JP6504940B2

JP6504940B2 - 交流高圧電動機の絶縁診断方法

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Publication number: JP6504940B2
Application number: JP2015129929A
Authority: JP
Inventors: 大西　忠治; 忠治大西; 正俊村田
Original assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2015-06-29
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-06-29
Also published as: JP2017015444A

Description

本発明は、３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁診断方法に係わり、３ｋＶ交流高圧電動機の運転履歴や経年変化等による絶縁劣化に伴って変化する絶縁特性を非破壊の絶縁特性試験により求め、得られた絶縁特性値を用いて３ｋＶ交流高圧電動機の絶縁破壊電圧性能を推定して絶縁状態の良否を判定する交流高圧電動機の絶縁診断方法に関する。これにより、例えば、３ｋＶ交流高圧電動機の予防保全処置や更新時期の決定に必要なデータを提供することができる
ここで、３ｋＶ級交流高圧電動機とは、定格電圧が５０Ｈｚでは３ｋＶ、６０Ｈｚでは３．３ｋＶとなる交流高圧電動機をさす。

交流高圧電動機の絶縁診断では、交流高圧電動機に使用する絶縁物の絶縁階級がＢ種（許容最高温度が１３０℃）からＦ種（許容最高温度が１５５℃）に変更されて絶縁性能が向上したことに伴い、直流試験法（交流高圧電動機に直流電圧を印加した際の充電特性と放電特性を求めて、コイル表面の汚染状態、コイル表面の損傷状態、絶縁体の吸湿状態等を判定すること）の有効性が薄れ、交流試験法（交流高圧電動機に交流電圧を印加した際の絶縁特性を求めて絶縁材の劣化状態を診断すること）の有効性が高まっている。このため、交流高圧電動機のコイル巻替え修理が決定された場合、コイル巻替え修理の前に交流試験法から破壊電圧推定値を求め、交流高圧電動機の破壊試験を行って実際の絶縁破壊電圧を求めることにより、交流高圧電動機の絶縁特性と絶縁破壊電圧との関係を示すデータを蓄積することが可能になっている。

そこで、蓄積されたデータに基づいて、交流高圧電動機の絶縁特性と絶縁破壊電圧との関係を定式化することにより、交流高圧電動機の絶縁劣化に伴って変化する絶縁特性を測定すると、交流高圧電動機の絶縁破壊電圧を推定することが可能となる。そして、交流高圧電動機の絶縁特性を測定し交流高圧電動機の絶縁破壊電圧を推定すると、緊急対策の必要性を含めた種々の提案（例えば、絶縁特性から絶縁劣化の要因を特定して交流高圧電動機に対する具体的な予防保全策の提案、交流高圧電動機の絶縁更新時期の提案等）を行うことが可能となるため、交流試験法により交流高圧電動機の絶縁特性を測定し絶縁破壊電圧を推定するという一連の手法は、交流高圧電動機に対する有効性の高い総合診断方法とされている。なお、交流高圧電動機の絶縁破壊電圧は熱ストレスや機械ストレス及び経年変化等で低下するので、絶縁診断の際に推定される絶縁破壊電圧のことを「残存絶縁破壊電圧」とも呼ぶ。

交流高圧電動機の絶縁特性と絶縁破壊電圧との関係を定式化して、交流高圧電動機のコイル寿命を診断することに関しては種々の報告がある。
例えば、非特許文献１には、測定した交流高圧電動機の絶縁特性と絶縁破壊試験で測定した絶縁破壊電圧を組合わせたデータを蓄積して、交流高圧電動機の絶縁特性をパラメータとして交流高圧電動機の残存絶縁破壊電圧を推定する実験式を求めることが記載されている。
また、非特許文献２、３には、交流試験法により交流高圧電動機の絶縁特性を測定し、絶縁破壊試験により交流高圧電動機の絶縁破壊電圧を測定して、理論的考察に基づき絶縁破壊電圧に関与する絶縁特性を独立変数、絶縁破壊電圧を従属変数とする回帰式を求めることにより、交流高圧電動機の診断を行うことが記載されている。

三原晨哉、渡辺尚利，「高圧回転機固定子コイル(３ｋＶ級）の残存破壊電圧推定システムの開発について」，一般産業研究会資料資料番号ＧＩＤ−００−５，社団法人電気学会，２０００年５月２６日，ｐ．２５−２９門谷建蔵，「回転機マイカ・レジン絶縁コイルの絶縁劣化診断方法の一考察」，電気学会論文誌Ａ，社団法人電気学会，昭和５５年５月２４日，第１００巻，第９号，ｐ．４６−５２中山昭伸，芳賀弘二，村岡政義「回転機固定子コイルの余寿命診断」，富士時報，富士電機株式会社，１９９９年，第７２巻，第５号，ｐ．３２−３５

