TW201905437A - 電氣機器之診斷系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明之目的係提供一種診斷存在於電氣機器之通電部位附近之鑄模樹脂之狀態之系統及方法。 提供一種電氣機器之診斷系統，其特徵係該電氣機器具備通電部與連接於通電部之鑄模樹脂，且該診斷系統具有：測定機構，其測定鑄模樹脂之表層部之物理量；分佈特定機構，其使用所測定之物理量，特定出表層部與鑄模樹脂及通電部之間的界面部之區域所具有之物理量分佈；及狀態特定機構，其使用所特定之物理量分佈，特定出鑄模樹脂之狀態。

Description

電氣機器之診斷系統及方法

本發明係關於電氣機器之診斷技術。

於專利文獻1(日本特開2004-12270號公報)中，揭示有「關於可測量內部包含金屬插入物之鑄模品之內部變形之鑄模品之內部變形測定法。 其特徵在於：於內部包含含有金屬插入物3之高分子絕緣材料2之鑄模品之成型時，於上述插入物附近嵌入光纖感測器1，監視鑄模品內部之變形之舉動。」(參照摘要)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2004-12270號公報

[發明所欲解決之問題] 專利文獻1係於插入物附近嵌入光纖感測器1，監視鑄模品內部之變形之舉動者。即，係將感測器1直接貼附於鑄模樹脂2與金屬插入物3之界面者。 電氣機器之鑄模樹脂係覆蓋通電部者，為確保絕緣性，難以於通電部貼附感測器等。因此，引用文獻1之技術未考慮難以在鑄模樹脂與金屬構件之間貼附或嵌入感測器之電氣機器之測定。 本發明係鑑於此種情況而完成者，其目的係提供一種診斷存在於電氣機器之通電部位附近之鑄模樹脂之狀態之系統及方法。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，若列舉例如本發明之一例，則為一種電氣機器之診斷系統，其特徵在於該電氣機器具備通電部與連接於通電部之鑄模樹脂，且該診斷系統具有：測定機構，其測定鑄模樹脂之表層部之物理量；分佈特定機構，其使用所測定之物理量，特定出表層部與鑄模樹脂及通電部之間的界面部之區域所具有之物理量分佈；及狀態特定機構，其使用所特定之物理量分佈，特定出鑄模樹脂之狀態。 [發明之效果] 根據本發明，可提供一種診斷存在於電氣機器之通電部位附近之鑄模樹脂之狀態之系統。

