JP2015038432A - 電気試験装置及び電気試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地球温暖化係数が高いＳＦ6ガスを用いることなく電気試験を行うことができる電気試験装置及び電気試験方法を提供する。【解決手段】電気試験装置１は、試料ＴＳを収容する試験容器１０と、試験容器１０に収容された試料ＴＳに電圧を印加する電圧印加部２０と、試験容器１０内に設けられ、絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給部３０とを備え、絶縁ガス供給部３０により供給された絶縁ガスの雰囲気中において、電圧印加部２０により試料ＴＳに高電圧を印加して電気試験を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、高電圧電気機器の電気特性を試験するために使用される電気試験装置及び電気試験方法に関する。

一般に、ケーブル終端接続部等の高電圧電気機器に用いられる電気部品（ブッシング（套管）、エポキシ座等）については、使用前に安全性を確認するために、商用周波耐電圧試験、商用周波部分放電試験、雷インパルス耐電圧試験等の各種電気試験が行われる。このような電気試験を空気中で行うと、課電部や試料の突起、角部又は付着異物から気中放電や表面閃絡が発生するため、一般には、絶縁耐力の高い絶縁ガス雰囲気中に試料を配置した状態で電気試験が行われる。

従来の電気試験装置では、絶縁ガスとして六フッ化硫黄（ＳＦ₆）が用いられている。ＳＦ₆ガスは、乾燥空気（酸素：約２０％、窒素：約８０％）や窒素（Ｎ₂）ガス等の自然ガスより優れた絶縁耐力を有するため、電気試験用の絶縁ガスとして好適である。

特許文献１には、容器に絶縁ガスを効率的に充填する手法として、液状の絶縁媒体に絶縁ガスを吹き込むことにより形成された泡を容器内に充填させた後、泡を形成していた液状の絶縁媒体を排出することが開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、排気バルブから出てくる泡（絶縁ガスを内包している）を目視で確認できるので、容器内に泡、すなわち絶縁ガスが充填された時点を遅滞なく知得することができる。

特開平３−２４３１０５号公報

しかしながら、ＳＦ₆ガスは、地球温暖化係数が二酸化炭素（ＣＯ₂）の２３９００倍であり、京都議定書における排出量削減対象の温室効果ガスとして指定されており、電気試験の分野でも使用削減が求められている。

そこで、ＳＦ₆ガスの代替ガスが模索されているが、環境適応性（地球温暖化係数が低いこと）や毒性の有無の観点から候補として挙がる代替ガス（乾燥空気やＮ₂ガス等）は、ＳＦ₆ガスに比較して絶縁耐力が低く、電気試験用の絶縁ガスに要求される特性を十分に満足しない場合がある。

本発明の目的は、地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく電気試験を行うことができる電気試験装置及び電気試験方法を提供することである。

本発明に係る電気試験装置は、
試料を収容する容器と、
前記容器に収容された前記試料に電圧を印加する電圧印加部と、
前記容器内に設けられ、絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給部と、
を備え、
前記絶縁ガス供給部は、
前記絶縁液体を貯留する液体容器と、
前記絶縁液体を気化するための加熱部と、
を備えることを特徴とする。

本発明に係る電気試験方法は、
試料を収容する容器内で絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを、前記容器内に供給する第１の工程と、
前記絶縁ガスの雰囲気中において、前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第２の工程と、
を有することを特徴とする。

本発明に係る電気試験装置及び電気試験方法によれば、容器内で絶縁液体を気化した絶縁ガスの雰囲気中において、地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく電気試験を行うことができる。また、絶縁液体としてフッ素系液体を用いた場合は、絶縁耐力の高いフッ素系ガスの雰囲気中において地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく比較的高い電圧でも閃絡せずに電気試験を行うことができる。

