JP3147186B2 - 絶縁材料の熱劣化検出方法 - Google Patents
絶縁材料の熱劣化検出方法Info
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- Testing Relating To Insulation (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気機器絶縁に用いら
れる絶縁材料の熱劣化検出方法に関する。
れる絶縁材料の熱劣化検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高圧回転機の絶縁診断の中の物理化学的
手法の一つとして、絶縁材料の色の変化を測定して熱劣
化度を推定する、いわゆる測色法が提唱されている。こ
の測色法では、色の変化を検出する方法として、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）空間での未劣化試料の座標点を基
準とし、劣化試料の座標点までの直線距離である色差Δ
Ｅ* abを用いて劣化判定を行う方法が提案されている
（特願平２−２２８４２）。これは図１に示すように、
照明用光ファイバー１と受光用光ファイバー２を電気絶
縁材料（エポキシ樹脂）３内で対向させて埋め込んだ試
料をを一定の温度で熱風循環式恒温槽内で劣化させ、一
定時間ごとに絶縁材料内部の色を測定していく。測定の
方法は、照明用光ファイバー１に光源をあて、絶縁材料
内部の透過光を受光用光ファイバー２に接続した測色計
を用いて測定する。このようにして測定した色差ΔＥ*
abと劣化温度、劣化日数から計算した換算時間θとの関
係を表すθ−ΔＥ* ab特性をあらかじめマスターカーブ
として求めておけば、測定した時の色差から換算時間を
求めることができ、劣化判定が可能となる。
手法の一つとして、絶縁材料の色の変化を測定して熱劣
化度を推定する、いわゆる測色法が提唱されている。こ
の測色法では、色の変化を検出する方法として、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）空間での未劣化試料の座標点を基
準とし、劣化試料の座標点までの直線距離である色差Δ
Ｅ* abを用いて劣化判定を行う方法が提案されている
（特願平２−２２８４２）。これは図１に示すように、
照明用光ファイバー１と受光用光ファイバー２を電気絶
縁材料（エポキシ樹脂）３内で対向させて埋め込んだ試
料をを一定の温度で熱風循環式恒温槽内で劣化させ、一
定時間ごとに絶縁材料内部の色を測定していく。測定の
方法は、照明用光ファイバー１に光源をあて、絶縁材料
内部の透過光を受光用光ファイバー２に接続した測色計
を用いて測定する。このようにして測定した色差ΔＥ*
abと劣化温度、劣化日数から計算した換算時間θとの関
係を表すθ−ΔＥ* ab特性をあらかじめマスターカーブ
として求めておけば、測定した時の色差から換算時間を
求めることができ、劣化判定が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この色差を用
いて絶縁材料の熱劣化を検出する方法は、（Ｌ* ，
ａ* ，ｂ* ）の三次元空間での未劣化試料の座標点と劣
化試料の座標点との直線距離を求めていたので、劣化試
料の座標が、未劣化試料の座標からの距離が変わらない
ように三次元空間中を移動した場合には、図４の曲線の
飽和現象に見られるように実際には劣化が進んでいるの
に色差が変わらないということもあり、従って条件によ
っては、熱劣化の検出精度が低いという欠点があった。
本発明は、連続的に進行する絶縁劣化の広い範囲にわた
って精度良く劣化度合いを検出することを目的とするも
のである。
いて絶縁材料の熱劣化を検出する方法は、（Ｌ* ，
ａ* ，ｂ* ）の三次元空間での未劣化試料の座標点と劣
化試料の座標点との直線距離を求めていたので、劣化試
料の座標が、未劣化試料の座標からの距離が変わらない
ように三次元空間中を移動した場合には、図４の曲線の
飽和現象に見られるように実際には劣化が進んでいるの
に色差が変わらないということもあり、従って条件によ
っては、熱劣化の検出精度が低いという欠点があった。
本発明は、連続的に進行する絶縁劣化の広い範囲にわた
って精度良く劣化度合いを検出することを目的とするも
のである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、あらかじめ熱
劣化させた被測定絶縁材料の表色値の変化と、被測定絶
縁材料の劣化度をアレニウスの反応速度式に基づく温度
と時間の関数である換算時間とのマスターカーブを求
め、実働機器に設けられた絶縁材料の表色値を測定して
その測定値から換算時間を求め被測定絶縁材料の熱劣化
度合いを検出する熱劣化検出方法において、前記絶縁材
料の劣化度を（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元色空間での
劣化による変色に伴って移動した空間中の軌跡の距離を
用いて劣化判定するものである。
劣化させた被測定絶縁材料の表色値の変化と、被測定絶
縁材料の劣化度をアレニウスの反応速度式に基づく温度
と時間の関数である換算時間とのマスターカーブを求
め、実働機器に設けられた絶縁材料の表色値を測定して
その測定値から換算時間を求め被測定絶縁材料の熱劣化
度合いを検出する熱劣化検出方法において、前記絶縁材
