JP2003222651A - 電気機器の絶縁劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内部に絶縁物を有する電気機器の絶縁劣化度合
いを、外部から簡単且つ容易に判定することにある。 【解決手段】内部に絶縁物を有して構成される電気機器
を供試器１として任意の時間直流電圧を印加し、その印
加電圧を除去した後に任意の時間前記供試器を短絡放電
させ、しかる後前記供試器の絶縁劣化状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に絶縁物を有
する電気機器の劣化度合いを直流電圧印加後の回復電圧
を測定して判定する電気機器の絶縁劣化判定方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、内部に絶縁物を有する電気機器、
例えば油入変圧器や油入コンデンサまたは油入ケーブル
において、絶縁物の劣化度合いを調べるには、一般に電
気機器から絶縁物を採取して分析し、その測定値から劣
化度合いを判定していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような電
気機器の絶縁劣化判定方法では、電気機器内部から絶縁
物を採取する際、電気機器の一部解体や、電気機器内の
絶縁構造物などを一時取去らなければならず、このため
電気機器を元の状態に修復するには多くの手間と時間を
要していた。

【０００４】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、その目的は労力を要さずに短
時間で電気機器の絶縁劣化度合いを容易に判定できる電
気機器の絶縁劣化判定方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような方法により電気機器の絶縁劣化
を判定するものである。

【０００６】請求項１に対応する本発明は、内部に絶縁
物を有して構成される電気機器を供試器として任意の時
間直流電圧を印加し、その印加電圧を除去した後に任意
の時間前記供試器を短絡放電させ、しかる後前記供試器
の絶縁劣化状態を判定する。

【０００７】請求項２に対応する発明は、内部に絶縁物
を有して構成される電気機器を供試器として任意の時間
直流電圧を印加し、その印加電圧を除去した後に任意の
時間前記供試器を短絡放電させ、しかる後前記供試器の
回復電圧の最高値と印加電圧の比から前記供試器の絶縁
劣化状態を判定する。

【０００８】請求項３に対応する発明は、内部に絶縁物
を有して構成される電気機器を供試器として任意の時間
直流電圧を印加し、その印加電圧を除去した後に任意の
時間前記供試器を短絡放電させ、しかる後前記供試器に
直流電圧を印加しているときの負荷電流から前記供試器
の絶縁劣化状態を判定する。

【０００９】請求項４に対応する発明は、内部に絶縁物
を有して構成される電気機器を供試器として任意の時間
直流電圧を印加し、その印加電圧を除去した後に任意の
時間前記供試器を短絡放電させ、しかる後前記供試器の
短絡時の放電電流から前記供試器の絶縁劣化状態を判定
する。

【００１０】請求項５に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４のいずれかに対応する発明の電気機器の絶縁劣
化判定方法において、前記供試器のすべての外部端子に
一括して直流電圧を印加する。

【００１１】請求項６に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４のいずれかに対応する発明の電気機器の絶縁劣
化判定方法において、前記供試器の１つの外部端子に直
流電圧を印加し、前記直流を印加する端子と電気的に絶
縁された外部接続端子を接地する。

【００１２】請求項７に対応する発明は、請求項１乃至
請求項４のいずれかに対応する発明の電気機器の絶縁劣
化判定方法において、前記供試器の１つの外部端子に直
流電圧を印加し、前記直流を印加する端子と電気的に絶
縁された外部端子は開放する。

【００１３】請求項８に対応する発明は、請求項１乃至
請求項７のいずれかに対応する発明の電気機器の絶縁劣
化判定方法において、前記被判定供試器の外部引出し端
子の金属部分に接する絶縁物部分の抵抗率が他の部分の
絶縁物より高い供試器である。

【００１４】請求項９に対応する発明は、請求項１乃至
請求項８のいずれかに対応する発明の電気機器の絶縁劣
化判定方法において、前記被判定供試器は油入変圧器ま
たは油入コンデンサまたは油入ケーブルである。

