JP4553421B2 - 回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機の残存絶縁破壊電圧を精度よく推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機の残存破壊電圧を推定する方法としては、各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する絶縁破壊電圧値との関係を導き出して、その関係から未知の残存絶縁破壊電圧値を推定する方法が行われている。
各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する残存絶縁破壊電圧値との関係を導き出すツールとしては、従来から重回帰分析やニューラルネットワークが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力して残存破壊電圧値を推定する方法では、各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する残存絶縁破壊電圧値との相関性が低いなど、残存絶縁破壊電圧値の精度に信頼性が余りもてないという問題点があった。
本発明の目的は、上記の問題点を解決して精度の高い残存絶縁破壊電圧値を推定することができる回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法を提供することにある。
【０００４】
［課題を解決するための手段］つまり、その目的を達成するための手段は、回転電機の各種の特性値をニューラルネットワークに入力して、回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定を行う方法において、推定対象となる各種の回転電機の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力するだけでなく、物理的、化学的な材料特性値もニューラルネットワークに同時に入力することを特徴とする回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法である。すなわち、ニューラルネットワークに電気的な絶縁特性だけでなく、物理的、化学的な材料特性値も入力することを手段とする。
【０００５】
具体的には、 請求項１において記載する、回転電機の各種の特性値から該回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定を行う方法において、推定対象となる回転電機の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力するだけでなく、物理的および化学的な材料特性値もニューラルネットワークに同時に入力することを特徴とする残存絶縁破壊電圧値の推定方法であって、前記物理的な材料特性値として絶縁システムの熱伝導率を用い、前記化学的な材料特性値として該絶縁システムの赤外吸収スペクトル中の特定の２つのピークの強度比を用いることを特徴とする回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法である。
【０００６】
絶縁破壊現象は、絶縁システムが種々の要因によって劣化することにより電気的な絶縁耐力が低下して最終的に貫通破壊する現象である。
劣化要因には熱的・機械的・電気的その他種々の要因があげられる。これらの要因が絶縁システムに直接、間接に作用することで、絶縁システムの物性が変化するとともに、絶縁システム内部に微少なボイドが発生して放電を起こしやすくなり、最終的には絶縁システムの貫通方向全体に放電が起こり絶縁破壊を引き起こす。
【０００７】
電気的な絶縁特性としては、絶縁抵抗値（直流試験）、ｔａｎδ特性、部分放電特性などがある。
これらの電気的な絶縁特性は絶縁システムの吸湿、汚損、ボイドの状態などを調べるものであるが、絶縁システムのすべての性状を包含しているものではない。
電気的な特性以外にも、化学的、物理的な面から絶縁システムの性状を調べる手段があり、それゆえ電気的、化学的、物理的な幅広い見地から残存絶縁破壊電圧値を推定することは推定精度を高めると考えられる。
【０００８】
化学的に絶縁システムの劣化を調べる方法として赤外吸収スペクトル法があり、絶縁層を構成する含浸樹脂やフィルムなどの有機材料は、熱によって徐々に分解、酸化を受けるためその化学的な構造は劣化とともに徐々に変化していく。
これらの化学反応速度はアーレニウス則（温度と寿命の関数）に従う。従って、構造的な変化の程度は温度と時間の関数によって表現できる。これら絶縁層を構成する有機材料を採取してその化学構造を調べることができれば、それらの熱履歴を推定できることになる。
【０００９】
材料の分析方法には各種の方法があるが、有機材料の化学構造の変化を知る有力な手段として前記赤外吸収スペクトル法によって行なう。
これは、赤外吸収スペクトルの分析によって得られたスペクトルを解析することによって、熱履歴を受けるに従って変化していくピークを見出し、あらかじめ材料単独を熱劣化させて経時的にスペクトルを測定し、そのスペクトル変化からマスターカーブを作成しておき、絶縁診断を行うべき絶縁層から採取した試料のスペクトルを測定し、そのピークの変化とマスターカーブから熱履歴を推定するものである。
