【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルの絶縁特性試験方法に係り、特に、電磁石コイルなどの大型高電圧コイルの初期の特性管理や経時運転に伴う特性劣化を診断するに好適なコイルの絶縁特性試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧コイルとしては、例えば、陽子加速器用電磁石コイルが知られており、この種の電磁石コイルの絶縁層の特性を評価する方法としては、絶縁層内部の高電圧導体と表面の接地電位層との間に所定の電圧を印加し、直流抵抗、誘電正接、部分放電などの非破壊電気特性を測定する方法が一般的である。
【０００３】
一方、コイルの表面にプローブを当てて熱伝導率を測定し、測定値の変化から絶縁層の劣化を検知する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、コイルの表面にプローブを当てて絶縁層のインピーダンスを測定する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、コイルの表面に電極を当てて静電容量を測定する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２７４４号公報（第２頁から第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平９−１６３６８５号公報（第２頁から第３頁、図１）
【特許文献３】
特開平１０−１７７０５３号公報（第３頁から第５頁、図１、図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の各種絶縁特性試験方法のうち、絶縁層に高電圧を印加する方法は、コイル表面に接地電位の電位層がある場合に限り実現することができる。すなわち、コイル表面の絶縁層に、接地電位の電位層がないとき、例えば、コイル表面の絶縁層に、低抵抗コロナシールドが施され、表面が浮動電位となるコイルを対象として絶縁層に高電圧を印加しても、絶縁層表面の電位が印加電圧に応じて変化するだけで、特性試験ができない。また絶縁層全体に一様に課電する方法であるため、特性に劣る部位を特定することが困難である。一方、絶縁層の熱伝導率や静電容量を測定する方法は、誘電正接や部分放電といった絶縁層の劣化を評価する実績のある指標に比べると、評価の信頼性や適応条件などに十分な配慮が必要である。
【０００８】
本発明の課題は、絶縁層の表面が浮動電位となるコイルを試験対象として、このコイルの絶縁層全体の特性を試験することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、絶縁層の表面が浮動電位となるコイルを試験対象として、コイルの導体に電源、例えば直流または交流の電源を接続し、コイルの絶縁層の表面の一部に可動電極を圧接するとともに可動電極に測定器を接続し、電源からコイルの導体と絶縁層および可動電極を介して転送する電気信号を測定器で測定し、この測定を可動電極の位置を変えながら繰返すようにしたものである。
【００１０】
このような測定を行うことで、絶縁特性として、非破壊電気的特性を試験することができる。この非破壊電気的特性としては、（ａ）直流抵抗、（ｂ）誘電正接、（ｃ）部分放電の電荷量、放電開始／消滅電圧、放電位相／電荷量／位相特性、（ｄ）交流電流の電圧特性が挙げられる。
【００１１】
可動電極の位置に応じた測定結果から絶縁層の非破壊電気的特性を適正に評価するに際しては、可動電極として、剛性絶縁体のベースと、前記電気信号の伝送媒体として弾性導電体で構成されて前記ベースに固定された主電極と、前記主電極の周囲に前記主電極と間隙を保って配置されて前記ベースに固定されたガード電極とを備えたものを用い、主電極を測定器に接続し、ガード電極を接地する方法を採用することができる。
【００１２】
また、可動電極として、剛性絶縁体のベースと、前記電気信号の伝送媒体として弾性導電体で構成されて前記ベースに固定された主電極と、前記主電極の周囲に前記主電極と一体となって配置されて前記ベースに固定された電位緩和電極とを備えたものを用い、主電極を測定器に接続する方法を採用することができる。
【００１３】
また、非破壊電気的特性として、部分放電音を測定するに際しては、絶縁層の表面が浮動電位となるコイルを試験対象として、コイルの導体に電源を接続し、コイルの絶縁層の表面の一部に可動電極を圧接するとともに、可動電極の一部を接地し、電源からコイルへの電圧の印加に伴って発生する音を測定器で測定し、この測定を可動電極の位置を変えながら繰返すことで達成することができる。
【００１４】
この場合、絶縁特性を適正に評価するに際しては、可動電極として、剛性絶縁体のベースと、前記電気信号の伝送媒体として弾性導電体で構成されて前記ベースに固定された主電極と、前記主電極の周囲に前記主電極と一体となって配置されて前記ベースに固定された電位緩和電極とを備えたものを用い、主電極を測定器に接続し、電位緩和電極を接地する方法を採用することができる。
【００１５】
