JP4488797B2

JP4488797B2 - 電気機器の絶縁劣化監視システム

Info

Publication number: JP4488797B2
Application number: JP2004163945A
Authority: JP
Inventors: 純一佐藤; 修阪口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-06-02
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: JP2005345216A

Description

本発明は、スイッチギヤなどの電気機器に用いられる絶縁物の絶縁劣化を容易に監視し得る電気機器の絶縁劣化監視システムに関する。

従来のこの種のスイッチギヤなどの電気機器における絶縁劣化監視システムは、部分放電センサや温度センサなどを電気機器に取り付け、運転状態を常時監視している。そして、これら監視された各種のデータは、通信回線を介して監視センターへ送信され、予防保全や余寿命評価が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

また、監視されたデータを、通信ネットワークを介してサーバに送信し、この通信ネットワーク上に端末を接続してどこからでもこのデータを取得し、電気機器の運転状態を監視できるものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００２−１７１６９６号公報（第３ページ、図１）特開２００３−１４０７３８号公報（第７ページ、図１）

上記の従来の電気機器の絶縁劣化監視システムにおいては、次のような問題がある。
部分放電センサや温度センサなどは、電気機器の筐体に取り付けられることが多く、電気機器全体としての予防保全や余寿命評価ができる。このため、監視されたデータに前回と比べて大きな変化が認められた場合には、現地に保守員が出向き、当該電気機器の運転状態を確認していた。そして、緊急を要するものでは、運転を停止し、細密点検を実施していた。

しかしながら、細密点検を実施しようとしても、数多く使用されている絶縁物の個々について絶縁劣化監視が行われていないため、絶縁劣化が進行している絶縁物を特定するのに多大の時間を要していた。また、この点検で絶縁劣化を特定する判定を誤ると、電気機器が絶縁破壊に到ることがある。

また、各種のセンサを数多く取り付けようとすると、センサと監視部間に配線を設けなくてはならず、電気機器の構造が複雑となっていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、電気機器に用いられる絶縁物の絶縁劣化を容易に監視し得る電気機器の絶縁劣化監視システムを得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電気機器の絶縁劣化監視システムは、絶縁物内に
設けられた絶縁劣化を監視するデータ取得部と、前記データ取得部のデータを非接触で読
み取ったり新たなデータを書き込む可搬式の絶縁劣化監視部とからなり、前記データ取得
部は、前記絶縁物に設けられた絶縁監視センサと、前記絶縁監視センサからのデータを記
憶する記憶部と、前記記憶部のデータを送受信する第１のアンテナ部とで構成され、前記
絶縁劣化監視部は、前記第１のアンテナ部に対応してデータを送受信する第２のアンテナ
部と、前記第２のアンテナ部を介して読み取った前記記憶部のデータに基づき前記絶縁物
の絶縁劣化状態を算出する演算部と、前記演算部の結果を表示する表示部とで構成され、
前記絶縁監視センサは、部分放電センサであり、前記絶縁劣化状態を部分放電の大きさか
ら算出することを特徴とする。

本発明によれば、電気機器に用いられる絶縁物に絶縁劣化を監視する絶縁監視センサを取り付け、この絶縁監視センサで得られたデータを非接触のもと絶縁劣化監視部で読み取り、今後継続して使用に耐え得る時間を算出しているので、絶縁物の絶縁劣化を容易に監視することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムを図１乃至図７を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムの構成を示すブロック図、図２は、本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムに用いる絶縁物の構成を示す断面図、図３は、本発明の実施例に係る絶縁物の応力と寿命との関係を示す特性図、図４は、本発明の実施例に係る絶縁物の電界強度と寿命との関係を示す特性図、図５は、本発明の実施例に係る絶縁物で発生する部分放電の大きさと寿命との関係を示す特性図、図６は、本発明の実施例に係る絶縁物の温度と寿命との関係を示す特性図、図７は、本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムの表示部の表示例である。

図１に示すように、絶縁劣化監視システムは、絶縁物側に設けられ絶縁劣化を監視するデータ取得部１と、このデータ取得部１のデータを非接触で読み取ったり、新たなデータを書き込んだりする絶縁劣化監視部２から構成されている。

データ取得部１には、絶縁劣化を監視するセンサ部３、センサ部３からのデータを変換する変換部４、変換されたデータを記憶する記憶部５、記憶部５のデータを絶縁劣化監視部２へ送受信するアンテナ部６で構成されている。

センサ部３には、絶縁物の内部応力の監視では例えばストレインゲージ、電界強度の監視では例えばポッケルス素子、部分放電監視では例えば圧電素子、温度の監視では例えば熱電対のような絶縁劣化を監視するセンサが設けられている。また、ストレインゲージのようなセンサで、電力を必要として動作するものでは、センサに静電結合により電力が得られるような電極を設けている。なお、これらのセンサは、１つ以上のセンサで絶縁監視センサが構成され、絶縁物の絶縁劣化状態が監視される。