本実施の形態に係る電気試験装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る電気試験装置の概略構成を示す図である。図１に示す電気試験装置１は、例えばブッシング（套管）やエポキシ座等の電気部品を試料ＴＳとして、商用周波耐電圧試験、商用周波部分放電試験、雷インパルス耐電圧試験等の各種電気試験を行うための設備である。

図１に示すように、電気試験装置１は、試験容器１０、電圧印加部２０、絶縁ガス供給部３０および回収部４０を備える。

試験容器１０は、例えばポリカーボネート製の容器である。試験容器１０は、試料ＴＳを収容する収容部１１と、収容部１１の開口を閉塞する蓋部１２を有する。蓋部１２はゴムパッキン等のシール部材（図示せず）を介して収容部１１の上部に載置される。電気試験を行う際、試験容器１０内は、絶縁ガス供給部３０から供給された絶縁ガスで充填される。

なお、安定した絶縁ガス雰囲気中で電気試験を行うには、試験容器１０において、収容部１１と蓋部１２は、気密に固定しておくことが望ましい。但し、フロリナート（商品名）等のフッ素系液体を後述するように絶縁液体として用いた場合のように、気化した絶縁ガス（この場合、フッ素系ガス）の比重が空気より重い場合は、電気試験を行う際の試験容器１０内の絶縁性が確保されていれば、ボルトの締め付け等により収容部１１と蓋部１２を気密に固定しておかなくても良い。これにより、容易に蓋部１２の開閉を行うことができるので、試料ＴＳの交換作業が容易化され、試験サイクル時間の短縮化を図ることができ、試験効率が向上する。試験サイクル時間とは、１つ又は複数の試料ＴＳについて必要な電気試験を行うために電気試験の準備〜後片付けまでにかかる時間であって、課電時間や試料交換等の作業時間を含む時間である。

試料ＴＳには、例えば、高電圧電極とエポキシ樹脂等からなる絶縁体と埋込金具とを備える既知のブッシング（套管）や、エポキシ樹脂等からなる絶縁体と埋込金具とを備える既知のエポキシ座などが使用される。
電圧印加部２０は、印加電圧を調整可能な試験用トランスで構成される。電圧印加部２０から試験用リード線ＴＬが引き出され、この試験用リード線ＴＬが試料ＴＳの高電圧電極の一端に接続される。試料ＴＳの他端（ここでは、埋込金具のフランジ部）は接地される。エポキシ座のように高電圧電極が無い試料ＴＳの場合は、シールド電極（図示せず）が試料ＴＳに取り付けられる。この場合、試験用リード線ＴＬはシールド電極に接続される。電圧印加部２０は、試験用リード線ＴＬを介して試料ＴＳに電圧を印加する。

絶縁ガス供給部３０は、試験容器１０内に設けられ、試料台３１、気化装置収容部３２、液体容器３３および加熱部３４を備える。試料台３１には、試料ＴＳが載置される。試料台３１は例えばステンレス製の板状部材である。金属製の試料台３１が接地されることにより、試料台３１に載置され試料台３１と電気的に接続された試料ＴＳの埋込金具が接地される。試料台３１は、気化装置収容部３２に載置された状態で固定される。試料台３１には、多数の貫通孔３１ａが形成されている。

気化装置収容部３２は、液体容器３３および加熱部３４を収容する。液体容器３３は、有底筒形状を有し、例えばフッ素系液体（例えばフロリナート（商品名）又はハイドロフルオロエーテル）等の絶縁液体を貯留する容器である。本実施の形態では、絶縁液体は、沸点が９５［℃］のフロリナートＦＣ−７７０（３Ｍ製）である。

