JP2005061901A - 電気機器の絶縁診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定時の外部環境による影響を受けずに測定でき、得られる診断データは任意の外部環境に補正できる電気機器の絶縁物診断方法を提供する。
【解決手段】診断項目と、この診断項目と相関関係の強い複数の測定項目とを選定し、絶縁物サンプルから採取した診断項目と各測定項目の測定データをもとに診断項目と測定データとの相関関係を相関図に表し（Ｓ１１）、診断項目と外部環境要因との関係を示す特性図または特性式を準備し（Ｓ１２）、絶縁診断する測定対象絶縁物について、各測定項目毎に測定した診断用測定データをＭＴ法を用いて１つ指標で表し、これに対応する診断項目の数値を予め作成しておいた相関図から読みとり（Ｓ１３）、読みとった数値と外部環境要因との関係を特性図または特性式を用いて特性曲線に表し、外部環境要因の影響を考慮した診断項目の補正値を取得する（Ｓ１４）。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気機器に使用されている絶縁物の経年による性能劣化を診断する方法に関するものである。

受配電設備等の電気機器に使用される絶縁物は、周囲環境や電気的，機械的ストレス等により経年劣化するが、電気機器の絶縁物の性能劣化を診断する方法としては、例えば、絶縁抵抗測定、部分放電測定、漏れ電流測定、分解ガス測定、tanδ測定等多くの方法が知られている。測定方法で分類すれば、対象物を破壊する測定と非破壊での測定、絶縁物に直接測定器具を接触させる測定と非接触での測定、電気機器の稼動状態での測定と停止状態での測定等が挙げられる。このような多種多様な診断方法からその電気機器に最適の方法を適宜選択して絶縁物の劣化を診断する。このような絶縁診断の具体的な従来の技術として、例えば、受配電設備を構成する主回路部分に用いられる固体絶縁材料の表面電気抵抗、または主回路部分に設けられた固体絶縁材料と同等材料から成るセンサ部の表面電気抵抗を測定する第１ステップ、予め受配電設備の実使用時間または実使用時間に相当する時間毎に測定された、表面電気抵抗率測定環境の相対湿度をパラメータとした表面電気抵抗率の測定値を基に湿度依存性基準曲線を作成する第２ステップ、および湿度依存性基準曲線と第１ステップで測定された表面電気抵抗率との比較により受配電設備の寿命を判定、または受配電設備の余寿命を算出する第３ステップを備え、寿命判定におけるしきい値を「相対湿度８０％において表面電気抵抗率が１０^９Ω」のように一定値とするような受配電設備の寿命診断方法が開示されている（例えば、特許文献1参照）。

特開２００３−９３１６号公報（第２頁、図１および図２）

上記のような従来の電気機器の絶縁診断方法では、診断対象電気機器が設置された現地において、絶縁物の表面抵抗率を測定しているので、測定時に、例えば湿度の高低等の外部環境によるノイズの影響を受けやすく、測定データの信頼性が低下する場合があり、測定結果を湿度依存性基準曲線によって補正しているが、基となるデータの信頼性が低いために正確な診断ができないという問題があった。