前記した手段によれば、絶縁層に電源からの高電圧を印加したときの非破壊特性を部分的に測定し、この測定を可動電極の位置を変えながら繰返すことで、絶縁層全体の特性を測定（試験）することができるとともに、各測定結果から絶縁層全体の特性を評価することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す絶縁特性試験装置と電磁石用コイルの構成図である。図１において、電磁石用コイル１を試験対象とする絶縁特性試験装置は、電源４１、結合コンデンサ４２、誘電正接測定器４３、可動電極３Ａを備えて構成されている。
【００１７】
可動電極３Ａは、図２に示すように、電気信号の伝送媒体として、弾性導電体、例えば、ＳｉＣ、カーボンを用いて円板状に形成された主電極３１と、主電極３１の周囲に主電極３１と間隙を保って配置されて弾性導電体で形成された円環状のガード電極３２と、剛性絶縁体を用いて円板状に形成された電極ベース３３から構成されており、主電極３１とガード電極３２がそれぞれ電極ベース３３の底面側に固定されている。主電極３１は、リード線３１ａを介して誘電正接測定器４３に接続され、ガード電極３２は、リード線３２ａを介して接地されている。主電極３１とガード電極３２はコイル１の導体２１の周囲を覆う絶縁層１１の表面１２の一部に配置され、電極ベース３３の上方から電極ベース３３に作用する外力３４によって絶縁層１１の表面１２に圧接されている。
【００１８】
電磁石用コイル１は、例えば、陽子加速器に用いられる電磁石コイルとして、図３に示す鞍型形状のコイル部材２が２個相対向して組み付けられるようになっている。各コイル部材２は、図４に示すように、巻線を構成する導体２１の集合体であって、導体２１が数十Ｔ（ターン）巻き付けられており、導体２１の周囲が絶縁層１１で覆われている。この絶縁層１１は、マイカ、フィルム、ガラス繊維やそれらの混合物を有機レジンで固着して構成されており、その表面には低抵抗コロナシールドが施されている。すなわち、コイル１は、絶縁層１１の表面が浮動電位となるコイルとして構成されている。
【００１９】
また、大容量の電磁石コイルほど高い電圧が必要となり、導体２１に磁界を発生するための励磁電流が流れると、導体２１の対地電位は数ｋＶ以上となる。一方、絶縁層１１の表面１２には特別に電位を管理する方策を設けていないので、周辺の接地電位の構造体と絶縁層１１とが電気的に接触した部分は接地電位となるため、導体２１に高電圧が印加されたときには絶縁層１１にも高い電界が加わることになる。
【００２０】
ここで、工業的に生産される絶縁層においては、組成的に完全なものを製造することは極めて難しく、通常、ある程度のボイドや剥離といった欠陥を許容せざるを得ない。このような絶縁層に高電界が加わると欠陥部分で放電が生じ、長時間の運転中に欠陥が拡大し、ついにはコイルとして必要な絶縁性能を保持できなくなる恐れがある。このため、コイルとして製作した直後の絶縁層のできの良し悪しを評価したり、経時運転後の絶縁層の劣化の程度を診断するために、絶縁特性を評価する必要がある。
【００２１】
絶縁特性の評価に当たっては、電界を印加した際の非破壊特性を測定する方法がある。非破壊特性としては、直流抵抗、交流の電圧特性、誘電正接、部分放電の電荷量、部分放電の電荷量と放電数の発生位相特性などがある。これらの非破壊特性を測定するためには、絶縁層に電界を印加しなければならない。
【００２２】
ところが、コイル１の絶縁層１１の表面１２には、表面１２を接地電位に管理するための方策が設けていない。すなわち、絶縁層１１の表面には低抵抗コロナシールドが施され、絶縁層１１の表面は浮動電位となっている。このため、このままでは絶縁層１１に必要な電界を印加することができない。
【００２３】
そこで、本実施形態においては、絶縁層１１の表面１２に可動電極３Ａを取り付けて、導体２１と可動電極３Ａとの間に電界を加え、可動電極３Ａの位置を順次移動（変更）しながら絶縁特性を測定し、各位置における測定結果からコイル１全体の特性を評価することとしている。
【００２４】
以下、本発明に係る絶縁特性試験方法について説明する。まず、絶縁層１１の誘電正接を測定するに際しては、図１に示すように、電源（交流電源）４１をリード線２１を介してコイル１の導体２１に接続し、誘電正接測定器４３をリード線３１ａを介して可動電極３Ａの主電極３１に接続し、ガード電極３２をリード線３２ａを介して接地する。この状態で可動電極３Ａの電極ベース３３にその上方から外力３４を与えて可動電極３Ａを絶縁層１１の表面１２に圧接する。この状態で交流電源４１からの交流電圧を導体２１と主電極３１との間に印加することで、絶縁層１１に所定の電界が加わり、電源４１からの低圧信号が結合コンデンサ４２を介して誘電正接測定器４３内部のブリッジ回路を介して接地される。交流電圧が導体２１と可動電極３Ａ間に印加されると、電源４１から導体２１、絶縁層１１、主電極３１に電気信号が伝送される。この電気信号を測定器４３で測定することで、誘電正接を求めることができる。電気信号が導体２１と絶縁層１１および主電極３１に電流が流れる過程では、絶縁層１１内部に電界が形成されるが、ガード電極３２が接地されているため、主電極３１外周側の電界に、曲がりが生じるのを抑制することができ、誘電正接を正確に測定することができる。