なお、電気試験装置１で使用される絶縁液体の沸点は、試料ＴＳのガラス転移温度（Ｔｇ）以下であることが望ましい。例えば試料ＴＳがエポキシ樹脂からなるブッシング（套管）やエポキシ座の場合、電気試験装置１で使用されるフッ素系不活性液体の沸点は、埋込金具よりもガラス転移温度が低く試料ＴＳの大部分を占めるエポキシ樹脂のガラス転移温度以下であることが望ましい。もし、フッ素系不活性液体の沸点が試料ＴＳのガラス転移温度より高いと、試料ＴＳの周囲は試料ＴＳのガラス転移温度より高い温度で気化された高温のフッ素系不活性ガスで覆われることとなり、試料ＴＳの物性が変わってしまうおそれがある。試料ＴＳの物性が変わってしまうと、試料ＴＳに対する電気試験の結果を正しく得られなくなってしまうばかりでなく、試料ＴＳが製品の場合は製品として使用できなくなってしまう。また、絶縁液体の沸点が低い場合（例えば、沸点が５６［℃］のフロリナートＦＣ−７２（３Ｍ製））、夏場などに温度管理された部屋において絶縁液体が保管されていないと、絶縁液体がすぐに気化してしまい望ましくない。よって、電気試験装置１で使用される絶縁液体の沸点は、所定の範囲（例えば、７０〜９５［℃］）に含まれることが望ましい。

加熱部３４は、液体容器３３の底面下部に配置されている。加熱部３４は、ヒーター等の加熱源３４ａを内蔵し、液体容器３３に貯留されている絶縁液体（ここではフッ素系液体）を加熱して気化させ、絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を生成する。加熱源３４ａの温度は、温度制御部（図示せず）によって、絶縁液体の沸点よりも少し高い温度に制御される。生成された絶縁ガスは、試料台３１の底部に向かって上昇した後、試料台３１に形成された貫通孔３１ａを通過して、試験容器１０の上部にも供給され、充填される。これにより、絶縁ガスは、試料ＴＳの周囲に供給される。

回収部４０は、冷却部４１、回収容器４６および圧縮機６１を備える。冷却部４１は、貯水タンク４２と、貯水タンク４２に収容される配管４３とを備える。配管４３の一端と試験容器１０との間には、試験容器１０内に充填された絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を配管４３に導くための配管５０が設けられている。配管５０により導かれた絶縁ガスは、配管４３内を流れる際、冷却水供給部４４により貯水タンク４２に供給される冷却水によって冷却され、液化する。貯水タンク４２内において絶縁ガスを冷却することにより温められた水は、排出部４５から排出される。配管４３の他端と、回収容器４６との間には、貯水タンク４２内において液化することによって生成された絶縁液体を回収容器４６に導くための配管５１が設けられている。配管５１の途中には、回収容器４６に向かって一方向にだけ絶縁液体を流し、逆方向の流れを阻止するための逆止弁５４が設けられている。

回収容器４６と収容部１１との間には、収容部１１の底面に溜まった絶縁液体を回収容器４６に導くための配管５２が設けられている。収容部１１内において、試料台３１に形成された貫通孔３１ａを通過して、試験容器１０の上部にも供給された絶縁ガスは、加熱部３４から離れたことによる温度低下によって液化し、収容部１１の底面に向かって下降してしまう場合があるからである。配管５２の途中には、ポンプ５６および逆止弁５５が設けられている。ポンプ５６は、配管５２を介して、収容部１１の底面に溜まった絶縁液体を回収容器４６に搬送するための液体搬送ポンプである。逆止弁５５は、回収容器４６に向かって一方向にだけ絶縁液体を流し、逆方向の流れを阻止する。

回収容器４６は、冷却部４１にて絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を液化させることで生成された絶縁液体（ここではフッ素系液体）、および収容部１１の底面に溜まった絶縁液体（ここではフッ素系液体）を回収して貯留する。回収容器４６と液体容器３３との間には、回収容器４６に貯留されている絶縁液体を液体容器３３に供給するための配管５３が設けられている。回収容器４６に接続されている圧縮機６１は、圧縮気体（例えば、窒素ガス）を回収容器４６内に供給することによって、回収容器４６の内部圧力を高める。回収容器４６の内部圧力が高まることにより、回収容器４６に貯留されている絶縁液体は、配管５３内を流れて、液体容器３３に供給される。つまり、本実施の形態では、回収部４０は、試験容器１０内に充填された絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を液化させることで生成された絶縁液体、および収容部１１の底面に溜まった絶縁液体（ここではフッ素系液体）を回収して再利用を図ることにより、液体容器３３に貯留される絶縁液体（ここではフッ素系液体）を効率的に活用する。

