JPS6327771A - 余寿命計 - 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、実働機器の運転を停止することなく電気機器
絶縁の熱劣化度を連続監視し、電気機器絶縁の余寿命を
求める余寿命計に関する。

〔従来の技術〕

電気機器の絶縁は、熱、放電、その他の因子により劣化
し、究極的には絶縁破壊に至る。そのため、電気機器の
信頼性、ひいては電気機器を装備した設備の信頼性を維
持するため、予防保全の一環として定期的に運転を停止
して絶縁診断を行うことが多い。

ところが、現状の直流試験法、交流電流試験法。

誘電正接試験法１部分放電試験法等の電気的試験による
絶縁診断法では、試験電圧が被測定機器の定格電圧まで
しか印加できないため、得られる諸特性の変化は小さい
。しかも、その試験結果は試験時の環境条件、特に湿度
の影否を受けるため、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している。また、機
器の運転を停止させて測定を行うものであるから、劣化
を連続的に監視することができない。

これらの問題を解決するために、高圧機器の絶縁層の表
面に電極を設置し、機器の運転を停止することなく、絶
縁破壊の前駆現象としての異常な部分放電パルスを連続
的に検出する方法や、絶縁層に超音波発振子を埋設し、
超音波探傷により絶縁劣化を連続的に検出する方法など
が提唱されている。しかし、これらの方法によるも、絶
縁劣化との対応が十分でない。

また、接地線電流を連続的に検出する方法も提唱されて
いるが、機器の運転電圧下での情報であり、その変化は
小さい。

更に、温度変化に応じて指数関数的に変化し、アレニウ
スの反応速度式を模擬する電気信号を発生する素子、た
とえばダイオード等を用いて、その電気信号を使用時間
について積分して劣化量を算出する方法も提唱されてい
る。しかし、現実問題として、劣化度を求めようとする
絶縁層の劣化反応速度式の定数に対応した温度特性を有
する素子を得ることは困難である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の方法は、試験中に機器の運転を停止
しなければならないこと、実際の絶縁劣化との対応がと
れないこと、更には温度変化に応じた電気信号を発生す
る素子の温度特性のコントロールが困難であること等、
種々の問題を含むものである。

そこで、本発明は、これらの問題点を解消し、電気機器
等の保全における修理や更新等の処置をデータベースに
対して信顧度高く行うことができる絶縁の余寿命計を提
供することを目的とする。

〔問題点を解消するための手段〕

本発明の余寿命計は、その目的を達成するために、絶縁
層の表面に設置されるか又は内部に埋設された温度セン
サーと、ＥａＡ度センサーの出力信号を入力信号として
アレニウスの反応速度式に基づき使用時間について積分
し、その劣化量を算出する積分部と、該劣化量を予め求
めておいた絶縁層の寿命点までの劣化量と比較する比較
部と、前記温度センサーからの温度信号を許容温度と比
較する比較部と、これら比較部からの出力を用いて余寿
命を算出する演算部と、積分部と演算部に処理方式を入
力するデータ入力部と、表示・警幹部とからなることを
特徴とする。

前記の温度センサーとしては、電気絶縁性に優れた光フ
ァイバーを用いたものが使用可能である。

〔作用〕

一般に、電気機器！１！！縁の熱による劣化は、絶縁材
料の化学構造量の変化に基づくものであり、その変化の
速度はアレニウスの反応速度式に従うと％式％ 電気機器絶縁の破壊電圧Ｕが絶ｔａ材料の化学構造量Ｘ
によって決まるとすると、破壊電圧Ｕは次式＋１１で表
される。

Ｕ　＝　ｒ　ｆＸｌ　　　　　　　　・・・・・（１）
また、化学構造量Ｘの変化がアレニウスの反応速度に従
うとすると、次式（２）が成立する。

但し、Ｌ；時間　　　　　Ａ：頻度因子ΔＥ：活性化エ
ネルギー Ｒ：ガス定数　　　Ｔ：絶対温度 ｇ　（Ｘｌ　：反応機構を表すＸの関数いま、劣化が時
間０からｔまで進み、化学構造量でＸｏからｘｌまで変
化したとして、（２）式を積分すると、次式（３）が得
られる。