非特許文献１に記載された残存破壊電圧推定システムは、３ｋＶ級の交流高圧電動機に加えて６ｋＶ級（定格電圧が５０Ｈｚでは６ｋＶ、６０Ｈｚでは６．６ｋＶ）及び１１ｋＶ級（定格電圧が５０Ｈｚでは１１ｋＶ、６０Ｈｚでは１２．１ｋＶ）の交流高圧電動機に対しても適用可能な手法となっている。このため、残存破壊電圧推定システムの重要パラメータである運転電圧近辺でのコロナ放電特性の違い、即ち、３ｋＶ級交流高圧電動機ではほとんどの場合に運転電圧近辺でコロナ放電は見られないが、６ｋＶ級及び１１ｋＶ級交流高圧電動機では運転電圧近辺でコロナ放電が見られるという違いが考慮されておらず、３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁破壊の特徴を正確に反映した実験式とはなっていないと考えられる。このため、３ｋＶ級交流高圧電動機の残存絶縁破壊電圧を推定する際、劣化状況によっては推定精度が低下する可能性がある。更に、絶縁階級がＢ種の絶縁物を使用した交流高圧電動機に関しても適用可能とするため、実験式に絶縁階級がＦ種の絶縁物の劣化特性変化に対応していないパラメータ（直流試験法で測定した交流高圧電動機の電気絶縁諸量）が含まれており、Ｆ種の絶縁物を使用した交流高圧電動機に対しては、残存絶縁破壊電圧の推定精度を向上させる際の阻害要因となっている。

非特許文献２、３に記載された診断方法は、運転電圧でコロナ放電が安定的に発生する定格電圧が６ｋＶ級以上の交流高圧電動機を対象としており、３ｋＶ級交流高圧電動機は対象になっていない。一方、産業用電動機の絶縁診断実績では、定格電圧が３ｋＶ級交流高圧電動機が５５％を占め、３ｋＶ級交流高圧電動機が診断対象の主体になっている（例えば、河村達雄外編、電気設備の診断技術［改訂版］、電気学会、２００３年１０月１７日）。加えて、工場で使用されている産業用電動機の約８０％を３ｋＶ級交流高圧電動機が占める例もあり、３ｋＶ級の交流高圧電動機に対して、交流試験法により絶縁特性を測定することにより、絶縁破壊電圧を推定すると共に、予防保全策や更新時期の提案を行う総合的な絶縁診断方法が求められている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁破壊電圧を精度よく推定し予防保全策や更新時期の提案を行うことが可能な交流高圧電動機の絶縁診断方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る交流高圧電動機の絶縁診断方法は、複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対してそれぞれ、運転電圧の変動に基づいて設定した最大運転電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_１、定格電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_２、及び絶縁破壊試験を順次行い、前記絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２でそれぞれ得られた種々の絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２と前記絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆの設計絶縁破壊電圧に対する割合を示す絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、前記絶縁特性試験Ｔ_１で得られる各絶縁特性を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_１及び前記絶縁特性試験Ｔ_２で得られる各絶縁特性を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_２をそれぞれ求める工程と、
診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して前記絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２をそれぞれ行って種々の絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を測定し、得られた前記各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２と前記演算式Ｆ_１、Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２をそれぞれ算出する工程と、
前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の値に応じて、前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能に対して絶縁性能良好、絶縁性能要監視、絶縁性能要注意、又は絶縁性能不良の判定を行い、前記絶縁性能要注意又は前記絶縁性能不良と判定した際は、前記絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと前記演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能のそれぞれの統計量を用いて前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を補正し、得られた補正値を該絶縁性能要注意時又は該絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする工程とを有している。
ここで、定格電圧をＥとした場合、運転電圧（常規電圧）はＥ／３^１／２となる。また、運転電圧の変動を考慮して、運転電圧の許容上限は運転電圧の約１．２倍とされている。このため、最大運転電圧を、例えば、１．２５Ｅ／３^１／２と設定する。

本発明に係る交流高圧電動機の絶縁診断方法においては、絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の値から診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能が絶縁性能要注意又は絶縁性能不良と判定された場合、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を補正して絶縁性能要注意時又は絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とするので、絶縁劣化が進行している３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能の安定した評価を行うことができる。

