(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を収容する容器と、
前記容器に収容された試料に電圧を印加する電圧印加部と、
絶縁溶液内にバブリング用ガスを導入して気泡を発生させ、前記絶縁溶液に溶存する絶縁成分を前記気泡中に気化させて、前記バブリング用ガスと前記気化した絶縁成分とからなる混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記容器内に充填するバブリング部と、
前記バブリング部に前記バブリング用ガスを供給するガス供給部と、を備えることを特徴とする電気試験装置。
【請求項２】
前記バブリング部が前記容器内に配置され、前記混合ガスが前記容器内に充填されることを特徴とする請求項１に記載の電気試験装置。
【請求項３】
前記バブリング部が前記容器外に配置され、前記混合ガスが配管を介して前記容器内に充填されることを特徴とする請求項１に記載の電気試験装置。
【請求項４】
前記容器内の湿度を検出する湿度検出部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電気試験装置。
【請求項５】
前記絶縁溶液は、フッ素系の液体であり、
前記バブリング用ガスは、絶縁性のガスであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電気試験装置。
【請求項６】
容器内に試料を配置する第１の工程と、
絶縁溶液内にバブリング用ガスを導入して気泡を発生させ、前記絶縁溶液に溶存する絶縁成分を前記気泡中に気化させて、前記バブリング用ガスと前記気化した絶縁成分とからなる混合ガスを前記容器内に充填する第２の工程と、
前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第３の工程と、を備えることを特徴とする電気試験方法。
【請求項７】
前記第２の工程において、前記容器内の湿度を測定し、
前記容器内の湿度が所定の湿度以下となった後、前記第３の工程を開始することを特徴とする請求項６に記載の電気試験方法。
【請求項８】
前記第２の工程において、前記絶縁溶液として、フッ素系の液体を用い、
前記バブリング用ガスとして、絶縁性のガスを用いることを特徴とする請求項６又は７に記載の電気試験方法。
【請求項９】
前記バブリング用ガスとして、窒素ガスを用いることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の電気試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧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。
【背景技術】
【０００２】
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気中放電や表面閃絡が発生するため、試験は、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（例えば特許文献１）。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４０１９７号公報
【特許文献２】特開平３−２４３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳＦ6ガスは、地球温暖化係数が二酸化炭素の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いるため、電気試験の分野でも使用削減が求められている。また、電気試験にＳＦ6ガスを用いる場合は、試験後にＳＦ6ガスを回収する回収設備及びＳＦ6ガスを再利用するための分離設備が必要となり、回収や分離のために試験時間も長大化する。
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（乾燥空気や窒素ガス等）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としては不適である。
【０００５】
一方、容器に絶縁ガスを効率的に充填する手法として、特許文献２には、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２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。
ただし、特許文献２に記載の技術は、絶縁溶液の絶縁成分を気化させて絶縁ガスの絶縁耐力を上げようというものではない。つまり、特許文献２に記載の技術を適用しても、泡に内包される絶縁ガスが主として容器に充填されるだけなので、やはりＳＦ6ガス等の絶縁耐力の高い絶縁ガスを使用する必要がある。また、特許文献２では、泡を電圧充電部側に充気後、一定時間経過後に泡が破れて排液バルブから液状の絶縁媒体を排出することで、タンク内部の空気を泡内部に存在していた絶縁ガスに置換している。従って、電圧充電部側に送られた泡が破れるまで一定時間待たなければならず、更にその後余分な絶縁媒体を排出する作業が電気試験前に必要となる。
【０００６】
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とともに、試験時間を大幅に短縮する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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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試料に電圧を印加する電圧印加部と、
絶縁溶液内にバブリング用ガスを導入して気泡を発生させ、前記絶縁溶液に溶存する絶縁成分を前記気泡中に気化させて、前記バブリング用ガスと前記気化した絶縁成分とからなる混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記容器内に充填するバブリング部と、
前記バブリング部に前記バブリング用ガスを供給するガス供給部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る電気試験方法は、容器内に試料を配置する第１の工程と、
絶縁溶液内にバブリング用ガスを導入して気泡を発生させ、前記絶縁溶液に溶存する絶縁成分を前記気泡中に気化させて、前記バブリング用ガスと前記気化した絶縁成分とからなる混合ガスを前記容器内に充填する第２の工程と、
前記試料に電圧を印加して電気特性を測定する第３の工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、絶縁耐力の高い混合ガスにより容器内が充填されるので、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、混合ガスは地球温暖化係数が大幅に低く、ＳＦ６ガスの場合のガス回収作業のような煩雑な作業が不要となるため、試験時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の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２】第２の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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の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機部品を試料ＴＳとして、商用周波耐電圧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、バブリング部３０、及びガス供給部４０を備える。
【００１３】
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。
収容部１１と蓋部１２は、ゴムパッキン等のシール部材１３を介して密着される。これにより、試験容器１０内のガスが、収容部１１と蓋部１２との接触部から著しく漏れるのを防止できる。
【００１４】
ただし、蓋部１２は、シール部材１３を介して収容部１１に載置されているだけであり、気密に保持するために、ボルトの締め付け等により圧着されているわけではない。つまり、本実施の形態では、敢えて試験容器１０を気密に保持せず、試験容器１０内のガス（後述する混合ガスＩＧ）を収容部１１と蓋部１２の接触部から適度に漏れ出させることで、試験容器１０の外部から水分（湿気）が浸入するのを防ぐようにしている。これにより、試験容器１０内の湿度を安定させている。また、試験容器１０は密閉構造となっていないため、試料ＴＳの取り替え作業が容易化されるので、試験効率が向上する。
なお、本実施の形態における絶縁ガス（混合ガスＩＧ）は、ＳＦ６ガスに比べて地球温暖化係数が低いため、試験容器１０から大気放出させても問題にならないレベルである。
【００１５】
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。
試験容器１０内には、試料ＴＳを載置するための試料台１４が配置される。試料台１４は、例えばステンレス製の板状部材である。試料台１４が接地されることにより、試料台１４に載置された試料ＴＳの埋込金具が接地される。
試料台１４は、後述するバブリング容器３１に載置された状態で固定される。また、バブリング部３０において発生した混合ガスＩＧ（絶縁ガス）が、電圧を印加した際の充電部となる試験容器１０の上部にも充填されるように、試料台１４には多数の貫通孔１４ａが形成される。
【００１６】
現状では、混合ガスＩＧの濃度を精度よく直接的に検出する手法がないが、バブリング用ガスの流量や温度を調整することで、試験容器１０内の混合ガスＩＧの濃度を管理することができる。また、試験容器１０内に、試験容器１０内の湿度を検出する湿度計５０（湿度検出部）を配置することで、安定した環境下で電気試験を行うことができる。
具体的には、試験容器１０内の湿度と絶縁耐力の関係を予め取得しておく。実験的には、空気絶縁の場合に７０〜１００ｋＶで閃絡していたのに対して、混合ガスＩＧを充填して湿度が３％となった状態では１５０ｋＶで閃絡することが確認されている。すなわち、６６／７７ｋＶ用の電機部品についての電気試験であれば、試験容器１０内の湿度が３％以下となった場合に、必要な絶縁耐力を有する程度に混合ガスＩＧが試験容器１０内に充填されていると判断できる。
【００１７】
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。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はシールド電極の一端に接続される。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。
【００１８】
ガス供給部４０は、バブリング部３０にバブリング用ガスを供給するガスボンベである。バブリング用ガスとしては、例えば窒素（Ｎ2）ガス、乾燥空気（窒素：約８０％、酸素：約２０％）、酸素（Ｏ2）ガス、二酸化炭素（ＣＯ2）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、又はヘリウム（Ｈｅ）ガス等の水分（Ｈ2Ｏ）を含まない絶縁性のガスを適用できる。特に、窒素ガスは低コストで入手できるので、電気試験用に大量に使用されるバブリング用ガスとして好適である。
ガス供給部４０は、例えば収容部１１の側壁に形成された貫通孔に挿通されたガス供給管４１を介して、バブリング用ガスを所定の流量でバブリング部３０（バブリング板３２）に供給する。ガス供給管４１及びその先端部（ノズル）は、絶縁溶液ＩＬとして用いられるフッ素系液体で膨潤しない材料で形成される。なお、ガス供給管４１の挿通部にはシール処理が施される。
【００１９】
バブリング部３０は、バブリング容器３１、及びバブリング板３２を有する。
バブリング容器３１には、高い絶縁性を有する絶縁溶液ＩＬが収容される。絶縁溶液ＩＬとしては、例えばフッ素系の液体（例えばフロリナート（登録商標）又はハイドロフルオロエーテル）やシリコーンオイルや合成油等が好適である。特にフロリナート（登録商標）は、フッ素系で化学反応が起き難い不活性液体であり、絶縁耐力が高いため、絶縁溶液ＩＬとしてより好ましい。
【００２０】
バブリング板３２は、例えばステンレス製の板状部材（例えば円板状部材）であり、多孔質構造を有する。バブリング板３２は、例えば錘となる金属を周縁部に取り付けることにより、バブリング容器３１の底部に沈設される。バブリング板３２は、全面に微細な孔（多孔質構造）を有し、バブリング用ガスが送り込まれたときに微細な気泡Ｂを発生する。発生した気泡Ｂが絶縁溶液ＩＬ中を上昇していくときに、絶縁溶液ＩＬに溶存する絶縁成分（例えばフッ素）が気化して気泡Ｂに取り込まれ、絶縁溶液ＩＬの液面で破裂することにより、バブリング用ガスと気化した絶縁成分とからなる混合ガスＩＧが生成され、試験容器１０内に充填される。
【００２１】
このように、電気試験装置１では、バブリング部３０が試験容器１０内に配置され、絶縁溶液ＩＬの液面で気泡Ｂが破裂することにより生成された混合ガスＩＧが試験容器１０内に充填される。
これにより、バブリング部３０を試験容器１０の外部に設置した場合（図２参照）に比較して、電気試験装置１の小型化を図ることができるとともに、試験容器１０内に混合ガスＩＧを効率よく充填することができる。
【００２２】
電気試験装置１を用いて商用周波耐電圧試験を行う場合、バブリング部３０、試料台１４を配置しておいた試験容器１０内に試料ＴＳを配置する（第１の工程）。また、試料ＴＳに試験用リード線ＴＬを接続し、試験容器１０の蓋部１２を閉める。このとき、試験容器１０内は空気で充填されている。
【００２３】
次に、バブリング部３０を作動させて、試験容器１０内に混合ガスＩＧを充填させる（第２の工程）。具体的には、ガス供給部４０のバルブを開けて、バブリング部３０にバブリング用ガス（例えば窒素ガス）を供給する。このとき、バブリング用ガスの流量及び温度は適宜に調整される。
バブリング用ガスがバブリング板３２を介して絶縁溶液ＩＬ内に導入されることにより、絶縁溶液ＩＬ内に無数の気泡Ｂが生じる。この気泡Ｂが絶縁溶液ＩＬ中を上昇していくときに、絶縁溶液ＩＬに溶存する絶縁成分（例えばフッ素）が気化して気泡Ｂに取り込まれる。そして、絶縁溶液ＩＬの液面で気泡Ｂが破裂し、バブリング用ガス（例えば窒素ガス）と気化した絶縁成分（例えばフッ素）からなる混合ガスＩＧが試験容器１０内に充填される。
【００２４】
このとき、バブリング用ガスの温度は、バブリング用ガスを絶縁溶液ＩＬ内に導入した際に、絶縁溶液ＩＬを気化させるのに必要な温度で管理するのが好ましい。この温度は、ガス供給部４０であるガスボンベ内のバブリング用ガスの充填量、ガス供給部４０（ガスボンベ）からバブリング部３０（バブリング板３２）に供給されるバブリング用ガスの流量、及び大気中の気温によって適宜調整される。
【００２５】
試験容器１０内に混合ガスＩＧが充填されるに従って、試験容器１０内に当初充填されていた空気は収容部１１と蓋部１２の隙間から排気され、混合ガスＩＧと置換される。混合ガスＩＧは水分を含まないので、混合ガスＩＧの充填率に応じて試験容器１０内の湿度は低下することとなる。湿度計５０（湿度検出部）の検出結果が所定の湿度以下（例えば３％以下）となった場合に、電気試験に必要な絶縁耐力を有する程度に混合ガスＩＧが充填されたと判断する。
試験容器１０内が絶縁耐力の高い混合ガスＩＧで充填されたことを早期に知得できるので、試験時間を短縮することができる。
【００２６】
この時点でバブリングを停止させると、収容部１１と蓋部１２の隙間から混合ガスＩＧが漏れ出し、絶縁耐力が低下する虞がある。そのため、湿度計５０（湿度検出部）の検出結果が所定の湿度以下となった後も、バブリングを継続させる。なお、試験容器１０内の絶縁耐力が保持されればよいので、混合ガスＩＧの充填時よりもバブリング用ガスの流量を少量としてもよい。
【００２７】
本実施の形態では、敢えて試験容器１０を気密に保持せず、試験容器１０内の混合ガスＩＧを収容部１１と蓋部１２の接触部から適度に漏れ出させることで、試験容器１０の外部から水分（湿気）が浸入するのを防ぐようにしている。これにより、試験容器１０内の湿度を安定させている。また、混合ガスＩＧは、ＳＦ６ガスに比べて地球温暖化係数が低く、大気放出させても問題にならないレベルであり、試験容器１０を密閉構造にする必要がないため、試料ＴＳの取り替え作業が容易化される。
【００２８】
具体的には、蓋部１２を収容部１１に気密に固定する場合には、複数のボルトが必要で、電圧を印加する試料ＴＳを交換するたびに、複数のボルトの取り付け・取り外し作業が必要となり、所定の作業時間を要する。しかし、本実施の形態のように、蓋部１２を収容部１１に載置しているだけの場合は、蓋部１２の開閉作業のみで済むため、気密に固定するための複数のボルトの取り付け・取り外し作業が不要となる。また、気密に固定しないので、蓋部１２を軽量な材料で形成することができ、蓋部１２の開閉作業自体も簡易に行うことができる。よって、試験時間を大幅に短縮することができる。
【００２９】
そして、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３の工程）。試験容器１０内は、絶縁耐力の高い混合ガスＩＧによって充填されているので、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。
【００３０】
このように、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、絶縁溶液ＩＬ内にバブリング用ガスを導入して気泡Ｂを発生させ、絶縁溶液ＩＬに溶存する絶縁成分を気泡Ｂ中に気化させて、バブリング用ガスと気化した絶縁成分とからなる混合ガスＩＧを試験容器１０内に充填するバブリング部３０と、バブリング部３０にバブリング用ガスを供給するガス供給部４０と、を備える。
【００３１】
また、電気試験装置１を用いた電気試験方法は、試験容器１０内に試料ＴＳを配置する第１の工程と、絶縁溶液ＩＬ内にバブリング用ガスを導入して気泡Ｂを発生させ、絶縁溶液ＩＬに溶存する絶縁成分を気泡Ｂ中に気化させて、バブリング用ガスと気化した絶縁成分とからなる混合ガスＩＧを試験容器１０内に充填する第２の工程と、試料ＴＳに電圧を印加して電気特性を測定する第３の工程と、を備える。
【００３２】
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、絶縁耐力の高い混合ガスＩＧにより試験容器１０内が充填されるので、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。したがって、環境にやさしく、地球温暖化を防止するために極めて有用な電気試験装置および電気試験方法である。
【００３３】
また、混合ガスＩＧは地球温暖化係数が大幅に低く、ＳＦ６ガスの場合のガス回収作業のような煩雑な作業が不要となるため、試験時間を大幅に短縮することができる。
従来は、約７００リットルの試験容器１０にＳＦ6ガスを充填して電気試験を行う場合、ＳＦ6ガスの充填に約１０分、試験後のＳＦ6ガスの回収に約１５分を要していた。これに対して、本実施の形態では、充填時間はＳＦ６ガスの場合と比較して約１／１０〜１／５で済み、試験後の回収時間も不要となるため、試験時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図２は、第２の実施の形態に係る電気試験装置２の概略構成を示す図である。図２において、第１の実施の形態と同一又は対応する構成要素については、同一の符号を付して示し、詳細な説明については省略する。
【００３５】
図２に示すように、電気試験装置２においては、バブリング部３０が試験容器１０の外部に設置される。すなわち、バブリング部３０が試験容器１０外に配置され、絶縁溶液ＩＬの液面で気泡Ｂが破裂することにより生成された混合ガスＩＧが配管３３を介して試験容器１０に供給され、充填される。
これにより、バブリング部３０を試験容器１０内に設置した場合（第１の実施の形態参照）に比較して、絶縁溶液ＩＬの補充／交換を容易に行うことができるので、特に、続けて多数の試料ＴＳの電気試験を行う場合は、作業効率が向上する。
【００３６】
また、第１の実施の形態と同様に、電気試験装置２及びこれを用いた電気試験方法によれば、絶縁耐力の高い混合ガスＩＧにより試験容器１０内が充填されるので、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。したがって、環境にやさしく、地球温暖化を防止するために極めて有用な電気試験装置および電気試験方法である。
また、混合ガスＩＧは地球温暖化係数が大幅に低く、ＳＦ６ガスの場合のガス回収作業のような煩雑な作業が不要となるため、試験時間を大幅に短縮することができる。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、バブリング板３２は絶縁溶液ＩＬ中に浸漬されていればよいので、バブリング容器３１内にバブリング板３２を複数枚平行に立設させてもよい。また、バブリング部３０を複数設置するようにしてもよい。これにより、効率良く混合ガスＩＧを試験容器１０内に供給することができ、ひいては混合ガスＩＧの充填時間を短縮することができる。
また、試験用リード線ＴＬに複数の試料ＴＳを接続して、複数の試料ＴＳについて同時に電気試験を行うことができるようにしてもよい。
【００３８】
また、試験容器１０を気密に保持できる構成としてもよい。これにより、試験容器１０内の圧力を高くすることができるので、混合ガスＩＧの絶縁耐力をさらに向上させることができる。この場合、試験容器１０内が混合ガスＩＧで充填されるまでは空気を排気させる必要があるので、試験容器１０には排気バルブが設けられる。また、混合ガスＩＧが充填された後は、バブリングは停止される。よって、バブリング用ガスの消費量をより低減することができる。
【００３９】
また、試験容器１０内に湿度計５０（湿度検出部）を設けずに、試験容器１０の容積とバブリング効率（バブリング用ガスの流量とバブリング時間等）から混合ガスＩＧが十分に充填されたか否かを判断するようにしてもよい。
【００４０】
本発明は、実施の形態で示した商用周波耐電圧試験の他、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特性を測定するための電気試験に適用することができる。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４２】
１、２  電気試験装置
１０  試験容器
１１  収容部
１２  蓋部
１３  シール部材
１４  試料台
２０  電圧印加部
３０  バブリング部
３１  バブリング容器
３２  バブリング板
３３  配管
４０  ガス供給部
４１  ガス供給管
５０  湿度計（湿度検出部）
ＴＬ  試験用リード線
ＴＳ  試料
ＩＧ  混合ガス（絶縁ガス）
ＩＬ  絶縁溶液
Ｂ  気泡
【図１】
0005539420.tif 000002
【図２】
0005539420.tif 000003