以下，適當參照圖式，針對用以實施本發明之形態(實施形態)進行詳細說明。另，於用以說明實施例之各圖中，對同一構成元素標註同一名稱、符號，省略其重複說明。 為了方便起見且有必要時，分割成複數個部分或實施形態進行說明，但除了特別明示之情形外，該等並非互相無關係者，係一者為另一者之一部分或全部之變化例、細節、補充說明等之關係。 又，於提及要素之數等(包含個數、數值、量、範圍等)之情形時，除了特別明示之情形及原理上明確限定於特定數之情形等外，並非限定於其特定數，亦可為特定數以上或以上。 又，其構成要素(亦包含要素步驟等)除了特別明示之情形及原理上明顯認為為必須之情形等外，並非為必須。 又，對於構成要素等，當提及「具備A」、「由A構成」、「具有A」、「包含A」時，除了特別明示僅其要素即主旨之情形等外，當然並非排除除此以外之元素。同樣地，於以下之實施形態中，當提及構成要素等之形狀、位置關係等時，除了特別明示之情形及原理上明顯認為並非如此之情形等外，包含實質上與其形狀等近似或類似者等。該情況對於上述數值及範圍亦相同。 例如，變壓器或開關器、馬達、換流器等電氣機器具備線圈等通電部位及包圍其之電氣絕緣性鑄模樹脂。藉由形成鑄模樹脂，而可防止因漏電之機器故障，或向設有電氣機器之周圍漏電，確保安全。 大多情況，該鑄模樹脂係以環氧樹脂等樹脂材料作為主成分。再者，亦有調配著色劑或無機填充材之情形。無機填充材藉由分散於樹脂材料，而獲得機械斷裂強度或彈性率之提高，亦獲得耐熱性之提高。具體而言，調配矽石、氧化鋁、玻璃等低價之無機填充材。 於製造電氣機器時，尤其於鑄模樹脂之成型時，於高溫下硬化之鑄模樹脂之緩冷過程中，因鑄模樹脂與線圈之線膨脹係數差而產生殘留應力。該殘留應力具有對線圈緊固鑄模樹脂之作用，對線圈牢固地接著鑄模樹脂。 電氣機器之運轉中，因向線圈之連續通電引起之發熱，亦對鑄模樹脂施加熱。由於樹脂之黏彈性特性，鑄模樹脂所產生之殘留應力於施加熱之高溫環境下經時降低。又，因運轉中之線圈之發熱或一日中之晝夜所致之溫差，而對鑄模樹脂施加因線膨脹係數差之熱應力。由於因熱應力重複負荷之熱疲勞所致之樹脂的剛性降低，而產生於鑄模樹脂之殘留應力經時降低。 由於鑄模樹脂之黏彈性或剛性之經年變化所致之殘留應力之降低，鑄模樹脂緊固線圈之作用降低，於線圈與鑄模樹脂之間產生滑動。若產生滑動，則於施加熱應力時，於該界面產生局部之應力集中，產生該界面剝離或鑄模樹脂破裂等絕緣破壞，將無法保證鑄模樹脂之電氣絕緣，直至作為電氣機器之故障。由於大多情況下未對金屬製通電部位造成破壞，故決定電氣機器之故障之部位為鑄模樹脂。 此種界面之剝離或鑄模樹脂之破裂係產生於電氣機器之內部者。因此，為了知道電氣機器是否持續造成故障，並適當地診斷繼續使用或取消電氣機器等，而需要自電氣機器之外部掌握鑄模樹脂緊固線圈之力的變化，發現該界面之剝離或鑄模樹脂之破裂之前兆。 電氣機器內部之通電部位與鑄模樹脂之界面之剝離或鑄模樹脂之破裂係如上述因伴隨鑄模樹脂緊固線圈之力的經時變化使該界面滑動，或伴隨滑動而使電氣機器運轉中自然施加之熱應力之應力集所致。為了使電氣機器之診斷高精度化，而有必要直接知道無法自電氣機器之外側目視之通電部位與鑄模樹脂之界面的剝離或鑄模樹脂之破裂等前兆。 圖1係本實施形態之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法之流程圖。 如圖1所示，本發明之一實施形態之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法包含關於診斷之第1步驟S101、第2步驟S102、第3步驟S103。 本發明之實施形態之診斷方法進行測定對象之決定11作為下述第1步驟S101之預先準備。於測定對象之決定11中，若使用者或系統選擇測定之電氣機器，則包含型號、製造年份、額定功率、尺寸、構成材料等之規格將明確。即，於進行診斷前將型號等資訊記憶於記憶機構，從而特定出所選擇之測定對象即電氣機器之型號等。 接著，以測定部位之決定12而決定適於診斷之測定部位。測定部位係設為電氣機器之鑄模樹脂露出於電氣機器外部之部位，為可藉由診斷所使用之測定裝置測定鑄模樹脂之任意部位。另，電氣機器之鑄模樹脂露出於電氣機器外部，是指鑄模樹脂與外氣接觸之部分，是指表面可觀察到之部位。 測定部位之決定12可使用預先構築之資料庫自動實施，亦可為測定者自己實施。使用資料庫之情形時，例如可對每個電氣機器之機種預先決定測定部位，預先構築資料庫。若選擇測定對象，明確規格所包含之機種之資訊，則決定對應於按照資料庫之該機種之測定部位。 