【００１５】請求項１０に対応する発明は、直流電源
と、この直流電源より直流電圧を内部に絶縁物を有する
電気機器に任意の時間印加、又は印加しない任意の時間
短絡または開放する開閉手段と、前記電気機器の測定部
位の電圧及び測定部位を通して流れる電流を測定する測
定手段と、前記電気機器の絶縁物の劣化度合を判定する
に必要なパラメータが蓄積されたデータベースを有し、
前記測定手段で測定された電圧及び電流値が入力される
と前記データベースに蓄積されたパラメータに基づいて
演算を実行し、前記電気機器の絶縁劣化度合を判定する
演算手段とを備える。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１７】図１は本発明による電気機器の絶縁劣化判
定方法を説明するための第１の実施の形態を示す回復電
圧測定回路図である。

【００１８】図１において、１は内部に絶縁物を有する
電気機器、例えば変圧器からなる供試器で、この供試器
１の一端は第１のスイッチ３を介して直流電源２の正側
端子に接続され、また供試器１の他端は電流計６を介し
て直流電源２の負側端子に接続される。

【００１９】また、供試器１及び電流計６の直列回路に
並列に、電圧計５が接続されると共に、第１のスイッチ
３側に供試器１を短絡するための第２のスイッチ４が接
続される。

【００２０】上記供試器１は、図２に示すように絶縁物
７により絶縁された外部接続端子を備えた金属部８が容
器９に納められ、直流電圧は外部端子と容器の間に印加
される。ここでは、供試器１として変圧器を一例として
いるので、金属部８は巻線であり、絶縁物７としては絶
縁紙を用いている。

【００２１】なお、各部品が接続される直流電源２の極
性は正、負いずれであってもよい。

【００２２】次に上記のような構成の電気回路により供
試器１の絶縁物の絶縁劣化度合いの判定方法について述
べる。

【００２３】図３は直流電圧印加シーケンスである。ま
ず、第１のスイッチ３を閉じて電圧Ｖｃを供試器１に適
宜の時間Ｔｃ印加し、その後第１のスイッチ３を開くと
同時に第２のスイッチ４を閉じて供試器１を短絡し、適
宜の時間Ｔｄ絶縁物７に滞電した電荷を放電する。さら
に、第２のスイッチ４を開放し、その後の回復電圧１０
を電圧計５により測定する。

【００２４】本実施の形態の特徴は次の点にある。すな
わち、誘電体に静電界を印加すると双極子の運動に遅れ
があるため、分極が定常状態に達するには時間がかか
る。このため、短絡しても分極が０に戻るには時間がか
かるため、短絡後に回復電圧１０が発生する。誘電体の
分極は吸湿や劣化などの誘電体の状態により変化するた
め、回復電圧１０の立ち上り時間が絶縁物の劣化により
影響され、絶縁物の劣化度合いを正確に判定することが
できる。

【００２５】図４は回復電圧の立上り時定数と絶縁物の
絶縁劣化判定の目安となる平均重合度の関係を示すグラ
フである。図４において、縦軸は変圧器の回復電圧の立
上り時定数、横軸は絶縁紙の平均重合度を表している。

【００２６】このグラフからから明らかなように、変圧
器等で使用されている絶縁紙の平均重合度は初期値が約
1000であるが、劣化が進みその度合が低下するにつれ、
回復電圧の立上り時定数が大きくなるので、この回復電
圧の立上り時定数をパラメータとして変圧器の寿命を判
定できることが分る。

【００２７】本発明は以上のような実施の形態に限定さ
れるものではなく、回復電圧の最高値と印加電圧の比か
ら電気機器内部の絶縁物の絶縁劣化を判定するようにし
てもよい。

【００２８】図５は回復電圧の最高値と印加電圧との比
と絶縁物の劣化判定の目安となる平均重合度の関係を示
すグラフである。図５において、縦軸は変圧器の回復電
圧の最高値と印加電圧との比、横軸は絶縁紙の平均重合
度を表している。

【００２９】このグラフから明らかなように、変圧器等
で使用されている絶縁紙の平均重合度の初期値が約1000
であるが、劣化が進みその度合が低下するにつれて回復
電圧の最高値と印加電圧との比が小さくなるので、この
比をパラメータとして変圧器の寿命を判定できることが
分る。