料の劣化度を（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元色空間での
劣化による変色に伴って移動した空間中の軌跡の距離を
用いて劣化判定するものである。
【０００５】
【作用】すべての絶縁材料は、一般に熱劣化により薄い
色（または明るい色）から濃い色（暗い色）へと変化
し、その色を（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中にプ
ロットした場合、熱劣化により空間中をある軌跡を描い
て移動する。従って、この軌跡の移動距離を監視するこ
とにより、ほとんどすべての絶縁材料について絶縁劣化
の広い範囲にわたって劣化度を推定できる。一方、電気
機器の絶縁劣化は主として熱劣化によってもたらされ
る。一般に、絶縁層の熱劣化による化学構造量は、化学
反応速度論に従い、絶縁材料の色の変化は化学構造量で
一義的に定まる。そこで、熱劣化による絶縁材料の化学
構造量Ｘの変化が化学反応速度論に従うとすれば、化学
構造量Ｘは次の数式１で表される。
色（または明るい色）から濃い色（暗い色）へと変化
し、その色を（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中にプ
ロットした場合、熱劣化により空間中をある軌跡を描い
て移動する。従って、この軌跡の移動距離を監視するこ
とにより、ほとんどすべての絶縁材料について絶縁劣化
の広い範囲にわたって劣化度を推定できる。一方、電気
機器の絶縁劣化は主として熱劣化によってもたらされ
る。一般に、絶縁層の熱劣化による化学構造量は、化学
反応速度論に従い、絶縁材料の色の変化は化学構造量で
一義的に定まる。そこで、熱劣化による絶縁材料の化学
構造量Ｘの変化が化学反応速度論に従うとすれば、化学
構造量Ｘは次の数式１で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、ｔは劣化時間、Ａは頻度因子、Δ
Ｅは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔは劣化の絶対
温度、ｇ（Ｘ）は反応機構を表す関数である。絶縁材料
の劣化が時間０からｔまで進み、化学構造量がＸ0 から
Ｘまで変化したとして、数式１を積分すると、次の数式
２が得られる。
Ｅは活性化エネルギー、Ｒはガス定数、Ｔは劣化の絶対
温度、ｇ（Ｘ）は反応機構を表す関数である。絶縁材料
の劣化が時間０からｔまで進み、化学構造量がＸ0 から
Ｘまで変化したとして、数式１を積分すると、次の数式
２が得られる。
【０００８】
【数２】
【０００９】この数式２における右辺の積分は、時間の
次元となることから、数式３に示すように、換算時間θ
と呼ばれている。
次元となることから、数式３に示すように、換算時間θ
と呼ばれている。
【００１０】
【数３】
【００１１】従って、数式２は次の数式４のように書き
換えられる。
換えられる。
【００１２】
【数４】
【００１３】他方、反応機構を表す関数ｇ（Ｘ）と頻度
因子Ａが一定の劣化領域では、種々の温度条件で劣化が
生じても、換算時間θが等しければ化学構造量Ｘの変化
も等しくなり次の数式が成立する。 θ＝ｆ（Ｘ） さらに、絶縁材料の色を定量的に表す値、すなわち表色
値Ｐが化学構造量Ｘで一義的に定まるとすると、 Ｐ＝ｈ（Ｘ） となり、換算時間θと表色値Ｐとの間に数式７が成立す
る。 θ＝ｆ｛ｈ-1（Ｐ）｝ 従って、絶縁材料の表色値Ｐの変化、つまりここでは、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中の移動距離を測定
することによって、熱劣化度の尺度となる換算時間θを
求めることができる。それ故、任意の劣化度θに対し、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中の未劣化状態の位
置からの移動距離を求めることにより、精度の良い劣化
判定を行うことができる。
因子Ａが一定の劣化領域では、種々の温度条件で劣化が
生じても、換算時間θが等しければ化学構造量Ｘの変化
も等しくなり次の数式が成立する。 θ＝ｆ（Ｘ） さらに、絶縁材料の色を定量的に表す値、すなわち表色
値Ｐが化学構造量Ｘで一義的に定まるとすると、 Ｐ＝ｈ（Ｘ） となり、換算時間θと表色値Ｐとの間に数式７が成立す
る。 θ＝ｆ｛ｈ-1（Ｐ）｝ 従って、絶縁材料の表色値Ｐの変化、つまりここでは、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中の移動距離を測定
することによって、熱劣化度の尺度となる換算時間θを
求めることができる。それ故、任意の劣化度θに対し、
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の三次元空間中の未劣化状態の位
置からの移動距離を求めることにより、精度の良い劣化
判定を行うことができる。
【００１４】
【実施例】以下、電気絶縁材料として多く用いられてい
るエポキシ樹脂を試料として用いた実施例により本発明
を具体的に説明する。図１に示すように、照明用光ファ
イバー１と受光用光ファイバー２をエポキシ樹脂３内で
対向させて埋め込んだ試料を一定の温度たとえば２３０
℃の熱風循環式恒温槽内で劣化させ、一定時間ごとにエ
ポキシ樹脂内部の色を側色計で測定している。このよう
にして、測定した色を三刺激値を基にしたＬ* ａ* ｂ*
表色系を用いて表し、劣化ごとの試料の測定値を（Ｌ*