測定部位可為1個部位亦可為複數個部位。又，亦可對同一測定部位進行1次或複數次測定。可藉由增加測定次數而減少誤差等。藉由殼體或塗裝覆蓋電氣機器之情形時，藉由取下該殼體或卸除塗裝，而可成為露出鑄模樹脂之測定部位。 接著，作為診斷步驟，於第1步驟S101中，測定藉由測定部位之決定12而特定之測定部位之鑄模樹脂之表層部之物理量。鑄模樹脂之表層部，是指可利用第1步驟S101所使用之測定方法測定之區域。對應於測定裝置之性能或測定原理之測定對象之決定11或測定部位之決定12之步驟中，藉由表示表層部或對使用者指示而可容易決定測定部位。 例如，於光學式表面觀察機構或使用X射線之非接觸式測定中，特定出經照射光或X射線並侵入至鑄模樹脂之區域作為表層部。光或X射線侵入，是指未於表面反射而進入其內部之成分經散射或反射，而自測定對象出來。 於使用變形測量器或使用熱電偶之接觸式感測器之測定中，劃定貼附該感測器之鑄模樹脂之表面部作為表層部。 於第1步驟S101中測定之物理量，較佳為與製造測定對象之電氣機器時之物理量比較，伴隨著時間經過而變化之物理量。該物理量之經時變化係依存於自製造開始之經過時間、電氣機器之使用負荷率、或電氣機器之設置環境等而決定變化率。 例如，若物理量之變化量隨使用負荷率而不同，則存在僅使用負荷率不同之兩個電氣機器之情形時，顯示各電氣機器所具有之物理量不同之值，表示電氣機器之狀態不同。 接著，針對第2步驟S102進行說明。第2步驟S102為基於第1步驟S101中測定之表層部之物理量，特定出鑄模樹脂內部之物理量之步驟。 鑄模樹脂之內部，是指自鑄模樹脂露出於電氣機器外部之表層部，至鑄模樹脂所被覆之導電材料與鑄模樹脂之界面部之區域。即，為自S101中測定之鑄模樹脂表面或表層部至鑄模樹脂內部之通電部即線圈等之界面之區域。 為了特定出鑄模樹脂之表層部至內部之物理量分佈，而使用電氣機器中之物理量分佈資料庫13。物理量分佈係表示物理量之變化者。 物理量分佈可指自測定部位連結至最近之通電部之直線狀存在之鑄模樹脂之物理量變化，亦可如以三維等高線圖等表示，指遍及鑄模樹脂之構造全體之物理量之三維變化。 由於物理量分佈可依存於電氣機器之構成材料種類或自鑄模樹脂之表層部至線圈等之通電導電材料之界面部之距離等條件而不同，因此預先構築與電氣機器之診斷條件相配合之資料庫13。 資料庫13之構築，係使用製作並測定電氣機器、製作並測定模擬電氣機器之要素試樣片，或將電氣機器模型化而解析之方法。例如，針對規格所包含之電氣機器之每個機種將電氣機器之構造模型化，預先實施解析。藉由評估並整理自電氣機器之任意表層部至鑄模樹脂內部之物理量變化，而將該物理量變化存儲至資料庫13。 參照物理量分佈資料庫13，對照測定對象之電氣機器之規格、測定部位或測定部位即表層部之物理量，擷取以第1步驟S101中測定之表層部為起點至鑄模樹脂與導電材料之界面部之物理量部分。擷取是指以表層部為起點，藉由計算而求得至界面部之物理量。 可將終點設為鑄模樹脂與導電材料即與線圈之界面部。又，為了特定出至線圈內部之物理量分佈，亦可以線圈之中心為終點。該情形時，由於可考慮線圈之特性，故精度提高。再者，亦可考慮線圈與被線圈捲繞之鐵心之接觸，而包含鐵心特定出終點。於第2步驟S102中，若施加於鑄模樹脂內部之物理量分佈之擷取結束，則診斷進行至第3步驟S103。 第3步驟S103係基於第2步驟S102中擷取之鑄模樹脂內部之物理量分佈，而特定出電氣機器之劣化狀態之步驟。電氣機器之劣化狀態，是表示測定對象即電氣機器因所特定之界面部之物理量之劣化程度者。作為劣化程度之一例，係包含鑄模樹脂之絕緣破壞產生之預測時期、或絕緣性能低於特定值之預測時期、與額定功率下繼續使用之電氣機器比較之情形之物理量變化之行進程度等之概念。 例如，存在電氣機器於界面部直至絕緣破壞之鑄模樹脂內部之物理量之臨限值之情形時，藉由自第2步驟S102中特定之物理量分佈算出界面部之物理量，與該臨限值進行比較，而可特定出電氣機器達到絕緣破壞之裕度。 又，存在電氣機器之製造公司指定之電氣機器之標準使用環境之情形時，若預先特定出該使用環境下使用時之鑄模樹脂內部之物理量，則藉由將標準使用環境下所示之物理量與第2步驟S102中特定之鑄模樹脂內部之物理量進行比較，而可判斷該經診斷之電氣機器是於標準環境下使用，或於更嚴酷之環境下使用。判斷電氣機器於較標準環境更嚴酷之環境下使用之情形時，電氣機器之製造公司可建議以較電氣機器之保固年限更短之使用年限更換電氣機器。 