JPS6042643A - 熱劣化検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気機器絶縁に用いられる絶縁樹脂などの熱
劣化検出方法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

一般に電気機器の絶縁には、固体絶縁材料、液体絶縁材
料、気体絶縁材料が単独に、又は組み合わせて使用され
ている。

油入変圧器などの液体絶縁や、ガス絶縁開閉装置などの
気体絶縁においては、分解生成ガス分析などの物理化″
ｙ的平手法よる絶縁劣化判定法が提案され、一部実用化
されているが、回転機などの固体絶１ｔにおいては、電
気的試験によるいわゆる「絶縁診断法」がその中心にな
っている。

しかし、現状の電気的試験による絶縁診断法（直流試験
法、交流電流試験法、誘電正接試験法、部分放電試験法
、接地線漏れ電流試験法）では、試験電圧が被測定電気
機器の定格電圧までしか印加できないため、得られる緒
特性の変化は小さく、加えて、その試験結果は試験時の
環境条件、特に湿度の影響を受けるた玩、絶縁劣化との
安定した対応がとれないまま、経験的に劣化状況を推測
するにとどまっている。

また、物理化学的手法としては、絶縁樹脂中の水素原子
数と炭素原子数の比の変化による絶縁寿命推定法などが
提唱されてはいるが、それらｂま寿命点近傍で急激に低
下する絶縁破壊電圧の変化に対応したものであり、連続
的に進行する絶縁劣化の、広い範囲にわたる劣化度を判
定することができない。

〔発明の目的〕

本発明は、このような欠点を取り除くために改良を施し
たもので、電気機器などの保全における修理や更新など
の処置を、データヘースに信頼度高く行なうことができ
る熱劣化度検出方法を提供することを目的とするもので
ある。

〔発明の構成〕

本発明による熱劣化度検出方法は、予め劣化させた電気
機器絶縁物を構成する絶縁材料の、赤外線分光分析によ
る赤外線吸収スペクトルの変化から、絶縁組織の劣化度
を温度と時間の関数としてめておき、連続的な劣化の進
行過程より抽出された実働電気機器からの試料との対比
により、熱劣化度を検出するものである。

〔発明の詳細な説明〕

一般に、熱劣化による電気機器絶縁物の化学構造量の変
化は化学反応速度論に従い、かつ赤外線吸収スペクトル
の、各化学結合に対応した吸収の吸光度はＬａｍｂｅｒ
　ｔ−Ｂｅｅｒの法則に従う。即ち、熱劣化による化学
構造量Ｘの変化が化学反応速度論に従うとすれば、化学
構造量Ｘの変化は、ｄＸ／ｄｔ＝Ａ−ｅｘｐ　（−ΔＥ
／　ＲＴ　）　・ｇ　（ｘｉ−ｉｌ１式で表される。こ
こで、ｔは劣化時間、Ａは頻度因子、ΔＥは活性化エネ
ルギー、Ｒはガス定数、Ｔは劣化の絶対温度、ｇ　ｆＸ
ｌ　＆；１反応機構を表す関数である。

絶絹材料の劣化が時間０からｔまで進み、化学構造量が
ＸｏからＸまで変化したとして（１）式を積分すると、 となり、右辺の積分は時間の次元となるので、換算時間
θと呼ばれている。

θ−／、ｆｅｘｐ　（−ΔＥ／Ｒ’ｌ”）・ｄｔ　−−
−−−１３１式％式％ 反応機構を表す関数ｇ　（Ｘ）と頻度因子Ａが一定の劣
化領域では、種々の温度条件下で劣化が生じでも、換算
時間θが等しければ化学構造１ｘｏ）変化も等しくなり
、 θ−ｆ　ｆｘｌ　−−−−−−−−（５１式％式％ 更に、各化学結合に対応した赤外線吸収スペクトル吸光
度りと化学構造量Ｘとは、 Ｄ−Ｉｎ　（Ｔｏ　／　Ｉ）　＝に−Ｘ　−１！−−−
−−−−−（６）式Ｄ　＝　ｈ　（ｘｌ　−−−−−−
−−（７１式となる。ここで、Ｄは吸光度、Ｔｏは化学
構造量がＯの時の透過光の強さ、■は化学構造量がＸの
時の透過光の強さ、βはセルの厚さ、Ｋは吸収係数であ
る。

従って、換算時間θと吸光度りは、 θ−ｆ　（ｈ　−１（Ｄ　）　ｌ　−−−−−−−−−
−−（８１式と表され、吸光度りの変化から劣化度θを
めることができる。

〔実施例〕

以下に、電気絶縁材料として多く用いられるエポキシ樹
脂を試料として用いた実施例により、本発明を具体的に
説明する。なお、試料には三弗化硼素アミンコンプレッ
クス硬化剤（ＢＦａ　−ＭＥＡ）で硬化させたエビビス
型エポキシ樹脂粉末を用い、槽内温度が１６０℃、１７
５℃、２００℃の熱風循環式恒温槽内で劣化させた。

