JP2869499B2 - 電気機器の絶縁劣化推定法 - Google Patents

電気機器の絶縁劣化推定法

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JP2869499B2 JP2241648A JP24164890A JP2869499B2 JP 2869499 B2 JP2869499 B2 JP 2869499B2 JP 2241648 A JP2241648 A JP 2241648A JP 24164890 A JP24164890 A JP 24164890A JP 2869499 B2 JP2869499 B2 JP 2869499B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気機器の絶縁劣化推定に係り、特に、劣
化度を示す複数のファクターから総合劣化度を求め残存
絶縁破壊電圧を推定するに好適な電気機器の絶縁劣化推
定法に関する。
〔従来の技術〕
回転機コイル絶縁は製作時においては、ボイド(空
隙)はほとんど存在しない緻密な構造になっている。こ
れが運転履歴によって、電気的劣化、ヒートサイクル劣
化、熱的劣化、機械的劣化、環境劣化といった種々の劣
化を受けることによって、絶縁層全体に多数の小さなボ
イドや、局部的に大きなボイドが発生してくる。更に、
運転時間が長くなって劣化が進行するとボイド量はさら
に増加し、ボイド同志がつながりを持つようになる。す
なわち、絶縁劣化とは絶縁層内のボイドの発生、拡大で
あり、高電圧を印加するとボイド部分は放電し、導体と
なるので絶縁パスは短くなり、絶縁破壊電圧(以下、BD
V)は低下する。従って平均的にボイドが多いほど、ま
た局部的に大きなボイドが存在すれば、BDVは低下する
ことが知られている。このような、絶縁劣化状況を知る
ために、絶縁物の誘電正接試験(tanδ)、交流電流試
験、部分放電試験等の非破壊試験が一般に実施されてい
る。
tanδの値はその絶縁物固有のもので、そのものの性
状を表すのに用いられるが、この値は供試物の局部的な
性状を表すものではなく、平均化された性状を示すもの
である。また、絶縁物の性状、例えば樹脂の硬化の程
度、不純物の残留、劣化、ボイドなどの欠陥での部分放
電により、固有の値からずれてくるので、絶縁物の品質
管理や劣化の判定に広く用いられている。
第10図に、tanδ−電圧特性を示すが、劣化が進み絶
縁層内のボイドが多くなると部分放電の発生により、Δ
tanδ2は上昇して、劣化の指標となる。
交流電流試験では、良好な絶縁体に電圧を印加する
と、電圧・電流曲線は直線的(オーミック)であるが、
絶縁が吸湿して誘電率が大きくなったり、また部分放電
が発生すると、電流増加率が急増する。この特性を利用
して絶縁体の性状判定を行う。
第11図に、交流電流−電圧の特性を示す。第1次及び
第2次電流急増点Pi1、Pi2、交流電流増加率ΔIが絶縁
劣化状況を判定する目安となる。
部分放電試験は、絶縁物に電圧を印加したとき絶縁媒
体中に部分的に発生する放電であり、最大放電電荷量や
所定の電荷量の1サイクルあたりの発生個数を電圧特性
として測定する。部分放電では、その発生箇所により、
内部コロナと外部コロナとに分かれるが、絶縁層内部の
劣化状況、即ち、ボイドの発生状況を知る上では、内部
コロナが用いられる。
第12図に部分放電Qmaxと電圧との関係を示す。
Qmaxは、一般に常規電圧 :定格電圧)時の最大放電電荷量が用いられ、tanδと
は反対に、局部的な劣化状況を表わす。
以上説明してきた絶縁劣化状況を把握する上で不可欠
なΔtanδ2、ΔI、Qmaxを用い絶縁の残存BDVを推定す
る手法が特開昭56-74664号公報に下記の実験式と共に開
示されている。
ここで VR:残存絶縁破壊電圧 Δ=Δtanδ2+ΔI(放電パラメータ)である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、絶縁劣化に大きく影響されるファク
ターを数多くの実験値を基に、構築された発明であるが
運用上次の不具合点がある。
1) 推定対象とする絶縁システムが変わるたびに、煩
雑な統計的処理により本実験式の各定数を再計算しなけ
ればならない。
2) 本実験式に、機器の起動停止回数N、運転年数Y
等の他の劣化要因を付加し、拡張することは困難であ
る。
本発明の目的は、単純な計算で絶縁劣化を推定し、他
の劣化要因の付加が容易な電気機器の絶縁劣化推定法を
堤供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、絶縁物の劣化指標となる非破壊試験値を
用いて残存絶縁破壊電圧を推定し、該残存絶縁破壊電圧
により絶縁劣化を推定する電気機器の絶縁劣化推定法に
おいて、予め基準となる絶縁物の非破壊試験値と運転履
歴とからファジー推論により総合劣化度を求め、次に前
記基準となる絶縁物の残存絶縁破壊電圧を実測し、前記
総合劣化度と該残存絶縁破壊電圧との関係を表すマスタ
ーカーブ作成し、推定対象の絶縁物の非破壊試験値と運
転履歴とからファジー推論により総合劣化度を求め、前
記マスターカーブにより前記推定対象の総合劣化度から