変換部４は、センサ部３からのデータを、例えばＩＣチップからなる記憶部５に記録させるためのデータ変換が行われる。そして、記憶部５には、センサ部３がストレインゲージでは応力、ポッケルス素子では電界強度、圧電素子では部分放電の有無、熱電対では温度などのデータが記憶される。これらのデータは、ループアンテナのようなアンテナを備えた第１のアンテナ部６で絶縁劣化監視部２に送信される。また、絶縁劣化監視部２からの情報を受信するようにもなっている。

絶縁劣化監視部２には、データ取得部１の第１のアンテナ部６に対応した第２のアンテナ部７が設けられており、データの送受信が行われる。この第２のアンテナ部７は、リーダライタ部８でデータ取得部１のデータを読み取ったり、データを書き込んだりすることができる。また、読み取ったデータは、演算部９で絶縁劣化の診断が行われ、その結果を表示部１０に出力し、表示するようになっている。なお、演算部９には、パソコンなどの他の装置に接続できる端子を備え、詳細な分析が行えるようになっている。また、絶縁劣化監視部２は、可搬式の構造となっている。

ここで、データ取得部１は、図２に示すように、代表的な絶縁物である支持がいし１１では、離間した一対の電極１２、１３をモールドした絶縁層１４内に設けられ、また電界緩和されるように電極１３（１２）の近傍に設けられている。絶縁層１４には、予めデータ取得部１を収納するスペースが設けられており、収納後にその開口部が絶縁層１４と同一絶縁材料を充填した充填層１５で封止されている。

そして、電気機器の受電点に設けられた支持がいし１１の絶縁性能を点検する場合を説明する。

先ず、センサ部３にストレインゲージが設けられた場合には、支持がいし１１に加わっている応力の平均値が記憶部５に記録されている。また、短絡電流などが流れて大きい電磁力が働いて過渡的な応力が加わったときの最大値も記憶部５に記録されている。これらのデータは、絶縁劣化監視部２を例えば１ｍに近づけて非接触にて読み取ることができる。読み取ったデータは、演算部９で余寿命が求められる。

これは、図３に示すように、演算部９には、予め絶縁材料の応力と寿命の関係を求めたクリープ特性が入力されており、このクリープ特性から算出されている。即ち、応力が平均値σ０の場合、時間ｔ０が使用限界点であり、測定したときが時間ｔ１であれば、これらの時間を比較して時間ｔ０−時間ｔ１が今後の使用に耐え得る余寿命となる。また、最大値σＭＡＸが、衝撃荷重による破壊強度を超えていなければ、今後の使用に耐え得ることになる。なお、余寿命とは、測定した以降に絶縁物が良好に継続して使用に耐え得る時間である。

次に、センサ部３にポッケルス素子が設けられた場合には、運転電圧によって支持がいし１１に加わっている電界強度の平均値が記憶部５に記録されている。また、サージなど過電圧が進入し、過渡的な電界が加わったときの最大値も記憶部５に記録されている。これらのデータは、絶縁劣化監視部２を例えば１ｍに近づけて非接触にて読み取ることができる。読み取ったデータは、演算部９で余寿命が求められる。

これは、図４に示すように、演算部９には、予め絶縁材料の電界強度と寿命の関係を求めたＥ−ｔ特性が入力されており、このＥ−ｔ特性から算出している。即ち、電界強度が平均値Ｅ０の場合、時間ｔ０が使用限界点であり、測定したときが時間ｔ１であれば、時間ｔ０−時間ｔ１が今後の使用に耐え得る余寿命となる。また、最大値ＥＭＡＸが、インパルス電圧の破壊電界を超えていなければ、今後の使用に耐え得ることになる。

次に、センサ部３に圧電素子が設けられた場合には、支持がいし１１で発生する部分放電による音波の大きさが記憶部５に記録されている。このデータは、絶縁劣化監視部２を例えば１ｍに近づけて非接触にて読み取ることができる。読み取ったデータは、演算部９で余寿命が求められる。

これは、図５に示すように、演算部９には、予め絶縁材料の電界強度と部分放電による寿命の関係を求めたＥ−ｔ特性が入力されており、このＥ−ｔ特性から算出している。即ち、支持がいし１１が使用される電界強度Ｅ０が予め入力されており、部分放電がない場合では時間ｔ０１が使用限界点であり、測定したときが時間ｔ１であれば、時間ｔ０１−時間ｔ１が今後の使用に耐え得る余寿命となる。また、部分放電が発生している場合では、時間ｔ０２が使用限界点であり、測定したときが時間ｔ１であれば、時間ｔ０２−時間ｔ１が今後の使用に耐え得る余寿命となる。