また、表面抵抗率のような電気的測定を現地で実施するには、測定操作に習熟性と専門性を必要とし、誰でも簡単には行えないとういう問題があった。

また、しきい値は、絶縁物の種類や形状や使用環境（課電電圧等）に関わらず一定としているので、診断対象絶縁物の実状にあっていない場合もあり、さらに、初期に想定した使用方法や環境条件等が大きく変化した場合、そのしきい値により規定された年数を経ない前に不具合が生じたり、逆に規定された年数を過ぎても問題なく使用されるというようなことも起こり得る。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、測定時の外部環境による影響を受けることなく現地において容易に測定でき、また、劣化原因を総合的に判断することにより診断精度を向上させた電気機器の絶縁診断方法を提供することを目的とする。
また、しきい値を論理的に求め、客観的で精度の良い寿命推定を行える電気機器の絶縁診断方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電気機器の絶縁診断方法は、電気機器に使用される絶縁物の劣化を診断するための診断項目と、この診断項目と相関関係の強い複数の測定項目とを選定し、新品と使用品の絶縁物サンプルから、一定環境下において診断項目の測定データを採取し、通常環境下において各測定項目毎の測定データを採取し、ＭＴ（マハラノビス・タグチシステム）法を用いて各測定項目の測定データを１つの指標で表し、この１つの指標と診断項目の測定データとの相関関係を表す相関図を作成する第１のステップと、診断項目とその診断項目に影響を及ぼす外部環境要因との関係を示す特性図または特性式を準備する第２のステップと、絶縁診断する測定対象絶縁物について、各測定項目毎に測定した診断用測定データをＭＴ法を用いて１つの指標で表し、この１つの指標に対応する診断項目の数値を第１のステップで予め作成しておいた相関図から読みとる第３のステップと、第２のステップで予め準備しておいた特性図または特性式を用いて、第３のステップで得た診断項目の数値と外部環境要因との関係を示す特性曲線を作成し、外部環境要因の影響を考慮した絶縁診断時点での診断項目の補正値を取得する第４のステップとを備え、この補正値を利用して絶縁物の劣化状況を診断するものである。

この発明によれば、診断項目と相関関係の強い複数の測定項目を選定し、複数の測定項目の測定値を１つの指標で表したものと診断項目の測定値との相関を表す相関図と、診断項目の外部環境要因による影響を補正する特性図または特性式とを予め用意しておき、複数の測定項目を測定して得た測定データを１つの指標で表し、これをもとに相関図と特性図または特性式とを用いて診断項目の補正値を得るようにし、この補正値を利用して絶縁物の劣化診断をするようにしたので、外部環境から受けるノイズの影響を排除した一定環境での診断データを容易に得られるとともに、任意の外部環境での診断データも得ることができ、劣化診断の精度が向上する。

実施の形態１．
本発明は、電気機器の絶縁劣化診断において、診断対象絶縁物の種類，外部環境（温度，湿度，外部ノイズ等）などを考慮して診断項目を決定し、この診断項目と相関が強く、現地で外部環境に影響されることなく短時間で容易に測定できる複数の測定項目を選定し、それらの測定結果をもとに総合的に判断して正確な劣化診断を行い、さらには、論理的に導き出したしきい値を用いて「寿命」あるいは「余寿命」を推定するものである。

図１は実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の手順を示すフローチャートである。以下図１に従って、発明の手順を説明する。
まず第１ステップとして、診断対象電気機器の絶縁性能の劣化を判断するための診断項目を選定し、これと相関関係が強い複数の測定項目を選定する。
絶縁診断に診断項目と複数の測定項目を用いる理由を簡単に説明する。絶縁物の劣化は
絶縁物の種類や使用環境、外部環境によって大きく異なる。そこで、その絶縁物に見合った診断項目として、例えば電気的測定であれば「部分放電」「表面抵抗」「tanδ」「漏れ電流」等の項目から最適なものを選ぶが、これらを現地において測定するのは外部ノイズの影響を受け容易ではない。そこで、その診断項目の劣化原因であったり、相関性が強くかつ現地において容易に測定できる項目を複数個抽出し、それを測定項目とする。たとえば、「部分放電」を診断項目とした場合、「光沢」「表面浸食度」「分解ガス量」を測定項目に選定する。選定した測定項目を直接測定することによって、もとの診断項目を間接的にかつ複数の測定項目から総合的に判断するものである。

次に、測定対象電気機器の絶縁物と同じ絶縁物の、新品と使用品（例えばユーザで長年使用されていた劣化品）の絶縁物サンプルを多数用意する。これらの絶縁物サンプルから、一定環境（例えば、温度２０℃、湿度５０％。以下、これを基準環境と称す）の下で診断項目について測定し測定データを採取する。併せて、同サンプルから、各測定項目について測定データを採取する。次に、各測定項目の測定データをサンプル毎に、品質工学の分野でよく知られているマハラノビス・タグチシステム法（以下、ＭＴ法と略す）を用いて１つの指標（マハラノビスの距離）として表し、この１つの指標と診断項目の測定結果との相関関係を表す相関図（図４参照。詳細は後述する）を作成し、相関関係を１本の線で表したマスターカーブを得る（Ｓ１１）。この相関図において診断項目値を示す横軸の数値は、基準環境における値である。