（３）式の左辺はＸの関数なので、これをＧ（×）とし
て表すとき、次式（４）のように書き替えられる。

この式＋４）と前掲の式ｆ１１から、次式（５ンが得ら
れる。

Ｇ　［−１（００））　−Ｇ　（ｆ−’（０６）１式（
５）における右辺の積分項は、時間の次元となるので、
換算時間θと呼ばれ、この換算時間θは、次式（６）で
表される。

したがって、式（５）は、次式（７）のように書き替え
られる。

Ｇ　　［ｆ−’（ｔｌｏ））　　−Ｇ　　［−’（ｕ）
）　　＝Ａ、θ・・・（７）更に、式（７）における左
辺を劣化ｉＤとすると、式（７）は次式（８）のように
変換される。

Ｄ冨Ａ・θ　　　　・・・・・・（８）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しても
、換算時間θが等しければ劣化量りは等しくなることが
式（８）から判る。

したがって、連続的に計測した絶縁層の温度を（６）弐
に従って積分して求めた換算時間θ、と、予め求めてお
い゛た同一絶縁構成による絶縁層の寿命点までの換算時
間θ、との差Δθが、余寿命に相当する換算時間となり
、次式（９）で表される。

この式（９）にみられるように、余寿命は温度と時間の
関係として求めることができる。すなわち、１、−１　
　が余寿命である。

これを第１図の概念図で説明すると、第１図への曲線＋
ａｌに示す絶縁層の温度を連続的に計測し、式（６）に
よって積分して求めた換算時間θは、第１図Ｂの曲線［
Ｃ）となる。そして、時間ｔまでの劣化量を表す換算時
間はθ゛、で、余寿命に相当する換算時間Δθは、寿命
点の換算時間θ。とθ１との差（θ。−θ、）となる。

この余寿命は（９）式に示したように温度と時間の関係
として求まるので、余寿命の時間Δｔ（＝１−（）は時
間を以降の温度条件によって決まる。

時間を以降、引き続き第１図Ａの曲線（ａｌの温度条件
であるとすると、余寿命の実時間はｔ、（ａｌ−Ｌとな
る。また、時間を以降の温度がＴｌになるとすると、余
寿命は実時間ｔ　＊　（ｂｌ−ｔ　　となる。

〔実施例〕

以下に、回転機絶縁線輪の絶縁層に埋設した温度センサ
ーからの出力信号を積分する余寿命針を例にとって、本
発明を具体的に説明する。

第２図は本発明実施例の概略図であり、第３図はそのＩ
−１線断面図である。

この実施例では、導体１にテープ等の薄葉材料を巻回し
た後含浸処理をされる主絶縁層２を、保護絶縁層３で包
んでいる。この主絶縁層２の薄葉材料間に温度センサー
４を埋設し、該温度センサー４からの電圧出力を、増幅
器５で増幅した後、式（６）に従って積分器６で積分し
、劣化量としての換算時間θ、を算出する。なお、積分
器６には、データ入力器１１から反応速度式の定数が入
力されている。

算出された換算時間θ、は、予め求めておいた同一絶縁
構成の絶縁層の寿命点の換算時間θ。と比較器７ａにお
いて比較される６なお、該寿命点の換算時間θ、は、素
子７ｂから比較２Ｓ７ａに入力されるものである。そし
て、その差Δθ（＝０２−〇、）を求める。