本実施の形態では、回収容器４６には、試験容器１０と回収容器４６の内部圧力が高まりすぎることを防止するため、リザーバーバッグ６０が接続されている。リザーバーバッグ６０は、伸縮性を有し、回収容器４６内で気化した絶縁ガスを吸入することによって、回収容器４６の内部圧力を低下させる。

電気試験装置１を用いて商用周波耐電圧試験等の各種電気試験を行う場合、まず、試験容器１０内に試料ＴＳを配置する。そして、試料ＴＳの一端（高電圧電極）に試験用リード線ＴＬを接続し、他端（ここでは、埋込金具のフランジ部）を接地し、試験容器１０の蓋部１２を収容部１１の上に載置する。

次に、加熱部３４の電源を入れ、液体容器３３に貯留されている絶縁液体（ここではフッ素系液体）を加熱して気化させ、絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を生成する（第１の工程）。生成された絶縁ガスは、試料台３１の底部に向かって上昇した後、試料台３１に形成された貫通孔３１ａを通過して、試験容器１０の上部にも供給され、充填される。これにより、絶縁ガスは、試料ＴＳの周囲に供給される。

この状態で、電圧印加部２０により試料ＴＳに電圧を印加して、電気特性（一例としてここでは商用周波耐電圧）を測定する（第２の工程）。試験中は、絶縁ガス供給部３０による絶縁ガスの供給が継続して行われ、試料ＴＳの周囲は絶縁ガスで覆われるので、気中放電や表面閃絡が発生することなく、電気試験を安定して行うことができる。

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、電気試験装置１は、試料ＴＳを収容する試験容器１０と、試験容器１０に収容された試料ＴＳに電圧を印加する電圧印加部２０と、試験容器１０内に設けられ、絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給部３０とを備え、絶縁ガス供給部３０は、絶縁液体を貯留する液体容器３３と、絶縁液体を気化するための加熱部３４とを備え、絶縁ガス供給部３０により供給された絶縁ガスの雰囲気中において、電圧印加部２０により試料ＴＳに高電圧を印加して電気試験を行う。

また、電気試験装置１を用いた電気試験方法は、試料ＴＳを収容する試験容器１０内で絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを試験容器１０内に供給する第１の工程と、絶縁ガスの雰囲気中において、試料ＴＳに電圧を印加して電気特性を測定する第２の工程とを有する。

電気試験装置１及びこれを用いた電気試験方法によれば、試験容器１０内で絶縁液体を気化した絶縁ガスの雰囲気中において、地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく電気試験を行うことができる。また、絶縁液体としてフッ素系液体を用いた場合は、絶縁耐力の高いフッ素系ガスの雰囲気中において地球温暖化係数が高いＳＦ₆ガスを用いることなく比較的高い電圧でも閃絡せずに電気試験を行うことができる。

また、本実施の形態では、電気試験装置１の回収部４０は、試験容器１０から導出された絶縁ガスを冷却して液化させる冷却部４１と、冷却部４１にて絶縁ガスを液化して生成される絶縁液体を回収する回収容器４６とを備え、回収した絶縁液体を絶縁ガス供給部３０に供給する。この構成により、電気試験で使用された絶縁ガス（ここではフッ素系ガス）を大気に放出させることなく、液化させて再利用することができるため、環境に負荷を与えず、絶縁液体（ここではフッ素系液体）を効率的に使用することができる。環境に負荷を与えない点からも、試験容器１０において、収容部１１と蓋部１２は、フッ素系ガス等の絶縁ガスが大気中に極力放出しないように気密に固定しておくことが望ましい。