次に第２ステップとして、診断項目とそれに影響を及ぼす外部環境要因との関係を示す特性図（図５参照。詳細は後述する）または特性式を作成し準備しておく（Ｓ１２）。ここでの外部環境要因とは、ステップ１において診断項目のデータを採取するとき基準環境とした環境項目のことであり、上記の例では温度と湿度である。ただし、複数の診断項目について複数の外部環境要因毎に特性図を作成するのは多大な労力を要するので、特に影響が大きい外部環境要因（例えば湿度）を特定できれば、それとの関連を見るだけで実用上十分である。

特性図の作り方は、複数の絶縁物サンプル（これはステップ１の絶縁物サンプルと同じでなくてもよい）を用意し、加速劣化によって劣化度合いの異なるサンプルを作成し、それらのサンプル毎に外部環境要因をパラメータとして診断項目について測定し、測定結果を例えば横軸を外部環境要因の大小、縦軸を診断項目の測定値としたグラフとして表す。そうすれば、劣化程度が異なる診断項目の、外部環境要因をパラメータとした複数の特性曲線が得られる。
また、特性曲線を数式化しておいて、その数式を使い特性曲線を作成してもよい。（具体例は後述する）
以上の第１ステップから第２ステップまでは、現地における診断対象電気機器の絶縁診断に先立ち、事前に準備しておく準備作業である。

次に第３のステップについて説明する。これ以降が実機での絶縁診断のための測定および診断作業となる。まず、診断対象電気機器の測定対象絶縁物について、各測定項目毎に診断用の測定データを採取する。測定項目にもよるが、通常は停電状態で絶縁物を直接測定するか、絶縁物から試料を採取してその試料を測定する。測定結果をＭＴ法を用いて１つの指標とする。次に、上記第１のステップで作成した相関図のマスターカーブを用いて、１つの指標に対応する診断項目の数値を読み取る（Ｓ１３）。ここで読みとった診断項目の数値は、先に説明したように基準環境での値なので、測定時の現地の外部環境要因に影響されることなく、一定環境下の測定結果を得ることができる。

次に第４のステップとして、第２のステップで作成しておいた特性図または特性式を用いて、第３のステップで得た診断項目の数値（基準環境での値）をもとに、外部環境要因と診断項目との関係を示す特性曲線を作成する。具体的な作成方法は後述する。
この特性曲線は、現地における測定時点での診断項目の外部環境要因（例えば湿度）をパラメータとする特性曲線である。従って、例えば外部環境要因を湿度とすれば、湿度０％から湿度１００％のすべてにおける診断項目の値をこの特性曲線から読みとることができる（Ｓ１５）。

以上のように、第１から第４までのステップによれば、診断項目と相関関係の強い複数の診断項目により判断するので、診断項目について多面的に判断でき、また、測定時点の外部環境要因に関係なく、外部環境要因をパラメータとする診断項目値の特性曲線が得られるので、任意の外部環境値に対応する診断項目値が求められ、絶縁物の劣化状態を正確に把握することができる。

更に、以上の結果をもとに寿命診断を精度よく行う方法について説明する。まず、診断項目と使用年（経年）との相関を表す寿命推定図を用意し、診断項目の初期値（すなわち新品時の値であり、これは第１のステップで測定したものを利用する）と第４のステップで得られた測定時点の診断項目値とをプロットし、２点を結んで劣化傾向線とし、この線と予め求めておいた診断項目に対するしきい値の線との交点から寿命を推定する（Ｓ１５）。すなわち、新品時点から交点までの経年が寿命であり、測定時点から交点までの経年を余寿命と推定するものである（図７参照。詳細は後述する）。

以上のように、この方法によれば測定時点での任意の外部環境値における診断項目値を用いて寿命が推定できるので、色々な外部環境を予測した寿命推定が可能となる。

次に、以上のような電気機器の絶縁診断方法を、受配電設備の絶縁診断に適用した場合を例に挙げ具体的な診断方法を説明する。
受配電設備に使用されている絶縁物の主な種類は、ポリエステル樹脂絶縁物、エポキシ樹脂絶縁物、フェノール樹脂絶縁物等である。これらの絶縁物の劣化プロセスとしては、絶縁物表面の汚損→吸湿→絶縁抵抗低下，漏れ電流増加→ジュール熱によるドライバンド（絶縁物表面が濡れた状態の時にできるミクロの乾いたギャップ）の形成→シンチレーション放電（沿面微小放電）の発生→表面の炭化によるトラッキング放電（局所放電）の発生・進展→全路破壊のように進展していくことが近年の研究で明らかにされている。従って、劣化診断項目として、絶縁物の表面抵抗を測定して判断するのが効果的であることが知られている。

まず第１のステップとして、診断項目と測定項目を選定する。診断項目は、上記のような絶縁物の劣化判定に有効とされる「絶縁物の表面抵抗値」とする。しかし、表面抵抗値のような電気的な測定は湿度等の外部環境ノイズの影響を受けやすく、例えば同じ絶縁物が同じだけ劣化した場合でも、湿度が異なれば最大５桁以上の測定誤差がある。そこで、外部環境からのノイズを受けることが少なく表面抵抗の変化の要因となる劣化原因を直接測定することにし、現地での測定の容易さも考慮して、測定項目として表面抵抗と相関関係が強い化学的測定項目である「イオン量」と「色差光沢量」を選定した。イオンの種類としては、硝酸イオン，硫酸イオン，塩素イオン，ナトリウムイオン，フッ素イオン等があり、色差に関しても、色彩（明度），色彩（黄）等がある。測定対象絶縁物との相関関係の強さが予め分かっている場合は適宜選択すればよいが、本実施の形態では、次のような手法により、各項目から最適な測定項目を絞り込んだ。

図２は測定項目候補から測定項目を選定するフローチャートであり、図３は測定項目の有効性を判断する要因効果図である。図を参照しながら説明する。図２において、まず診断項目とした表面抵抗値と相関があると思われる複数の測定項目候補として、色彩，光沢，成分（炭化水素等），イオン付着量等、１５項目を選択した（Ｓ２１）。図３の横軸に列記したものが測定項目候補である。

次に、絶縁物のサンプルを使い、それらの各項目毎に、その項目を使った場合と使わなかった場合の効果の程度（有効性）を、ＭＴ法を利用してＳＮ比として表す（Ｓ２２）。図３において、各項目候補毎に、その項目を診断に使った場合を「有」、使わない場合を「無」として縦軸にＳＮ比を表している。右下がりで差が大きいほど「有」の場合の効果が顕著であることが分かる。

次に、無効な測定項目候補を排除して、有効な測定項目候補の中から更に効果が顕著な項目を抽出し、これを測定項目に選定する（Ｓ２３）。図３をもとに、ＳＮ比の高い、色彩（黄），硝酸イオンおよび硫酸イオンの３項目を抽出し測定項目に選定した。

なお、選定した測定項目によって相関性を確認し、相関性が十分でない場合は別の測定項目候補をあげ、再度Ｓ２１〜Ｓ２３の作業を実施する。また、このＳＮ比から有効性を判断し測定候補を見つける方法は、上記の例以外でも適用できるのはいうまでもない。