【００３０】また、電気機器に直流電圧を印加している
ときの負荷電流を電流計６により計測し、その値から電
気機器内部の絶縁物の劣化を判定したり、短絡時の放電
電流を電流計６により計測し、その値から電気機器内部
の絶縁物の絶縁劣化を判定することができる。すなわ
ち、分極の違いにより負荷電流、放電電流に違いが現れ
るため、絶縁物の絶縁劣化を判定することができる。

【００３１】図６は負荷電流と絶縁物の劣化判定の目安
となる平均重合度の関係を示すグラフである。図６にお
いて、縦軸は負荷電流であり、横軸は絶縁紙の平均重合
度を表している。

【００３２】このグラフから明かなように、変圧器等で
使用されている絶縁紙の平均重合度は初期値が約1000で
あるが、劣化が進みその度合が低下するにつれ、変圧器
等の電気機器に直流電圧を印加しているときの負荷電流
が増加するので、この負荷電流をパラメータとして変圧
器の寿命を判定できることが分る。

【００３３】また、図７は放電電流と絶縁物の劣化判定
の目安となる平均重合度の関係を示すグラフである。図
７において、縦軸は放電電流であり、横軸は絶縁紙の平
均重合度を表している。

【００３４】このグラフから明らかなように、変圧器等
で使用されている絶縁紙の平均重合度は初期値が約1000
であるが、劣化が進みその度合が低下するにつれ、短絡
時に変圧器等の電気機器に流れる放電電流が増加するの
で、この短絡電流をパラメータとして変圧器等の電気機
器の寿命を判定できることが分る。

【００３５】また、油入変圧器のように複数の電気的に
絶縁された外部接続端子を有する電気機器においては、
次のような判定方法が可能である。

【００３６】ここでは、電気的に絶縁された外部接続端
子Ａ，Ｂを有する電気機器の場合について図８により説
明する。

【００３７】この電気機器は、図８に示すように大きく
分けてＲ１からＲ３の絶縁抵抗がある。このような電気
機器を供試器とする場合には、図９に示すように供試器
の外部端子を一括して直流電圧を印加する測定回路を構
成し、外部接続端子Ａ，Ｂに直流電圧を印加する。

【００３８】図９において、容器９内に２つの巻線に相
当する金属部８とこの金属部８を絶縁する絶縁油に相当
する絶縁物７が収容され、各金属部８から容器９外部に
導出された外部接続端子を共通に接続し、その共通接続
部と大地電位にある容器との間に直流電圧を印加する。
これにより、電圧がかかる絶縁抵抗はＲ２とＲ３とな
り、この部分の劣化度合のみを知ることができる。すな
わち、油入変圧器のように電気的に絶縁された全ての巻
線と容器との間の絶縁劣化を判定することができる。

【００３９】また、図１０に示すように供試器の一つの
外部接続端子に直流電圧を印加し、この外部端子と電気
的に絶縁された他の外部接続端子を容器９と共に接地す
る測定回路を構成すれば、図８の外部接続端子Ａのみに
直流電圧が印加されるので、電圧がかかる絶縁抵抗はＲ
１とＲ２となり、この部分の絶縁劣化度合のみを知るこ
とができる。すなわち、油入変圧器のように電気的に絶
縁された複数の巻線に対して直流電圧が印加される巻線
と他の巻線、容器間の絶縁劣化を判定することができ
る。

【００４０】さらに、図１１に示すように供試器の一つ
の外部接続端子に直流電圧を印加し、この外部端子とは
電気的に絶縁された他の外部接続端子を開放する測定回
路を構成すれば、図８の外部接続端子Ａと容器の間にの
み電圧がかかり、主に絶縁抵抗Ｒ２のみで特性が決まる
ので、この部分の絶縁劣化度合を知ることができる。す
なわち、油入変圧器のように電気的に絶縁された複数の
巻線に対して直流電圧が印加される巻線と容器間の絶縁
劣化を判定することができる。