他方、温度センサー４で検出された温度情報は、比較器
８ａに入力され、素子８ｂから入力された許容温度と比
較される。

次いで、データ入力器１１から入力した演算法に基づき
演算器９で求めた余寿命を、表示警￥り器１０で表示し
又は警報を発するものである。

たとえば、電気機器絶縁の耐熱寿命が１５５℃で４Ｘ１
０’ｌｌｒであり、劣化反応の活性化エネルギーΔＥが
３０Ｋｃａｌ／ｍｏ＋であるとするとき、寿命点の劣化
量を表す換算時間θ。は、弐（６）から６．９　Ｘｌ０
−’（ｓｅｅ）となる。

次に、第４図のＡに示す温度条件で４時間運転されたと
すると、劣化量を表す換算時間θ、は４．７Ｘ　１０−
　＠（ｓｅｅ）となる、したがって、余寿命Δθ（＝θ
。−〇、）は２．２　Ｘｌ０−”（ｓｅｃ）　となる。

引続き第４図Ａに示した温度条件下にあるとすれば、式
（９）よりその余寿命Δθは１．６　ＸＩＯ’　Ｈｒと
なる。また、今後は第４図Ｂに示すような一定の温度条
件下、たとえば１８０℃であるとすると、同じく式（９
）より余寿命は２　ＸＩＯ’　Ｈｒとなることが求まる
。

この実施例では、複数の温度センサーを埋設し、各温度
センサーごとに出力を積分し、劣化量を求めることによ
り、最も劣化が進行した部位での余寿命が求まる。その
ため、余寿命の予測精度が向上するとともに、保修を必
要とする部位の選定も容易になる。

また、予め絶縁層の熱解析を行い、最も温度が高くなり
、かつ電界が集中し絶縁破壊を生しる部位やその近くに
センサーを埋設することにより、１本の温度センサーで
余寿命を１７１度よく求めることも可能である。

なお、一般的な温度センサーである熱電対やサーミスタ
を用いることにより絶縁に害をおよぼすことが予測され
る場合には、絶縁物である光ファイバーを用いた温度セ
ンサーを用いることも可能である。

更には、温度センサー４で検出した温度を、比較器８ａ
で許容温度８ｂと比較することにより、異常な温度上昇
を監視することも可能である。

なお、本発明の余寿命計は、電気機器絶縁に限ることな
く、他の分野でも使用できるということは言うまでもな
い。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の余寿命計においては、
絶縁層の表面に設置又は絶縁層の中に埋設した温度セン
サーにより実測した温度の積分値から絶縁層の余寿命が
、機器の運転中であっても電気信号として連続的に取り
出すことができる。

そのため、保全における修理、更新等の処置を、データ
ベースに対して信頼度高く、かつタイムリーに行うこと
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ絶縁層の温度変化及
び換算時間θ、の変化を示し、第２図は回転機絶縁線輪
の絶縁層に本発明を適用した例を示し、第３図は第２図
の１−１における断面図であり、第４図はその例の運転
時における回転機（角縁線輪の絶縁層の温度変化を示す
。 １：導体　　　　２：主絶縁層　　３・保護絶縁層４：
温度センサー５：増幅器　　　６・積分器７ａ：比較器
　　　７ｂ：寿命点のθ　８ａ二比較器８ｂ：許容温度
　　９：演算器　　　１０：表示警報器１１：データ入
力器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁層の表面に設置されるか又は内部に埋設された
   温度センサーと、該温度センサーの出力信号を入力信号
   としてアレニウスの反応速度式に基づき使用時間につい
   て積分し、その劣化量を算出する積分部と、該劣化量を
   予め求めておいた絶縁層の寿命点までの劣化量と比較す
   る比較部と、前記温度センサーからの温度信号を許容温
   度と比較する比較部と、これら比較部からの出力を用い
   て余寿命を算出する演算部と、積分部と演算部に処理方
   式を入力するデータ入力部と、表示・警報部とからなる
   ことを特徴とする余寿命計。 ２、特許請求の範囲第１項記載の温度センサーが光ファ
   イバーを用いた温度センサーである余寿命計。