ａ* ｂ* ）の三次元の色空間にプロットしたものが図２
である。図２において、未劣化試料の座標Ａ0 を出発点
とし、劣化による座標Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 、…、Ａn と変
色が進むにつれて座標点の軌跡が曲線となって変化す
る。未劣化時の座標Ａ0 から劣化により（Ｌ* ，ａ* ，
ｂ* ）の三次元空間中の移動した軌跡の累積和をとる。
つまり、Ａ0 に対するＡ1 の色差ΔＥ* ab1 、Ａ1 に対
するＡ2 の色差ΔＥ* ab2 …を順に求め、横軸に換算時
間θ、縦軸に色差の累積和をプロットする。座標Ａ1 、
Ａ2 、Ａ3 、…、Ａn での換算時間をそれぞれθ1 、θ
2 、θ3 、…、θn とすると、それぞれの点での色差の
累積和（軌跡の長さ）はＥ* ab1 、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ
* ab2 ）、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ* ab2 ＋ΔＥ* ab3 ）、
…、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ* ab2 ＋…＋ΔＥ* ab(n-1) ＋
ΔＥ* abn ）となる。この関係をプロットすると図３の
ようなマスターカーブがえられ、長寿命側での飽和現象
がなくなる。これは、色差の累積和の場合、劣化により
エポキシ樹脂が変色すれば必ず（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の
三次元空間中を移動し、従って、その軌跡の長さも増加
するためである。次に、実働機器中のエポキシ樹脂の
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）三次元空間中での未劣化状態での
位置を０とし、劣化していった時の軌跡の長さを測定す
ることにより、その時の換算時間θを図３のマスターカ
ーブから求めることができ、したがってエポキシ樹脂の
劣化度を把握できる。この方法を用いれば、長寿命側で
の飽和現象がないため、運転時間のすべての領域に対
し、精度の高い劣化判定、残存寿命の推定が可能とな
る。図３の場合、一例として、測定点のみでのデータか
ら累積和を求めたが、連続的な軌跡の累積値を求めるこ
とにより、より精度ある判定曲線を得ることが可能であ
る。これらの解析は、（ａ* ，ｂ* ）等の二次元空間、
さらには、ＸＹＺ表色系の色度座標ｘｙｚを用いても同
様な考え方が適用できる。
るエポキシ樹脂を試料として用いた実施例により本発明
を具体的に説明する。図１に示すように、照明用光ファ
イバー１と受光用光ファイバー２をエポキシ樹脂３内で
対向させて埋め込んだ試料を一定の温度たとえば２３０
℃の熱風循環式恒温槽内で劣化させ、一定時間ごとにエ
ポキシ樹脂内部の色を側色計で測定している。このよう
にして、測定した色を三刺激値を基にしたＬ* ａ* ｂ*
表色系を用いて表し、劣化ごとの試料の測定値を（Ｌ*
ａ* ｂ* ）の三次元の色空間にプロットしたものが図２
である。図２において、未劣化試料の座標Ａ0 を出発点
とし、劣化による座標Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 、…、Ａn と変
色が進むにつれて座標点の軌跡が曲線となって変化す
る。未劣化時の座標Ａ0 から劣化により（Ｌ* ，ａ* ，
ｂ* ）の三次元空間中の移動した軌跡の累積和をとる。
つまり、Ａ0 に対するＡ1 の色差ΔＥ* ab1 、Ａ1 に対
するＡ2 の色差ΔＥ* ab2 …を順に求め、横軸に換算時
間θ、縦軸に色差の累積和をプロットする。座標Ａ1 、
Ａ2 、Ａ3 、…、Ａn での換算時間をそれぞれθ1 、θ
2 、θ3 、…、θn とすると、それぞれの点での色差の
累積和（軌跡の長さ）はＥ* ab1 、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ
* ab2 ）、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ* ab2 ＋ΔＥ* ab3 ）、
…、（ΔＥ* ab1 ＋ΔＥ* ab2 ＋…＋ΔＥ* ab(n-1) ＋
ΔＥ* abn ）となる。この関係をプロットすると図３の
ようなマスターカーブがえられ、長寿命側での飽和現象
がなくなる。これは、色差の累積和の場合、劣化により
エポキシ樹脂が変色すれば必ず（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）の
三次元空間中を移動し、従って、その軌跡の長さも増加
するためである。次に、実働機器中のエポキシ樹脂の
（Ｌ* ，ａ* ，ｂ* ）三次元空間中での未劣化状態での
位置を０とし、劣化していった時の軌跡の長さを測定す
ることにより、その時の換算時間θを図３のマスターカ
ーブから求めることができ、したがってエポキシ樹脂の
劣化度を把握できる。この方法を用いれば、長寿命側で
の飽和現象がないため、運転時間のすべての領域に対
し、精度の高い劣化判定、残存寿命の推定が可能とな
る。図３の場合、一例として、測定点のみでのデータか
ら累積和を求めたが、連続的な軌跡の累積値を求めるこ
とにより、より精度ある判定曲線を得ることが可能であ
る。これらの解析は、（ａ* ，ｂ* ）等の二次元空間、