如上述，為了自第2步驟S102中特定之物理量分佈特定出電氣機器之劣化程度，於第3步驟S103中，使用鑄模樹脂內部之物理量與電氣機器之劣化狀態之相關資料庫14。 參照相關資料庫14，對照電氣機器之規格、測定部位及測定部位之物理量分佈，擷取電氣機器之劣化狀態。例如，相關資料庫14針對電氣機器之每個機種，具有於鑄模樹脂與通電部之間產生滑動之鑄模樹脂內部之物理量之臨限值。 滑動是指鑄模樹脂與導電材料變形時，界面部之各個位移不一致之狀態。由於滑動，而有界面部之鑄模樹脂或導電構件受到磨耗等損傷之情形。 藉由根據電氣機器之規格特定機種，參照相關資料庫14，而可取得對於該電氣機器之內部物理量之臨限值。藉由第2步驟S102中特定之鑄模樹脂內部之物理量除以取得之臨限值，而可將物理量之臨限值作為指標，算出達到電氣機器之滑動之裕度。 於第3步驟S103中，若電氣機器之劣化狀態之擷取結束，則表示該劣化狀態作為診斷結果15，診斷結束。 [實施例1] 接著，使用圖1至圖6對實施形態進行說明。 於實施形態所記載之診斷方法中，較佳為與製造電氣機器時之物理量進行比較，將伴隨時間經過而變化之物理量設為診斷指標。 例如，作為作為診斷指標使用之物理量，可實施製造電氣機器時產生於鑄模樹脂之殘留應力、鑄模樹脂與導電材料之電位差、鑄模樹脂之剛性、存在於鑄模樹脂中之空隙率等。 殘留應力是指未自外部作用力之狀態下存在之物理內之應力狀態。於電氣機器中，鑄模樹脂為覆蓋線圈等通電部之構造，於樹脂硬化時於鑄模樹脂與通電部之熱變形量產生差異。以該熱變形量平衡之方式，於鑄模樹脂及通電部產生應力，其成為殘留應力。於鑄模變壓器等電氣機器中，存在有殘留應力作為鑄模樹脂緊固通電部之力。 此處，關於鑄模樹脂覆蓋線圈等通電部之構造，不限於覆蓋狀態亦可為僅與通電部相鄰之方式連接者。又，線圈等通電部未必是覆蓋前面，只要對保持絕緣性之區域連接即可。即，通電部只要為依序以通電部、鑄模樹脂、外氣配置之關係即可。 以下，針對物理量為殘留應力之情形之例進行說明。 圖2係階段性表示將殘留應力作為診斷指標之本實施例之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法之流程圖。 與實施形態同樣地，診斷係自測定對象之決定11開始，進行至測定部位之決定12，決定測定部位，但由於為同一步驟因此省略說明，針對有差異之第1步驟S201之後進行說明。 接著，於第1步驟S201中，進行鑄模樹脂之表層部之殘留應力之測定。殘留應力之測定係藉由非破壞檢查方法進行。此時，測定對象之電氣機器可為通電狀態，亦可為停電狀態。為了獲得穩定之測定結果，較佳為進行停電狀態之測定。 作為殘留應力之非破壞檢查方法，可使用利用X射線等放射光之應力測定裝置。X射線應力測定係使用X射線繞射現象。 X射線繞射現象係於測定對象物具有之結晶構造之晶格面間產生之現象，入射至測定對象物之X射線增強而反射。 反射之角度(繞射角)係每X射線之波長及測定物之物質所固有。若對測定物施加應力，則固有值即繞射角亦變化。由於該繞射角之變化依存於所施加之應力，故可藉由特定出繞射角如何變化而算出負荷於測定物之應力大小。 因此，為了實施X射線應力測定，需要獲得源自結晶構造之繞射現象。即，測定對象物需要含有具有結晶成分之構件。 複合化至電氣絕緣用鑄模樹脂之無機填充材之粉末之微構造需要具有規則之原子排列之結晶質或具有原子排列不規則之非晶質。進行利用X射線之應力測定之情形時，需要於測定對象即鑄模樹脂內部具備具有明確繞射圖案之結晶質。 作為結晶質之無機填充材，列舉例如結晶性矽石、氧化鋁、氫氧化鋁、碳酸鈣、氧化鐵、氧化鈦、氧化鋯、氧化銫等。又，無機填充材之調配量為任意。 作為一例，於圖3顯示電氣機器之鑄模樹脂為環氧樹脂之情形時照射X射線時之X射線繞射之一例。於環氧樹脂中含有結晶性矽石作為填充劑。 圖3所示之實線為含有填充劑之環氧樹脂之繞射圖案，虛線為填充劑單體之繞射圖案。若對環氧樹脂照射X射線，則獲得與填充劑單體一致之環氧樹脂之繞射強度之圖案。 著眼於所獲得之繞射圖案，可算出施加於環氧樹脂之應力，可藉由鑄模樹脂表層部之X射線測定應力。 於第1步驟S201以X射線測定殘留應力之情形時，所測定之鑄模樹脂之表層部係X射線之照射直徑為數毫米，及X射線之侵入深度為數十微米。由於侵入深度根據X射線之照射強度而變化，故不限於上述值，但可藉由測定上述表層部而實施本發明。 於第2步驟S202中，參照電氣機器中之殘留應力分佈資料庫23E，基於第1步驟S201中測定之表層部之物理量，擷取鑄模樹脂內部之物理量。作為一例，記載擷取自所測定之表層部連結至最近之通電部之鑄模樹脂之物理量變化之情形。 