【００４１】以上は直流電圧を印加する外部接続端子と
接地電位にある容器との間で個々に測定回路を構成した
が、どの部分の絶縁劣化を判定するかにより前述した各
測定回路を適宜組合わせるようにしてもよい。また、絶
縁劣化の判定も回復電圧の立上り時定数、回復電圧の最
高値と印加電圧との比、直流電圧を印加しているときの
負荷電流、短絡時の放電電流のいずれのパラメータを用
いてもよい。

【００４２】また、油入変圧器のような電気機器におい
て、変圧器巻線に使用する銅線には絶縁紙が巻かれ、巻
線全体は絶縁油とともに容器内に収容されている。この
絶縁紙の抵抗率は絶縁油に比べて高く、直流を印加する
と電圧はほとんど絶縁紙部分に発生し、測定結果は絶縁
紙の特性に左右される。

【００４３】このように外部引き出し端子の金属部分に
接する絶縁部分の抵抗率が他の部分の絶縁物より高い電
気機器のとき、直流電圧は抵抗率の高い絶縁物にかかる
ため、特にこの絶縁物の劣化を判定することができる。

【００４４】上記では本発明の絶縁劣化判定方法を油入
変圧器に適用した場合を例に述べたが、油入コンデンサ
または油入ケーブルのように絶縁物が用いられる他の電
気機器に対しても前述同様に適用することができる。

【００４５】図１２は本発明による電気機器の絶縁劣化
判定システムの実施の形態を示す構成図である。

【００４６】図１２において、１１は直流電源、この直
流電源１１に並列に第１のスイッチ１２及び第２のスイ
ッチ１３が直列接続されている。第２のスイッチ１３に
並列に電圧計１４が接続され、この電圧計１４の一端に
供試器２１に印加される直流電圧を入切する第３のスイ
ッチ１５が接続され、また電圧計１４の他端に供試器２
１に直流電圧が印加されているときに流れる電流を測定
する電流計１６が接続されている。

【００４７】これら直流電源１１、第１のスイッチ１
２、第２のスイッチ１３及び第３のスイッチ１５、電圧
計１３及び電流計１６は、電圧印加装置１７を構成して
いる。

【００４８】一方、１８は絶縁劣化度合の判定時に使用
され前述した各種のパラメータが蓄積されたデータベー
ス及び電圧印加装置１７の電圧計１３及び電流計１６で
測定された絶縁劣化判定時の電圧値及び電流値を一時的
に記憶するメモリとを有する演算装置で、この演算装置
１８は供試器２１の絶縁劣化判定時に電圧計１３又は電
流計１６で測定された電圧値又は電流値を取込み、デー
タベースに蓄積されたパラメータに基づいて演算を実行
し、絶縁劣化度合を判定するものである。また、１９は
この演算装置１８で判定された絶縁劣化度合を表すデー
タを表示する表示装置である。

【００４９】このような構成の電気機器の絶縁劣化判定
システムにおいて、電圧印加装置１７により直流電圧を
電気機器に適宜の時間印加したり、印加電圧を加えない
で電気機器を適宜の時間短絡または開放し、そのときの
直流電圧、電流を測定して演算装置１８に入力し、この
演算装置１８により測定値をデータベースに蓄積された
パラメータに基づいて演算を実行し、その結果から電気
機器内部の絶縁物の劣化を判定することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、内部
に絶縁物を有する電気機器の絶縁劣化度合いを、外部か
ら簡単且つ容易に判定することができる電気機器の絶縁
劣化判定方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電気機器の絶縁劣化判定方法を説
明するための実施の形態を示す回復電圧測定回路図。