【００２５】
絶縁層１１の一部の誘電正接が測定されたときには、可動電極３Ａの位置を順次変えながらコイル１全体の誘電正接を測定する。そして各位置（部分）ごとの測定値をまとめることで、コイル１全体の特性（誘電正接）を評価することができる。例えば、各部分ごとの測定値を基に、コイル１の特性の不良部分を特定することができる。
【００２６】
このように、本実施形態においては、コイル１の一部分の特性測定を順次繰返しながらコイル１全体の特性を評価するようにしたため、特性の劣る部分を容易に特定することができる。
【００２７】
ここで、高電圧コイルとしてのコイル１の絶縁層１１の電気的な非破壊特性は、一般に材料や製造工程に依存する特性のばらつきが大きく、非破壊特性の絶対値で製作の良否や経時運転による劣化を判定することが困難な場合もある。このような場合、部分的な特性測定値のばらつきを統計的に処理することで、例えば、測定値を正規分布にしたがって処理して良い部分と不良部分とに分けることで、製作不良や劣化を識別することができる。
【００２８】
なお、前記実施形態においては、主電極３１とガード電極３２として円形形状のものを用いているが、これは、鋭角部での電界の集中を防ぐためであり、各電極を必ずしも真円状に形成する必要はない。ただし、各電極の輪郭はできるだけ滑らかな曲線状にすることが望ましい。
【００２９】
また、前記実施形態においては、主電極３１とガード電極３２との組み合わせによってコイル１の誘電正接を測定するものについて述べたが、電源４１として直流電源を用い、誘電正接測定器４３の代わりに直流抵抗測定器を用いることで、絶縁層１１の直流抵抗を測定することができる。
【００３０】
次に、本発明の他の実施形態を図５および図６にしたがって説明する。本実施形態は、コイル１の絶縁層１１の部分放電を測定するようにしたものであり、測定器として、誘電正接測定器４３の代わりに放電測定器４４を用い、可動電極３Ａの代わりに可動電極３Ｂを用いるようにしたものであり、他の構成は前記実施形態のものと同様である。可動電極３Ｂは、可動電極３Ａのガード電極３２の代わりに電位緩和電極３５を用いたものであり、導電性弾性材を用いて円板状に形成された主電極３１と、主電極３１の周囲に主電極３１と一体となって配置されて、半導電性弾性材、例えば、ＳｉＣ、カーボンを用いた電位緩和電極３５が円板状の電極ベース３の底面側に固定され、主電極３１がリード線３１ａを介して放電測定器４４に接続されている。主電極３１と電位緩和電極３５はその両者が境界線３５Ａで電気的に結合されている。そして表面放電防止のために、主電極３１と相対する輪郭線３５Ｂとの間の電気的抵抗は１０５〜１０１１Ω程度に設定されている。
【００３１】
交流電源４１をリード線２１ａを介して導体２１に接続し、主電極３１をリード線３１ａを介して放電測定器４４に接続し、可動電極３Ｂに外力３４を与えて可動電極３Ｂの底面側をコイル１の絶縁層１１の表面１２の一部に圧接した状態で、導体２１と主電極３１との間に電界を加え、結合コンデンサ４２と主電極３１との間の放電信号を放電測定器４４に取り込むことで、絶縁層１１の部分放電を測定することができる。この際、絶縁層１１表面１２の過度な電位傾度で生じる表面放電を防止して精度の高い部分放電を測定するために、主電極３１の周囲に電位緩和電極３５が配置されている。すなわち、絶縁層１１内部にボイドが生じると、ボイドのある部分では他の部分よりも低い電圧で部分放電が生じる。このため、電位緩和電極３５にわずかな電流を流すことで、ボイドの放電に伴って絶縁層１１表面に大きな放電が生じるのを緩和することができる。
【００３２】
本実施形態においても、可動電極３Ｂの位置を変えながら部分放電を測定することで、絶縁層１１全体の部分放電を測定することができる。
【００３３】
このように、本実施形態においては、コイル１の一部分の特性測定を順次繰返しながらコイル１全体の特性を評価するようにしたため、特性の劣る部分を容易に特定することができる。
【００３４】
本実施形態における測定データは、部分放電電荷量、電源電圧に対する放電位相、放電の発生数などが挙げられる。これらのデータを最大放電電荷量、総放電電荷量、放電電荷量−位相−放電数特性として絶縁特性の評価指標として用いることができる。この場合、可動電極３Ｂで１回に測定できるのは絶縁層１１の局部的な特性であり、コイル１全体を順次移動しながら測定することで、局部的な特性のばらつきを含めたコイル１全体の特性を評価することができる。
【００３５】
次に、本発明の第３実施形態を図７にしたがって説明する。本実施形態は部分放電に伴う放電音を測定するようにしたものであり、測定器としてマイク４５、音響記録装置４６、音響分析装置４７を用い、可動電極として可動電極３Ｂを用いたものであり、他の構成は前記実施形態のものと同様である。
【００３６】