残存絶縁破壊電圧を求めることにより達成される。
上記目的は、前記ファジー推論の入力データが少なく
ともΔtanδ2、ΔI、Qmaxを含む非破壊試験値及び目視
点検結果であることにより達成される。
上記目的は、前記ファジー推論の総合劣化度を求める
メンバーシップ関数が1種類であることにより達成され
る。
〔作用〕
上記構成によれば、電気機器の絶縁物の劣化指標とな
る各非破壊試験値及び運転履歴の物理的意味や単位系が
異なってもファジー推論のメンバーシップ関数は単一の
尺度である適合度に変換して総合し、煩雑な演算を要す
ることなく容易に総合劣化度を得ることができる。その
総合劣化度と実測した残存絶縁破壊電圧とから総合劣化
度−残存絶縁破壊電圧のマスターカーブを作成し、絶縁
物の劣化推定を行なう時推定対象の劣化指標からファジ
ー推論して総合劣化度を求め、マスターカーブにより容
易に絶縁物の残存絶縁破壊電圧を推定できる また、多数の絶縁物の劣化指標から容易に総合劣化度
を得ることができるので、劣化指標の拡張が可能で多数
の劣化指標を入力して推定の確実性を高くすることが出
来る。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図により説明する。第1図
に、絶縁劣化の推定を行う場合のファジー推論法を示
す。データが入力される条件部にメンバーシップ関数と
して、4種類用いた場合の例をあげる。劣化無しの場合
1は、efbで表現され、劣化小2はagc、劣化中3はbh
d、劣化大4はcijにそれぞれ表現されている。メンバー
シップ関数の設定法は、例えば、劣化無し1をとってみ
ると、入力データ0からb間においてeからfでは、劣
化無しという集合に完全に属しているという意味で適合
度は、1となっている。しかし、fからbでは、集合に
は、徐々に属さない値の領域になり、bでは、全く属さ
ないとして適合度が0になっている。メンバーシップ関
数2、3、4についても同様な考え方で設定されてい
る。一方、出力となる結論部では、横軸に劣化度をとっ
たメンバーシップ関数としており、劣化無しの場合5
は、qrl、劣化小6はksn、劣化7はmtp、劣化大8はouv
で表現されている。結論部のメンバーシップ関数の設定
は、条件部と全く同様に実施される。
今入力データとして、wを入れた場合、メンバーシッ
プ関数の劣化中3のx点、及び劣化小2のy点で交差す
ることになる。これらの適合度をそのまま結論部にて、
対応するメンバーシップ関数の劣化中7の頂点をx′、
劣化小の頂点をy′として、三角形mx′Pとky′nが作
られる。その結論として、両三角形を組み合わせたky′
Zx′Pという形状をもったものが得られるが、これ自体
は、メンバーシップ関数で表現されているので「あいま
い」なものである。これを明確にした結論を代表値と呼
び、その算出に当っては、色々あるが、ここでは、結論
として得られた形状の重心をとる重心法により計算を行
なう。
第2図に代表値算出法を示す。劣化度kからPの間を
微小区間に分け、その微小区間に対応する適合度をその
点にかかる重さと考え、それによって横軸がつり合う点
を代表値、つまりは劣化度Aが求められる。
以下、絶縁劣化の非破壊試験値であるΔtanδ2、Δ
I、Qmax、起動停止回数N、運転年数Y、より総合劣化
量を求める方法について説明する。
第3図に、Δtanδ2を条件部の入力データとした場合
のファジー理論による劣化度の算出法を示す。条件部の
メンバーシップ関数の構成は、劣化無し関数1、劣化小
関数2、劣化中関数3、劣化大関数4から成っている。
また、結論部においては、劣化度が出力として得られる
ようになっている。メンバーシップ関数の構成は、条件
部と同様に、劣化無し関数5、劣化小関数6、劣化中関
数7、劣化大関数8からなる。本実施例で、ある値のΔ
tanδ2を入力すると、メンバーシップ関数1と2に交差
し、その値の劣化レベルは、劣化無しが、0.2の適合
度、劣化小が0.5の適合度である。これらの適合度を用
い結論部にて、ファジールール適合度を代数積法にて求
めると、斜線で示す領域となる。同様にΔI、Qmax
N、Yについても、第4、5、6、7図に示す、条件
部、結論部のメンバーシップ関数により斜線で示す領域
に、ファジールール適合度が表わされる。Δtanδ2、Δ
I、Qmax、N、Yの各条件部のメンバーシップ関数は、
劣化無し、劣化小、劣化中、劣化大の分類は、共通して
いるが、関数自体は全く異なるものである。一方、結論
部では、いづれも劣化度を出力として得るものでありま
た総合の劣化度を導くものであるため、同一のメンバー
シップ関数を使用している。この様にして、Δtanδ2
ΔI、Qmax、N、Yからそれぞれ得られた、斜線部で表
すファジールール適合度を総合すると第8図に示す斜線
部となり、各劣化領域における最大部分を示している。
この斜線で示される図形の重心を求め、tanδ2、ΔI、
Qmax、N、Yの全ての劣化度を考慮した総合劣化度Bを
推定することが出来る。
次に、上記総合劣化度Bから残存絶縁破壊電圧を推定
する方法について説明する。
まず、総合劣化度と残存BDVとの関係をプロットした
マスターカーブの作成法を説明する。