なお、上記実施の形態では、圧縮機６１が、圧縮気体を回収容器４６に供給することによって、回収容器４６の内部圧力を高める例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、圧縮機６１の代わりに窒素ボンベを設け、当該窒素ボンベから圧縮気体（窒素ガス）を回収容器４６に供給させることによって、回収容器４６の内部圧力を高めても良い。

また、上記実施の形態において、回収部４０は、冷却部４１を備えなくても良い。この場合、試験容器１０と回収容器４６との間には、試験容器１０内に充填された絶縁ガスが流れる配管が設けられる。絶縁液体の沸点は常温より高いのでこの配管を流れる際、絶縁ガスは、冷却されて容易に液化する。ただし、試験容器１０内に充填された絶縁ガスをより確実に液化させる観点からは、回収部４０は、冷却部４１を備えることが望ましい。また、回収部４０は、収容部１１の底面に溜まった絶縁液体のみを回収するものであっても良い。

また、上記実施の形態において、電気試験装置１は、回収部４０を備えなくても良い。この場合、絶縁ガス供給部３０による絶縁ガスの供給が継続して行われることによって、試験容器１０の内部圧力が高まりすぎることを防止するため、試験容器１０にリザーバーバッグが接続されることが望ましい。また、収容部１１の底面に溜まった絶縁液体を液体容器３３に戻すことによって、液体容器３３に貯留される絶縁液体を効率的に活用しても良い。

また、上記実施の形態において、絶縁液体としてフッ素系液体の場合について述べたが、電気試験を行う環境（常温近傍の温度）における絶縁媒体の状態が液体であれば、フッ素系液体に限らず、フッ素系液体以外の絶縁液体を適用してもよい。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 電気試験装置
１０ 試験容器
１１ 収容部
１２ 蓋部
２０ 電圧印加部
３０ 絶縁ガス供給部
３１ 試料台
３１ａ 貫通孔
３２ 気化装置収容部
３３ 液体容器
３４ 加熱部
３４ａ 加熱源
４０ 回収部
４１ 冷却部
４２ 貯水タンク
４３，５０，５１，５２，５３ 配管
４４ 冷却水供給部
４５ 排出部
４６ 回収容器
５４，５５ 逆止弁
５６ ポンプ
６０ リザーバーバッグ
６１ 圧縮機

Claims (8)

1. 試料を収容する容器と、
   前記容器に収容された前記試料に電圧を印加する電圧印加部と、
   前記容器内に設けられ、絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを供給する絶縁ガス供給部と、
   を備え、
   前記絶縁ガス供給部は、
   前記絶縁液体を貯留する液体容器と、
   前記絶縁液体を気化するための加熱部と、
   を備えることを特徴とする電気試験装置。
2. 前記容器内の前記絶縁ガスが液化して生成される絶縁液体を回収する回収部を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気試験装置。
3. 前記回収部は、前記容器から導出された絶縁ガスを冷却して液化させる冷却部を備えることを特徴とする請求項２に記載の電気試験装置。
4. 前記回収部は、回収した前記絶縁液体を前記絶縁ガス供給部に供給することを特徴とする請求項２または３に記載の電気試験装置。
5. 前記絶縁液体の沸点は、前記試料のガラス転移温度以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電気試験装置。
6. 前記絶縁液体はフッ素系液体であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電気試験装置。
7. 試料を収容する容器内で絶縁液体を気化させることで絶縁ガスを生成し、当該絶縁ガスを、前記容器内に供給する第１の工程と、
   前記絶縁ガスの雰囲気中において、前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第２の工程と、
   を有することを特徴とする電気試験方法。
8. 前記絶縁液体はフッ素系液体であることを特徴とする請求項７に記載の電気試験方法。

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