可基於所測定之電氣機器之尺寸及構造之資訊，特定出自所測定之表層部至最近之通電部之位置。例如，殘留應力分佈資料庫23E對於每個電氣機器之機種，及每個電氣機器之運轉率或經過年數，具備表層部之殘留應力與離表層部最近之通電部之殘留應力之應力變化率。 離表層部最近之通電部之情形時，由於對鑄模樹脂之影響較大故作為測定部位有效。又，不限於最近之通電部可實施，於使用複數個測定部位之情形時，亦可取得平均值。 若自電氣機器之規格特定出機種、運轉率及經過年數，則可自殘留應力分佈資料庫23E擷取表層部與通電部之應力變化率。此時，藉由將第1步驟S201所測定之表層部之殘留應力與該應力變化率相乘，而可知道通電部之殘留應力。 為了構築電氣機器之殘留應力資料庫23E，而對電氣機器或電氣機器所具備之鑄模樹脂材料之試驗片23C進行解析或試驗、測定。藉由使用試驗片23C，與以實際尺寸測定電氣機器之情形比較，可容易評估包含鑄模樹脂之楊氏係數或泊松比之力學物性之鑄模樹脂之物性値，且容易評估因該物性値劣化所致之經年變化。 另，電氣機器所具備之鑄模樹脂材料之試驗片23C可為自實際運轉之電氣機器直接切取之試驗片，亦可為具有與其完全相同之化學成分、複合材組成之另外製造之樹脂材料之試驗片。 圖2所示之23A至23E之流程係關於對電氣機器之利用有限要素法之數值解析者，於實際診斷電氣機器之前進行，將結果預先存儲至資料庫。 具體而言，於電氣機器之模型化23A中，基於電氣機器之零件構造進行有限要素模擬。對以電氣機器之模型化23A製作之模型之各要素，輸入實際構成電氣機器之各部位，例如通電部位或鑄模樹脂等之材料之材料物性。例如，輸入通電部之線圈之材料物性及形狀、覆蓋線圈之鑄模樹脂之材料物性及形狀。 此處，材料物性係楊氏係數或泊松比等力學物性、線膨脹係數或熱傳導率等熱物性。 例如，於有限要素法解析23B中，可求得製造電氣機器時之初期殘留應力分佈。 將環氧樹脂等熱硬化性樹脂暴露於熱硬化處理，以高溫狀態硬化並成型。製造電氣機器時，電氣機器接受自硬化時之高溫狀態至室溫之冷卻步驟。 於冷卻步驟中，鑄模樹脂及導電材料一起熱收縮，但因各材料之線膨脹係數之差異而熱收縮量各不相同。此時，以熱收縮量之差平衡之方式，鑄模樹脂與導電材料變形，產生殘留應力以平衡變形。 藉由使用以電氣機器之模型化23A製作之模型，實施模擬上述冷卻步驟之有限要素法解析23B，而可估計上述殘留應力。 圖4(a)係顯示以電氣機器之模型化23A製作之解析模型之立體圖。圖係顯示電氣機器為鑄模變壓器之情形作為一例。 接著，將圖4(a)所示之平面A所得之電氣機器之剖視圖顯示於圖4(b)。鑄模樹脂22覆蓋通電部位21。將對於圖中之區域B所得之有限要素法解析23B之結果例顯示於圖4(c)。 圖4(c)係顯示自鑄模樹脂22與通電部位21之界面至鑄模樹脂22之表層部之殘留應力分佈之圖。圖4(c)中，S1係界面部23之應力，S2係表層部24之應力，S3係電氣絕緣用鑄模樹脂22之應力分佈。此時，應力分佈如圖4(c)所示，意指自鑄模樹脂之表層部24至通電部位21與電氣絕緣用鑄模樹脂22之界面部23之各位置之應力的比率。 圖4(c)係應力之分佈之模式圖。分別擷取界面部23之應力S1與表層部24之應力S2及該等之間的應力分佈S3。 於圖4(c)中，顯示表層部24之應力S2小於界面部23之應力S1，但表層部24之應力S2可大於界面部23之應力S1，亦可等於界面部23之應力S1。 此時，將表層部24之應力S2與界面部23之應力S1之比設為α，以下式定義。 α=S1/S2 於第1步驟S201中測定之施加於表層部之殘留應力為上述表層部24之應力S2，故可使用表層部24與界面部23之殘留應力值之比率α，以下式求得界面部之殘留應力S2 S2=α×S1 如上述，若將表層部24與界面部23之殘留應力值之比率α預先存儲至資料庫23E，則可自第1步驟中求得之表層部之殘留應力評估界面部之殘留應力。 即，預先特定出表層部與界面部之殘留應力值之關係即比率α。其後，使用預先特定之殘留應力值之關係即比率α、及所測定之表層部之應力值，特定出界面部之殘留應力。另，若為可測定表層部之參數，則不限於殘留應力，亦可使用剛性或電位差等其他物理量。 圖中，以實線表示以有限要素法解析23B評估之初期殘留應力分佈。又，於電氣機器中之殘留應力分佈資料庫23E中，亦存儲經年變化後之殘留應力分佈。 作為殘留應力之經年變化之一個原因，列舉有應力緩和。應力緩和係對樹脂持續賦予特定之變形時，產生之應力減少之現象。 圖5顯示應力緩和實測之一例。