３ｋＶ級交流高圧電動機に対して絶縁特性試験と絶縁破壊試験を行う時の回路図である。実施例１において３ｋＶ級交流高圧電動機間の絶縁破壊電圧性能Ａ、Ｂ、Ｃの変化挙動を示す説明図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る交流高圧電動機の絶縁診断方法は、複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対してそれぞれ、運転電圧の変動に基づいて設定した最大運転電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_１、定格電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_２、及び絶縁破壊試験を順次行い、絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２でそれぞれ得られた種々の絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２と絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆの設計絶縁破壊電圧に対する割合（本実施の形態では％表示）を示す絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_１で得られる各絶縁特性Ｒ_１を変数として絶縁破壊電圧性能（本実施の形態では％表示）を算出する演算式Ｆ_１及び絶縁特性試験Ｔ_２で得られる各絶縁特性Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能（本実施の形態では％表示）を算出する演算式Ｆ_２をそれぞれ求める工程を有している。

更に、交流高圧電動機の絶縁診断方法は、診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２をそれぞれ行って種々の絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を測定し、得られた各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２と演算式Ｆ_１、Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２（本実施の形態では％表示）をそれぞれ算出する工程と、絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の値に応じて、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能に対して絶縁性能良好、絶縁性能要監視、絶縁性能要注意、又は絶縁性能不良の判定を行い、絶縁性能要注意又は絶縁性能不良と判定した際は、絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能のそれぞれの統計量を用いて前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を補正し、得られた補正値を絶縁性能要注意時又は絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする工程とを有している。

３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対して絶縁特性試験Ｔ_１、絶縁特性試験Ｔ_２、及び絶縁破壊試験を順次行う場合、図１に示すように、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの各相のコイルＵ、Ｖ、Ｗの端部を連結部１０で接続し、連結部１０を試験用変圧器１１（試験用電圧源の一例）の二次側の対となる端子１２、１３の一方、例えば端子１２と接続する。そして、端子１２、１３間には高圧リアクトル１４が接続され、端子１３は絶縁診断装置１５を介して接地する。試験用変圧器１１の一次側の対となる端子１６、１７は、２００Ｖ商用電源（図示せず）に開閉器１８を介して接続する誘導電圧調整器１９の出力側とそれぞれ接続している。符号２０は、試験用変圧器１１の一次側の端子１６、１７間に接続されて試験用変圧器１１の一次側に印加される電圧を測定する電圧計である。なお、絶縁診断装置１５には、交流試験法により交流高圧電動機の絶縁特性を求める際に従来から使用しているものを使用することができる。

ここで、種々の絶縁特性Ｒ_１とは、例えば、最大運転電圧印加時の電流増加率（ΔＩ_１）、最大運転電圧印加時の誘電正接（ｔａｎδ_１）と放電が発生しない電圧印加時の誘電正接（ｔａｎδ_０）の差（Δｔａｎδ_１）、及び最大運転電圧印加時の最大放電電荷（Ｑ_ｍａｘ１）である。また、種々の絶縁特性Ｒ_２とは、例えば、定格電圧印加時の電流増加率（ΔＩ_２）、定格電圧印加時の誘電正接（ｔａｎδ_２）と放電が発生しない電圧印加時の誘電正接（Δｔａｎδ_０）の差（Δｔａｎδ_２）、及び最大運転電圧印加時の最大放電電荷（Ｑ_ｍａｘ２）である。

同一規格の３ｋＶ級交流高圧電動機であっても、使用環境が異なると絶縁劣化形態（例えば、主たる劣化要因、劣化速度等）が異なる。そこで、複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂを予め使用環境に応じて、例えば、業種（産業）別に分類する。なお、製鉄業のように一つの業種でも作業内容が広範囲にわたる場合は、例えば、作業別（工程別や工場別）に分類する。次いで、分類した複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂ毎に、絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２及び絶縁破壊試験を順次行ってそれぞれ複数の絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２、及び絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆを測定し、得られた複数の絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の分布から平均値μ及び標準偏差σをそれぞれ求める。

そして、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対して測定された各絶縁特性Ｒ_１と絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_１で得られる複数の絶縁特性Ｒ_１を変数として絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆを算出する演算式Ｆ_１を求める場合、絶縁特性試験Ｔ_１で得られる絶縁特性Ｒ_１の代わりに、絶縁特性試験Ｔ_１で得られる絶縁特性Ｒ_１を絶縁特性Ｒ_１の分布に対してそれぞれ設定した基準値を用いて正規化した正規化値を用いる。同様に、種々の絶縁特性Ｒ_２と絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_２で得られる複数の絶縁特性Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆを算出する演算式Ｆ_２を求める場合、絶縁特性試験Ｔ_２で得られる絶縁特性Ｒ_２の代わりに、絶縁特性試験Ｔ_２で得られる絶縁特性Ｒ_２を絶縁特性Ｒ_２の分布に対してそれぞれ設定した基準値を用いて正規化した正規化値を用いる。

絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の正規化値を用いることによって、業種別の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２を、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂという一つの集団（データベース）が有する絶縁特性として扱うことができる。
ここで、基準値として、例えば、分布の平均値μ、標準偏差σを用いてμ＋３σとして算出される値を採用する。基準値をμ＋３σとすることで、演算式Ｆ_１、Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能を算出する際、過剰に大きな絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の絶縁破壊電圧性能に及ぼす影響（例えば、絶縁破壊電圧性能が負の値になる頻度）、及び過剰に小さな絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の絶縁破壊電圧性能に及ぼす影響（例えば、絶縁破壊電圧性能が１００％を超える頻度）をそれぞれ小さくすることができる。

３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの試験において、定格電圧（Ｅ）を印加する絶縁特性試験Ｔ_２では部分放電が発生する電圧条件が成立し、非特許文献２の６ｋＶ級交流高圧電動機における６ｋＶ級交流高圧電動機の印加電圧３．８ｋＶに近いため、絶縁破壊電圧性能を算出する条件での試験として相応しい印加電圧と考えられる。このため、各絶縁特性Ｒ_２と絶縁破壊試験から得られた絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から決定した演算式Ｆ_２を用いて算出される絶縁破壊電圧性能は、絶縁破壊試験から得られる絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆをよく近似する可能性が高いと考えられる。しかし、非特許文献２の演算式は、平均的な劣化サンプルに基づいた演算式であると考えられるため、異常な絶縁劣化を起こした３ｋＶ級交流高圧電動機に対しては、演算式Ｆ_２から算出した絶縁破壊電圧性能は絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆからずれることになる。従って、演算式Ｆ_２から求めた絶縁破壊電圧性能の分布の平均値は絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆによく一致するが、ばらつき（例えば、標準偏差）は大きくなるという特徴を有する。

一方、３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁特性試験Ｔ_１において印加する最大運転電圧（例えば、１．２５Ｅ／３^１／２）は部分放電が比較的安定に発生する最低レベルの電圧であるため、演算式Ｆ_１により求められる絶縁特性は、安定した絶縁特性を得ることができるが、定格電圧試験である絶縁特性試験Ｔ_２での絶縁特性Ｒ_２に比べて全体的に特性値が小さくなる傾向にある。このため、演算式Ｆ_１を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布の平均値は、絶縁破壊試験から得られる絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆからずれる可能性が高い。しかし、運転電圧領域での絶縁破壊電圧性能を算出することで、運転電圧領域で測定した絶縁特性Ｒ_１と絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆとの相関が極めて高いことを３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁特性試験において発見した。このため、平均的な劣化要因から外れた３ｋＶ級交流高圧電動機に対しても絶縁特性Ｒ_１と絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆの相関は高くなり、演算式Ｆ_１を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布のばらつき（例えば、標準偏差）は小さくなるという特徴を有する。

診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２を算出する場合、先ず、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２をそれぞれ行って種々の絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を測定する。そして、診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃと同じ業種に分類された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂを用いて得られている種々の絶縁特性Ｒ_１の分布に対してそれぞれ設定した基準値を用いて種々の絶縁特性Ｄ_１を正規化して正規化値を求め、演算式Ｆ_１に代入して絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を算出する。同様に、種々の絶縁特性Ｒ_２の分布に対してそれぞれ設定した基準値を用いて種々の絶縁特性Ｄ_２を正規化して正規化値を求め、演算式Ｆ_２に代入して絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を算出する。

演算式Ｆ_１、Ｆ_２の決定に使用した各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２は、限られた台数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対して得られたものなので、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２は限られた範囲内に存在している。このため、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃが３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂと同一の業種であっても、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して測定した各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２が、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の上限値を超えたり、下限値を下回ることがある。そこで、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃ毎に測定された各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２の正規化値を用いることにより、過剰に大きな絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２、過剰に小さな絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２が得られた場合でも、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２に及ぼす影響を小さくすることができる。その結果、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃ毎に算出される絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２のばらつきを小さくすることができ、算出した絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２から、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能を、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃが属する業種内で正確に評価とすることができる。