上記のようなＳＮ比により測定項目を決定する作業によれば、測定項目を客観的に抽出でき、併せて、主劣化因子を解明することができる効果もある。

次に、測定対象絶縁物と同じ絶縁物の新品と使用期間の異なる使用品の絶縁物サンプルを複数個用意し、それらのサンプルから、色彩（黄），硝酸イオン量および硫酸イオン量の３項目について測定する。色彩は例えば簡易色素計により黄色の濃度を測定する。各イオン量は例えばイオン試験紙と高感度反射式光度計を用いてイオン試験紙に転写したイオンの濃度を測定する。色彩およびイオン量は温度や湿度の影響をほとんど受けないので常温下で測定できる。次に、上記と同じサンプルを用いて表面抵抗値を測定するが、表面抵抗値は湿度の影響を大きく受けるので、例えば外部環境からのノイズをシャットアウトしたノイズシールド室を利用して、温度２０℃、湿度５０％のような一定環境（基準環境）の下で測定する。次に、ＭＴ法を用いて、上記で測定した色彩と２種のイオン量とを１つの指標（マハラノビスの距離）として求め、図４に示すような表面抵抗値とマハラノビスの距離との相関性を示す相関図に表し、マスターカーブを得る。図４において、右下の複数のかたまりは新品を示し、マハラノビスの距離が離れるほど新品との違いが大きく劣化が進行していることを示している。マハラノビスの距離が分かれば、マスターカーブから表面抵抗値を知ることができる。ここで得られる表面抵抗値は、基準環境での値である。

次に第２のステップとして、表面抵抗値に影響を及ぼす外部環境として湿度の影響、すなわち表面抵抗の湿度依存性を見るための作業を行う。表面抵抗値は同じ劣化品でも湿度によって大きく変化する。色彩、イオン量を測定項目とした場合、温度による影響はあまり見られないので温度については考慮しないものとする。
まず、複数の絶縁物サンプルを用意する。室温下で例えば硝酸水溶液の蒸気に１日、２日というように期間を変えて曝したサンプルを乾燥させた後、環境室内で温度２０℃、湿度を５％〜９５％と段階的に変えてそれぞれの時点の表面抵抗値を測定する。図５は湿度と表面抵抗値の関係を示す特性曲線図である。図において破線で示すものは測定結果から得た曲線であり、測定結果をプロットしてなめらかに結んだものである。Ａは新品の曲線を示し、Ｂ，Ｃ，Ｄと下方の曲線ほど劣化程度の高い絶縁物の特性曲線である。劣化が進むほど湿度の影響を受けやすくなっていることが分かる。

特性曲線の作成においては、劣化程度の異なるサンプルを数多く用意すれば、劣化程度の異なる多くの曲線が得られ、きめ細かな特性曲線図となるが、サンプル数が多くなるほどデータ採取のための多大な時間と労力を要する。そこで、この曲線を数式化できれば、どんな表面抵抗値でも簡単に湿度補正ができる。測定で得られた特性曲線が図５に示すように正規分布曲線の一部に類似していることから、この曲線をガウス分布関数によるフィッティングを行い、ガウス分布曲線を使って数式化する技術が、特開２００３−９３１６号広報に開示されている。そこでこの技術を利用し、ガウス分布関数により数式化した特性式を利用して描いた特性曲線が図５の実線で示すものである。ａ〜ｄは実測から得た特性曲線Ａ〜Ｅに対応して特性式から求めた特性曲線である。この特性式を利用すれば、湿度が特定されている表面抵抗値１点が分かれば、特性曲線を描けるので、任意の湿度の表面抵抗値を簡単に読みとることができる。
以上までのステップが、実際の診断に先立つ準備作業である。

次に、第３のステップとして、診断対象の受配電設備が設置されている現地において、測定対象絶縁物の表面堆積物から、色彩（黄），硝酸イオン量および硫酸イオン量の３項目の測定を実施する。色彩は例えば簡易色素計により黄色の濃度を測定する。各イオン量は例えばイオン試験紙と高感度反射式光度計を用いてイオン試験紙に転写したイオンの濃度を測定する。測定した色彩と２種のイオン量とをＭＴ法を用いて１つの指標（マハラノビスの距離）とする。そして、第１のステップで用意しておいた相関図のマスターカーブからマハラノビス距離に対する表面抵抗値を読みとる。この抵抗値は湿度５０％での値である。すなわち、ここまでのステップによって、現地において、測定対象絶縁物から、測定条件に関わらず常に温度２０℃，湿度５０％の表面抵抗値を得ることができる。従って、時系列的に測定した測定結果から劣化傾向を診断する場合、補正の必要が無くそのまま測定結果を利用できる。