部分放電に伴う放電音を測定するに際しては、交流電源４１をリード線２１ａを介して導体２１に接続し、主電極３１をリード線３１ａを介して接地する。この状態で導体１と主電極３１との間に電界を加えると、絶縁層１１に内在する空隙（ボイド）や剥離に伴って部分放電が生じ、この部分放電に伴う音がマイク４５で収録され、音響記録装置４６に記録され、この記録結果が音響分析装置４３で分析評価される。この分析は測定と同時に進めることも可能であり、測定時には記録のみに留め、その後分析することも可能である。
【００３７】
また本実施形態においては、可動電極３Ｂの位置を順次変えながら部分放電に伴う音を収録することで、コイル１全体の部分放電に伴う放電音を測定することができる。
【００３８】
本実施形態における評価指標としては、音圧レベルや周波数スペクトルであり、測定された音圧レベルや周波数スペクトルを基に、予め採取しておいたそれらの特性と絶縁特性の相関特性に則って評価することができる。
【００３９】
前記各実施形態においては、可動電極３Ａ、３Ｂとして、その表面が平板形状のものについて述べたが、図８に示すように、絶縁層１１表面１２の角部１３が局面形状のときには、主電極３１、ガード電極３２または主電極３１と電位緩和電極３５で構成される可動電極として、その表面が局面形状の可動電極３Ｃを用いることで、角部１３に対しても部分放電に伴う放電音、誘電正接など非破壊電気的特性を測定することができる。
【００４０】
前記各実施形態においては、表面に接地電位層のない大型コイル１の表面にいずれかの可動電極３Ａ、３Ｂ、３Ｃを当てて、絶縁層１１に高電界を加えた状態で非破壊電気的特性を測定しているため、絶縁層１１内部の欠陥を表す指標である誘電正接や部分放電を測定することができ、コイル１の製造不良や経時運転に伴う劣化を診断することができる。そして、コイル１の一部分の特性測定を順次繰返しながら全体を評価することで、特性の劣る部分を容易に特定することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁層全体の特性を試験することができるとともに、各試験結果から絶縁層全体の特性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す絶縁特性試験装置とコイルの構成図である。
【図２】可動電極の構成図である。
【図３】電磁石用コイルの斜視図である。
【図４】電磁石用コイルの要部断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す絶縁特性試験装置とコイルの構成図である。
【図６】可動電極の構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す絶縁特性試験装置とコイルの構成図である。
【図８】絶縁層の角部を測定するための可動電極の構成説明図である。
【符号の説明】
１ 電磁石用コイル
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 可動電極
１１ 絶縁層
１２ 表面
２１ 導体
３１ 主電極
３２ ガード電極
３３ 電極ベース
３５ 電位緩和電極
４１ 電源
４２ 結合コンデンサ
４３ 誘電正接測定器
４４ 放電測定器
４５ マイク
４６ 音響記録装置
４７ 音響分析装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coil insulation characteristic test method, and more particularly to a coil insulation characteristic test method suitable for initial characteristic management of large-sized high-voltage coils such as electromagnet coils and diagnosis of characteristic deterioration due to aging operation.
[0002]
[Prior art]
As a high-voltage coil, for example, an electromagnet coil for a proton accelerator is known.As a method for evaluating the characteristics of the insulating layer of this type of electromagnet coil, a high-voltage conductor inside the insulating layer and a ground potential layer on the surface are used. A common method is to apply a predetermined voltage during the measurement and measure non-destructive electrical characteristics such as DC resistance, dielectric loss tangent, and partial discharge.
