JP5535289B2

JP5535289B2 - 電気試験装置及び電気試験方法

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Publication number: JP5535289B2
Application number: JP2012216508A
Authority: JP
Inventors: 健一勝見; 透鶴田; 貴史山本
Original assignee: 株式会社エクシム
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP2014070980A

Description

本発明は、高電圧電気機器の電気特性を試験するために使用される電気試験装置及び電気試験方法に関する。

一般に、ケーブル終端接続部等の高電圧電気機器に用いられる電気部品（エポキシブッシング（エポキシ套管）等）については、使用前に安全性を確認するために、商用周波耐電圧試験、商用周波部分放電試験、雷インパルス耐電圧試験等の各種電気試験が行われる。このような電気試験を空気中で行うと、課電部や試料の突起、角部又は付着異物から気中放電や表面閃絡が発生するため、一般には、絶縁耐力の高い絶縁ガス雰囲気中に試料を配置した状態で試験が行われる（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載されているように、従来の電気試験装置では、絶縁ガスとして主に六フッ化硫黄（ＳＦ₆）ガスが用いられる。ＳＦ₆ガスは、水分を含まない乾燥空気（酸素（Ｏ₂）：約２０％、窒素（Ｎ₂）：約８０％）やＮ₂ガス等の自然ガスより優れた絶縁耐力を有しており、電気試験用の絶縁ガスとして好適なためである。
しかし、ＳＦ₆は、地球温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ₂）の２３９００倍であり、京都議定書における排出量削減対象の温室効果ガスとして指定されており、電気試験の分野でも使用削減が求められている。

そこで、ＳＦ₆ガスの代替ガスが模索されているが、環境適応性（地球温暖化係数が低いこと）や毒性の有無の観点から候補として挙がる代替ガス（乾燥空気やＮ₂ガス等）は、ＳＦ₆ガスに比較して絶縁耐力が低く、電気試験用の絶縁ガスに要求される特性を十分に満足しない場合がある。
例えば、６６ｋＶ／７７ｋＶ級の高電圧電気機器に用いられる電気部品の電気試験装置においては、乾燥空気等を絶縁ガスとして適用することもできる。しかし、２７５ｋＶ級以上の高電圧電気機器に用いられる電気部品の電気試験装置のように、さらに高い絶縁耐力が要求される場合は、従前の通り絶縁ガスとしてＳＦ₆ガスが利用されている場合もある。

このように、絶縁ガスとしてＳＦ₆ガスを用いる場合、試験後のＳＦ₆ガスはＳＦ₆ガス回収精製装置により回収される（例えば特許文献２）。この回収ガスにはＳＦ₆ガス以外の不純物（例えば回収時に混入する空気等）が含まれているため、回収ガスはＳＦ₆ガスと空気等とに分離される。分離されたＳＦ₆ガスはバッファータンクに貯留され、再利用される。一方、回収ガスに含まれていた空気等は排気ガスとして大気中に放出される。これにより、ＳＦ₆ガスの使用量を大幅に削減することができ、大気中へのＳＦ₆ガスの放出も抑制される。

なお、絶縁ガスに関する先行技術としては、特許文献３〜５が挙げられる。特許文献３、４には、絶縁液体をミスト化したベーパーミストを絶縁ガスとして適用できることが開示されている。また、特許文献５にはＮ₂とＳＦ₆の混合ガスを絶縁ガスとして適用できることが開示されている。

特開平７−１４０１９７号公報特開平１０−２３０１２４号公報特開２０１０−１７１１７３号公報特許第２７３８９９７号公報特開平１１−２５２７２５号公報

ところで、ＳＦ₆ガス回収精製装置の分離能力は１００％ではないため、ＳＦ₆ガスを分離した後の排気ガスには数％分のＳＦ₆ガスが含まれる。そのため、排気ガスは、排気ガス回収バッグに回収した後、再びＳＦ₆ガス回収精製装置を通すことにより、ＳＦ₆ガスを十分に回収した上で大気中に放出される。

しかしながら、排気ガスからＳＦ₆ガスを完全に除去することは困難であるため、大気中に放出される排気ガスには微量ながらＳＦ₆ガスが含まれることになる。また、排気ガスからＳＦ₆ガスを回収する方法として、高圧力で低温化し、排気ガスを液化させる方法があるが、コストの面で問題がある。

本発明の目的は、高電圧課電による電気試験に好適で、ＳＦ₆ガスによる大気汚染を抑制できるとともに、ＳＦ₆ガスの有効利用を図ることができる電気試験装置及び電気試験方法を提供することである。

本発明に係る電気試験装置は、試料を収容する容器と、
前記容器に収容された前記試料に電圧を印加する電圧印加部と、
前記容器内にＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスが分離された後の排気ガスである混合空気を供給する低濃度ＳＦ₆ガス供給部と、
前記容器内に絶縁液体を噴霧するミスト供給部と、を備え、
前記電圧印加部により前記試料に高電圧を印加して電気試験を行うことを特徴とする。

本発明に係る電気試験方法は、容器内に試料を配置する第１の工程と、
前記容器内にＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスが分離された後の排気ガスである混合空気を充填する第２の工程と、
前記試料の周囲に絶縁液体を噴霧する第３の工程と、
前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第４の工程と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る電気試験装置及び電気試験方法によれば、ＳＦ₆ガス回収精製装置で回収した回収ガスからＳＦ₆を分離した後の微量のＳＦ₆を含む排気ガスを利用することができる。したがって、ＳＦ₆ガスを含む排気ガスを大気中に放出しなくてもすむようになるので、ＳＦ₆ガスによる大気汚染を抑制できる。また、高圧力で低温化し、排気ガスを液化させる必要もないので、コスト面でも極めて有用である。
また、本発明に係る電気試験装置及び電気試験方法によれば、容器内が低濃度のＳＦ₆ガスを含む混合空気と霧状の絶縁液体とで充填され、十分な絶縁耐力が確保されるので、高電圧課電による電気試験に好適である。

実施の形態に係る電気試験装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る電気試験装置の概略構成を示す図である。図１に示す電気試験装置１は、例えば高電圧電極、エポキシ樹脂からなる絶縁体及び埋込金具を備える既知のエポキシブッシング（エポキシ套管）等の電気部品を試料ＴＳとして、商用周波耐電圧試験を行うための設備である。なお、エポキシブッシング（エポキシ套管）は、高電圧電極を備えていないタイプでもよい。

図１に示すように、電気試験装置１は、試験容器１０、電圧印加部２０、低濃度ＳＦ₆ガス供給部３０、及びミスト供給部４０を備える。
試験容器１０は、例えばポリカーボネート製の容器である。試験容器１０は、試料ＴＳを収容する収容部１１と、収容部１１の開口を閉塞する蓋部１２を有する。蓋部１２はゴムパッキン等のシール部材１３を介して収容部１１に載置される。電気試験を行う際、試験容器１０内は、低濃度ＳＦ₆ガス供給部３０から供給された低濃度のＳＦ₆ガスを含む混合空気で充填される。

なお、試験容器１０内は絶縁性が確保されていればよいので、ボルトの締め付け等により収容部１１と蓋部１２を気密に固定しておかなくてもよい。これにより、容易に蓋部１２の開閉を行うことができるので、試料ＴＳの交換作業が容易化され、試験サイクル時間の短縮化を図ることができ、試験効率が向上する。試験サイクル時間とは、１つ又は複数の試料ＴＳについて必要な電気試験を行うために電気試験の準備〜後片付けまでにかかる時間であって、課電時間や試料交換等の作業時間を含む時間である。

電圧印加部２０は、印加電圧を調整可能な試験用トランスで構成される。電圧印加部２０から試験用リード線ＴＬが引き出され、この試験用リード線ＴＬが試料ＴＳの高電圧電極の一端に接続される。試料ＴＳの他端（フランジ部）は接地される。
高電圧電極が無い試料ＴＳの場合は、シールド電極１６が試料ＴＳに取り付けられる。この場合、試験用リード線ＴＬはシールド電極１６に接続される。電圧印加部２０は、試験用リード線ＴＬを介して試料ＴＳに電圧を印加する。

低濃度ＳＦ₆ガス供給部３０は、ＳＦ₆ガス濃度が低濃度である混合空気を試験容器１０内に供給する。この混合空気には、ＳＦ₆ガス回収精製装置（例えば特許文献２参照）により回収し、回収ガスからＳＦ₆ガスを分離した後の微量のＳＦ₆ガスを含む排気ガスを利用することができる。つまり、例えば２７５ｋＶ級以上の高圧電気機器の電気部品の電気試験では、依然としてＳＦ₆ガスを用いるケースがあるが、ＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスを分離した後の排気ガスを電気試験装置１で用いることができるので、微量のＳＦ₆ガスを含む排気ガスを大気中に放出しなくてもすむようになる。なお、混合空気におけるＳＦ₆ガス（低濃度ＳＦ₆ガス）の濃度は、ＳＦ₆ガス回収精製装置より分離された排気ガスの濃度である。この濃度は、ＳＦ₆ガス回収精製装置の性能により決まるものであり、例えば０％超２０％以下である。
また、必要に応じてＳＦ₆ガス回収精製装置で得られる排気ガスに、純粋なＳＦ₆ガスを混入して、混合空気のＳＦ₆ガス濃度を調整してもよい。