回析格子型赤外分光光度言１（日本分光工業層。

ＩＲＡ−２型）で測定した槽内温度２００℃での劣化に
よる赤外線吸収スペクトルの変化の一例を第１図と第２
図に示す。

これらの図のように、劣化の進行とともに波数１７３０
ｃｍ　”にカルボニルのＣ−０結合に起因するピークが
現れ、波数８２５ｃｍ−１のパラ置換ベンゼンに起因す
るピークが消滅していくなど、多くの吸収が変化してい
る。

そこで、本実施例では劣化による８２５ｃｍ’の変化に
着目し、その変化を定量化するために、劣化の影響を受
けにくいと言われているベンゼン環のＣ＝Ｃ結合に起因
する１６１０ｃｍ　’の吸光度を各スペクトルの内部基
準として１、（９）式より８２５ｃｍ　１の吸光度比を
めた。

吸光度比−Ｄ＠１丁／ＤＩ６１０　−〜−−−−−４９
１式ここに、Ｄ　Ｂ＞５は８２５ｃｏ＋−１の吸光度、
ＤＩ６１０は１６１０ｃｎ＋　’の吸光度である。

このようにしてめた各劣化温度、例えば１６０”Ｃ，１
７５°Ｃ，２００℃における劣化時間と、８２５ｃｍ　
１の吸光度比との関係を第３図に示す。同図に表されて
いるように、劣化の進行とともに、吸光度比し才連続的
に低下している。

次に、第３図の劣化温度をパラメータとした８２５ｃｍ
　’の吸光度比の変化から、劣化の換算時間θを用いた
マスターカーブを作成するため、他の手法、例えば１６
０℃、１７５℃、２００℃における分解率曲線の分解率
が一定になる劣化温度と時間との関係からめた劣化の活
性化エネルギー八Ｅを、（３）式に代入して換算時間θ
を計算し、第４図に示すように横軸に劣化の換算時間θ
をとり、縦軸に８２５ｃｍ　１の吸光度比をとり、熱劣
化による吸光度１ヒの変化のマスターカーブＡを得た。

その結果は、各劣化温度例えば１６０℃、１７５°Ｃ５
２００℃における８２５ｃｍ　’の吸光度比が、一本の
線上に乗っており、劣化の換算時間θと吸光度比との間
に良い相関がある。

いま、電気機器絶縁線輪の耐熱寿命が、１５５℃のｌＡ
Ｌ度零囲気中で２０，０００時間であるとすると、ガス
定数は一定であり、活性化エネルギー八Ｅは使用する材
料により決まるので、（３）式より寿命点の換算時間θ
ａはｌ　Ｘ　１０　ｓｅｃとなり、この換算時間θａを
第４図の横軸の劣化度軸」暑こ１．０を目盛ってノＹ命
点を示しておく。

次に、試１！１と同一の材＊：１を、図示しない電気機
器絶縁線輪に用い、所要時間稼働した後、前記電気機器
絶縁線輪より微少量の絶縁物を採取し、赤外線分光分析
による赤外線の吸収スペクトルから、８２５ｃｍ’の吸
光度比Ｃｂをめ、第４図の縦軸上のＣｂとマスターカー
ブＡの交叉する点より換算時間θｌ）が（υられる。こ
の換算時間θ１１ば、温度と時間の関数なので、電気機
器の運転時間がわかればその間の平均的温度（等ｆｉｆ
ｆｉ温度）が、運転時の温度がわかれば運転時間が、そ
れぞれ（３）式より算出でき、熱劣化の度合を検出する
ことができる。

また、換算時間θｂを横軸の劣化度の「１盛に対応させ
ると、電気絶縁線輪の余寿命を検出することができる。

上述した具体的実施例で述べたＢＦ３　・ＭＥＡで硬化
させたエポキシ樹脂以外に、他のエポキシ樹脂にも適用
できることはもちろん、エナメル線被膜やコイル含浸剤
、フィルム材などにも適用できる。また、被測定物質か
ら試料を採取したが、モニター材を被測定物質に着脱可
能に取り付けてもよい。また、電気絶縁物に限ることな
（、樹脂などの劣化度合を検出することもできる。

〔発明の効果〕

上述したように本発明によれば、電気機器などの保全に
おける修理や更新などの処置を、データベースに信頼度
高く行なうことができ、また電気機器の絶縁設計を直接
的に検証し、絶縁設計にツー　イードバックすることに
より、電気機器の信頼性向上を図ることができるという
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は劣化による赤外線吸収スペクトルの
変化例の未劣化及び劣化の例を示ずス・。 クトル図、第３図は劣化による８２５ｃｍ　Ｉの吸光度
比の変化を示すグラフ、第４図は劣化による吸光度比の
変化のマスターカーブである。 特許出願人　株式会社安川電機製作所 代理人　小川　益（ほか２名） ０ へ 城 ？ ２３４ 寸 憾 −−ｏｏｏ。 へ　０　曽　ｑ　丈　へ −’−：０ＯＯｄＯ （ｏ＋ｓ（１／働（１）　′：ｌｌＡ　１　竪Ｖ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、予め劣化させた被測定物質から微少量採取した試料
   の、赤外線分光分析による赤外線吸収スペクトルの変化
   から、被測定物質の劣化度を温度と時間の関数としてめ
   、実働機器から採取した物質の赤外線吸収スペクトルと
   の対比により、実働機器の熱劣化度合を検出することを
   特徴とする熱劣化検出方法。