[0003]
On the other hand, a method has been proposed in which a probe is applied to the surface of a coil to measure thermal conductivity, and a change in the measured value is used to detect deterioration of the insulating layer (see Patent Document 1).
[0004]
A method of measuring the impedance of an insulating layer by applying a probe to the surface of a coil has also been proposed (see Patent Document 2).
[0005]
Furthermore, there has been proposed a method of measuring the capacitance by applying an electrode to the surface of a coil (see Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2744 (Pages 2 to 3, FIG. 1)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-163885 (pages 2 to 3, FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP-A-10-177053 (pages 3 to 5, FIGS. 1 and 2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Among the above-mentioned various conventional methods for testing the insulation characteristics, the method of applying a high voltage to the insulating layer can be realized only when a ground potential layer is present on the coil surface. That is, when there is no potential layer of the ground potential in the insulating layer on the coil surface, for example, a low-resistance corona shield is applied to the insulating layer on the coil surface, and a high voltage is applied to the insulating layer for a coil whose surface has a floating potential. Is applied, only the potential of the insulating layer surface changes according to the applied voltage, and the characteristic test cannot be performed. In addition, since the method uniformly applies power to the entire insulating layer, it is difficult to specify a portion having poor characteristics. On the other hand, the method of measuring the thermal conductivity and the capacitance of the insulating layer is not sufficient for the reliability and adaptation conditions of the evaluation, compared with the proven index of evaluating the deterioration of the insulating layer such as dielectric loss tangent and partial discharge. Care must be taken.
[0008]
An object of the present invention is to test the characteristics of the entire insulating layer of a coil, with a coil whose floating surface has a floating potential as a test object.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the problem, the present invention relates to a test in which a coil having a floating potential on the surface of an insulating layer is connected to a power supply, for example, a DC or AC power supply, to a conductor of the coil. A part of the movable electrode is pressed into contact with the movable electrode, and a measuring device is connected to the movable electrode.Electrical signals transferred from the power supply through the coil conductor and the insulating layer and the movable electrode are measured by the measuring device. Is to be repeated while changing.
[0010]
By performing such a measurement, non-destructive electrical characteristics can be tested as insulation characteristics. The non-destructive electrical characteristics include (a) DC resistance, (b) dielectric loss tangent, (c) charge amount of partial discharge, discharge start / disappearance voltage, discharge phase / charge amount / phase characteristic, (d) AC current Voltage characteristics.
[0011]
When properly evaluating the non-destructive electrical characteristics of the insulating layer from the measurement results according to the position of the movable electrode, the movable electrode is composed of a rigid insulator base and an elastic conductor as a transmission medium of the electric signal. Using a main electrode fixed to the base, and a guard electrode fixed to the base arranged around the main electrode with a gap between the main electrode, the main electrode to a measuring instrument A method of connecting and grounding the guard electrode can be adopted.
[0012]
Further, as a movable electrode, a base of a rigid insulator, a main electrode formed of an elastic conductor as a transmission medium of the electric signal and fixed to the base, and integrally formed with the main electrode around the main electrode. And a method in which the main electrode is connected to a measuring instrument using an electrode provided with a potential relaxation electrode fixed to the base.
[0013]
When measuring the partial discharge noise as a non-destructive electrical characteristic, a power supply is connected to the coil conductor, and a test is performed on a coil whose surface of the insulating layer has a floating potential. The movable electrode is pressed against the part and the part of the movable electrode is grounded, the sound generated by applying the voltage from the power supply to the coil is measured with a measuring instrument, and this measurement is repeated while changing the position of the movable electrode That can be achieved.
[0014]
In this case, when properly evaluating the insulation characteristics, a base of a rigid insulator as a movable electrode, a main electrode formed of an elastic conductor as a transmission medium of the electric signal, and fixed to the base, A method is used in which a main electrode is provided integrally with the main electrode around the electrode and provided with a potential relaxation electrode fixed to the base, the main electrode is connected to a measuring instrument, and the potential relaxation electrode is grounded. can do.
[0015]
According to the above-described means, the non-destructive characteristics when a high voltage from a power supply is applied to the insulating layer are partially measured, and the measurement is repeated while changing the position of the movable electrode, whereby the characteristics of the entire insulating layer are measured. Measurement (test) can be performed, and the characteristics of the entire insulating layer can be evaluated from each measurement result.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an insulation characteristic test apparatus and an electromagnet coil according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an insulation property test apparatus for testing an electromagnet coil 1 includes a power supply 41, a coupling capacitor 42, a dielectric loss tangent measuring instrument 43, and a movable electrode 3A.