さらには、ＸＹＺ表色系の色度座標ｘｙｚを用いても同
様な考え方が適用できる。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、回
転機の運転時間のすべての領域に対し精度の高い劣化判
定が可能となる。また連続的に進行する絶縁劣化の広い
範囲にわたって劣化度を判定できる。従って、これを電
気機器に適用することにより連続的な絶縁監視が可能と
なり、残存寿命を精度よく推定できるので適切な時期で
の絶縁物の取替えが可能となり、事故を未然に防止でき
る効果がある。
転機の運転時間のすべての領域に対し精度の高い劣化判
定が可能となる。また連続的に進行する絶縁劣化の広い
範囲にわたって劣化度を判定できる。従って、これを電
気機器に適用することにより連続的な絶縁監視が可能と
なり、残存寿命を精度よく推定できるので適切な時期で
の絶縁物の取替えが可能となり、事故を未然に防止でき
る効果がある。
【図１】 本発明の実施例を示す検出プローブの斜視
図。
図。
【図２】 本発明の劣化による色差の軌跡を示す図。
【図３】 本発明の色差の軌跡の長さと換算時間との関
係を示す図。
係を示す図。
【図４】 従来の色差との換算時間との関係を示す図。
１ 照明用光ファイバー ２ 受光用光ファイバー ３ 電気絶縁材料（エポキシ樹脂）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 尾崎 淳史 (56)参考文献 特開 昭61−59242（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−28601（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−84162（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−226651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 31/12 G01N 17/00 G01N 21/17 - 21/60
Claims (1)
- 【請求項１】 あらかじめ熱劣化させた被測定絶縁材料
の表色値の変化と、被測定絶縁材料の劣化度をアレニウ
スの反応速度式に基づく温度と時間の関数である換算時
間とのマスタカーブを求め、実働機器に設けられた絶縁
材料の表色値を測定してその測定値から前記換算時間を
求め被測定絶縁材料の熱劣化度合いを検出する熱劣化検
出方法において、前記絶縁材料の劣化度を、（Ｌ* ，ａ
* ，ｂ* ）の三次元色空間での劣化による変色に伴って
移動した空間中の軌跡の距離を用いて劣化判定すること
を特徴とする絶縁材料の熱劣化検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28399691A JP3147186B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 絶縁材料の熱劣化検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28399691A JP3147186B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 絶縁材料の熱劣化検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599978A JPH0599978A (ja) | 1993-04-23 |
| JP3147186B2 true JP3147186B2 (ja) | 2001-03-19 |
Family
ID=17672944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28399691A Expired - Fee Related JP3147186B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 絶縁材料の熱劣化検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3147186B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4710701B2 (ja) * | 2006-04-18 | 2011-06-29 | 富士電機システムズ株式会社 | 高分子材料の劣化診断方法および装置 |
| JP2008180607A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-08-07 | Railway Technical Res Inst | 高分子材料からなる物品の劣化評価システム |
| JP6369228B2 (ja) | 2014-08-29 | 2018-08-08 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
-
1991
- 1991-10-03 JP JP28399691A patent/JP3147186B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0599978A (ja) | 1993-04-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |