JPH0980029A

JPH0980029A - 絶縁診断方法

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Publication number: JPH0980029A
Application number: JP7234141A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyao; 博宮尾; Takanori Sato; 隆徳佐藤; Shuya Hagiwara; 修哉萩原; Hiroyuki Kamiya; 宏之神谷; Mitsuru Onoda; 満小野田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1995-09-12
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-12
Also published as: JP3280547B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電気機器の絶縁余寿命推定法の診断精度を高
める。【構成】残存破壊電圧の計算式として以下の関係式を
提案する。 Vr＝100−a・(Δ−b)−c・log(Qm・Ａ／d) Ａは、絶縁層内部での剥離状態を示す係数である。剥離
状態は、打音の解析によって非破壊で検査できる。絶縁
層が健全な場合はＡ＝１、単層剥離に近い場合はＡ＝0.
3、単層剥離＋多重剥離の場合はＡ＝0.6、多重剥離がほ
とんどの場合はＡ＝１とする。上記関係式の計算結果
を、プロットすると図１の等残存破壊電圧線１が得られ
る。図１は、横軸にQm・Ａをとっているため、Ａの値に
よって等残存破壊電圧線が変化しない。つまり、図１は
剥離状態によらず適用可能である。上記関係式に基づい
て算出される残存破壊電圧Vrあるいは図１の読み取り結
果を用いて、余寿命を推定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高電圧が印加される電気
機器の絶縁診断法に関するものであり、特に信頼度の高
い余寿命予測が要求される電気機器に好適な絶縁診断法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気機器の絶縁診断法としては、
電気的パラメータを測定しその値をもとに残存破壊電圧
を推定することで、余寿命を予測する方法があった。こ
の方法は、残存破壊電圧（Vr）と、放電パラメータ
（Δ）と、最大放電電荷量（Qm）との関係式が一般に下
記数１のごとく与えられるとの前提の下に成り立つ方法
である。

【０００３】

【数１】Vr＝100−a・(Δ−b)−c・log(Qm／d) 数１中のａ，ｂ，ｃは、絶縁層の材料等に応じて別途定
められる係数である。ｄは、絶縁層の厚さである。な
お、放電パラメータ（Δ）は、誘電体損増加率（Δ2）
と、交流電流増加率（ΔＩ）との和であるまた、使用年数あるいは起動停止回数のような運転経歴
に基づいて余寿命を推定する方法があった。

【０００４】これら従来の絶縁診断方法については、例
えば、電気学会論文誌Ｂ，110巻４号，p267-p276（199
0）に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気機
器の絶縁層は、電気的パラメータの値や運転経歴のみで
は判断することが困難な劣化形態を示すことがある。こ
のような場合、従来行われていたような電気的パラメー
タや運転経歴にのみ基づいた絶縁診断では精度のよい判
断ができなかった。例えば、上記数１によれば、Qmが大
きければ、Vrは小さくなるはずである。しかし、実際に
はQmが大きいにも関わらず、Vrが大きい場合も少なくな
かった。そのため、余寿命が十分ある機器を余寿命が無
いと判断したり、余寿命が残り少ないにもかかわらず余
寿命が長いと判断する可能性があった。

【０００６】本発明は、電気機器の絶縁劣化状態をより
精度良く診断可能な絶縁診断方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、電気的パラ
メータに加えて、機器の絶縁の劣化状態を表しうる非電
気的なパラメータを、診断に導入することで精度の高い
絶縁診断を行うものである。

【０００８】本発明の第１の態様としては、最大放電電
荷量を含んだ演算によって絶縁劣化の程度を表す残存破
壊電圧を求める絶縁診断方法において、絶縁層内部の剥
離状態を検査し、その検査結果に応じて上記最大放電電
荷量を補正し、該補正後の最大放電電荷量を用いて上記
残存破壊電圧を求めること、を特徴とする絶縁診断方法
が提供される。

【０００９】上記剥離状態の検査は、絶縁層の打音を解
析することで行ってもよい。

【００１０】上記打音の解析は、オクターブスペクトル
分析分布をパターン分けすることで行うことが好まし
い。

【００１１】本発明の第２の態様としては、絶縁層の化
学的劣化状態を検査し、その検査結果に応じて放電パラ
メータを補正した上で、絶縁劣化の程度を表す残存破壊
電圧を補正後の該放電パラメータを含んだ演算によって
求めることを特徴とする絶縁診断方法が提供される上記化学的劣化状態の検査は、絶縁層の色に基づいて行
ってもよい。この場合、上記絶縁層の色は、分光スペク
トルの最大強度の波長に代表させてもよい。

【００１２】上記化学的劣化状態の検査は、絶縁物の赤
外線分光スペクトルの吸光度のピーク位置に基づいて行
ってもよい。

【００１３】

【作用】第１の態様の作用について説明する。

【００１４】絶縁層内部の剥離状態を検査する。この検
査は、絶縁層の打音を解析することで行えば非破壊で可
能である。打音の解析は、例えば、オクターブスペクト
ル分析分布をパターン分けすることで可能である。

【００１５】剥離状態の検査結果に応じて上記最大放電
電荷量を補正する。そして、該補正後の最大放電電荷量
を用いて所定の演算を行うことで上記残存破壊電圧を求
める。

【００１６】第２の態様の作用について説明する。

【００１７】絶縁層の化学的劣化状態を検査する。絶縁
層の色、吸光度等は、化学的劣化状態に応じて変化す
る。そのため、この検査は、絶縁層の色（これは、分光
スペクトルの最大強度の波長に代表させてもよい）に基
づいて行うことができる。あるいは、絶縁物の赤外線分
光スペクトルの吸光度のピーク位置に基づいて行うこと
ができる。

【００１８】化学的劣化状態の検査結果に応じて上記放
電パラメータを補正する。そして、該補正後の最大放電
電荷量を用いて所定の演算を行うことで上記残存破壊電
圧を求める。

【００１９】このように、電気的パラメータ（例えば、
最大放電電荷量、放電パラメータ）に、剥離状態、化学
的劣化状態等を反映したパラメータを組み合わせること
により、絶縁層の状態をより詳しく分類可能になるため
劣化状態の判定の精度が向上する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２１】実施例１図１は、本発明によって得られた新Ｄマップである。図
１の横軸は最大放電電荷量（Qm）に剥離係数（Ａ）を乗
算した値である。図１の縦軸は放電パラメータ（Δ）の
値である。図１のグラフ中に描いた曲線は、等残存破壊
電圧カーブである。従って、各パラメータ（ Qm，Ａ，
Δ ）の値を求め、図１を参照することで、残存破壊電
圧を知ることができる。なお、図１は、本発明を高圧回
転機のコイルの絶縁余寿命診断に適用した場合の例であ
る。

【００２２】この図１に示したマップは、下記数２に各
種データを代入した結果をプロットすることで得られる
ものである。本発明では本願発明者が実験によって得た
知見に基づいて、上述の数１に剥離係数Ａを新たに導入
することでこの数２を得た。該数２は本願発明者が初め
て提案するものである。

【００２３】

【数２】Vr＝100−a・(Δ−b)−c・log(Qm・Ａ／d) 数２に含まれている最大放電電荷量（Qm）および放電パ
ラメータ（Δ）は、電気的パラメータである。なお、放
電パラメータ（Δ）は、誘電体損増加率（Δ2）と、交
流電流増加率（ΔＩ）との和である。ａ，ｂ，ｃは、絶
縁層の材料等に応じて別途定められる係数である。ｄ
は、絶縁層の厚さである。

【００２４】剥離係数Ａは、非電気的なパラメータであ
る。剥離係数Ａは、絶縁層内部での剥離の状態を反映し
たものである。詳細は後ほど説明する。

【００２５】以下、数２の導出過程（あるいは、根拠）
を、順を追って説明する。

【００２６】剥離状態− 残存破壊電圧（Vr）回転機のコイル等に形成される絶縁層は一般に多層で構
成される。本願発明者は、様々なパラメータ間の相関を
調査した結果、Vrと、絶縁層内部での剥離状態とに関係
があることを見いだした。剥離状態と、モデルとしたコ
イルのVrとの関係を示す実測データを図２に示した。

【００２７】剥離状態− Qm 本願発明者は、さらに詳細な実験を行った結果、剥離状
態は、Vrを決定づけているパラメータのうちのQmと特に
関係があることを見いだした。剥離状態と、Qmとの関係
を示す実測データを図３に示した。両者の間に相関が見
られるのは、最大放電電荷量（Qm）に影響を与えるボイ
ドは、コイル絶縁層の剥離により生じるためと思われ
る。

【００２８】 Qmの補正上述の、の結果から、本願発明者は、上述の数１に
おけるQmを剥離状態に応じて補正することで、より正確
な残存破壊電圧Vrおよび余寿命の予測が可能になると結
論づけた。このQmの補正は、剥離状態に応じて定まるパ
ラメータ（すなわち、上述の剥離係数Ａ）を、Qmに乗算
することで行うこととした。このようにして得られたの
が、上述の数２である。

【００２９】剥離係数Ａの決定次に、本願発明者はQmの補正の程度、すなわち、剥離係
数Ａの具体的値を決定すべく、Vrの経時変化を絶縁層の
剥離状態毎に測定した。この測定結果を図４に示した。
但し、該図４に示した剥離状態は、後述する打音を用い
た検査方法によって判定した結果である。

【００３０】この測定結果（図４）と上述の数２とを比
較することで、コイルの絶縁層の剥離状態毎に剥離係数
Ａの具体的値を以下の通り決定した。

【００３１】絶縁層が健全な場合：Ａ＝１単層剥離に近い場合：Ａ＝0.3 単層剥離＋多重剥離の場合：Ａ＝0.6 多重剥離がほとんどの場合：Ａ＝１以上のようにして数２および剥離係数Ａの具体的値が求
められた。しかし、これらを実際に用いるには、絶縁層
を破壊することなくその剥離状態を知る必要がある。本
願発明者は様々な試行を繰り返した結果、絶縁層の打音
を分析することでその内部における剥離状態を非破壊で
検査できることを見いだした。以下、該検査方法につい
て述べる。

【００３２】絶縁層の剥離状態は、コイル絶縁層の打音
のオクターブ分析により得られるスペクトルパターンに
より分類することができる。オクターブスペクトル分析
は人間の聴覚に近い分析法であり、専門家の打音による
剥離状態判定と良い一致を示す。本実施例では剥離状態
を、４つの状態に場合分けしている。すなわち、打音良
で健全な場合と、単層剥離の場合、単層剥離＋多重剥
離、多重剥離のみの４つの場合である。図５に1/3オク
ターブスペクトルでパターン分類した結果を示す。な
お、打音の発生のさせ方を変えても、ここで述べた４つ
のパターンは、基本的には変化しなかった。

【００３３】絶縁皮膜に単層剥離が生じている場合、従
来の絶縁診断方法（数１）では、最大放電電荷量が大き
な値をとっている場合には残存破壊電圧が大きく低下し
ているかのように診断されていた。しかし、本実施例
（数２）ではこのような場合でも残存破壊電圧が高い値
となり、実際の状況により適合した結果が得られること
が確認された。

【００３４】上述の図１は、横軸としてQmにＡを乗算し
た値をとっている。従って、Ａの値が、直接、等残存破
壊電圧線１の曲線形状に影響を与えることはない。つま
り、図１は、診断対象となる絶縁層の剥離状態によらず
適用可能である。

【００３５】残存余寿命を知るには、このようにして得
られる残存破壊電圧（数２参照）と、運転時間との関係
をグラフ上にプロットし、該プロット点を外挿すればよ
い（図６参照）。

【００３６】本実施例の絶縁診断法によれば、絶縁層の
剥離状態によらず、常に正確な絶縁診断が可能である。

【００３７】既に述べたとおり上述の図１は横軸にQmと
Ａを乗算した値をとっていたため、等残存破壊電圧線１
の位置および形状は、絶縁層の剥離状態（つまり、Ａ）
によらず一定である。従って、図１は、どのような剥離
状態の絶縁層の診断にもそのまま使用可能なものであっ
た。

【００３８】しかし、絶縁層の剥離状態毎に等残存破壊
電圧線（すなわち、残存破壊電圧を求める式）を用意し
てもよい。このような例を実施例２として説明する。

【００３９】実施例２この場合には、図７に示すとおり、横軸にQmをとる。そ
して、剥離状態（すなわち、剥離係数Ａの値）ごとに、
等残存破壊電圧線を描く。図７の例では、実施例１と同
様に、剥離状態を４種類(健全，単層剥離，単層＋多重
剥離，多重剥離）に分類している。このうち、健全な場
合と多重剥離の場合とでは同じ曲線となる。

【００４０】図７を実際に使用して残存破壊電圧を求め
るには、打音に基づいて剥離状態を４種類に分類し、そ
の分類に対応した図を参照すればよい。

【００４１】絶縁余寿命は、実施例１と同様にして推定
できる。

【００４２】本実施例の絶縁診断法によれば剥離状態に
応じて正しい絶縁余寿命推定が可能である。また、等残
存破壊電圧線を読みとる際に、横軸上での位置は、Qmそ
のままでよい。実施例１のごとくQmとＡとの乗算を行っ
た上で、横軸上での位置を決定する必要はない。そのた
め、読み取り作業が容易である。

【００４３】実施例３実施例３は、絶縁層の化学的劣化を考慮した絶縁劣化診
断を行うものである。該実施例３では、該化学的劣化状
態を絶縁層の色に基づいて判断している。

【００４４】絶縁層の色は、その劣化状態に応じて変化
してゆく。そこで、絶縁層のスペクトル（380nm〜780n
m）中、最も強度の強い主波長の波長位置に基づいて、
図８に示すとおり、絶縁層の化学的劣化状態を健全、劣
化中、劣化大に分類する。そして、各分類毎にあらかじ
め定めた色係数Ｂを、上述の数１に導入することで下記
数３を得ている。

【００４５】

【数３】Vr＝100−a・（Ｂ・Δ−b）−c・log(Qm・d) 数３において、色係数Ｂを放電パラメータに乗算してい
るのは、色係数Ｂは絶縁物の平均的劣化状態を代表する
ものであり、放電パラメータと同様な意味を有するから
である。このような取り扱いは、色係数Ｂによって（つ
まり、化学的劣化状態に応じて）放電パラメータ（Δ）
を補正しているとみることもできる。

【００４６】本実施例によれば電気的パラメータだけで
は判定できなかった絶縁物の化学的劣化状態を考慮して
残存破壊電圧を表せるので、残存破壊電圧をより正確に
推定することが可能となる。該数３に各種データを代入
し計算した結果をプロットしたのが、図９である。該図
９では、縦軸に放電パラメータ（Δ）と色係数Ｂを乗算
した値をとっている。従って、等残存破壊電圧線１は、
色係数Ｂの値（すなわち、化学的劣化状態）に応じてそ
の位置、形状が変化することはない。そのため、図９
は、診断対象となっている絶縁層の化学的劣化状態によ
らず適用可能である。

【００４７】縦軸に放電パラメータをとってプロットし
てもよい。この場合には、色係数Ｂごとに等残存破壊電
圧線の位置および形状が異なる。そのため、色係数Ｂ
（絶縁層の化学的劣化状態）の分類毎に図を用意する必
要がある。

【００４８】実施例４実施例４は、絶縁層の化学的劣化を考慮した診断を行う
例である。該実施例４では、該化学的劣化を絶縁層の赤
外線分光スペクトルの吸光度のピーク位置に基づいて判
断している。

【００４９】絶縁層の赤外線分光スペクトルの特性ピー
クの波数位置は、絶縁層の劣化の程度に応じてシフトし
てゆく（図１０参照）。例えば、絶縁物の劣化に関係す
るカルボニル基の赤外線吸収係数は、絶縁物の劣化が進
むと低波数側にシフトする。そこで吸光度のピークの波
数（あるいは、そのシフト量）に応じて吸収係数Ｆを決
定する。そして、この吸収係数Ｆを、上述の数１に導入
することで下記数４を得ている。

【００５０】

【数４】Vr＝100−a・(Ｆ・Δ−b)−c・log(Qm・d) ここで、吸収係数Ｆを放電パラメータ（Δ）に乗算して
いるのは、赤外分光スペクトルは絶縁物の平均的劣化状
態を代表するものであり、放電パラメータ（Δ）と同様
な意味を有するからである。このような取り扱いは、吸
収係数Ｆによって（つまり、絶縁層の化学的劣化状態に
応じて）放電パラメータを補正しているとみることもで
きる。

【００５１】吸収係数Ｆの具体的値は、上記数４の計算
結果Vrが破壊電圧の実測値とが一致するように、ピーク
波数の位置ごとに（つまり、劣化状態ごとに）あらかじ
め決定しておく。

【００５２】なお、赤外線分光スペクトルの特性ピーク
の波数位置は、非電気的パラメータである。

【００５３】本実施例によれば電気的パラメータだけで
は判定できなかった絶縁物の化学的劣化状態を考慮し
て、一つの図または式で残存破壊電圧を表現することが
できる。従って、残存破壊電圧をより正確に推定するこ
とが可能となる。

【００５４】さらに分光係数Ｆごとに残存破壊電圧の式
または図をわけて用いるようにしても構わない。このよ
うにしても絶縁層の化学的劣化状態を考慮しつつ、残存
破壊電圧を正確に推定できる。

【００５５】以上説明した各実施例の構成を必要に応じ
て組み合わせても構わない。例えば、剥離係数Ａ、色係
数Ｂ、吸収係数Ｆを一つの式に一度に含めるようにして
もよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば絶縁層の残存破壊電圧が
正確に推定できるため、高電界，高温，高機械力といっ
た過酷な条件で使用される電気機器の絶縁システムの余
寿命を正確に推定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１によって得られる等残存破壊
電圧線を示す図である。

【図２】剥離状態と破壊電圧と相関を示す図である。

【図３】剥離状態と最大放電電荷量との相関を示す図で
ある。

【図４】剥離状態と、破壊電圧の課電時間依存性との関
係を示す図である。

【図５】剥離状態と打音の1/3オクターブスペクトルパ
ターンの関係を示す図である。

【図６】残存寿命の求め方を示す図である。

【図７】本発明の実施例２における、絶縁層の剥離状態
毎の等残存破壊電圧線である。

【図８】本発明の実施例３において用いられている、可
視光のスペクトル強度と絶縁物劣化との関係を示す図で
ある。

【図９】実施例３における等残存破壊電圧を示す図であ
る。

【図１０】本発明の実施例４において用いられている、
赤外線波数と特性吸収ピークと絶縁物劣化との関係を示
す図である。

【符号の説明】

１…等残存破壊電圧線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神谷宏之茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者小野田満茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大放電電荷量を含んだ演算によって絶縁
劣化の程度を表す残存破壊電圧を求める絶縁診断方法に
おいて、絶縁層内部の剥離状態を検査し、その検査結果に応じて
上記最大放電電荷量を補正し、該補正後の最大放電電荷
量を用いて上記残存破壊電圧を求めること、を特徴とする絶縁診断方法。
【請求項２】上記剥離状態の検査は、絶縁層の打音を解
析することで行うこと、を特徴とする請求項１記載の絶縁診断方法。
【請求項３】上記打音の解析は、オクターブスペクトル
分析分布をパターン分けすることで行うこと、を特徴とする請求項２記載の絶縁診断法。
【請求項４】絶縁層の化学的劣化状態を検査し、その検
査結果に応じて放電パラメータを補正した上で、絶縁劣
化の程度を表す残存破壊電圧を補正後の該放電パラメー
タを含んだ演算によって求めること、を特徴とする絶縁診断方法。
【請求項５】上記化学的劣化状態の検査は、絶縁層の色
に基づいて行うものであること、を特徴とする請求項４記載の絶縁診断方法。
【請求項６】上記絶縁層の色は、分光スペクトルの最大
強度の波長に代表させること、を特徴とする請求項５記載の絶縁診断方法。
【請求項７】上記化学的劣化状態の検査は、絶縁物の赤
外線分光スペクトルの吸光度のピーク位置に基づいて行
うものであること、を特徴とする請求項４記載の絶縁診断方法。