[0017]
As shown in FIG. 2, the movable electrode 3 </ b> A has a main electrode 31 formed in a disc shape using an elastic conductor, for example, SiC or carbon, as a transmission medium of an electric signal, and a main electrode 31 around the main electrode 31. The main electrode 31 includes an annular guard electrode 32 formed of an elastic conductor and arranged with a gap between the electrode 31 and an electrode base 33 formed in a disk shape using a rigid insulator. And the guard electrode 32 are fixed to the bottom side of the electrode base 33, respectively. The main electrode 31 is connected to a dielectric loss tangent measuring instrument 43 via a lead wire 31a, and the guard electrode 32 is grounded via a lead wire 32a. The main electrode 31 and the guard electrode 32 are arranged on a part of the surface 12 of the insulating layer 11 that covers the periphery of the conductor 21 of the coil 1, and the surface of the insulating layer 11 is applied from above the electrode base 33 by an external force 34 acting on the electrode base 33. 12.
[0018]
The electromagnet coil 1 is configured such that two saddle-shaped coil members 2 shown in FIG. 3 are opposed to each other, for example, as electromagnet coils used in a proton accelerator. As shown in FIG. 4, each coil member 2 is an aggregate of conductors 21 constituting a winding, and the conductors 21 are wound around several tens of T (turns). Covered. The insulating layer 11 is formed by fixing mica, film, glass fiber, or a mixture thereof with an organic resin, and has a low-resistance corona shield on the surface. That is, the coil 1 is configured as a coil in which the surface of the insulating layer 11 has a floating potential.
[0019]
In addition, a higher voltage is required for a large-capacity electromagnet coil, and when an exciting current for generating a magnetic field flows through the conductor 21, the potential of the conductor 21 to the ground becomes several kV or more. On the other hand, since no special measures for controlling the potential are provided on the surface 12 of the insulating layer 11, a portion where the surrounding ground potential structure and the insulating layer 11 are in electrical contact is at the ground potential. When a high voltage is applied to 21, a high electric field is also applied to insulating layer 11.
[0020]
Here, it is extremely difficult to manufacture an insulating layer that is industrially produced, which is completely compositional, and usually, some degree of defects such as voids and peeling must be allowed. When a high electric field is applied to such an insulating layer, a discharge occurs at a defective portion, and the defect expands during a long-time operation, and eventually, the insulating performance required as a coil may not be maintained. For this reason, it is necessary to evaluate the insulation characteristics in order to evaluate the quality of the insulation layer immediately after being manufactured as a coil and to diagnose the degree of deterioration of the insulation layer after the operation over time.
[0021]
In evaluating the insulation characteristics, there is a method of measuring nondestructive characteristics when an electric field is applied. The non-destructive characteristics include a DC resistance, an AC voltage characteristic, a dielectric tangent, a partial discharge charge amount, a partial discharge charge amount and a generation phase characteristic of the number of discharges, and the like. To measure these non-destructive properties, an electric field must be applied to the insulating layer.
[0022]
However, no measure is provided on the surface 12 of the insulating layer 11 of the coil 1 for managing the surface 12 to the ground potential. That is, a low-resistance corona shield is applied to the surface of the insulating layer 11, and the surface of the insulating layer 11 has a floating potential. Therefore, a required electric field cannot be applied to the insulating layer 11 as it is.
[0023]
Therefore, in the present embodiment, the movable electrode 3A is attached to the surface 12 of the insulating layer 11, an electric field is applied between the conductor 21 and the movable electrode 3A, and the position of the movable electrode 3A is sequentially moved (changed) while insulating. The characteristics are measured, and the characteristics of the entire coil 1 are evaluated from the measurement results at each position.