次に、第４のステップとして、湿度補正を行う。図６は特性曲線の利用方法を説明する図である。上記第３のステップで相関図から得た表面抵抗値を、図の湿度５０％の線上にプロット（点Ｐ）する。予め用意した特性曲線を利用する場合は、点Ｐが曲線上に乗れば、その曲線が測定した絶縁物の表面抵抗の湿度依存曲線である。曲線上に乗らない場合は、点Ｐの上下の曲線の距離から、新たに点Ｐを通る曲線を作成すればよい。
上述の特性式を利用すれば予め特性図を用意する必要はなく、点Ｐの表面抵抗値を基にガウス分布関数による特性式によって曲線を描くことができる。この曲線が測定で得た表面抵抗値の湿度依存曲線となる。図中に太矢印で示すように、湿度５０％での表面抵抗値が１１（logρΩ）とすると、この数値をもとに式から太曲線のような湿度依存曲線が得られる。従って、任意の湿度における測定時の表面抵抗値がわかる。

次に、上記結果を基に寿命を推定する。図７は本実施の形態による電気機器の絶縁診断方法による寿命推定図である。寿命推定図は次のようにして作成する。縦軸を表面抵抗値（対数目盛とする）、横軸を使用年（経年）とし、新品時の絶縁抵抗値を左端の縦軸にプロットする（点ア）。次に、上記第３のステップで相関図から読みとった湿度５０％の表面抵抗値をプロットする（点イ）。また、寿命を推定する基準とする任意の湿度での値を上記第４のステップで得た特性曲線から求めてプロットする（点ウ）。点イは常に湿度５０％での値なので、例えば別の測定時点での値と比較し傾向を見るときなどに天候等に関係なく一定の診断ができる。点ウは例えば湿度１００％の時の値とすれば、最も厳しい条件で後述の寿命を判断できる。通常は、梅雨時や台風時の湿度とするのが実際的である。次に、点アと点ウ結んだ直線を引けば、この線が測定対象絶縁物の劣化傾向線となる。
なお、定期的に寿命推定を行う場合は、前回の結果を出発点とする劣化傾向線をひくことにより、実状に合致した劣化傾向を見ることができる。

次に、寿命を推定するために、予め設定した表面抵抗値のしきい値を横軸に平行に引く。しきい値は、例えば、規定をもとに定めたり、過去の事例から導き出したり、後述する実施の形態２で求めた数式により計算で求めてもよい。このしきい値の線と劣化傾向線の交点（点エ）に対応する使用年を寿命と推定する。従って、寿命から測定時点までの経年を引けば推定余寿命を求めることができる。なお、図７で点エより右で劣化傾向線が急に下がっているのは、これ以降は急速に劣化が進み、地絡・短絡に至る確率が急激に高まるためである。

以上のように、実施の形態１による発明によれば、外部環境から受けるノイズの影響を排除した一定環境での診断データを得られるとともに、測定時点の外部環境要因に関係なく、外部環境要因をパラメータとした診断項目値の特性曲線が得られるので、任意の外部環境値に対応する測定項目値が求められ、絶縁物の劣化状態を正確に把握することができる。
また、診断項目と相関関係の強い複数の診断項目により判断するので、診断項目について多面的に判断でき、測定精度が向上する。
また、測定結果を利用して寿命を推定する場合は、任意の外部環境値における診断項目値を利用できるので、色々な外部環境を予測した寿命推定が可能となる。
更にまた、測定結果から外部環境要因をパラメータとした補正値を得るのに、特性式を利用することにより、測定結果による外部環境要因依存曲線を簡単に作成することができる。