実機から抜取ったコイルを用い、ファジー推論の入力と
なる非破壊試験値Δtanδ2、ΔI、Qmaxを測定し、最終
的に絶縁破壊試験により、BDVを測定する。更に、この
抜取ったコイルを製作した時に同種のコイルにて測定し
たBDV値との比より、BDV残存率VRを算出する。
以上により複数本のコイルからデータを採取し、第3図
から第7図に示すメンバーシップ関数に、Δtanδ2、Δ
I、Qmax、N、Yを入力し、第8図により求めた総合劣
化度と、先に算出したVRとの関係をプロットし第9図に
示すマスターカーブを作成する。マスターカーブは、絶
縁種別例えば、ポリエステル絶縁、エポキシ絶縁毎に作
成する。
以降は、絶縁劣化の推定毎に測定したΔtanδ2、Δ
I、Qmax、N、Yを入力することにより、容易に残存BD
V VRを推定することが出来る。
これら一連の推定演算をコンピュータで実行すること
により、残存BDVの推定はもちろんのこと、総合劣化度
と残存BDVとの関係を表すマスターカーブの作成及び更
新が迅速に出来る。
上記実施例では、非破壊試験値として、Δtanδ2、Δ
I、Qmaxを用い、運転履歴としてN、Yを用いた推定例
について述べたが、この他に、非破壊試験値である成極
指数PI、絶縁抵抗更に目視点検結果を含め同様な方法に
より総合劣化度を求め、残存BDVを推定出来る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、電気機器の絶縁物の劣化指標となる
非破壊試験値、運転履歴からファジー推論して総合劣化
度−残存絶縁破壊電圧のマスターカーブを作成し、絶縁
物の劣化推定を行なう時推定対象の劣化指標からファジ
ー推論して総合劣化度を求め、マスターカーブにより容
易に絶縁物の残存絶縁破壊電圧を推定できる効果が得ら
れる。
また、多数の絶縁物の劣化指標から容易に総合劣化度
を得ることができるので、劣化指標の拡張が可能で多数
の劣化指標を入力して推定の確実性が高くすることが出
来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る絶縁劣化の推定を対象と
したファジー推論の説明図、第2図は第1図の結論部に
おける代表値算出法の説明図、第3図は本発明の実施例
に係るΔtanδ2からのファジー推論による劣化度推定の
説明図、第4図は本発明の実施例に係るΔIからのファ
ジー推論による劣化度推定の説明図、第5図は本発明の
実施例に係るQmaxからのファジー推論による劣化度推定
の説明図、第6図は本発明の実施例に係る起動停止回数
Nからのファジー推論による劣化度推定の説明図、第7
図は本発明の実施例に係る運転年数Yからのファジー推
論による劣化度推定の説明図、第8図は本発明の実施例
に係るファジー推論の結論部における重心法による総合
劣化度合成の説明図、第9図は本発明の実施例に係る総
合劣化度と残存BDVとの関係を示すマスターカーブの図
表、第10図は公知のtanδ−電圧特性図表、第11図は公
知の交流電流−電圧特性図表、第12図は公知の最大放電
電荷量−電圧特性図表である。 1……条件部の劣化無しメンバーシップ関数、2……条
件部の劣化小メンバーシップ関数、3……条件部の劣化
中メンバーシップ関数、4……条件部の劣化大メンバー
シップ関数、5……結論部の劣化無しメンバーシッブ関
数、6……結論部の劣化小メンバーシップ関数、7……
結論部の劣化中メンバーシップ関数、8……結論部の劣
化大メンバーシップ関数。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01R 31/12 G05B 13/02 G05B 23/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁物の劣化指標となる非破壊試験値を用
    いて残存絶縁破壊電圧を推定し、該残存絶縁破壊電圧に
    より絶縁劣化を推定する電気機器の絶縁劣化推定法にお
    いて、予め基準となる絶縁物の非破壊試験値と運転履歴
    とからファジー推論により総合劣化度を求め、次に前記
    基準となる絶縁物の残存絶縁破壊電圧を実測し、前記総
    合劣化度と該残存絶縁破壊電圧との関係を表すマスター
    カーブ作成し、推定対象の絶縁物の非破壊試験値と運転
    履歴とからファジー推論により総合劣化度を求め、前記
    マスターカーブにより前記推定対象の総合劣化度から残
    存絶縁破壊電圧を求めることを特徴とする電気機器の絶
    縁劣化推定法。
  2. 【請求項2】前記ファジー推論の入力データは少なくと
    もΔtanδ2、ΔI、Qmaxを含む非破壊試験値及び目視点
    検結果であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の電気機器の絶縁劣化推定法。
  3. 【請求項3】前記ファジー推論の総合劣化度を求めるメ
    ンバーシップ関数は1種類であることを特徴とする特許
    請求の範囲第1項または第2項に記載の電気機器の絶縁
    劣化推定法。
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