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【発明の実施の形態】
図１は本発明の残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフ、図２は赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法を示す説明図、図３は赤外吸収スペクトルのピーク強度比の算出方法を示す説明図、図４は赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法のためのマスターカーブを示す特性図、図５は、絶縁システムの熱劣化時間と熱伝導との相関関係を示すグラフ、図６は残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
以下、本発明の図１に示すグラフを得るまでについて説明する。
まず初めに、図２に示すように、推定したい回転機のコイル外側に付着している含浸樹脂を微量採取する。
次に化学的な検知から絶縁システムの熱劣化を調べる方法として、赤外吸収スペクトルを測定する。そして、図3に示すように、測定したスペクトルから、赤外吸収スペクトルの例えばある特定の２つのピークの強度比（線分ＡＡ’と線分ＢＢ’の長さの比）を計算する。
この時、図４に示す、あらかじめこの含浸樹脂の熱劣化時間と赤外吸収スペクトルの強度比との関係を調べておけば、ある一定の相関性があるので、化学的な見地からどの程度の熱履歴があるのか推定できる。
【００１１】
物理的に絶縁システムの劣化を調べる方法として、熱伝導がある。
絶縁システムが劣化する前は絶縁層の内部は緻密なので熱伝導はよいが、劣化が進むと絶縁システムの内部には熱伝導を妨げるボイド、クラックなどが発生するので熱伝導が悪くなってくる。
あらかじめ絶縁システムの熱劣化時間と絶縁システムの熱伝導との関係を、図５に示すように調べておけば、ある一定の相関性があるので、物理的な見地からどの程度の熱履歴があるのか推定できる。
【００１２】
絶縁劣化の程度が一様でない回転電機の絶縁システム３６０試料について、劣化後の電気的な絶縁特性（絶縁抵抗１分値、１０分値、成極指数、tanδ〜電圧特性、最大放電電荷量など）を測定するとともに、化学的、物理的特性についても測定した。
化学的特性については、前述した赤外吸収スペクトル法により、回転電機のコイルエンド部から絶縁層にダメージを与えないように微量の含浸樹脂を採取して赤外吸収スペクトルを測定し、強度比を算出して、図４から熱劣化時間を推定した。
【００１３】
物理的特性については、コイルエンド部の絶縁システムの熱伝導を熱伝導率計で測定して、図５から熱劣化時間を推定した。
非破壊特性（上記電気的絶縁特性、化学的特性（赤外吸収スペクトル法）、物理的特性（熱伝導））測定後に絶縁破壊試験を行い、残存絶縁破壊電圧値を測定した。
次に示す２種類の学習方法によって残存絶縁破壊電圧値を推定した。
【００１４】
第１の方法は上記電気的な絶縁特性と絶縁破壊電圧測定値をニューラルネットワークに入力して学習を行い、残存絶縁破壊電圧値の推定モデルを構築した。次に学習をさせていない試料のデータ（電気的絶縁特性）を用意し上記推定モデルを用いて残存絶縁破壊電圧値を推定した。この時の残存絶縁破壊電圧測定値と推定値の相関性を図６に示す。
【００１５】
第２の方法は、図１に示すように、上記電気的な絶縁特性とともにさらに化学的、物理的特性と絶縁破壊電圧測定値をニューラルネットワークに入力して学習を行い、残存絶縁破壊電圧値を推定モデル構築した。次に学習させていない試料のデータ（電気的絶縁特性と化学的、物理的特性）を用意し上記推定モデルを用いて残存絶縁破壊電圧値を推定した。
【００１６】
以上のような２種類の推定方法の結果、寄与率（Ｒ２）は、図６（化学的、物理的特性なし）よりも、図１（化学的、物理的特性あり）の方が高くなっている。
このことから、化学的、物理的特性のデータが「なし」よりも「あり」の優位性が確認できた。
【００１７】
本発明に適用される絶縁特性は上記の絶縁抵抗１分値、１０分値、成極指数、tanδ〜電圧特性、最大放電電荷量などに限定されるものではなく、分析ツールに入力して残存絶縁破壊電圧の推定に有効なものであればどのような絶縁特性であってもよい。
【００１８】
今回は化学的特性として、赤外吸収スペクトル法を、物理的特性として熱伝導の２種類の特性値をニューラルネットに入力したが、化学的特性として別の手段例えば熱分析法、元素分析などでもよいし、物理的特性として別の手段でもよい。また化学的、物理的特性を各１種類ずつの入力でなく何種類でもかまわない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、回転電機の絶縁システムの残存絶縁破壊電圧値を推定する方法として、各種の電気的な絶縁特性だけでなく、化学的特性、物理的特性を同時にニューラルネットワークに入力することにより従来よりも精度よく残存絶縁破壊電圧値を推定することができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
【図２】赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法を示すためのチャート図である。
【図３】赤外吸収スペクトルの強度比を算出するための説明図である。
【図４】赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法のためのマスターカーブを示すグラフである。
【図５】絶縁システムの熱劣化時間と熱伝導との相関関係を示すグラフである。
【図６】残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は回転電機の残存絶縁破壊電圧を精度よく推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機の残存破壊電圧を推定する方法としては、各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する絶縁破壊電圧値との関係を導き出して、その関係から未知の残存絶縁破壊電圧値を推定する方法が行われている。
各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する残存絶縁破壊電圧値との関係を導き出すツールとしては、従来から重回帰分析やニューラルネットワークが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力して残存破壊電圧値を推定する方法では、各種の電気的な絶縁特性とそれに対応する残存絶縁破壊電圧値との相関性が低いなど、残存絶縁破壊電圧値の精度に信頼性が余りもてないという問題点があった。
本発明の目的は、上記の問題点を解決して精度の高い残存絶縁破壊電圧値を推定することができる回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法を提供することにある。
【０００４】
［課題を解決するための手段］つまり、その目的を達成するための手段は、回転電機の各種の特性値をニューラルネットワークに入力して、回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定を行う方法において、推定対象となる各種の回転電機の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力するだけでなく、物理的、化学的な材料特性値もニューラルネットワークに同時に入力することを特徴とする回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法である。すなわち、ニューラルネットワークに電気的な絶縁特性だけでなく、物理的、化学的な材料特性値も入力することを手段とする。
【０００５】
具体的には、 請求項１において記載する、回転電機の各種の特性値から該回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定を行う方法において、推定対象となる回転電機の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力するだけでなく、物理的および化学的な材料特性値もニューラルネットワークに同時に入力することを特徴とする残存絶縁破壊電圧値の推定方法であって、前記物理的な材料特性値として絶縁システムの熱伝導率を用い、前記化学的な材料特性値として該絶縁システムの赤外吸収スペクトル中の特定の２つのピークの強度比を用いることを特徴とする回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法である。
【０００６】
絶縁破壊現象は、絶縁システムが種々の要因によって劣化することにより電気的な絶縁耐力が低下して最終的に貫通破壊する現象である。
劣化要因には熱的・機械的・電気的その他種々の要因があげられる。これらの要因が絶縁システムに直接、間接に作用することで、絶縁システムの物性が変化するとともに、絶縁システム内部に微少なボイドが発生して放電を起こしやすくなり、最終的には絶縁システムの貫通方向全体に放電が起こり絶縁破壊を引き起こす。
【０００７】
電気的な絶縁特性としては、絶縁抵抗値（直流試験）、ｔａｎδ特性、部分放電特性などがある。
これらの電気的な絶縁特性は絶縁システムの吸湿、汚損、ボイドの状態などを調べるものであるが、絶縁システムのすべての性状を包含しているものではない。
電気的な特性以外にも、化学的、物理的な面から絶縁システムの性状を調べる手段があり、それゆえ電気的、化学的、物理的な幅広い見地から残存絶縁破壊電圧値を推定することは推定精度を高めると考えられる。
【０００８】
化学的に絶縁システムの劣化を調べる方法として赤外吸収スペクトル法があり、絶縁層を構成する含浸樹脂やフィルムなどの有機材料は、熱によって徐々に分解、酸化を受けるためその化学的な構造は劣化とともに徐々に変化していく。
これらの化学反応速度はアーレニウス則（温度と寿命の関数）に従う。従って、構造的な変化の程度は温度と時間の関数によって表現できる。これら絶縁層を構成する有機材料を採取してその化学構造を調べることができれば、それらの熱履歴を推定できることになる。
【０００９】
材料の分析方法には各種の方法があるが、有機材料の化学構造の変化を知る有力な手段として前記赤外吸収スペクトル法によって行なう。
これは、赤外吸収スペクトルの分析によって得られたスペクトルを解析することによって、熱履歴を受けるに従って変化していくピークを見出し、あらかじめ材料単独を熱劣化させて経時的にスペクトルを測定し、そのスペクトル変化からマスターカーブを作成しておき、絶縁診断を行うべき絶縁層から採取した試料のスペクトルを測定し、そのピークの変化とマスターカーブから熱履歴を推定するものである。
【００１０】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳述する。
【発明の実施の形態】
図１は本発明の残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフ、図２は赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法を示す説明図、図３は赤外吸収スペクトルのピーク強度比の算出方法を示す説明図、図４は赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法のためのマスターカーブを示す特性図、図５は、絶縁システムの熱劣化時間と熱伝導との相関関係を示すグラフ、図６は残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
以下、本発明の図１に示すグラフを得るまでについて説明する。
まず初めに、図２に示すように、推定したい回転機のコイル外側に付着している含浸樹脂を微量採取する。
次に化学的な検知から絶縁システムの熱劣化を調べる方法として、赤外吸収スペクトルを測定する。そして、図3に示すように、測定したスペクトルから、赤外吸収スペクトルの例えばある特定の２つのピークの強度比（線分ＡＡ’と線分ＢＢ’の長さの比）を計算する。
この時、図４に示す、あらかじめこの含浸樹脂の熱劣化時間と赤外吸収スペクトルの強度比との関係を調べておけば、ある一定の相関性があるので、化学的な見地からどの程度の熱履歴があるのか推定できる。
【００１１】
物理的に絶縁システムの劣化を調べる方法として、熱伝導がある。
絶縁システムが劣化する前は絶縁層の内部は緻密なので熱伝導はよいが、劣化が進むと絶縁システムの内部には熱伝導を妨げるボイド、クラックなどが発生するので熱伝導が悪くなってくる。
あらかじめ絶縁システムの熱劣化時間と絶縁システムの熱伝導との関係を、図５に示すように調べておけば、ある一定の相関性があるので、物理的な見地からどの程度の熱履歴があるのか推定できる。
【００１２】
絶縁劣化の程度が一様でない回転電機の絶縁システム３６０試料について、劣化後の電気的な絶縁特性（絶縁抵抗１分値、１０分値、成極指数、tanδ〜電圧特性、最大放電電荷量など）を測定するとともに、化学的、物理的特性についても測定した。
化学的特性については、前述した赤外吸収スペクトル法により、回転電機のコイルエンド部から絶縁層にダメージを与えないように微量の含浸樹脂を採取して赤外吸収スペクトルを測定し、強度比を算出して、図４から熱劣化時間を推定した。
【００１３】
物理的特性については、コイルエンド部の絶縁システムの熱伝導を熱伝導率計で測定して、図５から熱劣化時間を推定した。
非破壊特性（上記電気的絶縁特性、化学的特性（赤外吸収スペクトル法）、物理的特性（熱伝導））測定後に絶縁破壊試験を行い、残存絶縁破壊電圧値を測定した。
次に示す２種類の学習方法によって残存絶縁破壊電圧値を推定した。
【００１４】
第１の方法は上記電気的な絶縁特性と絶縁破壊電圧測定値をニューラルネットワークに入力して学習を行い、残存絶縁破壊電圧値の推定モデルを構築した。次に学習をさせていない試料のデータ（電気的絶縁特性）を用意し上記推定モデルを用いて残存絶縁破壊電圧値を推定した。この時の残存絶縁破壊電圧測定値と推定値の相関性を図６に示す。
【００１５】
第２の方法は、図１に示すように、上記電気的な絶縁特性とともにさらに化学的、物理的特性と絶縁破壊電圧測定値をニューラルネットワークに入力して学習を行い、残存絶縁破壊電圧値を推定モデル構築した。次に学習させていない試料のデータ（電気的絶縁特性と化学的、物理的特性）を用意し上記推定モデルを用いて残存絶縁破壊電圧値を推定した。
【００１６】
以上のような２種類の推定方法の結果、寄与率（Ｒ２）は、図６（化学的、物理的特性なし）よりも、図１（化学的、物理的特性あり）の方が高くなっている。
このことから、化学的、物理的特性のデータが「なし」よりも「あり」の優位性が確認できた。
【００１７】
本発明に適用される絶縁特性は上記の絶縁抵抗１分値、１０分値、成極指数、tanδ〜電圧特性、最大放電電荷量などに限定されるものではなく、分析ツールに入力して残存絶縁破壊電圧の推定に有効なものであればどのような絶縁特性であってもよい。
【００１８】
今回は化学的特性として、赤外吸収スペクトル法を、物理的特性として熱伝導の２種類の特性値をニューラルネットに入力したが、化学的特性として別の手段例えば熱分析法、元素分析などでもよいし、物理的特性として別の手段でもよい。また化学的、物理的特性を各１種類ずつの入力でなく何種類でもかまわない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、回転電機の絶縁システムの残存絶縁破壊電圧値を推定する方法として、各種の電気的な絶縁特性だけでなく、化学的特性、物理的特性を同時にニューラルネットワークに入力することにより従来よりも精度よく残存絶縁破壊電圧値を推定することができ、実用上、極めて有用性の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
【図２】赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法を示すためのチャート図である。
【図３】赤外吸収スペクトルの強度比を算出するための説明図である。
【図４】赤外吸収スペクトル法による熱劣化時間の推定方法のためのマスターカーブを示すグラフである。
【図５】絶縁システムの熱劣化時間と熱伝導との相関関係を示すグラフである。
【図６】残存絶縁破壊電圧値の推定値と測定値の相関性を示すグラフである。
Claims (1)
- 回転電機の各種の特性値から該回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定を行う方法において、推定対象となる回転電機の電気的な絶縁特性をニューラルネットワークに入力するだけでなく、物理的および化学的な材料特性値もニューラルネットワークに同時に入力することを特徴とする残存絶縁破壊電圧値の推定方法であって、前記物理的な材料特性値として絶縁システムの熱伝導率を用い、前記化学的な材料特性値として該絶縁システムの赤外吸収スペクトル中の特定の２つのピークの強度比を用いることを特徴とする回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20011999A JP4553421B2 (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | 回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20011999A JP4553421B2 (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | 回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001027662A JP2001027662A (ja) | 2001-01-30 |
| JP4553421B2 true JP4553421B2 (ja) | 2010-09-29 |
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ID=16419151
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|---|---|---|---|
| JP20011999A Expired - Fee Related JP4553421B2 (ja) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | 回転電機の残存絶縁破壊電圧値の推定方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4553421B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11041880B2 (en) * | 2017-12-01 | 2021-06-22 | Tektronix, Inc. | Contactless coupling between test and measurement system and a device under test |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05264645A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-12 | Hitachi Ltd | 絶縁物の劣化推定法 |
| JPH07128394A (ja) * | 1993-11-01 | 1995-05-19 | Hitachi Ltd | 電気機器の絶縁劣化監視診断システム |
| JPH0980029A (ja) * | 1995-09-12 | 1997-03-28 | Hitachi Ltd | 絶縁診断方法 |
-
1999
- 1999-07-14 JP JP20011999A patent/JP4553421B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05264645A (ja) * | 1992-03-19 | 1993-10-12 | Hitachi Ltd | 絶縁物の劣化推定法 |
| JPH07128394A (ja) * | 1993-11-01 | 1995-05-19 | Hitachi Ltd | 電気機器の絶縁劣化監視診断システム |
| JPH0980029A (ja) * | 1995-09-12 | 1997-03-28 | Hitachi Ltd | 絶縁診断方法 |
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|---|---|
| JP2001027662A (ja) | 2001-01-30 |
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