ここで、演算式Ｆ_２を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布の平均値は、絶縁破壊試験から得られる絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆに一致するが、演算式Ｆ_２を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布のばらつきは大きくなるという特徴を有する。このため、診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２が得られると、先ず、演算式Ｆ_２から算出された絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の値を用いて３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能を判定する。
例えば、絶縁破壊電圧性能Ｃ_２が予め設定した値Ｋ１（但し、Ｋ１＜１００）超の場合は、絶縁性能良好と判定する。絶縁破壊電圧性能Ｃ_２が予め設定した値Ｋ２（但し、Ｋ２＜Ｋ１）を超えＫ１以下の場合は、絶縁性能要監視と判定し、判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対しては、所定の期間毎に絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２を実施し、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２の変化を監視する。絶縁破壊電圧性能Ｃ_２が予め設定した値Ｋ３（但し、Ｋ３＜Ｋ２）を超えＫ２以下の場合は、絶縁性能要注意と判定しコイルの巻替え計画を立案すると共に、絶縁性能要注意と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの正確な絶縁破壊電圧性能を把握する。即ち、絶縁性能要注意と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を、絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能のそれぞれの統計量を用いて補正して補正値を求め、絶縁性能要注意と判定された絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を得られた補正値に置換えて絶縁性能要注意時の絶縁破壊電圧性能とする。また、絶縁破壊電圧性能Ｃ_２がＫ３以下の場合は絶縁性能不良と判定し、絶縁性能不良と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの正確な絶縁破壊電圧性能を把握する。即ち、絶縁性能不良と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を、絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能のそれぞれの統計量を用いて補正して補正値を求め、絶縁性能不良と判定された絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を得られた補正値に置換えて絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする。補正後も絶縁性能不良となった場合は緊急にコイルの巻替えを計画する
なお、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、各絶縁特性Ｒ_２と演算式Ｆ_２を用いて推定される絶縁破壊電圧性能に基づいて予め設定されたもので、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の値は、例えば、製造業で使用される３ｋＶ級交流高圧電動機の場合、Ｋ１＝５５、Ｋ２＝３５、Ｋ３＝２３．７と設定される。

演算式Ｆ_１を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布の平均値は、絶縁破壊試験から得られる絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと異なる可能性が高いが、演算式Ｆ_１を用いて算出される絶縁破壊電圧性能の分布のバラツキは小さくなるという特徴を有する。そこで、絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆの平均値Ｐ_ＦＡ（絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆの統計量の一例）と、各絶縁特性Ｒ_１の補正値を演算式Ｆ_１に代入して算出される絶縁破壊電圧性能の平均値Ｃ_１Ａ（演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能の統計量の一例）を用いて、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１の値に、平均値Ｐ_ＦＡから平均値Ｃ_１Ａを引いて得られる差分Ｃ_Ｄ（＝Ｐ_ＦＡ−Ｃ_１Ａ）を加えるという補正（絶縁破壊電圧性能Ｃ_１の補正の一例）を行って、得られた補正値を絶縁性能要注意時又は絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする。従って、絶縁性能要注意と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃでは、このときの絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の代わりに、この３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１に差分Ｃ_Ｄを加えて得られる補正値Ｃ_１＋Ｃ_Ｄを絶縁性能要注意時の絶縁破壊電圧性能とする。同様に、絶縁性能不良と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃでは、このときの絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の代わりに、この３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁破壊電圧性能Ｃ_１に差分Ｃ_Ｄを加えて得られる補正値Ｃ_１＋Ｃ_Ｄを絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする。

続いて、本発明の一実施の形態に係る交流高圧電動機の絶縁診断方法の作用について説明する。
例えば、６ｋＶ級交流高圧電動機において、６ｋＶ級交流高圧電動機の運転電圧の１．２５倍に近い４．５ｋＶの電圧を印加する絶縁特性試験で採取した絶縁特性に基づいて推定した絶縁破壊電圧は、絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧との相関が高いことが指摘されている。このため、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対して、４．５ｋＶに近い電圧である定格電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_２を行って得られた種々の絶縁特性Ｒ_２と絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_２で得られる各絶縁特性Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_２を求めると、演算式Ｆ_２から得られる絶縁破壊電圧性能の分布では、平均値Ｐ_ＦＡが絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとよく一致している（相関係数の絶対値が０．５〜０．７）。このため、診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して絶縁特性試験Ｔ_２を行って種々の絶縁特性Ｄ_２を測定し、得られた各絶縁特性Ｄ_２と演算式Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を算出し、絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を用いて３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能に対して絶縁性能良好、絶縁性能要監視、絶縁性能要注意、又は絶縁性能不良の判定を行う。