製作試驗片，測定賦予0.3%之變形時之應力緩和，以開始時點之應力值為基準，使時間經過後之應力正規化。 於圖5顯示環境溫度為100°C與25°C之殘留應力變化。可知應力變化率隨環境溫度而不同。 使用電氣機器時，鑄模樹脂之變形位準隨負荷率而變化，又鑄模樹脂所受之溫度亦變化。 因此，特定出對應於電氣機器負荷率之鑄模樹脂之溫度與變形之關係，使用圖5所示之應力緩和試驗結果，可算出應力相對於經過時間之下降率。 考慮因應力緩和之殘留應力下降，將自電氣機器製造時之殘留應力分佈之變化例以圖4(c)之虛線表示。 藉由組合有限要素法解析23B與應力緩和試驗23D，而可對照任意電氣機器之規格算出初期之殘留應力分佈與經年變化後之殘留應力分佈。此時，將算出之殘留應力分佈之資料庫23E之例顯示於圖6。 對於每個電氣機器之機種，及其每個負荷率，預先估計表層部與界面部之殘留應力之比(內外應力比)，使之資料庫化。機種為包含製造年份或形狀、型號之概念，但不限於此，可按電氣機器之特性區分。 藉由使用如上構築之殘留應力分佈資料庫23E，基於第1步驟S201中測定之表層部之殘留應力，而可於第2步驟S202擷取鑄模樹脂內部之殘留應力之分佈。 接著，第3步驟S203為基於第2步驟S202中擷取之鑄模樹脂內部之殘留應力分佈，特定出電氣機器劣化狀態之步驟。 為了自第2步驟S202中特定之殘留應力分佈特定出電氣機器之劣化狀態，而於第3步驟S203中，使用殘留應力與劣化狀態之相關資料庫24A。參照相關資料庫24A，對照電氣機器之規格、測定部位及測定部位之殘留應力分佈，擷取電氣機器之劣化狀態。 例如，相關資料庫24A可針對電氣機器之每個機種，具有於鑄模樹脂與通電部之間產生滑動之殘留應力之臨限值。由於殘留應力係作為鑄模樹脂緊固通電部之力而存在，故若殘留應力接近零則於鑄模樹脂與通電部之間之界面易產生滑動。可設定於該界面產生滑動電氣機器達到絕緣破壞之殘留應力之臨限值。 殘留應力之大小取決於電氣機器之構造構件之種類或尺寸，故殘留應力之臨限值較佳為針對每個電氣機器之機種預先求得。因此，若於相關資料庫24A預先存儲每個電氣機器之機種之鑄模樹脂內部之殘留應力之臨限值，則藉由自電氣機器之規格特定出機種，而可參照該資料庫24取得該臨限值。 藉由第2步驟S202中特定之鑄模樹脂內部之殘留應力除以取得之上述臨限值，而可將電氣機器之鑄模樹脂與通電部之界面產生滑動之裕度定量化。 相關資料庫24A不限於滑動，亦可存儲於界面部產生空隙或龜裂之鑄模樹脂內部之界面部的殘留應力值之臨限值。如上述，自鑄模樹脂內部之殘留應力分佈擷取界面部之殘留應力值，與存儲於相關資料庫24A之每個機種之臨限值進行比較，從而評估電氣機器之裕度。 於第3步驟S203中，若電氣機器之劣化狀態之擷取結束，則顯示該劣化狀態作為診斷結果25，診斷結束。另，可不顯示診斷結果25而實施。例如，於該情形時，亦可記憶於其他裝置或記憶機構，作為測定對象之診斷資訊使用。對於診斷結果之顯示部，以其他實施例予以後述。 [實施例2] 於實施例2中，使用圖7及圖6，詳述實施例1之第1步驟S201中鑄模樹脂之表層部之殘留應力之X射線測定方法。 如上述，藉由X射線之應力測定者為施加於配置於鑄模樹脂含有之表層部之填充劑之殘留應力。施加於填充劑之殘留應力為鑄模樹脂受到之殘留應力傳播至其內部之填充劑者。 因通電部位與鑄模樹脂之間產生之滑動或剝落等所致之絕緣破壞係因受到界面部附近之樹脂受到之殘留應力之影響而產生。因此，預防鑄模樹脂之絕緣破壞需要特定出施加於鑄模樹脂之殘留應力。 於本實施例中，藉由取得施加於樹脂之殘留應力與施加於填充劑之殘留應力之相關，而可自X射線測定算出樹脂之殘留應力值。 具體而言，第1步驟S201係按照圖7所示之流程。即，使用施加於填充劑與鑄模樹脂之殘留應力之相關資料庫S201D，將對填充劑之殘留應力值轉換成鑄模樹脂之殘留應力值。 為了取得該相關，製作具有140×20×5 mm尺寸之鑄模樹脂之短條形之要素試驗片，藉由4點彎曲試驗對元素試驗片賦予負荷。此時，施加於鑄模樹脂之試驗片之應力為模擬殘留應力值者。 對試驗片賦予負荷之狀態下實施X射線測定，評估負荷於填充劑之殘留應力值。另，模擬負荷於樹脂試驗片之殘留應力之應力值係藉由將貼附於試驗片之變形測量器作為感測器而算出。 將對試驗片賦予複數個負荷時之X射線測定結果顯示於圖8。可知X射線應力測定值與對樹脂試驗片之負荷應力有相關。於鑄模樹脂存在殘留應力之情形時，可以說與其大小成比例，對填充劑之殘留應力亦變化。 藉此，藉由使用本實施例所示之施加於填充劑與鑄模樹脂之殘留應力之相關資料庫S201D，而可以X射線高精度地評估鑄模樹脂之殘留應力。