ミスト供給部４０は、絶縁液体を貯留する絶縁液体貯留タンク４１、絶縁液体貯留タンク４１内に貯留されている絶縁液体を加圧する加圧部４２、絶縁液体を噴霧する噴霧ノズル４３等を備える。

絶縁液体貯留タンク４１に貯留される絶縁液体としては、例えばフロリナート（商品名）等のフッ素系不活性液体、又はハイドロフルオロエーテルのような活性液体を適用できる。ただし、絶縁液体として活性液体を適用すると、電気部品にメッキ処理が施されていた場合に変色する虞があるため、フッ素系不活性液体が好適である。

加圧部４２は、例えば絶縁液体貯留タンク４１に絶縁ガスを供給する絶縁ガスボンベ４２１と、絶縁ガスボンベ４２１から送出された絶縁ガスの流量（圧力）を調整する減圧弁４２２とで構成される。絶縁ガスボンベ４２１に収容される絶縁ガスとしては、例えば乾燥空気又はＮ₂ガスを適用できる。なお、加圧部４２の構成はここで示したものに限定されず、例えばシリンダー等を利用した構成であってもよい。
加圧部４２から絶縁液体貯留タンク４１に所定の流量で絶縁ガスを供給して、絶縁液体貯留タンク４１内の圧力を上昇させることで、絶縁液体が圧送される。

噴霧ノズル４３は、例えば試験容器１０の蓋部１２の中央部（試料ＴＳの上方）に配置される。噴霧ノズル４３は、気中放電や表面閃絡が発生しやすい部位に絶縁液体が噴霧されるように配置されていてもよい。
噴霧ノズル４３は、絶縁液体貯留タンク４１からの配管に連通する微細穴を有する。絶縁液体貯留タンク４１から配管を通って輸送された絶縁液体は、噴霧ノズル４３の微細穴から霧状に噴射される。
微細穴から噴霧される絶縁液体の粒径は約３０μｍとなるので、試料ＴＳの周囲が絶縁液体で効率よく覆われ、絶縁耐力が向上する。なお、微細穴から噴霧される絶縁液体の粒径は、５０μｍ以下であることが好ましい。

また、試験容器１０の底部には、ドレンを介して絶縁液体回収部５０が接続される。絶縁液体回収部５０は、試験時にミスト供給部４０から噴霧された後、液化して試験容器１０の底部に溜まった絶縁液体を回収する。

電気試験装置１を用いて商用周波耐電圧試験を行う場合、まず、試験容器１０内に試料ＴＳを配置する（第１の工程）。そして、試料ＴＳの一端（シールド電極１６）に試験用リード線ＴＬを接続し、他端（フランジ部）を接地し、試験容器１０の蓋部１２を載置する。このとき、試験容器１０内は空気で充填されている。

次に、低濃度ＳＦ₆ガス供給部３０のバルブを開けて試験容器１０内に低濃度のＳＦ₆ガスを含む混合空気（ＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスが分離された後の排気ガス）を充填する（第２の工程）。試験容器１０内に混合空気が充填されるに従って、試験容器１０内に当初充填されていた空気は収容部１１と蓋部１２の隙間から排気される。混合空気の充填率に応じて試験容器１０内の空気が混合空気に置換される。

試験容器１０内の空気が混合空気に置換された後、絶縁ガスボンベ４２１のバルブを開けて絶縁液体貯留タンク４１に所定の流量で絶縁ガスを送出し、絶縁液体を圧送する。そして、噴霧ノズル４３から試料ＴＳの周囲に向けて霧状の絶縁液体を噴出させる（第３の工程）。

この状態で、電圧印加部２０により試料ＴＳに電圧を印加して、電気特性（一例としてここでは商用周波耐電圧）を測定する（第４の工程）。試験中は、絶縁液体の噴霧が継続して行われ、試料ＴＳの周囲は混合空気と霧状の絶縁液体で覆われるので、気中放電や表面閃絡が発生することなく、電気試験を安定して行うことができる。

このように、電気試験装置１は、試料ＴＳを収容する試験容器１０と、試験容器１０に収容された試料ＴＳに電圧を印加する電圧印加部２０と、試験容器１０内にＳＦ₆ガス濃度が０％超２０％以下の混合空気を供給する低濃度ＳＦ₆ガス供給部３０と、試験容器１０内に絶縁液体を噴霧するミスト供給部４０と、を備える。

また、電気試験装置１を用いた電気試験方法は、試験容器１０内に試料ＴＳを配置する第１の工程と、試験容器１０内にＳＦ₆ガス濃度が０％超２０％以下の混合空気を充填する第２の工程と、試料ＴＳの周囲に絶縁液体を噴霧する第３の工程と、試料ＴＳに電圧を印加して電気特性を測定する第４の工程と、を備える。

電気試験装置１及びこれを用いた電気試験方法によれば、ＳＦ₆ガス回収精製装置で回収した回収ガスからＳＦ₆を分離した後の微量のＳＦ₆を含む排気ガスを利用することができる。したがって、ＳＦ₆ガスを含む排気ガスを大気中に放出しなくてもすむようになるので、ＳＦ₆ガスによる大気汚染を抑制できる。また、ＳＦ₆ガスを回収するために、高圧力で低温化し、排気ガスを液化させる必要もないので、コスト面でも極めて有用である。
また、試験容器１０内が低濃度のＳＦ₆ガスを含む混合空気と霧状の絶縁液体とで充填され、十分な絶縁耐力が確保されるので、高電圧課電による電気試験に好適である。

［実施例］
実施例では、電気試験装置１において、６６ｋＶ／７７ｋＶ級の高圧電気機器に用いられるエポキシブッシングＡ（高電圧電極有りのタイプ）及びエポキシブッシングＢ（高電圧電極無しのタイプ）を試料ＴＳとし、表面閃絡電圧を測定した。混合空気にはＳＦ₆ガス濃度が約５％の低濃度のものを用いた。また、噴霧される絶縁液体としてフロリナートを用いた。

［比較例］
比較例では、絶縁媒体として乾燥空気を用いた従来の電気試験装置において、実施例と同様にエポキシブッシングを試料ＴＳとし、表面閃絡電圧を測定した。

実施例及び比較例における表面閃絡電圧を表１に示す。

表１に示すように、実施例における表面閃絡電圧は、比較例における表面閃絡電圧に対して５０％以上向上した。また、出荷時の商用周波耐電圧試験の課電電圧である１００ｋＶを十分に満足しており、電気試験に有用であることが確認された。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施の形態に係る電気試験装置１で用いた混合空気をＳＦ₆ガス回収精製装置で回収し、再利用するようにしてもよい。
また、試験用リード線ＴＬに複数の試料ＴＳを接続して、複数の試料ＴＳについて同時に電気試験を行うようにしてもよい。

本発明は、実施の形態で示した商用周波耐電圧試験の他、商用周波部分放電試験、雷インパルス耐電圧試験等の各種電気特性を測定するための電気試験に適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１電気試験装置
１０試験容器
１１収容部
１２蓋部
１３シール部材
２０電圧印加部
３０低濃度ＳＦ₆ガス供給部
４０ミスト供給部
５０絶縁液体回収部
ＴＬ試験用リード線
ＴＳ試料

Claims

試料を収容する容器と、
前記容器に収容された前記試料に電圧を印加する電圧印加部と、
前記容器内にＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスが分離された後の排気ガスである混合空気を供給する低濃度ＳＦ₆ガス供給部と、
前記容器内に絶縁液体を噴霧するミスト供給部と、を備え、
前記電圧印加部により前記試料に高電圧を印加して電気試験を行うことを特徴とする電気試験装置。
前記絶縁液体がフッ素系不活性液体であることを特徴とする請求項１に記載の電気試験装置。
前記ミスト供給部は、前記絶縁液体を噴霧するための微細穴を有し、
前記微細穴から噴霧される絶縁液体の粒径は、５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気試験装置。
容器内に試料を配置する第１の工程と、
前記容器内にＳＦ₆ガス回収精製装置によりＳＦ₆ガスが分離された後の排気ガスである混合空気を充填する第２の工程と、
前記試料の周囲に絶縁液体を噴霧する第３の工程と、
前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第４の工程と、を備えることを特徴とする電気試験方法。
前記絶縁液体として、フッ素系不活性液体を用いることを特徴とする請求項４に記載の電気試験方法。
前記絶縁液体を、５０μｍ以下の粒径で噴霧することを特徴とする請求項４又は５に記載の電気試験方法。