insulating structure, insulating structure, and rotating electrical machine |
WO2018003951A1 (en) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | 日立化成株式会社 | Coil for rotary electric machine, method for producing coil for rotary electric machine, mica tape, cured product of mica tape, and insulating article |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6787884B2 (en) * | 2002-05-30 | 2004-09-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Circuit component, circuit component package, circuit component built-in module, circuit component package production and circuit component built-in module production |
JP4726654B2 (en) * | 2006-02-28 | 2011-07-20 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Insulation drive motor insulation evaluation method, design method using the method, inspection method, diagnosis method, and apparatus thereof |
DE102006041127B3 (en) * | 2006-09-01 | 2008-03-06 | Peter Osypka Stiftung Stiftung des bürgerlichen Rechts | Device for the examination or monitoring of plants |
JP4959596B2 (en) * | 2008-02-07 | 2012-06-27 | セイコーインスツル株式会社 | Insulating film evaluation method and measurement circuit |
CN103472363B (en) * | 2012-06-06 | 2016-01-27 | 宝山钢铁股份有限公司 | Twisted polyethylene cable residual life assessment method |
JP6160284B2 (en) * | 2013-06-17 | 2017-07-12 | 日立金属株式会社 | Insulation life estimation method and insulation life estimation apparatus |
CN103983902B (en) * | 2014-04-18 | 2016-05-25 | 西安交通大学 | The method of the crosslinked polyetylene insulated voltage tolerance index of a kind of definite ac cable |
CN104502808B (en) * | 2014-11-20 | 2018-08-17 | 平高集团有限公司 | The long-term charging test method of direct current, system and electrode loading method, device |
CN104880656A (en) * | 2015-06-17 | 2015-09-02 | 哈尔滨理工大学 | Electrode device used for electric tree initiation experiment and sample manufacturing method |
CN108431615B (en) * | 2015-12-21 | 2020-12-18 | 东芝三菱电机产业系统株式会社 | Electric tree testing method and component set for setting electrode |
CN105676092B (en) * | 2016-03-29 | 2018-11-16 | 中国石油大学(北京) | Electric substation's power cable insulation level monitoring method and system |
CN205786911U (en) * | 2016-05-30 | 2016-12-07 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | Insulant electric branch under tensile stress effect causes assay device |
CN106054037A (en) * | 2016-06-13 | 2016-10-26 | 哈尔滨理工大学 | Electrical tree observation device with heating and partial discharge monitoring functions |
CN206292345U (en) * | 2016-11-17 | 2017-06-30 | 国网江西省电力公司吉安供电分公司 | Insulator Withstand test device |
CN106771765A (en) * | 2017-01-05 | 2017-05-31 | 华北电力大学(保定) | A kind of multidimensional parameter appraisal procedure of operating composite insulator degree of aging |
CN108181558B (en) * | 2017-12-30 | 2020-11-27 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | Cable insulation layer electrical aging test method and test device |
-
2018
- 2018-09-06 JP JP2018166763A patent/JP2020041804A/en active Pending
-
2019
- 2019-09-06 CN CN201910840127.7A patent/CN110879336B/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08285921A (en) * | 1995-04-11 | 1996-11-01 | Fujikura Ltd | Characteristic evaluation method of insulating material |
JPH11242017A (en) * | 1997-12-22 | 1999-09-07 | Chubu Electric Power Co Inc | Method for quantitatively evaluating result of dielectric breakdown test of rubber/plastic insulation cable |
WO2015040656A1 (en) * | 2013-09-20 | 2015-03-26 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Water-tree resistance evaluation method, insulation design method, and rotary electric machine |
CN104965162A (en) * | 2015-07-01 | 2015-10-07 | 西安交通大学 | Real-time microscopic observation test system for electrical tree characteristics in solid insulation under DC voltage |
WO2018003951A1 (en) * | 2016-06-29 | 2018-01-04 | 日立化成株式会社 | Coil for rotary electric machine, method for producing coil for rotary electric machine, mica tape, cured product of mica tape, and insulating article |
WO2018002970A1 (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | Method for producing insulating structure, insulating structure, and rotating electrical machine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110879336B (en) | 2022-03-25 |
CN110879336A (en) | 2020-03-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Brütsch et al. | Insulation failure mechanisms of power generators | |
Farahani et al. | Behavior of machine insulation systems subjected to accelerated thermal aging test | |
Istad et al. | A review of results from thermal cycling tests of hydrogenerator stator windings | |
Tanaka et al. | Prediction of residual breakdown electrical field strength of epoxy-mica paper insulation systems for the stator winding of large generators | |
JP2020041804A (en) | Insulation life test method and insulation test body | |
Grubelnik et al. | Un-impregnated vpi tape testing and effects on dielectric performance of VPI insulation systems | |
Indarto et al. | Influence of different adhesives on partial discharge in power transformer winding cylinder insulation | |
Andreev et al. | Choosing expert evaluations of diagnostic tests of electric insulation for high-voltage electric machines | |
Kim et al. | Assessment of Insulation Deterioration in Stator Windings of High Voltage Motor | |
Saxén et al. | A micro-computed tomography investigation of the breakdown paths in mica/epoxy machine insulation | |
Bruetsch et al. | High voltage insulation failure mechanisms | |
Chen | Parameters influencing the dielectric loss of new winding insulation of electric machines | |
Aakre et al. | AC breakdown voltage of 50-year-old service aged hydro power generator stator bars | |
Vogelsang et al. | Effect of electrical tree propagation on breakdown in mica insulations | |
US10928347B2 (en) | Electrical tree test method, electrode structure, and electrode setting assembly | |
Kimura | Multistress aging of machine insulation systems | |
Omranipour et al. | Performance of calcined and uncalcined VPI mica tapes for high voltage AC stator winding insulation | |
David et al. | Investigation on the low frequency dielectric response of ground-wall insulation of rotating machine windings | |
Dymond et al. | The effect of surge testing on the voltage endurance life of stator coils | |
Soltani et al. | The impact of humidity on partial discharge activity of large rotating machines | |
Gaxiola et al. | Electrical insulation testing for ITER fusion tokamak | |
da Silva et al. | Facts and Artifacts from IEEE 1310-2012 | |
Linde et al. | Partial discharge behavior of epoxy-mica insulation system under superimposed AC and DC voltage stress | |
Prasad et al. | PD Measurement of Rotating Machine for Condition Monitoring | |
Stranges et al. | Large-Motor High-Voltage Insulation Systems Testing: Qualification and Acceptance for the Petrochemical Industry |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200914 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210709 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210803 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211004 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220208 |