可特定出試驗片之殘留應力，比較該結果與測定對象之表層部，藉此可進行特定裝置之劣化診斷。 [實施例3] 於實施例3中，記載構築實施例1之電氣機器中之殘留應力分佈資料庫23E之代替方法。將追加代替方法之診斷流程顯示於圖9。 製造並驗證模擬電氣機器之構造之樹脂材料之試驗片23F。將試驗片23F顯示於圖10。試驗片係藉由模擬通電部位之金屬圓柱31、及以覆蓋金屬圓柱31之方式成型之鑄模樹脂圓柱32而構成。 例如，將金屬圓柱31設為銅，鑄模樹脂圓柱32設為應用於電氣機器之環氧樹脂32，尺寸係將金屬圓柱之內徑設為f14 mm及將外徑設為f30 mm，將金屬圓柱之內徑設為f30 mm及將外徑設為f60 mm，將高度分別設為25 mm。 藉由使用該試驗片於樹脂之厚度方向於複數個測定部位33進行X射線測定，而可取得自金屬圓柱31與樹脂圓柱32之界面部至樹脂圓柱32之外側(表層部)之殘留應力分佈。 將所測定之殘留應力分佈顯示於圖11。如圖示，可知於樹脂厚度內分佈殘留應力。藉由改變要素試驗片之構件或尺寸，模擬電氣機器之構造，而可構築殘留應力資料庫23E作為殘留應力分佈之有限要素解析23B之代替方法。 圖11所示之殘留應力分佈為製作要素試驗片後立即測定之值。若對試驗片持續賦予電氣機器受到之溫度變化，則可測定電氣機器之經年使用後之殘留應力分佈。 [實施例4] 於實施例4中，記載電氣機器之診斷方法之高精度化之實施例。於實施例4中，針對使用對過去之測定對象之電氣機器測定之結果的例進行說明。 圖12係顯示對圖2所示之測定部位之決定22使用過去之測定結果之流程。預先存儲電氣機器之過去測定之結果，作為測定部位與測定結果之偏差之相關資料庫22C。 重新診斷電氣機器時，使用該資料庫22C，參照與診斷之電氣機器類似機種之過去資料。根據過去資料，擷取類似機種之測定位置與測定結果之偏差。可根據該擷取結果，挑選預想測定結果之偏差較少之測定部位。 [實施例5] 於實施例5中，記載電氣機器之診斷方法之高精度化之其他實施例。於實施例5中，活用電氣機器之運轉資料。 如上述，殘留應力之變化隨電氣機器之使用負荷而不同，可作為劣化狀態之指標。根據運轉條件而每個機種所示之殘留應力值不同。因此，即使為具有相同規格之機種，測定值之偏差亦可能取決於運轉條件而變化。 對於實施例4，圖13具有測定部位之決定22中追加存儲運轉資料之相關資料庫。進行新的電氣機器之診斷時，藉由使用該資料庫，參照亦包含運轉資料與該電氣機器類似機種之過去資料，而可進而挑選推定為測定結果之偏差較少之測定部位。 又，如圖15所示，將運轉資料等過去之測定結果作為資料庫預先存儲之情形時，亦可研討診斷結果25與類似機種比較是否成為適當值。 藉此，藉由活用運轉資料等過去之測定結果，而可提供更高精度之診斷。 [實施例6] 圖15係表示本發明之一實施形態之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷系統之方塊構成圖。 電氣機器之診斷系統係由表層部應力測定裝置30與診斷裝置40構成。表層部之殘留應力之測定裝置30為測定電氣機器具備之電氣絕緣用鑄模樹脂之表層部24之殘留應力之裝置，可使用例如自X射線繞射測定應力之X射線測定裝置等。 運算處理部40具備殘留應力分佈算出部41與劣化狀態算出部42。又，記憶部50具備電氣機器中之殘留應力分佈資料庫51與殘留應力及劣化狀態之相關資料庫52。 殘留應力分佈算出部41自測定裝置30所測定之殘留應力與殘留應力分佈資料庫51，算出鑄模樹脂之應力分佈S3。劣化狀態算出部42自殘留應力分佈算出部41所求得之殘留應力分佈、殘留應力及劣化狀態之相關資料庫52，特定出電氣機器之劣化狀態。 顯示部60顯示所得之電氣機器之診斷結果。顯示部60可設置於診斷裝置30內，可作為與與診斷裝置分開之例如平板終端等，亦可自診斷裝置對其傳送顯示信號。 圖16係顯示於顯示部60所示之診斷結果之一例。於圖中之診斷結果中，可於畫面內選擇顯示內容。作為選擇項，可包含診斷結果之種類(信號之顯示、相當年數之顯示等)、X射線測定結果之顯示圖表之種類(繞射強度、殘留應力值等)、測定部之顯示方法(照片、圖式等)、過去之測定結果中之一個或複數個。 以上說明之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法可求得衡量電氣機器之故障之電氣機器內部之通電部位與鑄模樹脂之界面部之物理量，使用該物理量特定電氣機器之劣化狀態，而可提供高精度之診斷技術。

