(57)【要約】【課題】被測定物の発熱量により被測定物の絶縁寿命を確実に判定することができる絶縁寿命評価装置を提供する。【解決手段】絶縁媒体３が充填され、被測定物８を設置する断熱容器１と、断熱容器１内で被測定物８に所定の周波数および所定の電圧値の高電圧を印加する高電圧発生部２と、断熱容器１内で絶縁媒体３の温度を測定する熱電対温度計９と、熱電対温度計９で測定した温度データから被測定物８に所定の高電圧が印加された被測定物８の発熱量を導出し、この発熱量を基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を判定する解析装置４とを備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する工程と、
上記被測定物の発熱による絶縁媒体の温度変化を測定する工程と、
上記絶縁媒体の温度変化から上記被測定物の発熱量を導出し、上記被測定物の発熱量を、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、絶縁破壊時間を判定する工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項２】
上記基準測定物に対して周波数および電圧値が決定された高電圧を印加する工程と、
上記基準測定物の発熱量を測定する工程と、上記基準測定物の絶縁破壊に至るまでの絶縁破壊時間を測定する工程とを、複数値の上記高電圧に対して行い、上記基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す上記絶縁寿命推定曲線を作成することを特徴とする請求項１に記載の絶縁寿命評価方法。
【請求項３】
被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加する工程と、
上記被測定物にＸ線を照射する工程と、
上記高電圧が印加され且つ上記Ｘ線が照射された被測定物の発熱による上記被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定する工程と、
上記絶縁媒体の温度変化から上記被測定物の発熱量を算出する工程と、
上記算出された被測定物の発熱量を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、上記被測定物の絶縁寿命を求める工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項４】
被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加するＳｄ１工程と、
一定時間待った後に、上記高電圧が印加された被測定物の発熱による上記被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｄ３ｂ工程と、
上記絶縁媒体の温度変化から上記被測定物の発熱量を算出するＳｄ４工程と、
上記絶縁媒体の温度変化に基づき上記絶縁媒体を冷却するＳｄ５工程と、
上記Ｓｄ３ｂからＳｄ５までの工程を複数回繰返すＳｄ６工程と、
上記算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、上記被測定物の絶縁寿命を求めるＳｄ７工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項５】
被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加するＳｄ１工程と、
上記被測定物にＸ線を照射するＳｄ２工程と、
一定時間待った後に、上記高電圧が印加され且つ上記Ｘ線が照射された被測定物の発熱による上記被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｄ３工程と、
上記絶縁媒体の温度変化から上記被測定物の発熱量を算出するＳｄ４工程と、
上記絶縁媒体の温度変化に基づき上記絶縁媒体を冷却するＳｄ５工程と、
上記Ｓｄ３からＳｄ５までの工程を複数回繰返すＳｄ６工程と、
上記算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、上記被測定物の絶縁寿命を求めるＳｄ７工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項６】
被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加するＳｅ１工程と、
一定時間待った後に、上記高電圧が印加された被測定物の発熱による上記被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｅ３ｂ工程と、
上記絶縁媒体の温度変化に基づき上記絶縁媒体を冷却するＳｅ４工程と、
上記絶縁媒体の冷却に必要なエネルギーから上記被測定物の発熱量を算出するＳｅ５工程と、
上記Ｓｅ３ｂからＳｅ５までの工程を複数回繰返すＳｅ６工程と、
上記算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、上記被測定物の絶縁寿命を求めるＳｅ７工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項７】
被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加するＳｅ１工程と、
上記被測定物にＸ線を照射するＳｅ２工程と、
一定時間待った後に、上記高電圧が印加され且つ上記Ｘ線が照射された被測定物の発熱による上記被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｅ３工程と、
上記絶縁媒体の温度変化に基づき上記絶縁媒体を冷却するＳｅ４工程と、
上記絶縁媒体の冷却に必要なエネルギーから上記被測定物の発熱量を算出するＳｅ５工程と、
上記Ｓｅ３からＳｅ５までの工程を複数回繰返すＳｅ６工程と、
上記算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、上記被測定物の絶縁寿命を求めるＳｅ７工程と、を備えた絶縁寿命評価方法。
【請求項８】
上記周波数および上記電圧値の少なくとも１つを通常の値より高くした高電圧を上記被測定物に印加することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の絶縁寿命評価方法。
【請求項９】
絶縁媒体が充填されており且つ被測定物を設置する断熱容器と、上記断熱容器内にて上記被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する高電圧発生部と、上記断熱容器内にて上記絶縁媒体の温度を測定する測定部と、上記測定部にて測定した温度データから上記被測定物に上記所定の周波数および大きさが決定された高電圧を印加した際の上記被測定物の発熱量を導出し、上記発熱量を、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を判定する解析装置と、を備えた絶縁寿命評価装置。
【請求項１０】
被測定物が設置される断熱容器と、上記断熱容器内に設置された上記被測定物に高電圧を印加する高電圧発生部と、上記被測定物にＸ線を照射するＸ線照射装置と、上記断熱容器内に充填され且つ上記被測定物の発熱により温度が上昇する絶縁媒体と、上記絶縁媒体の温度変化を測定する温度検出器と、上記温度検出器の温度データに基づき、上記被測定物の発熱量を算出するとともに、上記発熱量を、予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を推定する解析装置と、上記被測定物の接地線における上記断熱容器の外部にある部分に設けられた電流検出器と、を備えている絶縁寿命評価装置。
【請求項１１】
上記Ｘ線照射装置が、その照射面に、上記照射するＸ線を絞る孔を有する遮蔽体を設置しており、上記Ｘ線絞り孔の位置を、上記被測定物の被照射面と平行な方向に移動できるようになっていることを特徴とする請求項１０に記載の絶縁寿命評価装置。
【請求項１２】
上記Ｘ線照射装置と接続しているＸ線照射制御部を備えており、上記Ｘ線照射制御部が、上記電流検出器で検出した部分放電電流の信号を一定時間累積して求めた部分放電回数のデータに基づき、上記Ｘ線照射装置のＸ線照射強度を制御することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の絶縁寿命評価装置。
【請求項１３】
上記Ｘ線照射制御部が、上記部分放電回数のデータを、予め取得しておいた印加電圧と部分放電回数の基準値と比較することにより、上記Ｘ線照射装置のＸ線照射強度を制御することを特徴とする請求項１２に記載の絶縁寿命評価装置。
【請求項１４】
上記断熱容器内に、上記断熱容器の側壁の内周面に接して冷却装置が設置されており、上記解析装置が、上記冷却装置による上記絶縁媒体の冷却も制御する機能も有していることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載の絶縁寿命評価装置。
【請求項１５】
絶縁媒体が充填されており且つ被測定物を設置する断熱容器と、上記断熱容器内にて上記被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する高電圧発生部と、上記断熱容器内にて上記絶縁媒体の温度を測定する測定部と、上記断熱容器内に、上記断熱容器の側壁の内周面に接して設置されている冷却装置と、上記冷却装置の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部と、上記冷却装置による上記絶縁媒体の冷却を制御するとともに、上記駆動エネルギーから上記被測定物の発熱量を算出して上記発熱量を基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を判定する解析装置と、を備えた絶縁寿命評価装置。
【請求項１６】
被測定物が設置される断熱容器と、上記断熱容器内に設置された上記被測定物に高電圧を印加する高電圧発生部と、上記被測定物にＸ線を照射するＸ線照射装置と、上記断熱容器内に充填され且つ上記被測定物の発熱により温度が上昇する絶縁媒体と、上記絶縁媒体の温度変化を測定する温度検出器と、上記断熱容器内に、上記断熱容器の側壁の内周面に接して設置されている冷却装置と、上記冷却装置の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部と、上記冷却装置による上記絶縁媒体の冷却を制御するとともに、上記駆動エネルギーから上記被測定物の発熱量を算出して上記発熱量を予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を推定する解析装置と、上記被測定物の接地線における上記断熱容器の外部にある部分に設けられた電流検出器と、を備えている絶縁寿命評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被測定物の絶縁寿命を評価する絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置に関し、特に、電力機器、特にパワーモジュール等の高電圧機器の絶縁寿命を確実に評価できるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気エネルギーの効率的利用のための電力機器としてパワーモジュールの需要が高まっている。このパワーモジュールには電極部に高電圧が印加されるため、高い絶縁信頼性が要求される。しかし、製造過程や駆動時の発熱の影響等により絶縁欠陥が発生する場合がある。このような絶縁欠陥は、高電圧印加状態での部分放電やリーク電流を測定することによって検出することができる。しかし、絶縁寿命を評価することはできない。
【０００３】
従来の電気機器等の内部絶縁欠陥の検出方法および検出装置としては、欠陥により生じる発熱の熱流を利用した方法および装置がある。これは、被測定物の発熱で生じる熱流の周波数成分を熱伝導率センサーによって測定する。そして、測定した発熱による熱流の発生累積回数によって、内部絶縁欠陥の有無を判定する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２２１８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置は、部分放電により発生する熱流の周波数成分を測定し発熱の有無を検出できるが、絶縁寿命の原因となる発熱を定量的に検出できないため絶縁寿命を評価することができないという問題点があった。
【０００６】
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あり、パワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命を評価する絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の絶縁寿命評価方法は、被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する工程と、被測定物の発熱による絶縁媒体の温度変化を測定する工程と、絶縁媒体の温度変化から被測定物の発熱量を導出し、被測定物の発熱量を、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、絶縁破壊時間を判定する工程と、を備えたものである。
【０００８】
この発明の第２の絶縁寿命評価方法は、被測定物に対して所定の周波数と電圧値とに制御された高電圧を印加する工程と、被測定物にＸ線を照射する工程と、高電圧が印加され且つＸ線が照射された被測定物の発熱による被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定する工程と、絶縁媒体の温度変化から被測定物の発熱量を算出する工程と、算出された被測定物の発熱量を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、被測定物の絶縁寿命を求める工程とを備えたものである。
【０００９】
この発明の第３の絶縁寿命評価方法は、一定時間待った後に、高電圧が印加された被測定物の発熱による被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｄ３ｂ工程と、絶縁媒体の温度変化から被測定物の発熱量を算出するＳｄ４工程と、絶縁媒体の温度変化に基づき絶縁媒体を冷却するＳｄ５工程と、Ｓｄ３ｂからＳｄ５までの工程を複数回繰返すＳｄ６工程と、算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、被測定物の絶縁寿命を求めるＳｄ７工程とを備えたものである。
【００１０】
この発明の第４の絶縁寿命評価方法は、一定時間待った後に、高電圧が印加され且つＸ線が照射された被測定物の発熱による被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｄ３工程と、絶縁媒体の温度変化から被測定物の発熱量を算出するＳｄ４工程と、絶縁媒体の温度変化に基づき絶縁媒体を冷却するＳｄ５工程と、Ｓｄ３からＳｄ５までの工程を複数回繰返すＳｄ６工程と、算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、被測定物の絶縁寿命を求めるＳｄ７工程とを備えたものである。
【００１１】
この発明の第５の絶縁寿命評価方法は、一定時間待った後に、高電圧が印加された被測定物の発熱による被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｅ３ｂ工程と、絶縁媒体の温度変化に基づき絶縁媒体を冷却するＳｅ４工程と、絶縁媒体の冷却に必要なエネルギーから被測定物の発熱量を算出するＳｅ５工程と、Ｓｅ３ｂからＳｅ５までの工程を複数回繰返すＳｅ６工程と、算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、被測定物の絶縁寿命を求めるＳｅ７工程とを備えたものである。
【００１２】
この発明の第６の絶縁寿命評価方法は、一定時間待った後に、高電圧が印加され且つＸ線が照射された被測定物の発熱による被測定物の周囲にある絶縁媒体の温度変化を測定するＳｅ３工程と、絶縁媒体の温度変化に基づき絶縁媒体を冷却するＳｅ４工程と、絶縁媒体の冷却に必要なエネルギーから被測定物の発熱量を算出するＳｅ５工程と、Ｓｅ３からＳｅ５までの工程を複数回繰返すＳｅ６工程と、算出された被測定物の発熱量の合計を、基準測定物における発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して、被測定物の絶縁寿命を求めるＳｅ７工程とを備えたものである。
【００１３】
この発明の第１の絶縁寿命評価装置は、絶縁媒体が充填されており且つ被測定物を設置する断熱容器と、断熱容器内にて被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する高電圧発生部と、断熱容器内にて絶縁媒体の温度を測定する測定部と、測定部にて測定した温度データから被測定物に所定の周波数および大きさが決定された高電圧を印加した際の被測定物の発熱量を導出し、発熱量を、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を判定する解析装置とを備えたものである。
【００１４】
この発明の第２の絶縁寿命評価装置は、被測定物が設置される断熱容器と、断熱容器内に設置された被測定物に高電圧を印加する高電圧発生部と、被測定物にＸ線を照射するＸ線照射装置と、断熱容器内に充填され且つ被測定物の発熱により温度が上昇する絶縁媒体と、絶縁媒体の温度変化を測定する温度検出器と、温度検出器の温度データに基づき、被測定物の発熱量を算出するとともに、発熱量を、予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を推定する解析装置と、被測定物の接地線における断熱容器の外部にある部分に設けられた電流検出器とを備えたものである。
【００１５】
この発明の第３の絶縁寿命評価装置は、絶縁媒体が充填されており且つ被測定物を設置する断熱容器と、断熱容器内にて被測定物に対して所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する高電圧発生部と、断熱容器内にて絶縁媒体の温度を測定する測定部と、断熱容器内に、断熱容器の側壁の内周面に接して設置されている冷却装置と、冷却装置の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部と、冷却装置による絶縁媒体の冷却を制御するとともに、駆動エネルギーから被測定物の発熱量を算出して発熱量を基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を判定する解析装置とを備えたものである。
【００１６】
この発明の第４の絶縁寿命評価装置は、被測定物が設置される断熱容器と、断熱容器内に設置された被測定物に高電圧を印加する高電圧発生部と、被測定物にＸ線を照射するＸ線照射装置と、断熱容器内に充填され且つ被測定物の発熱により温度が上昇する絶縁媒体と、絶縁媒体の温度変化を測定する温度検出器と、断熱容器内に、断熱容器の側壁の内周面に接して設置されている冷却装置と、冷却装置の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部と、冷却装置による絶縁媒体の冷却を制御するとともに、駆動エネルギーから被測定物の発熱量を算出して発熱量を予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を推定する解析装置と、被測定物の接地線における断熱容器の外部にある部分に設けられた電流検出器とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置は、上記のように行われ構成されているため、被測定物の発熱量により被測定物の絶縁寿命を確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる被測定物の絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図２】図１における絶縁寿命評価装置の絶縁寿命評価方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における発熱量と絶縁破壊時間との相関の絶縁寿命推定曲線を示した模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１における、被測定物に通常値の電圧を印加した場合（ａ）と通常値より高い電圧を印加した場合（ｂ）との部分放電の発生状態を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１における被測定物に商用周波数の電圧を印加した場合（ａ）と商用周波数より高い周波数の電圧を印加した場合（ｂ）との部分放電の発生状態を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法で用いられる絶縁寿命推定曲線を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置において、基準サンプルにＸ線を照射しない場合（ａ）と基準サンプルにＸ線を照射した場合（ｂ）との絶縁寿命推定曲線のばらつきを示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係わる絶縁寿命評価装置のＸ線照射制御部の動作を説明するフローチャートの図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態５に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
【図１５】絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法において、断熱容器内の絶縁媒体の温度と断熱容器の外部温度との差が大きい場合の問題点を説明する図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
【図１７】本発明の実施の形態６に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態に係る電力機器等の絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係わる被測定物の絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図２は、図１における絶縁寿命評価装置の絶縁寿命評価方法を示すフローチャートである。
【００２０】
図１において、本実施の形態の絶縁寿命評価装置５０は、絶縁媒体３が充填され、被測定物８が設置される断熱容器１と、断熱容器１内に設置された被測定物８に高電圧を印加する高電圧発生部２と、断熱容器１内に配置された被測定物８の発熱による絶縁媒体３の温度上昇を測定する熱電対温度計９と、この熱電対温度計９の温度データの出力の経時変化を記録するデータロガー６と、データロガー６に記録された熱電対温度計９の温度データに基づき、被測定物８の発熱量を解析して、予め基準測定物にて取得しておいた発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線との比較により絶縁寿命を判定する解析部としての解析装置４と、断熱容器１の外部で、被測定物８の接地線に設けられた電流検出器７と、この電流検出器７の出力をモニターしかつ解析装置４に接続されたオシロスコープ５とを備えている。
【００２１】
高電圧発生部２は、高電圧を発生する高電圧電源２ａと、この高電圧電源２ａが発生する電圧値と周波数とを制御する電圧制御部２ｂとを備え、所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を被測定物８に印加できるものである。
熱電対温度計９は、絶縁媒体３の温度上昇を測定して被測定物８の温度を測定する測定部である。電流検出器７は、被測定物８に発生した部分放電を検出する検出部である。
被測定物８とは、高電圧が印加されるパワーモジュール等の電力機器が想定される。
熱電対温度計９は、温度識別するための測定部の一例であり、これに限られることは無く、温度を識別することができるものであれば他の種類のものでもよく、断熱容器１の内側と外側との熱流入出が問題とならず、断熱状態を維持することができるものであればよい。
また、絶縁媒体３は、断熱容器１内の絶縁を維持したままで、被測定物８の発熱による温度変化を熱電対温度計９に伝えることができる液体または気体または固体を用いる。
【００２２】
上記のように構成された実施の形態１の絶縁寿命評価装置５０の動作について説明する。
まず、絶縁媒体３が充填された断熱容器１内に被測定物８を設置する。
次に、電圧制御部２ｂで所定の大きさと周波数とに制御された高電圧を高電圧電源２ａによって発生させ、被測定物８に所定の周波数および大きさが決定された高電圧を印加する。
そして、熱電対温度計９は、高電圧が印加されている被測定物８の発熱による絶縁媒体３の温度上昇を測定する。そして、この温度データをデータロガー６に供給して保存する。
そして、解析装置４はデータロガー６に保存された温度データから被測定物８の発熱量を導出する。そして、解析装置４は、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線から、測定した被測定物８の発熱量に対する絶縁破壊時間を判定する。
【００２３】
次に、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線について説明する。
図３は、本発明の実施の形態１における発熱量と絶縁破壊時間との相関の絶縁寿命推定曲線を示した模式図である。
この絶縁寿命推定曲線は、被測定物の基準サンプルとなる基準測定物を準備し、この基準測定物に対して、絶縁破壊に至るまでの電圧印加時間（以下、「絶縁破壊時間」とする）と発熱量との関係を取得する。
尚、基準測定物は、その後の使用状態において不具合が発生しないことが確認できたものを選択し、発熱量と絶縁破壊時間との関係を取得し絶縁寿命推定曲線を得ることができる。または、被測定物と同様のものを基準測定物として例えば１００個用意し、発熱量と絶縁破壊時間との関係をそれぞれ取得し、ワイブル分布などの統計処理から絶縁寿命推定曲線を得ることができる。または、被測定物の材料の特性や構造パラメータを用いて、理論的に算出される、絶縁破壊時間と発熱量との関係を基準測定物の絶縁寿命推定曲線としてもよい。
【００２４】
次に、基準測定物の絶縁破壊時間と発熱量との関係の取得についての具体例について、図１を交えて説明する。
まず、基準測定物を被測定物と同様に、絶縁媒体３が充填された断熱容器１内に設定する。次に、電圧制御部２ｂで所定の電圧値と所定の周波数とに制御された高電圧を高電圧電源２ａによって発生させ、基準測定物に周波数および電圧値が決定された高電圧を印加する。そして、熱電対温度計９は、高電圧が印加されている基準測定物の発熱による絶縁媒体３の温度上昇を測定する。そして、この温度データをデータロガー６に供給して保存する。
次に、解析装置４は、基準測定物の絶縁破壊に至るまでの絶縁破壊時間を測定する。尚、この基準測定物の絶縁破壊は、基準測定物が短絡することにより判断することができる。
【００２５】
次に、解析装置４はデータロガー６に保存された温度データから基準測定物の発熱量を導出する。そして、このような測定を複数値の周波数および電圧値が決定された高電圧に対して行う。
そして、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線を図３に示すように作成する。尚、基準測定物に対する発熱量とは、絶縁破壊時間までの、ある単位時間あたりの発熱量でもよいし、電流検出器７によって測定した部分放電の発生回数を用いて、部分放電１回あたりまたは任意の部分放電の回数あたりの発熱量としてもよい。
【００２６】
次に、被測定物の絶縁寿命評価方法について図１および図２に基づいて説明する。
Ｒ１ステップでは、高電圧電源２ａにより被測定物８に所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を印加する。
次のＲ２ステップでは、熱電対温度計９により被測定物８の発熱による絶縁媒体３の温度変化を測定しデータロガー６に保存する。
次のＲ３ステップでは、熱電対温度計９の測定結果に基づいて、解析装置４は、被測定物８の発熱量を導出し、図３に示すような、予め取得しておいた発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較し、絶縁寿命を判定する。
【００２７】
ここで、被測定物８の発熱量は、ある単位時間あたりの発熱量でもよいし、電流検出器７によって測定した部分放電の発生回数を用いて、部分放電１回あたりまたは任意の部分放電の回数あたりの発熱量としてもよい。尚、この測定に関することは、基準測定物に対する発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線においても同様に設定されているものである。
【００２８】
また、ここでいう、被測定物８に所定の高電圧の電圧値と周波数とは、被測定物８の実機運転状態の値を設定することが考えられる。また、加速試験を実施するために、発熱量を大きくして評価時間を短くすることが考えられる。よって、絶縁寿命評価に必要となる値が所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧として設定されるものである。
被測定物８の温度上昇は、被測定物８で発生した部分放電によるものである。そして、その被測定物８の温度上昇にともない絶縁媒体３の温度が上がることになる。そして、解析装置４によって被測定物８の発熱量が検出される。
【００２９】
ここで、印加電圧と部分放電との関係について説明する。
図４は、本発明の実施の形態１における、被測定物に通常値の電圧を印加した場合（ａ）と通常値より高い電圧を印加した場合（ｂ）との部分放電の発生状態を示す模式図である。
図４において、ｗは印加電圧波形を示し、ｄは部分放電信号を示し、Ｅは電圧を示し、ｔは時間を示している。被測定物に印加する通常値の電圧としては、例えば、被試験体の実機駆動時の電圧値が挙げられる。
図４に示すように印加電圧値を大きくする（図４（ａ）より図４（ｂ）が印加電圧値が大きい）と、１サイクルあたりの部分放電回数、すなわち、単位時間あたりの部分放電回数が増加する。
【００３０】
図５は、本発明の実施の形態１における被測定物に商用周波数の電圧を印加した場合（ａ）と商用周波数より高い周波数の電圧を印加した場合（ｂ）との部分放電の発生状態を示す模式図である。
図５において、ｗは印加電圧波形を示し、ｄは部分放電信号を示し、Ｅは電圧を示し、ｔは時間を示している。商用周波数は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚであり、商用周波数より高い周波数としては、例えば１００ｋＨｚが挙げられる。
図５に示すように、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用周波（図５（ａ））よりも大きな１００ｋＨｚの高周波（図５（ｂ））の電圧を印加することにより、単位時間あたりの電圧印加回数を増やし、部分放電の発生回数を増やすことができる。
【００３１】
さらに、これらを組み合わせて、印加電圧値の大きさと周波数の両方を制御することにより、部分放電の発生回数を増やすこともできる。
したがって、部分放電の発生回数を増加させることで被測定物８の発熱量を大きくすることができ、被測定物８の温度上昇を検出しやすくすることができる。よって、このことを考慮に入れて、所定の周波数および所定の電圧値が決定された高電圧を設定することが可能となる。
【００３２】
上記のように構成された実施の形態１の絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置５０によれば、被測定物に高電圧を印加したときの、絶縁寿命の原因となる被測定物の発熱量を断熱状態によって定量的に評価することができる。
よって、予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線から、パワーモジュール等の電力機器である被測定物の絶縁寿命を評価することが可能となる。そして、開発段階で絶縁寿命を延ばすための対応策を講じること、また、製品検査では絶縁欠陥により必要な絶縁寿命を満たさないものを検出し不良と判定することができる。
よって、パワーモジュール等の電力機器である被測定物の絶縁信頼性を向上させることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図６に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００は、被測定物８が設置される断熱容器１ａと、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に高電圧を印加する高電圧発生部２と、被測定物８にＸ線１１を照射するＸ線照射装置１０と、Ｘ線が透過する部分である断熱容器１ａの蓋１２と、断熱容器１ａ内に充填され且つ被測定物８の発熱により温度が上昇する絶縁媒体３と、絶縁媒体３の温度上昇を測定する熱電対温度計９と、熱電対温度計９の温度データの出力の経時変化を記録するデータロガー６と、データロガー６に記録された熱電対温度計９の温度データに基づき、被測定物８の発熱量を算出するとともに、この発熱量を、予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線と比較して絶縁寿命を推定する解析装置４と、被測定物８の接地線２０における断熱容器１ａの外部にある部分に設けられた電流検出器７と、電流検出器７の出力をモニターするとともに、解析装置４と接続しているオシロスコープ５と、を備えている。
【００３４】
高電圧発生部２は、高電圧を発生する高電圧電源２ａと、この高電圧電源２ａが発生する電圧と周波数とを制御する電圧制御部２ｂとを備え、所定の周波数と電圧値とに決定された高電圧を被測定物８に印加するものである。
断熱容器の蓋１２は、透過するＸ線の減衰が少ないもので構成されている。Ｘ線照射装置１０は、放射したＸ線が、断熱容器の蓋１２を透過して断熱容器１ａ内の被測定物８に照射されるように配設されている。すなわち、Ｘ線照射装置１０の照射面１０ａが、断熱容器の蓋面１２ａと対向するように配置されている。
【００３５】
本実施の形態では、絶縁媒体３の温度上昇を測定する温度検出器として、熱電対温度計９を例示しているが、その他の種類の温度検出器であっても良い。特に、温度検出器には、断熱容器１ａの内側と外側との熱流入出が問題とならず、断熱状態を維持することができるものを用いることが望ましい。
絶縁媒体３には、断熱容器１ａ内の絶縁を維持したままで被測定物８の発熱による温度変化を熱電対温度計９に伝えることができる、液体または気体または固体を用いることが望ましい。
【００３６】
解析装置４は、基準データ保持部（図示せず）と解析部（図示せず）とを備えている。基準データ保持部は、予め取得した、被測定物の基準サンプルの、発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線を保持する部分である。解析部は、データロガー６に保存された温度データから被測定物８の発熱量を算出するとともに、この発熱量を予め基準データ保持部に保持された絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を推定して求める部分である。
電流検出器７は、被測定物８に発生した部分放電を検出する検出部であり、部分放電をモニターするオシロスコープ５を介して解析装置４と電気的に接続している。
被測定物８としては、高電圧が印加される電力機器としての、例えばパワーモジュール等が想定される。
【００３７】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００の動作について説明する。
まず、高電圧発生部２が、高電圧電源２ａで発生する、電圧制御部２ｂで電圧値と周波数とが制御された高電圧を、絶縁媒体３を充填した断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に、印加する。
併せて、Ｘ線照射装置１０が、Ｘ線１１を発生し、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８へ、Ｘ線１１を照射する。
【００３８】
次に、熱電対温度計９が、Ｘ線１１が照射されるとともに高電圧が印加された被測定物８の部分放電による発熱に起因する、絶縁媒体３の温度上昇を測定し、この温度データをデータロガー６に供給し、データロガー６が温度データを保存する。
また、電流検出器７が、被測定物８で生じた部分放電による電流信号を測定し、この電流信号をオシロスコープ５と解析装置４とに供給する。
次に、解析装置４が、データロガー６に保存された温度データから被測定物８の発熱量を、解析部で算出するとともに、この発熱量を予め基準データ保持部に保持された絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を解析部で推定して求める。
【００３９】
図７は、本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
図７に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価方法は、以下に示す各工程を順次行うことにより行われる。
Ｓ１工程では、高電圧電源２ａで、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に、所定の電圧値と周波数との高電圧を印加する。
Ｓ２工程では、Ｘ線照射装置１０で、高電圧が印加された被測定物８にＸ線１１を照射する。
【００４０】
Ｓ３工程では、熱電対温度計９で、高電圧が印加され且つＸ線１１が照射された被測定物８の部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度変化を測定し、この温度データをデータロガー６に保存する。
Ｓ４工程では、解析装置４の解析部で、データロガー６に保存した温度データから被測定物８の発熱量を算出する。
Ｓ５工程では、算出された被測定物８の発熱量を、解析装置４の基準データ保持部に保存している絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を推定して求める。
【００４１】
基準サンプルの発熱量と絶縁破壊時間との関係を示す絶縁寿命推定曲線について説明する。
絶縁寿命推定曲線は、例えば、以下に示す手順で求めることができる。
まず、被測定物の基準サンプルを準備し、これを、絶縁寿命評価装置１００の、絶縁媒体３が充填された断熱容器１ａ内に設置する。
次に、基準サンプルに、高電圧発生部２で高電圧を印加するとともに、Ｘ線照射装置１０でＸ線１１を照射する。
【００４２】
次に、一定時間Ｔｃの、高電圧印加とＸ線照射とが行われた基準サンプルの部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度上昇を、熱電対温度計９で測定し、この温度データをデータロガー６に供給して保存する。
次に、解析装置４で、データロガー６に保存された温度データから、一定時間Ｔｃの高電圧印加とＸ線照射とがなされた基準サンプルの発熱量（基準発熱量と記す）Ｑｃを算出する。
【００４３】
次に、基準サンプルへの、高電圧印加とＸ線照射とを継続し、部分放電で生じる接地線２０に流れる電流を、電流検出器７で測定する。
次に、電流検出器７が絶縁破壊による異常電流を検出すると、この電流検出器７からの異常電流による信号に基づき、解析装置４が、基準サンプルが絶縁破壊したと判断し、基準サンプルの絶縁破壊に至るまでの時間（絶縁破壊時間と記す）τを算出する。すなわち、この絶縁破壊時間τが、試験に供した基準サンプルの絶縁寿命である。
尚、絶縁破壊時間τを求める基準サンプルには、基準発熱量Ｑｃを求める、一定時間Ｔｃの高電圧印加とＸ線照射とでは、不具合を発生しないものが用いられる。
【００４４】
絶縁寿命推定曲線は、複数の基準サンプルを用いて上記のようにして求めた、複数の絶縁破壊時間τに対して各基準発熱量Ｑｃをプロットすることにより得ることができる。
図８は、本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法で用いられる絶縁寿命推定曲線を示す模式図である。
図８において、横軸は基準サンプルの絶縁破壊時間τであり、縦軸は基準発熱量Ｑｃであり、Ｌは絶縁寿命推定曲線である。
【００４５】
また、絶縁寿命推定曲線は、被測定物と同様のものを、例えば１００個用意し、絶縁破壊時間τと基準発熱量Ｑｃとの関係をそれぞれ取得し、ワイブル分布などの統計処理から得ることができる。
また、被測定物の材料の特性や構造パラメータを用いて、理論的に算出される、絶縁破壊時間と発熱量との関係を、絶縁寿命推定曲線としても良い。
【００４６】
上記のようにして得られた絶縁寿命推定曲線Ｌを用いて、被測定物８の絶縁寿命τｓを推定して求める方法について説明する。
まず、本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００および絶縁寿命評価方法を用い、基準サンプルの基準発熱量Ｑｃを求めた時間Ｔｃと同じ時間、実機運転状態と同じ電圧値と周波数との高電圧を被測定物８に印加した場合の発熱量（被測定物の測定発熱量と記す）Ｑｓを求める。この時、被測定物８には、Ｘ線１１も同時に照射される。
次に、図８に示すように、縦軸上の被測定物の測定発熱量Ｑｓを、横軸と平行に移動させて絶縁寿命推定曲線Ｌと交わる交点Ｃから、被測定物８の絶縁寿命τｓを推定して求める。
【００４７】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００と絶縁寿命評価方法とによる、被測定物８であるパワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命評価は、被測定物８に高電圧を印加した時に発生する部分放電に起因する発熱量に基づいて、行われる。
それ故、発熱量の測定精度向上、すなわち絶縁寿命評価の精度向上の点から、一定回数以上の部分放電により累積された発熱量を測定する必要があり、被測定物の測定発熱量Ｑｓを求めるためには、ある程度の時間、被測定物８に高電圧を印加することが不可欠である。すなわち、被測定物の測定発熱量Ｑｓを求めるための高電圧印加時間は、ある程度長くなる。
【００４８】
本実施の形態においても、図４に示した実施の形態の１の場合と同様に、印加電圧を通常値より高くすると、１サイクルあたりの部分放電回数、すなわち、単位時間あたりの部分放電回数が増加する。
被測定物に印加する通常値の電圧としては、例えば、被測定物の実機駆動時の電圧値が挙げられる。
本実施の形態においても、図５に示した実施の形態の１の場合と同様に、印加電圧を商用周波より高くすると、単位時間あたりの部分放電回数が増加する。
商用周波数は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚであり、商用周波数より高い周波数としては、例えば１００ｋＨｚが挙げられる。
【００４９】
このようなことより、本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００と絶縁寿命評価方法とにおいて、（イ）被測定物８に印加する高電圧の電圧値を実機運転状態のものより高くすると、１サイクルあたりの部分放電回数、すなわち時間あたりの部分放電回数ｎが増加して、発熱量が増加する。
また、（ロ）被測定物８に印加する高電圧の周波数を実機運転状態のものより高くすると、時間当たりの部分放電回数ｎが増加して、発熱量が増加する。
【００５０】
また、（ハ）被測定物８に印加する高電圧の電圧値と周波数との両方を実機運転状態のものより大きくすると、（イ）と（ロ）との場合より、時間当たりの部分放電回数ｎがさらに増加し、発熱量が増加する。
すなわち、（イ）と（ロ）と（ハ）との場合は、時間当たりの発熱量が増加するので、Ｔｃより短時間の高電圧印加で、被測定物の測定発熱量Ｑｓを精度良く求めることができ、絶縁寿命を求める時間を短縮し、パワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命評価の効率化が図れる。
【００５１】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００では、Ｘ線照射装置１０を備え、高電圧が印加された被測定物８にＸ線を照射することができるようになっており、Ｘ線照射により絶縁破壊時間τのばらつきを抑制できる。
本実施の形態の絶縁寿命評価装置１００において、基準サンプルにＸ線を照射した場合、絶縁破壊時間τのばらつきが抑制される機構について説明する。
固体絶縁物内部に空隙などの欠陥（ボイドと記す）が存在する機器に対して高電圧を印加すると、ボイドに電界が集中し、ボイド内部で局所的な放電が発生する。これが部分放電である。
【００５２】
電圧印加により、ボイドで部分放電が開始するには、ボイドの中またはボイド表面に初期電子の供給が必要である。このボイドへ初期電子を供給するメカニズムとしては、自然高エネルギー放射粒子の気体中での光電離、絶縁体バルク内での光電離とそれに引き続く光電子のボイド内への供給、ボイド表面からの電界放出等がある。
すなわち、ボイドで部分放電が開始するに必要な初期電子を供給するメカニズムが、上記のようなものであるので、電力機器へ電圧を印加してから初期電子が供給されるまでに時間遅れが発生する。また、初期電子供給は確率的な事象であり、ボイドでの部分放電開始に、時間遅れあるいはばらつきが発生する。
【００５３】
それゆえ、この部分放電劣化開始の遅れあるいはばらつきにより、絶縁破壊時間にばらつきを生じる。
しかし、固体絶縁物内部にボイドが存在する機器に対して高電圧を印加する場合に、Ｘ線を照射すると、ボイドに初期電子を供給し、Ｘ線照射直後から部分放電を引き起こす。
すなわち、部分放電劣化開始の、遅れあるいはばらつきを防止して、絶縁破壊時間のばらつきを低減する。
【００５４】
図９は、本発明の実施の形態２に係わる絶縁寿命評価装置において、基準サンプルにＸ線を照射しない場合（ａ）と基準サンプルにＸ線を照射した場合（ｂ）との絶縁寿命推定曲線のばらつきを示す模式図である。
図９には、基準サンプルにＸ線を照射しない場合とＸ線を照射した場合との、同じ基準発熱量値Ｆにおける絶縁破壊時間値のばらつき幅Ｍを示している。
図９（ａ）に示すように、基準サンプルにＸ線を照射しない場合は、得られる絶縁寿命推定曲線Ｌのばらつき幅Ｍが大きい。それに対して、図９（ｂ）に示すように、基準サンプルにＸ線を照射した場合は、得られる絶縁寿命推定曲線Ｌのばらつき幅Ｍを小さくでき、精度の高い絶縁寿命の推定が可能になる。
【００５５】
また、本実施の形態の絶縁寿命評価装置において、被測定物８に高電圧を印加する場合に、Ｘ線を照射すると、Ｘ線照射直後から被測定物８に部分放電を発生させるので、寿命推定に必要な、被測定物の測定発熱量を得るための時間を短縮でき、パワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命評価の効率化が図れる。
【００５６】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法によれば、被測定物に高電圧を印加したときの、絶縁劣化の原因となる部分放電に起因する被測定物の発熱量を、断熱状態で定量的に求めることができる。
したがって、予め取得しておいた基準測定物の発熱量と絶縁破壊時間との相関を示す絶縁寿命推定曲線Ｌから、電力機器、特にパワーモジュール等の高電圧機器の被測定物の絶縁寿命を求めることが可能となる。
【００５７】
また、開発中のパワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命を求めることができるので、開発段階で絶縁寿命を延ばすための対応策を講じることが可能となる。
また、製品検査に用いると、絶縁欠陥により必要な絶縁寿命を満たさないものを検出し、不良と判断することができる。
すなわち、電力機器、特にパワーモジュール等の高電圧機器の絶縁信頼性を向上させることができる。
また、高電圧印加のときにＸ線を照射するので、ばらつきの少ない絶縁寿命推定曲線を得ることができ、被測定物の寿命を精度良く求めることができるとともに、電圧印加時間を短縮でき、パワーモジュール等の電力機器の絶縁寿命評価の効率化が図れる。
【００５８】
実施の形態３．
図１０は、本発明の実施の形態３に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図１０に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価装置２００は、Ｘ線照射装置１０が、照射面１０ａに、照射するＸ線１１を絞る孔（Ｘ線絞り孔と記す）１３ａを有する遮蔽体１３が設置されており、Ｘ線絞り孔１３ａの位置が、被測定物８の被照射面と平行な方向に移動できるようになっている以外、実施の形態２の絶縁寿命評価装置１００と同様である。
そして、Ｘ線絞り孔１３ａは、絞られたＸ線１１の放射孔となっている。
【００５９】
Ｘ線絞り孔１３ａの位置を、被測定物８の被照射面と平行な方向に移動させる手段としては、例えば、遮蔽体１３が設置されたＸ線照射装置１０を遮蔽体１３ごと移動すること、あるいは遮蔽体１３のみを移動することが挙げられる。
遮蔽体１３のみを移動する場合は、図示しないが、遮蔽体１３の面積を照射面１０ａの面積より大きくして、Ｘ線絞り孔１３ａの位置を移動しても、Ｘ線絞り孔１３ａ以外の部分からＸ線１１が漏れないようにしている。
【００６０】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置２００は、Ｘ線１１の放射孔となるＸ線絞り孔１３ａの位置を、被測定物８の被照射面と平行な方向に移動できるようになっているので、被測定物８の限定された領域（限定領域と記す）にＸ線１１を照射できるとともに、被測定物８のＸ線１１が照射される限定領域を、被測定物８内で移動できる。
そこで、被測定物８において、Ｘ線１１が照射されている限定領域を移動させながら、電流検出器７により部分放電で生じる電流信号をモニターし、部分放電の発生を検出すると、被測定物８の、ボイドに起因する部分放電発生箇所を特定することができる。
【００６１】
すなわち、本実施の形態の絶縁寿命評価装置２００は、短時間の電圧印加にて、被測定物８におけるボイドの部分放電発生箇所を限定することができる。
そこで、パワーモジュール等の電力機器の、実機駆動時の電圧および絶縁性能評価時に印加される試験電圧で部分放電が発生する不具合品において、部分放電が発生する箇所を短時間で特定することが可能であり、パワーモジュール等の電力機器の不具合に対する対応を容易にする。
また、本実施の形態の絶縁寿命評価装置２００は、実施の形態２の絶縁寿命評価装置１００と同様な作用効果も奏する。
【００６２】
実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図１１に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価装置３００は、Ｘ線照射装置１０と接続しているＸ線照射制御部１４を備えており、Ｘ線照射制御部１４が、電流検出器７で検出した部分放電電流の信号を一定時間累積して求めた部分放電回数のデータに基づき、Ｘ線照射装置１０のＸ線照射強度を制御する以外、実施の形態２の絶縁寿命評価装置１００と同様である。
電流検出器７からの信号は、オシロスコープ５を介してＸ線照射制御部１４に入力される。
【００６３】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置３００における、Ｘ線照射制御部１４の動作について説明する。
図１２は、本発明の実施の形態４に係わる絶縁寿命評価装置のＸ線照射制御部の動作を説明するフローチャートの図である。
図１２に示すように、まず、高電圧発生部２が被測定物８に高電圧を印加するとともに、Ｘ線照射装置１０が被測定物８へＸ線１１を照射する。
【００６４】
Ｘ線照射制御部１４の動作のＳｃ１工程は、Ｘ線照射制御部１４が、電流検出器７で検出した部分放電電流の信号を一定時間累積して求める部分放電回数のデータを算出する。
Ｓｃ２工程は、Ｘ線照射制御部１４が、算出した部分放電回数のデータを、予め取得しておいた印加電圧と部分放電回数の基準値と比較し、部分放電回数が基準値より多いかどうか判定する。
【００６５】
Ｓｃ３工程は、Ｘ線照射制御部１４が、被測定物８の部分放電回数が基準値より多いと判断すると、Ｘ線照射強度を弱める信号をＸ線照射装置１０に出力して、Ｘ線照射装置１０のＸ線照射強度を弱める。
Ｓｃ４工程は、Ｘ線照射制御部１４が、被測定物８の部分放電回数が基準値より多くないと判断すると、被測定物８の部分放電発生回数が基準値より少ないかどうかを判定する。
【００６６】
Ｓｃ５工程は、Ｘ線照射制御部１４が、被測定物８の部分放電回数が基準値より少ないと判断すると、Ｘ線照射強度を強める信号をＸ線照射装置１０に出力して、Ｘ線照射装置１０のＸ線照射強度を強める。
Ｓｃ６工程は、Ｘ線照射制御部１４が、被測定物８の部分放電回数が基準値より少なくないと判断すると、Ｘ線照射強度を一定時間維持する信号をＸ線照射装置１０に出力して、Ｘ線照射装置１０のＸ線照射強度を一定時間維持する。
【００６７】
また、Ｓｃ３工程でＸ線照射強度を弱めた後と、Ｓｃ５工程でＸ線照射強度を強めた後と、Ｓｃ６工程でＸ線照射強度を一定時間維持した後とは、各々、Ｓｃ１工程に戻り、再度、Ｘ線照射制御部１４が、電流検出器７で検出した部分放電電流の信号を一定時間累積して求める部分放電回数のデータを算出する。
【００６８】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置３００は、Ｘ線照射装置１０のＸ線１１の照射強度を制御するＸ線照射制御部１４を備えており、Ｘ線１１の照射強度を絶縁寿命評価で必要な最小限に制御できるので、Ｘ線照射装置１０で消費される電力を抑制するとともに、Ｘ線照射装置１０の使用寿命を長くでき、絶縁寿命評価のコストを低減できる。
また、本実施の形態の絶縁寿命評価装置３００は、実施の形態２の絶縁寿命評価装置１００と同様な作用効果も奏する。
また、本実施の形態のＸ線照射制御部１４は、実施の形態３の絶縁寿命評価装置２００にも適用でき、実施の形態３の絶縁寿命評価装置２００に、本実施の形態の絶縁寿命評価装置３００と同様な作用効果を持たせることができる。
【００６９】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図１３に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価装置４００は、断熱容器１内に断熱容器１の側壁の内周面に接して冷却装置１５が設置されており、解析装置４ｄが、冷却装置１５による絶縁媒体３の冷却を制御する機能も有している以外、実施の形態２の絶縁寿命評価装置１００と同様である。
冷却装置１５は、断熱容器１ａの断熱性を阻害しないレベルの断熱性を有する。
【００７０】
本実施の形態における絶縁寿命評価装置４００の解析装置４ｄは、実施の形態２の解析装置４と同様の機能を有するとともに、データロガー６に保存されている温度データに基づき、冷却装置１５に信号を送出する。
解析装置４ｄからの信号により、冷却装置１５が被測定物８の発熱に起因する絶縁媒体３の温度上昇分を冷却する。
【００７１】
次に、本実施の形態の絶縁寿命評価装置４００の動作について説明する。
まず、高電圧発生部２が、高電圧電源２ａで発生する、電圧制御部２ｂで電圧値と周波数とが制御された高電圧を、絶縁媒体３を充填した断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に、印加する。
併せて、Ｘ線照射装置１０が、Ｘ線１１を発生し、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８へ、Ｘ線１１を照射する。
【００７２】
次に、一定時間待った後に、熱電対温度計９が、Ｘ線１１が照射されるとともに高電圧が印加された被測定物８の部分放電による発熱に起因する、絶縁媒体３の温度上昇を測定し、この温度データをデータロガー６に供給し、データロガー６が温度データを保存する。
また、電流検出器７が、被測定物８で生じた部分放電による電流信号を測定し、この電流信号をオシロスコープ５と解析装置４ｄとに供給する。
次に、解析装置４ｄが、データロガー６に保存された温度データから被測定物８の発熱量を、解析部で算出する。
【００７３】
次に、解析装置４ｄが、データロガー６に保存されている温度データに基づき、冷却装置１５に信号を送出して、冷却装置１５が被測定物８の発熱に起因する絶縁媒体３の温度上昇分を冷却する。
次に、絶縁媒体３の冷却後、一定時間待って、再度、被測定物８で生じた部分放電による電流信号を測定するとともに、絶縁媒体３の温度上昇を測定し、この温度データから、被測定物８の発熱量を算出する。また、冷却装置１５が絶縁媒体３の温度上昇分を冷却する。
次に、このようにして繰返して算出した被測定物８の発熱量の合計を、予め基準データ保持部に保持された絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を解析部で推定して求める。
【００７４】
図１４は、本発明の実施の形態５に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
図１４に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価方法は、以下に示す各工程を順次行うことにより行われる。
Ｓｄ１工程では、高電圧電源２ａで、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に、所定の電圧値と周波数との高電圧を印加する。
Ｓｄ２工程では、Ｘ線照射装置１０で、高電圧が印加された被測定物８にＸ線１１を照射する。
【００７５】
Ｓｄ３工程では、一定時間待った後に、熱電対温度計９で、高電圧が印加され且つＸ線１１が照射された被測定物８の部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度変化を測定し、この温度データをデータロガー６に保存する。
Ｓｄ４工程では、解析装置４ｄの解析部で、データロガー６に保存した温度データから被測定物８の発熱量を算出する。
【００７６】
Ｓｄ５工程では、データロガー６に保存されている温度データに基づく解析装置４ｄからの信号で制御されて、冷却装置１５が絶縁媒体３を冷却する。
Ｓｄ６工程では、Ｓｄ３からＳｄ５までの工程を複数回繰返して行う。
Ｓｄ７工程では、繰返して算出された被測定物８の発熱量の合計を、解析装置４ｄの基準データ保持部に保存している絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を推定して求める。
【００７７】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法は、実施の形態２の絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法と同様の効果を奏するとともに、以下に示す効果も奏する。
図１５は、絶縁寿命評価装置および絶縁寿命評価方法において、断熱容器内の絶縁媒体の温度と断熱容器の外部温度との差が大きい場合の問題点を説明する図である。
図１５（ａ）は、被測定物８の発熱Ｑｏが大きくなく、断熱容器１ａ内の絶縁媒体３の温度θｉが、断熱容器１ａの外部温度θｏと、ほぼ同じである場合である。
図１５（ｂ）は、被測定物８の発熱Ｑｏが大きく、断熱容器１ａ内の絶縁媒体３の温度θｉが、断熱容器１ａの外部温度θｏより、かなり高い場合である。
【００７８】
図１５（ａ）に示すように、断熱容器１ａ内の絶縁媒体３の温度θｉが、断熱容器１ａの外部温度θｏと、ほぼ同じであると、断熱容器１ａ内から断熱容器１ａ外への流出する熱(流出熱と記す)Ｑｆがほとんどない。すなわち、熱損失がほとんどないので、被測定物８の発熱量を精度良く求めることができる。
しかし、図１５（ｂ）に示すように、断熱容器１ａ内の絶縁媒体３の温度θｉが、かなり高くなり、絶縁媒体３の温度θｉと断熱容器１ａの外部温度θｏとの温度差が断熱容器１ａの断熱性能を超えると、流出熱Ｑｆが大きくなる。すなわち、熱損失が大きく、被測定物８の発熱量を精度良く求めることができない。
【００７９】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置４００および絶縁寿命評価方法では、例え、被測定物８の発熱量が大きくても、冷却装置１５が被測定物８の発熱に起因する絶縁媒体３の温度上昇分を冷却するので、断熱容器１ａ内の絶縁媒体３の温度と断熱容器１ａの外部温度との差が抑制されている。
それゆえ、被測定物８の発熱量が断熱容器１ａから流出するのを抑えられ、被測定物８の発熱量を精度良く測定することができ、高精度の絶縁寿命評価が可能である。
本実施の形態において、高電圧が印加されるとともにＸ線１１が照射された後に待つ一定時間とは、上昇していく絶縁媒体３の温度θｉと断熱容器１ａの外部温度θｏとの温度差が、断熱容器１ａの断熱性能を超えない範囲の時間である。
【００８０】
本実施の形態の、冷却装置１５と、冷却装置１５による絶縁媒体３の冷却を制御する機能も有する解析装置４ｄとは、実施の形態１と実施の形態３と実施の形態４とのいずれの絶縁寿命評価装置にも適用でき、同様の効果を奏する。
本実施の形態の絶縁寿命評価方法において、被測定物にＸ線を照射する工程を省くとともに、Ｓｄ３工程にかえて、一定時間待った後に、熱電対温度計９で、高電圧が印加された被測定物８の部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度変化を測定し、この温度データをデータロガー６に保存するＳｄ３ｂ工程を用いても、同様の効果を奏する。
【００８１】
実施の形態６．
図１６は、本発明の実施の形態６に係わる絶縁寿命評価装置の構成を示す模式図である。
図１６に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価装置５００は、絶縁媒体３の温度上昇分を冷却するに必要な冷却装置１５の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部１５ａを備えており、解析装置４ｅが、被測定物８の発熱量を、データロガー６に保存された温度データからではなく、エネルギー計測部１５ａで求めた冷却装置１５の駆動エネルギーから算出する以外、実施の形態５の絶縁寿命評価装置４００と同様である。
【００８２】
図１７は、本発明の実施の形態６に係わる絶縁寿命評価方法を説明するフローチャートの図である。
図１７に示すように、本実施の形態の絶縁寿命評価方法は、以下に示す各工程を順次行うことにより行われる。
Ｓｅ１工程では、高電圧電源２ａで、断熱容器１ａ内に設置された被測定物８に、所定の電圧値と周波数との高電圧を印加する。
【００８３】
Ｓｅ２工程では、Ｘ線照射装置１０で、高電圧が印加された被測定物８にＸ線１１を照射する。
Ｓｅ３工程では、一定時間待った後に、熱電対温度計９で、高電圧が印加され且つＸ線１１が照射された被測定物８の部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度変化を測定し、この温度データをデータロガー６に保存する。
Ｓｅ４工程では、データロガー６に保存されている温度データに基づく解析装置４ｅからの信号で制御されて、冷却装置１５が絶縁媒体３を冷却する。
【００８４】
Ｓｅ５工程では、解析装置４ｅで、エネルギー計測部１５ａで求めた冷却装置１５が冷却に必要な駆動エネルギーから被測定物８の発熱量を算出する。
Ｓｅ６工程では、Ｓｅ３からＳｅ５までの工程を複数回繰返す。
Ｓｅ７工程では、繰返して算出された被測定物８の発熱量の合計を、解析装置４の基準データ保持部に保存している絶縁寿命推定曲線と比較し、被測定物８の絶縁寿命を推定して求める。
【００８５】
本実施の形態の絶縁寿命評価装置５００および絶縁寿命評価方法では、被測定物８の発熱に起因する絶縁媒体３の温度上昇分を冷却する冷却装置１５を備えているので、実施の形態５の絶縁寿命評価装置４００および絶縁寿命評価方法と同様な効果を有する。
本実施の形態では、エネルギー計測部１５ａを、冷却装置１５の内部あるいは解析装置４の内部に設けても良い。
【００８６】
本実施の形態の、冷却装置１５と、冷却装置１５の駆動エネルギーを求めるエネルギー計測部１５ａと、冷却装置による絶縁媒体３の冷却を制御する機能および被測定物８の発熱量をエネルギー計測部１５ａで求めた冷却装置１５の駆動エネルギーから算出する機能も有する解析装置４ｅとは、実施の形態１と実施の形態３と実施の形態４とのいずれの絶縁寿命評価装置に適用でき、同様の効果を奏する。
本実施の形態の絶縁寿命評価方法において、被測定物にＸ線を照射する工程を省くとともに、Ｓｅ３工程にかえて、一定時間待った後に、熱電対温度計９で、高電圧が印加された被測定物８の部分放電による発熱に起因する絶縁媒体３の温度変化を測定し、この温度データをデータロガー６に保存するＳｅ３ｂ工程を用いても、同様の効果を奏する。
【００８７】
本発明において、パワーモジュールとは、ＳｉまたはＳｉＣチップ等全てのチップを搭載したシリコーンゲル封止の高電圧機種、エポキシ樹脂のトランスファー成型によるモールド型モジュール等、全ての半導体モジュールに適用することが可能である。
尚、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係わる絶縁寿命評価方法および絶縁寿命評価装置は、高電圧を印加した場合の被測定物の発熱量から、絶縁寿命を評価するものであり、高信頼性が要求されるパワーモジュール等の電力機器の評価に用いられる。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ  断熱容器、２  高電圧発生部、２ａ  高電圧電源、２ｂ  電圧制御部、
３  絶縁媒体、４，４ｄ，４ｅ  解析装置、５  オシロスコープ、６  データロガー、
７  電流検出器、８  被測定物、９  熱電対温度計、１０  Ｘ線照射装置、
１０ａ  照射面、１１  Ｘ線、１２  蓋、１２ａ  蓋面、１３  遮蔽体、
１３ａ  Ｘ線絞り孔、１４  Ｘ線照射制御部、１５  冷却装置、
１５ａ  エネルギー計測部、２０  接地線、
５０，１００，２００，３００，４００，５００  絶縁寿命評価装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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