次に、センサ部３に熱電対が設けられた場合には、支持がいし１１に加わっている温度の平均値が記憶部５に記録されている。また、主回路に過電流が流れて過渡的な温度上昇があったときの最大値も記憶部５に記録されている。これらのデータは、絶縁劣化監視部２を例えば１ｍに近づけて非接触にて読み取ることができる。読み取ったデータは、演算部９で余寿命が求められる。

これは、図６に示すように、演算部９には、予め絶縁材料の温度と寿命の関係を求めたアレニウスプロットされた特性が入力されており、この特性から算出している。即ち、温度が平均値Ｔ０の場合、時間ｔ０が使用限界点であり、測定したときが時間ｔ１であれば、時間ｔ０−時間ｔ１が今後の使用に耐え得る余寿命となる。また、最大値ＴＭＡＸが、この特性を超えていなければ、今後の使用に耐え得ることになる。

このように、支持がいし１１の絶縁性能を良好に維持するため、少なくとも機械的特性、電気的特性、および熱的特性を用いて、余寿命が算出されている。

また、測定されたデータは、図７に示すように、スイッチギヤの定格電圧、定格電流の他に、支持がいし１１の絶縁劣化の程度が出力される。即ち、絶縁劣化の程度を、運転継続可能で劣化小のレベル１から劣化中のレベル２、更には緊急停止を要する劣化大のレベル３に分け、前回の測定と今回の測定でのレベルが表示される。このレベルは、複数に分けて細分化してもよい。また、それぞれのセンサで測定した値や余寿命を表示してもよい。また、今回測定したデータは、データ取得部１の記憶部５に書き込みができ、次回の測定と比較することができる。

ここで、これらのセンサは、電気機器に用いられる全ての絶縁物に取り付けてもよく、また、電気機器の代表的な個所、即ち、機械的強度の大きい個所ではストレインゲージ、温度上昇がある個所では熱電対を用いるなど場所を特定して取り付けることもできる。更には、複数のセンサを同一個所に取り付けて、それぞれの特性を同時に測定することができる。

なお、他のセンサとして、絶縁物表面の汚損程度を測定する漏れ電流センサ、絶縁物表面の微小放電を検出する受光ダイオードを用いた光センサなどを用いることができる。

上記実施例の電気機器の絶縁劣化監視システムによれば、電気機器に用いられ支持がいし１１のような絶縁物に絶縁監視をするためのセンサを有するデータ取得部１を取り付け、このデータ取得部１のデータを非接触のもと絶縁劣化監視部２で読み取り、絶縁物が今後使用に耐え得る余寿命を算出しているので、絶縁物の絶縁劣化を容易に把握することができる。また、データ取得部１と絶縁劣化監視部２間の配線などが不要となり、簡素なものとなる。

本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムの構成を示すブロック図。本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムに用いる絶縁物の構成を示す断面図。本発明の実施例に係る絶縁物の応力と寿命との関係を示す特性図。本発明の実施例に係る絶縁物の電界強度と寿命との関係を示す特性図。本発明の実施例に係る絶縁物で発生する部分放電の大きさと寿命との関係を示す特性図。本発明の実施例に係る絶縁物の温度と寿命との関係を示す特性図。本発明の実施例に係る電気機器の絶縁劣化監視システムの表示部の表示例。

符号の説明

１データ取得部
２絶縁劣化監視部
３センサ部
４変換部
５記憶部
６第１のアンテナ部
７第２のアンテナ部
８リーダライタ部
９演算部
１０表示部
１１支持がいし
１２、１３電極
１４絶縁層
１５充填層

Claims

絶縁物内に設けられた絶縁劣化を監視するデータ取得部と、
前記データ取得部のデータを非接触で読み取ったり新たなデータを書き込む可搬式の絶縁
劣化監視部とからなり、
前記データ取得部は、
前記絶縁物に設けられた絶縁監視センサと、
前記絶縁監視センサからのデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部のデータを送受信する第１のアンテナ部とで構成され、
前記絶縁劣化監視部は、
前記第１のアンテナ部に対応してデータを送受信する第２のアンテナ部と、
前記第２のアンテナ部を介して読み取った前記記憶部のデータに基づき前記絶縁物の絶縁
劣化状態を算出する演算部と、
前記演算部の結果を表示する表示部とで構成され、
前記絶縁監視センサは、部分放電センサであり、
前記絶縁劣化状態を部分放電の大きさから算出することを特徴とする電気機器の絶縁劣化
監視システム。