11‧‧‧測定對象之決定

12‧‧‧測定部位之決定

13‧‧‧電氣機器中之物理量分佈資料庫

14‧‧‧物理量與劣化狀態之相關資料庫

15、25‧‧‧診斷結果

21‧‧‧通電部位

22‧‧‧電氣絕緣用鑄模樹脂

22A‧‧‧擷取相同機種之測量結果之偏差

22B‧‧‧測定電氣機器之過去

22C‧‧‧每個機種之測定部位與測定結果之偏差之相關資料庫

22D‧‧‧決定偏差較小之測定部位

23‧‧‧界面部

23A‧‧‧電氣機器之模型化

23B‧‧‧殘留應力分佈之有限要素法分析

23C‧‧‧電氣機器具備之樹脂材料之試驗片

23D‧‧‧應力緩和試驗

23E‧‧‧電氣機器中之殘留應力分佈資料庫

23F‧‧‧製作模擬電氣機器之構造之樹脂材料之試驗片

23G‧‧‧測定向樹脂厚度方向之殘留應力

24‧‧‧表層部

24A‧‧‧殘留應力與劣化狀態之相關資料庫

30‧‧‧測定裝置

31‧‧‧金屬圓柱

32‧‧‧樹脂圓柱

33‧‧‧測定部位

40‧‧‧運算處理部

41‧‧‧殘留應力分佈算出部

42‧‧‧劣化狀態算出部

50‧‧‧記憶部

51‧‧‧電氣機器中之殘留應力分佈資料庫

52‧‧‧殘留應力與劣化狀態之相關資料庫

60‧‧‧顯示部

S1‧‧‧界面部23之應力

S2‧‧‧表層部24之應力

S3‧‧‧電氣絕緣用鑄模樹脂22之應力分佈

S101、S201‧‧‧第1步驟

S102、S202‧‧‧第2步驟

S103、S203‧‧‧第3步驟

S201A、S201B‧‧‧步驟

S201C、S201D、S204‧‧‧步驟

圖1係本發明之實施形態之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法之流程圖。 圖2係本發明之實施例1之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法之流程圖。 圖3係本發明之實施例1之使用電氣絕緣用鑄模樹脂之X射線繞射強度之結果之圖。 圖4(a)係將本發明之實施例1之電氣機器模型化之解析模型之立體圖。 圖4(b)係圖4(a)中之平面A所得之電氣機器之解析模型之剖視圖。 圖4(c)係顯示圖4(b)之區域B所得之有限要素法之解析結果之圖。 圖5係本發明之實施例1之使用電氣絕緣用鑄模樹脂之應力緩和試驗結果之圖。 圖6係顯示本發明之實施例1之殘留應力分佈之資料庫之概要圖。 圖7係本發明之實施例2之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法所實施之第1步驟之流程圖。 圖8係表示本發明之實施例2之使用電氣絕緣用鑄模樹脂之4點彎曲負荷試驗之X射線應力測定結果之圖。 圖9係本實施形態之實施例3之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法之流程圖。 圖10係模擬本發明之實施例3之電氣機器之要素試樣片之立體圖。 圖11係表示於圖10之測定部位以X射線測定之樹脂之殘留應力與測定部位之樹脂厚度位置之關係之圖。 圖12係本發明之實施例4之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法所實施之決定測定部位之流程圖。 圖13係本發明之實施例5之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷方法所實施之決定測定部位之流程圖。 圖14係顯示圖13中之相關資料庫之概要圖。 圖15係表示本發明之實施例6之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷系統之方塊構成圖。 圖16係表示本發明之實施例6之具備電氣絕緣用鑄模樹脂之電氣機器之診斷系統之顯示部之圖。

Claims (19)

1. 一種電氣機器之診斷系統，其特徵在於該電氣機器具備通電部與連接於上述通電部之鑄模樹脂，且該診斷系統具有： 測定機構，其測定上述鑄模樹脂之表層部之物理量； 分佈特定機構，其使用所測定之上述物理量，特定出上述表層部與上述鑄模樹脂及上述通電部之間的界面部之區域所具有之物理量分佈；及 狀態特定機構，其使用所特定之上述物理量分佈，特定出上述鑄模樹脂之狀態。
2. 如請求項1之電氣機器之診斷系統，其中 上述分佈特定機構預先特定出上述表層部與上述界面部之關係，基於所測定之上述表層部之上述物理量與預先特定出之上述關係，而特定出上述界面部之上述物理量分佈。
3. 如請求項2之電氣機器之診斷系統，其中 上述物理量為殘留應力值。
4. 如請求項3之電氣機器之診斷系統，其中 上述測定機構為X射線測定裝置。
5. 如請求項4之電氣機器之診斷系統，其中 上述鑄模樹脂為調配有無機填充構件之複合樹脂構件， 上述無機填充構件為具有結晶構造之構件。
6. 如請求項5之電氣機器之診斷系統，其中 上述X射線測定裝置測定上述結晶構造之繞射光。
7. 如請求項5之電氣機器之診斷系統，其 具有記憶部，其記憶上述鑄模樹脂之上述物理量與劣化狀態之上述關係， 上述狀態特定機構使用記憶於上述記憶部之上述劣化狀態與上述物理量分佈，而特定出上述鑄模樹脂之狀態。
8. 如請求項1之電氣機器之診斷系統，其中 上述物理量為上述鑄模樹脂與上述通電部之電位差。
9. 如請求項1之電氣機器之診斷系統，其中 上述物理量為上述鑄模樹脂之剛性。
10. 如請求項1之電氣機器之診斷系統，其中 上述物理量為存在於上述鑄模樹脂中之空隙率。
11. 如請求項4之電氣機器之診斷系統，其中 上述測定機構測定上述鑄模樹脂中未被塗裝之區域或未由殼體覆蓋之區域。
12. 如請求項1之電氣機器之診斷系統，其中 上述電氣機器為變壓器、開關器、馬達或換流器。
13. 一種電氣機器之診斷方法，其特徵在於該電氣機器具備通電部與連接於上述通電部之鑄模樹脂，且該診斷方法具有如下步驟： 測定上述鑄模樹脂之表層部之物理量之特定步驟； 使用所測定之上述物理量，特定出上述表層部與上述鑄模樹脂及上述通電部之間的界面部之區域所具有之物理量分佈之分佈特定步驟；及 使用所特定之上述物理量分佈，特定出上述鑄模樹脂之狀態之狀態特定步驟。
14. 如請求項13之電氣機器之診斷方法，其中 上述分佈特定步驟係預先特定出上述表層部與上述界面部之關係，基於所測定之上述表層部之上述物理量與預先特定出之上述關係，而特定出上述界面部之上述物理量分佈。
15. 如請求項14之電氣機器之診斷方法，其中 上述物理量為殘留應力值。
16. 如請求項15之電氣機器之診斷方法，其中 上述測定步驟係以X射線測定裝置測定結晶構造之繞射光。
17. 如請求項16之電氣機器之診斷方法，其中 上述鑄模樹脂為調配有無機填充構件之複合樹脂構件， 上述無機填充構件為具有上述結晶構造之構件。
18. 如請求項14之電氣機器之診斷方法，其具有 記憶部，其記憶上述鑄模樹脂之上述物理量與劣化狀態之上述關係， 上述狀態特定步驟使用記憶於上述記憶部之上述劣化狀態與上述物理量分佈，而特定出上述鑄模樹脂之狀態。
19. 如請求項16之電氣機器之診斷方法，其中 上述測定步驟測定上述鑄模樹脂中未被塗裝之區域或未由殼體覆蓋之區域。