【図２】同実施の形態で使用される供試器を示す構成
図。

【図３】同実施の形態の作用を説明するための電圧印加
シーケンスを示す図。

【図４】同実施の形態において、回復電圧の立上り時定
数と絶縁物の平均重合度との関係を示すグラフ。

【図５】同実施の形態において、回復電圧／印加電圧と
絶縁物の平均重合度との関係を示すグラフ。

【図６】同実施の形態において、負荷電流と絶縁物の平
均重合度との関係を示すグラフ。

【図７】同実施の形態において、放電電流と絶縁物の平
均重合度との関係を示すグラフ。

【図８】電気的に絶縁された外部接続端子を有する電気
機器の回路図。

【図９】図２と異なる外部端子を有する供試器の第１の
例を示す構成図。

【図１０】同じく供試器の第２の例を示す構成図。

【図１１】同じく供試器の第３の例を示す構成図。

【図１２】本発明による電気機器の絶縁劣化判定システ
ムを示す回路構成図。

【符号の説明】

１…供試器 ２，１１…直流電源 ３，１２…第１のスイッチ ４，１３…第２のスイッチ ５，１４…電圧計 ６，１６…電流計 ７…絶縁物 ８…金属部 ９…容器 １０…回復電圧 １５…第３のスイッチ １７…電圧印加装置 １８…演算装置 １９…表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花井 正広 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 谷口 安彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Ｆターム(参考） 2G015 AA06 AA27 CA06 CA20

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に絶縁物を有して構成される電気機
   器を供試器として任意の時間直流電圧を印加し、その印
   加電圧を除去した後に任意の時間前記供試器を短絡放電
   させ、しかる後前記供試器の絶縁劣化状態を判定するこ
   とを特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
2. 【請求項２】 内部に絶縁物を有して構成される電気機
   器を供試器として任意の時間直流電圧を印加し、その印
   加電圧を除去した後に任意の時間前記供試器を短絡放電
   させ、しかる後前記供試器の回復電圧の最高値と印加電
   圧の比から前記供試器の絶縁劣化状態を判定することを
   特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
3. 【請求項３】 内部に絶縁物を有して構成される電気機
   器を供試器として任意の時間直流電圧を印加し、その印
   加電圧を除去した後に任意の時間前記供試器を短絡放電
   させ、しかる後前記供試器に直流電圧を印加していると
   きの負荷電流から前記供試器の絶縁劣化状態を判定する
   ことを特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
4. 【請求項４】 内部に絶縁物を有して構成される電気機
   器を供試器として任意の時間直流電圧を印加し、その印
   加電圧を除去した後に任意の時間前記供試器を短絡放電
   させ、しかる後前記供試器の短絡時の放電電流から前記
   供試器の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気
   機器の絶縁劣化判定方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の電気機器の絶縁劣化判定方法において、前記供試器の
   すべての外部端子に一括して直流電圧を印加することを
   特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の電気機器の絶縁劣化判定方法において、前記供試器の
   １つの外部端子に直流電圧を印加し、前記直流を印加す
   る端子と電気的に絶縁された外部接続端子を接地するこ
   とを特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   の電気機器の絶縁劣化判定方法において、前記供試器の
   １つの外部端子に直流電圧を印加し、前記直流を印加す
   る端子と電気的に絶縁された外部端子は開放することを
   特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７に記載の電気機器
   の絶縁劣化判定方法において、前記被判定供試器の外部
   引出し端子の金属部分に接する絶縁物部分の抵抗率が他
   の部分の絶縁物より高い供試器であることを特徴とする
   電気機器の絶縁劣化判定方法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
   の電気機器の絶縁劣化判定方法において、前記被判定供
   試器は油入変圧器または油入コンデンサまたは油入ケー
   ブルであることを特徴とする電気機器の絶縁劣化判定方
   法。
10. 【請求項１０】 直流電源と、この直流電源より直流電
    圧を内部に絶縁物を有して構成される電気機器に任意の
    時間印加、又は印加しない任意の時間短絡または開放す
    る開閉手段と、前記電気機器の測定部位の電圧及び測定
    部位を通して流れる電流を測定する測定手段と、前記電
    気機器の絶縁物の劣化度合を判定するに必要なパラメー
    タが蓄積されたデータベースを有し、前記測定手段で測
    定された電圧及び電流値が入力されると前記データベー
    スに蓄積されたパラメータに基づいて演算を実行し、前
    記電気機器の絶縁劣化度合を判定する演算手段とを備え
    たことを特徴とする電気機器の絶縁劣化判定システム。