実施の形態２．
実施の形態２による電気機器の絶縁物診断法は、寿命推定に当たってのしきい値を理論的に求めることを特徴とするものである。診断対象電気機器の絶縁物から測定データを取得し相関図を用いて表面抵抗値を読みとり、補正曲線により湿度依存曲線を求め、寿命を推定するために寿命推定図から劣化傾向線を求めるまでは実施の形態１と同様なので、詳細な説明は省略する。本実施の形態によるしきい値は以下のようにして求める。

図８は、この発明の実施の形態２による電気機器の絶縁物の電気的等価回路を示す図である。図に示すように、導電部１と導電部２の間に、それらを絶縁および支持するために、例えばエポキシ樹脂注型品からなる絶縁物３が設けられている。電気機器に使用される絶縁物の形状は多種多様であるが、図は説明のために模式的に示したものである。符号の説明は後述する。

次に、しきい値の算出方法について説明する。絶縁物３の絶縁沿面距離をＬとし、導電部１，２間の課電電圧をＶとする。絶縁物３の単位長さ当たりの静電容量をＣ１〜Ｃｎとし、表面抵抗をＲ１〜Ｒｎとする。厳密には絶縁物３の内部の絶縁抵抗Ｒも考慮する必要があるが、商用周波（５０／６０Ｈｚ）では絶縁物３のインピーダンスは静電容量が支配的（Ｒ＞＞１／Ｃ、但しＣは絶縁物３の全長の静電容量）になるので無視する。

ここで、絶縁物３が劣化して表面でトラッキングが形成され絶縁破壊に至るまでのプロセスは、実施の形態１で説明したように、絶縁物表面の汚損→吸湿→絶縁抵抗低下，漏れ電流増加→ドライバンド形成→シンチレーション放電発生→トラッキング放電発生・進展→全路破壊のように進展する。

図８において、ドライバンドにおける絶縁物の静電容量をＣｇ、表面抵抗をＲｇとして示している。ドライバンド部のインピーダンスＺｄと他の部分の単位長さ当たりのインピーダンスＺｐは式１および式２で表される。

課電されている絶縁物３全体のインピーダンスをＺとすれば、Ｚ＝Ｚｄ＋Ｚｐ・ｎなので、Ｚに式１，２を代入して式３が得られる。

ここで、ｎは絶縁物３の絶縁沿面距離Ｌを単位長さに区切った数なので絶縁沿面距離Ｌに比例した係数である。いま、絶縁物３の表面でシンチレーション放電が発生する条件を計算する場合、図８に示されるドライバンド部の表面抵抗Ｒｇは十分高いことから、絶縁物３の表面の電位分担は静電容量Ｃｇによるインピーダンスで決定される。従って、Ｚは下式４で近似できる。

絶縁物３に課電されている課電電圧Ｖとドライバンドに加わる電圧ｖｇの関係は次の式５で与えられる。

ここで、ｖｇが火花開始電圧ｖｉを越える課電電圧Ｖの条件を求めれば、シンチレーション放電発生電圧Ｖｉが下式６で計算できる。

Ｃｇはドライバンドのギャップの長さｔに依存し、ｖｉも同様にｔに依存する。ｖｉは、いわゆるパッシェンの火花開始電圧で与えられ、大気圧空気のｖｉは下式７で近似できる。

式６から、Ｒｎを左辺にして式を整理し、放電発生表面抵抗値Ｒｓを求めれば、Ｒｓは式８のようになる。
Ｒs（ＭΩ）≒ａ×Ｅ^ｂ／（Ｌ×Ｔ）・・・・・・（８）
但し、Ｅ：定格電圧（kV），Ｌ：絶縁沿面距離Ｌ（mm），Ｔ：絶縁厚さ（mm）
なお、ａ，ｂは周波数や絶縁物の種類から決まる定数である。式８から、放電開始表面抵抗値Ｒｓは絶縁沿面距離と絶縁厚さの積に反比例することが分かった。この放電開始表面抵抗値Ｒｓは、絶縁物の材質・形状・使用条件より、放電が発生する可能性が出てくる点をさしている。放電が発生すると大気環境中にあるイオンが化学反応を起こし絶縁物の性能劣化を促進させる化合物を発生させるため、トラッキングから全路破壊へと進展するので、この放電開始表面抵抗値Ｒｓをしきい値として定める。