運転電圧（定格電圧をＥとしてＥ／３^１／２と表される）が変動した場合に基づい設定した最大運転電圧として運転電圧の１．２５倍の電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_１を行って得られた種々の絶縁特性Ｒ_１と絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_１で得られる各絶縁特性Ｒ_１を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_１を求めると、演算式Ｆ_１から得られる絶縁破壊電圧性能の分布では、平均値は絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと大きく異なるが、ばらつきは小さい（例えば、相関係数の絶対値が０．７〜１）。このため、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１の値から診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能が、絶縁性能要注意又は絶縁性能不良と判定された場合、絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆの平均値Ｐ_ＦＡと、各絶縁特性Ｒ_１の補正値を演算式Ｆ_１に代入して算出される絶縁破壊電圧性能の平均値Ｃ_１Ａを用いて、絶縁破壊電圧性能Ｃ_１の値に、平均値Ｐ_ＦＡから平均値Ｃ_１Ａを引いて得られる差分を加えるという補正を行って、得られた補正値を絶縁性能要注意時又は絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とすることにより、絶縁性能要注意又は絶縁性能不良と判定された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能を正確に把握することができる。

複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂから絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２で得られる各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_１、Ｆ_２を求める場合、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂを予め使用環境に応じて、例えば、業種別に分類する。そして、業種別の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対して得られた各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２と絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２で得られる各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_１、Ｆ_２を求める場合、業種別の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の代わりに、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の分布に対してそれぞれ設定した基準値、例えば、各分布の平均値μと標準偏差σからμ＋３σとして算出される値を用いて正規化した正規化値を用いる。これにより、業種別の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２を、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂという一つの集団が有する絶縁特性として扱うことができる。

また、演算式Ｆ_１、Ｆ_２が決定されて、診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２をそれぞれ行って各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を測定し、得られた各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２と演算式Ｆ_１、Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２を求める場合も、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃと同じ業種に分類された３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂを用いて得られている各絶縁特性Ｒ_１の分布に対してそれぞれ設定した基準値を用いて、各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を正規化して正規化値を求め、正規化値を演算式Ｆ_１、Ｆ_２にそれぞれ代入して絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２を算出する。これにより、例えば、初めて実施する３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対してもばらつきの少ない絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２を求めることができると共に、業種内での３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能を同一判定基準で行うことができる。

（実施例１）
同一業種に分類される１０台の３ｋＶ級交流高圧電動機に対してそれぞれ絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２、及び絶縁破壊試験を順次行い、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２と絶縁破壊電圧性能Ａを求めた。その結果を表１に示す。

また、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の分布を求め、各分布の平均値μ、標準偏差σを用いてμ＋３σで算出される値を基準値として、基準値を用いて各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の正規化値を求め、各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の正規化値から絶縁破壊電圧性能Ａを算出する演算式Ｆ_１、Ｆ_２を求めた。そして、各絶縁特性Ｒ_２と演算式Ｆ_２から絶縁破壊電圧性能Ｂを、各絶縁特性Ｒ_１と演算式Ｆ_１から絶縁破壊電圧性能Ｃをそれぞれ求めた。その結果を表１に示す。

絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２はいずれも、電流増加率ΔＩ、誘電正接増加率Δｔａｎδ、及び最大放電電荷Ｑ_ｍａｘである。演算式Ｆ_ｉ（ｉ＝１、２）は、電流増加率ΔＩ、誘電正接増加率Δｔａｎδ、及び最大放電電荷Ｑ_ｍａｘを変数として、次式の形式となった。
Ｆ_ｉ（％）＝１００−α１×（［ΔＩ_ｉ］＋［Δｔａｎδ_ｉ］−Δ初期値_ｉ）−α２×ｌｏｇ（［Ｑ_ｍａｘｉ］／Ｑ_ｍａｘ初期値_ｉ）
ここで、［］は正規化値を示す。また、α１、α２、Δ初期値_ｉ（＝ΔＩ_ｉ＋Δｔａｎδ_ｉ）、Ｑ_ｍａｘ初期値_ｉは、それぞれ演算式Ｆ_１、Ｆ_２を決定する過程で決まる数値係数である。
なお、α１は３３、α２は６７、Δ初期値_１及びΔ初期値_２は０．８、Ｑ_ｍａｘ初期値_１及びＱ_ｍａｘ初期値_２は１０００となった。

絶縁破壊電圧性能Ａに対する絶縁破壊電圧性能Ｂの偏差Ａ−Ｂをそれぞれ求め、偏差Ａ−Ｂの平均値及び標準偏差と、絶縁破壊電圧性能Ａと絶縁破壊電圧性能Ｂとの相関係数をそれぞれ求めると、平均値は−２、標準偏差は７．４９、相関係数は０．５２であった。従って、演算式Ｆ_２から得られる絶縁破壊電圧性能Ｂの分布は、平均値が絶縁破壊電圧性能Ａの平均値とよく一致し、相関係数は０．５２を示し絶縁破壊電圧性能Ａと絶縁破壊電圧性能Ｂとはかなり高い相関があることが解る。また、絶縁破壊電圧性能Ａに対する絶縁破壊電圧性能Ｃの偏差Ａ−Ｃをそれぞれ求め、偏差Ａ−Ｃの平均値及び標準偏差と、絶縁破壊電圧性能Ａと絶縁破壊電圧性能Ｃとの相関係数をそれぞれ求めると、平均値は−３０、標準偏差は５．５７、相関係数は０．７１であった。従って、演算式Ｆ_１から得られる絶縁破壊電圧性能Ｃの分布は、平均値は絶縁破壊電圧性能Ａの平均値と大きくずれることになるが、相関係数は０．７１を示し絶縁破壊電圧性能Ａと絶縁破壊電圧性能Ｃとは高い相関があることが解る。
図２に、３ｋＶ級交流高圧電動機毎の絶縁破壊電圧性能Ａ、Ｂ、Ｃを示す。図２からも、３ｋＶ級交流高圧電動機間において、絶縁破壊電圧性能Ａの変化挙動と絶縁破壊電圧性能Ｂの変化挙動はよく一致していることが解る。

（実施例２）
実施例１に使用した３ｋＶ級交流高圧電動機と同一業種に分類される３ｋＶ級交流高圧電動機（３２０ｋＷ）に対して絶縁診断を８回実施し、絶縁特性試験Ｔ_１から得られる各絶縁特性Ｒ_１を実施例１で求めた演算式Ｆ_１に代入して絶縁破壊電圧性能Ｇを、絶縁特性試験Ｔ_２から得られる各絶縁特性Ｒ_２を実施例１で求めた演算式Ｆ_２に代入して絶縁破壊電圧性能Ｈをそれぞれ算出した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、絶縁特性試験Ｔ_２で測定した各絶縁特性Ｒ_２と演算式Ｆ_２を用いて求めた絶縁破壊電圧性能Ｈは、平均的な劣化要因から外れた３ｋＶ級交流高圧電動機に対して絶縁破壊電圧性能が絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆからずれることになるため、絶縁破壊電圧性能Ｈが負に評価される場合が存在し、精度が大きく低下していることが解る。そこで、絶縁特性試験Ｔ_１で測定した各絶縁特性Ｒ_１と演算式Ｆ_１を用いて求めた絶縁破壊電圧性能Ｇに対して、実施例１における絶縁破壊電圧性能Ａの平均値Ａａと、各絶縁特性Ｒ_１の補正値を演算式Ｆ_１に代入して算出される絶縁破壊電圧性能Ｃの平均値Ｃａを用いて、絶縁破壊電圧性能Ｇの値に、平均値Ａａから平均値Ｃａを引いて得られる差分を加えるという補正を行った。補正値を表２に示す。補正値は正の値を示し、絶縁性能が安定して評価されることを示している。

（実施例３）
実施例１に使用した３ｋＶ級交流高圧電動機と同一業種に分類される３台の３ｋＶ級交流高圧電動機に対してそれぞれ絶縁特性試験Ｔ_２を行い各絶縁特性Ｒ_２を求めた。そして、実施例１の絶縁特性試験Ｔ_２で測定した各絶縁特性Ｒ_２と絶縁破壊試験から得られた絶縁破壊電圧性能Ａを用いて、各絶縁特性Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能Ａを求める演算式を求め、得られた演算式と各絶縁特性Ｒ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｘを算出した。また、実施例１で求めた演算式Ｆ_２と各絶縁特性Ｒ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｙを算出した。その結果を表３に示す。

表３に示すように、３台の３ｋＶ級交流高圧電動機の各絶縁特性Ｄ_２を変数として絶縁破壊電圧性能Ａを求める演算式から算出した絶縁破壊電圧性能Ｘは、正規化補正を行わない場合は評価結果に大きな差（２４．１％〜８０．０％と５５．９％の差）が存在するが、演算式Ｆ_２を用いて評価される絶縁破壊電圧性能Ｙ、即ち、３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂという一つの集団（データベース）のデータを用いた正規化補正が行われた絶縁破壊電圧性能では、評価結果の差（４９．６％〜８４．１％と３４．５％の差）が縮小していることが解る。従って、例えば、工場全体で使用されている３ｋＶ級交流高圧電動機の絶縁破壊電圧性能を算出して、３ｋＶ級交流高圧電動機を絶縁劣化が進行している順番に精度よく序列化することができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
更に、本実施の形態とその他の実施の形態や変形例にそれぞれ含まれる構成要素を組合わせたものも、本発明に含まれる。