[0024]
Hereinafter, a method for testing insulation properties according to the present invention will be described. First, when measuring the dielectric loss tangent of the insulating layer 11, as shown in FIG. 1, a power supply (AC power supply) 41 is connected to the conductor 21 of the coil 1 via the lead wire 21, and the dielectric loss tangent measurement device 43 is connected to the lead. The guard electrode 32 is connected to the main electrode 31 of the movable electrode 3A via a wire 31a, and grounded via a lead wire 32a. In this state, an external force 34 is applied to the electrode base 33 of the movable electrode 3A from above, and the movable electrode 3A is pressed against the surface 12 of the insulating layer 11. In this state, by applying an AC voltage from the AC power supply 41 between the conductor 21 and the main electrode 31, a predetermined electric field is applied to the insulating layer 11, and a low-voltage signal from the power supply 41 is transmitted through the coupling capacitor 42 to the dielectric layer. It is grounded via a bridge circuit inside the tangent measuring device 43. When an AC voltage is applied between the conductor 21 and the movable electrode 3A, an electric signal is transmitted from the power supply 41 to the conductor 21, the insulating layer 11, and the main electrode 31. By measuring this electric signal with the measuring device 43, the dielectric loss tangent can be obtained. When an electric signal flows through the conductor 21, the insulating layer 11 and the main electrode 31, an electric field is formed inside the insulating layer 11. However, since the guard electrode 32 is grounded, the electric field on the outer peripheral side of the main electrode 31 is reduced. In addition, the occurrence of bending can be suppressed, and the dielectric loss tangent can be accurately measured.
[0025]
When the dielectric loss tangent of a part of the insulating layer 11 is measured, the dielectric loss tangent of the entire coil 1 is measured while sequentially changing the position of the movable electrode 3A. Then, by collecting the measured values for each position (portion), the characteristics (dielectric tangent) of the entire coil 1 can be evaluated. For example, it is possible to identify a defective portion of the characteristics of the coil 1 based on the measured value of each portion.
[0026]
As described above, in the present embodiment, the characteristics of the entire coil 1 are evaluated while sequentially measuring the characteristics of a part of the coil 1, so that a portion having poor characteristics can be easily specified.
[0027]
Here, the electrical non-destructive characteristics of the insulating layer 11 of the coil 1 as a high-voltage coil generally vary greatly depending on the material and the manufacturing process. In some cases, it is difficult to determine the deterioration due to aging. In such a case, by partially processing the variation of the measured characteristic value statistically, for example, by dividing the measured value into a portion that can be processed according to a normal distribution and a defective portion, it is possible to reduce manufacturing defects and deterioration. Can be identified.
[0028]
In the above embodiment, the main electrode 31 and the guard electrode 32 have circular shapes, but this is to prevent the electric field from being concentrated at the acute angle portion, and the electrodes are not necessarily formed in a perfect circle. It does not need to be formed. However, it is desirable that the contour of each electrode be as smooth as possible.
[0029]
Further, in the above-described embodiment, the case where the dielectric loss tangent of the coil 1 is measured by the combination of the main electrode 31 and the guard electrode 32 has been described. However, a DC power supply is used as the power supply 41, and the DC By using the resistance measuring device, the DC resistance of the insulating layer 11 can be measured.
[0030]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a partial discharge of the insulating layer 11 of the coil 1 is measured. As a measuring device, a discharge measuring device 44 is used instead of the dielectric loss tangent measuring device 43, and a movable device is used instead of the movable electrode 3A. The third embodiment uses the electrode 3B, and the other configuration is the same as that of the above-described embodiment. The movable electrode 3B uses a potential relaxation electrode 35 instead of the guard electrode 32 of the movable electrode 3A, and includes a main electrode 31 formed in a disk shape using a conductive elastic material, and a periphery of the main electrode 31. Is arranged integrally with the main electrode 31, a potential relaxation electrode 35 using a semiconductive elastic material, for example, SiC or carbon, is fixed to the bottom side of the disk-shaped electrode base 3, and the main electrode 31 is It is connected to a discharge measuring device 44 via a lead wire 31a. The main electrode 31 and the potential relaxation electrode 35 are electrically coupled to each other at a boundary line 35A. In order to prevent surface discharge, the electric resistance between the main electrode 31 and the opposing contour 35B is set to about 10 5 Ω to 10 11 Ω.
[0031]
The AC power supply 41 is connected to the conductor 21 via the lead wire 21a, the main electrode 31 is connected to the discharge measuring device 44 via the lead wire 31a, and an external force 34 is applied to the movable electrode 3B so that the bottom surface of the movable electrode 3B is An electric field is applied between the conductor 21 and the main electrode 31 in a state of being pressed against a part of the surface 12 of the insulating layer 11 of the coil 1, and a discharge signal between the coupling capacitor 42 and the main electrode 31 is measured by a discharge measuring device 44. , The partial discharge of the insulating layer 11 can be measured. At this time, a potential relaxation electrode 35 is arranged around the main electrode 31 in order to prevent a surface discharge caused by an excessive potential gradient on the surface 12 of the insulating layer 11 and to measure a highly accurate partial discharge. That is, when a void is generated inside the insulating layer 11, a partial discharge occurs at a voltage lower in the portion where the void exists than in the other portion. Therefore, by passing a small current through the potential relaxation electrode 35, it is possible to reduce the occurrence of a large discharge on the surface of the insulating layer 11 due to the void discharge.
[0032]
Also in the present embodiment, the partial discharge of the entire insulating layer 11 can be measured by measuring the partial discharge while changing the position of the movable electrode 3B.
[0033]
As described above, in the present embodiment, the characteristics of the entire coil 1 are evaluated while sequentially measuring the characteristics of a part of the coil 1, so that a portion having poor characteristics can be easily specified.
[0034]
The measurement data in the present embodiment includes a partial discharge charge amount, a discharge phase with respect to a power supply voltage, the number of occurrences of discharge, and the like. These data can be used as a maximum discharge charge amount, a total discharge charge amount, a discharge charge amount-phase-discharge number characteristic as an evaluation index of insulation characteristics. In this case, what can be measured at a time with the movable electrode 3B is the local characteristic of the insulating layer 11, and by measuring while moving the entire coil 1, the entire coil 1 including the local characteristic variation is measured. Can be evaluated.
[0035]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is designed to measure a discharge sound accompanying partial discharge, and uses a microphone 45, a sound recording device 46, and a sound analyzer 47 as a measuring device, and uses the movable electrode 3B as a movable electrode. The other configuration is the same as that of the above embodiment.
[0036]
When measuring the discharge sound accompanying the partial discharge, the AC power supply 41 is connected to the conductor 21 via the lead wire 21a, and the main electrode 31 is grounded via the lead wire 31a. When an electric field is applied between the conductor 1 and the main electrode 31 in this state, a partial discharge occurs due to a void (void) or peeling in the insulating layer 11, and a sound associated with the partial discharge is recorded by the microphone 45. Are recorded in the acoustic recording device 46, and the recorded result is analyzed and evaluated by the acoustic analyzing device 43. This analysis can be performed at the same time as the measurement, and can be recorded only at the time of the measurement and then analyzed.
[0037]
Further, in the present embodiment, by recording the sound accompanying the partial discharge while sequentially changing the position of the movable electrode 3B, the discharge sound accompanying the partial discharge of the entire coil 1 can be measured.
[0038]
The evaluation index in the present embodiment is a sound pressure level or a frequency spectrum. Based on the measured sound pressure level or the frequency spectrum, the evaluation is performed based on a correlation characteristic between the previously collected characteristics and the insulation characteristic. can do.
[0039]
In each of the above embodiments, the movable electrodes 3A and 3B are described as having a flat surface, but as shown in FIG. 8, when the corner 13 of the surface 12 of the insulating layer 11 has a surface shape, the main electrode By using the movable electrode 3 </ b> C having a surface shape as a movable electrode composed of the guard electrode 32, the main electrode 31 and the potential relaxation electrode 35, the discharge noise accompanying the partial discharge also to the corner 13, Non-destructive electrical characteristics such as dielectric loss tangent can be measured.
[0040]
In each of the above-described embodiments, any one of the movable electrodes 3A, 3B, and 3C is applied to the surface of the large coil 1 having no ground potential layer on the surface, and the non-destructive electric characteristics are obtained in a state where a high electric field is applied to the insulating layer 11. Is measured, the dielectric loss tangent and the partial discharge, which are indices indicating the defects inside the insulating layer 11, can be measured, and it is possible to diagnose the production failure of the coil 1 and the deterioration due to the operation over time. Then, by repeating the characteristic measurement of a part of the coil 1 sequentially and evaluating the whole, it is possible to easily specify a part having poor characteristics.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the characteristics of the entire insulating layer can be tested, and the characteristics of the entire insulating layer can be evaluated from each test result.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an insulation characteristic test apparatus and a coil according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a movable electrode.
FIG. 3 is a perspective view of an electromagnet coil.
FIG. 4 is a sectional view of a main part of an electromagnet coil.
FIG. 5 is a configuration diagram of an insulation characteristic test apparatus and a coil according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a movable electrode.
FIG. 7 is a configuration diagram of an insulation characteristic test apparatus and a coil according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration explanatory view of a movable electrode for measuring a corner of an insulating layer.
[Explanation of symbols]
1 Electromagnet coil 3A, 3B, 3C Movable electrode 11 Insulating layer 12 Surface 21 Conductor 31 Main electrode 32 Guard electrode 33 Electrode base 35 Potential alleviation electrode 41 Power supply 42 Coupling capacitor 43 Dielectric loss tangent measuring instrument 44 Discharge measuring instrument 45 Microphone 46 Sound recording Device 47 Acoustic analyzer