以上のように、実施の形態２の発明によれば、しきい値を、絶縁物の種類や形状，使用電圧等の、診断対象絶縁物の数値と放電開始電圧から論理的に求めたので、客観的で精度のよいしきい値を得ることができ、これに基づいて正確な寿命および余寿命を推定することが可能となる。

この発明は、例えば化学会社，電気ガス会社，食品会社等で広く使用されている配電機器のスイッチギヤ等に使用されている絶縁物の診断に適用して、絶縁劣化状況を的確に診断することにより、地絡・短絡などの大きな事故を未然に防止することができる。

実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法を示すフローチャートである。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の測定項目を選定するフローチャートである。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の測定項目の有効性を判断する要因効果図である。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の表面抵抗値とマハラノビスの距離との相関性を示す相関図である。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の湿度と表面抵抗値の関係を示す特性曲線図である。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法の特性曲線の利用方法を説明する図である。 実施の形態１による電気機器の絶縁診断方法による寿命推定図である。 実施の形態２による電気機器の絶縁診断方法の絶縁物の電気的等価回路を示す図である。

符号の説明

１ 導電部
２ 導電部
３ 絶縁物。

Claims (6)

1. 電気機器に使用される絶縁物の劣化を診断するための診断項目と、この診断項目と相関関係の強い複数の測定項目とを選定し、新品と使用品の絶縁物サンプルから、一定環境下において上記診断項目の測定データを採取し、通常環境下において上記各測定項目毎の測定データを採取し、ＭＴ（マハラノビス・タグチシステム）法を用いて上記各測定項目の測定データを１つの指標で表し、この１つの指標と上記診断項目の測定データとの相関関係を表す相関図を作成する第１のステップと、
   上記診断項目とその診断項目に影響を及ぼす外部環境要因との関係を示す特性図または特性式を準備する第２のステップと、
   絶縁診断する測定対象絶縁物について、上記各測定項目毎に測定した診断用測定データをＭＴ法を用いて１つの指標で表し、この１つの指標に対応する上記診断項目の数値を上記第１のステップで予め作成しておいた上記相関図から読みとる第３のステップと、
   上記第２のステップで予め準備しておいた上記特性図または特性式を用いて、上記第３のステップで得た診断項目の数値と上記外部環境要因との関係を示す特性曲線を作成し、上記外部環境要因の影響を考慮した絶縁診断時点での上記診断項目の補正値を取得する第４のステップとを備え、上記補正値を利用して絶縁物の劣化状況を診断することを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。
2. 請求項１記載の電気機器の絶縁診断方法において、上記第４のステップにおける上記劣化状況の診断は、上記第１のステップで測定した上記診断項目の新品の値と上記第４のステップで得た上記診断項目の補正値とを診断項目と経年の相関を表す寿命推定図にプロットして劣化傾向線を作成し、予め求めておいた上記診断項目のしきい値との交点から寿命を推定することを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。
3. 請求項２記載の電気機器の絶縁診断方法において、しきい値は、絶縁物の劣化により火花が発生する放電発生電圧を基に作成した計算式から求めることを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電気機器の絶縁診断方法において、上記第１のステップにおける上記測定項目の選択は、上記診断項目と相関があると思われる複数の測定項目候補から測定データを採取し、ＭＴ法を利用してＳＮ比を求め、相関性の強い測定項目候補を選択して測定項目とすることを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電気機器の絶縁診断方法において、上記第２のステップは、予め複数の絶縁サンプルから、上記外部環境要因をパラメータとして上記診断項目を測定し、上記診断項目と上記外部環境要因との関係を特性曲線で表し、この特性曲線をガウス分布関数により数式化したことを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電気機器の絶縁診断方法において、上記診断項目を絶縁物の表面抵抗値とし、上記測定項目を色差と複数のイオン量とし、上記外部環境要因を湿度としたことを特徴とする電気機器の絶縁診断方法。

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