１０：連結部、１１：試験用変圧器、１２、１３：端子、１４：高圧リアクトル、１５：絶縁診断装置、１６、１７：端子、１８：開閉器、１９：誘導電圧調整器、２０：電圧計

Claims

複数の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂに対してそれぞれ、運転電圧の変動に基づいて設定した最大運転電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_１、定格電圧を印加する絶縁特性試験Ｔ_２、及び絶縁破壊試験を順次行い、前記絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２でそれぞれ得られた種々の絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２と前記絶縁破壊試験で得られた絶縁破壊電圧Ｖ_Ｆの設計絶縁破壊電圧に対する割合を示す絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆとの関係から、前記絶縁特性試験Ｔ_１で得られる各絶縁特性Ｒ_１を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_１及び前記絶縁特性試験Ｔ_２で得られる各絶縁特性Ｒ_２を変数として絶縁破壊電圧性能を算出する演算式Ｆ_２をそれぞれ求める工程と、
診断対象の３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して前記絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２をそれぞれ行って種々の絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を測定し、得られた前記各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２と前記演算式Ｆ_１、Ｆ_２を用いて絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２をそれぞれ算出する工程と、
前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２の値に応じて、前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの絶縁性能に対して絶縁性能良好、絶縁性能要監視、絶縁性能要注意、又は絶縁性能不良の判定を行い、前記絶縁性能要注意又は前記絶縁性能不良と判定した際は、前記絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆと前記演算式Ｆ_１から算出される絶縁破壊電圧性能のそれぞれの統計量を用いて前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_１を補正し、得られた補正値を該絶縁性能要注意時又は該絶縁性能不良時の絶縁破壊電圧性能とする工程とを有していることを特徴とする交流高圧電動機の絶縁診断方法。
請求項１記載の交流高圧電動機の絶縁診断方法において、前記各絶縁特性Ｒ_２と前記演算式Ｆ_２を用いて推定される前記絶縁破壊電圧性能に基づいて、絶縁破壊電圧性能として大きさが順に小さくなる３つの数値Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を予め設定し、
１）前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２がＫ１超では前記絶縁性能良好と判定し、
２）前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２がＫ２を超えＫ１以下の範囲では前記絶縁性能要監視と判定し、
３）前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２がＫ３を超えＫ２以下の範囲では前記絶縁性能要注意と判定すると共に、該絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を前記補正値に置換えて該絶縁性能要注意時の絶縁破壊電圧性能とし、
４）前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_２がＫ３以下では前記絶縁性能不良と判定すると共に、該絶縁破壊電圧性能Ｃ_２を前記補正値に置換えて該絶縁性能不良の絶縁破壊電圧性能とすることを特徴とする交流高圧電動機の絶縁診断方法。
請求項１又は２記載の交流高圧電動機の絶縁診断方法において、前記統計量は、前記絶縁破壊電圧性能Ｐ_Ｆの平均値Ｐ_ＦＡと、前記各絶縁特性Ｒ_１及び前記演算式Ｆ_１から算出した絶縁破壊電圧性能の平均値Ｃ_１Ａであって、前記補正値は、前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_１の値に、前記平均値Ｐ_ＦＡから前記平均値Ｃ_１Ａを引いて得られる差分を加えることにより求めることを特徴とする交流高圧電動機の絶縁診断方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流高圧電動機の絶縁診断方法において、前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの使用環境に応じて前記絶縁特性試験Ｔ_１、Ｔ_２からそれぞれ得られる前記各絶縁特性Ｒ_１、Ｒ_２の分布を予め求めておき、前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃに対して測定された前記各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２を用いて前記演算式Ｆ_１、Ｆ_２から前記絶縁破壊電圧性能Ｃ_１、Ｃ_２をそれぞれ算出する際は、前記各絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２の代わりに、該絶縁特性Ｄ_１、Ｄ_２をそれぞれ前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｃの使用環境に当てはまる前記３ｋＶ級交流高圧電動機Ｍ_Ｂの前記分布に応じて決まる基準値を用いて正規化した正規化値を用いることを特徴とする交流高圧電動機の絶縁診断方法。
請求項４記載の交流高圧電動機の絶縁診断方法において、前記基準値は、前記分布の平均値μ、標準偏差σを用いてμ＋３σとして算出することを特徴とする交流高圧電動機の絶縁診断方法。