(57)【要約】【課題】電気機器の外観に損傷を与えず、試料を容易に採取する。【解決手段】ＴＧ−ＤＴＡから得られる絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとした後、微分多重ピーク分割処理し、第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡの指標値として従来手法で得られた重量減少率との相関を取ってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡによる測定、分析結果とを照合する。そして、電気機器のＴＧ−ＤＴＡによる一次導体１近傍の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料２を設ける。【選択図】図１
2008064580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＧ−ＤＴＡ装置から得られる電気機器絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けたことを特徴とする電気機器絶縁材料の劣化診断方法。
【請求項２】
ＴＧ−ＤＴＡ装置から得られる電気機器絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けたことを特徴とする電気機器絶縁材料の劣化診断方法。
【請求項３】
ＴＧ−ＤＴＡ装置から得られる電気機器絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に該部位に設けられない部材に代わって該部材と同じ材料の試料採取用の絶縁材料を設けたことを特徴とする電気機器絶縁材料の劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エポキシ樹脂等の絶縁材料を用いた高電圧機器である変流器（ＣＴ）等の電気機器の絶縁材料の劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変流器等の電気機器においては、一旦絶縁劣化による故障が発生すると、当該機器の復旧に時間と費用が掛かり、社会的にも莫大な損失が発生するため、この故障を未然に防ぐために絶縁劣化の診断が行われている。高分子絶縁材料として代表されるエポキシ樹脂は、その電気特性、機械特性及び接着性が良好であることから、古くから回転機のコイル絶縁や変圧器等の静止機器絶縁などの大型成形品を始めとして、半導体パッケージに代表される小型・高精度品まで、電気絶縁材料として広く使用されてきた。その中で、特に変流器（ＣＴ）、特に導体一体型変流器は、導体が一次通電経路となるため、発熱により変流器をモールドしているエポキシ樹脂に熱的な影響を及ぼすことになる。変流器に限らず、エポキシ樹脂を使用した高電圧機器は、熱的影響を長期間受けたモールド樹脂が劣化し、その電気的特性（絶縁特性）及び機械的特性が低下し、閃絡もしくはモールドの亀裂発生等の悪現象を引き起こす原因となる。現在の電気機器類の絶縁診断方法としては、一般的に電気特性試験（各種耐電圧試験・部分放電測定等）による方法が主に診断方法として用いられ、劣化度測定を行っている。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】特開２００３−１０７０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の電気特性試験では、電気機器の寿命予測は約１０年単位での予測のため、試験実施時の状態は把握できるが、寿命予測としては信頼性に欠けるものがあった。又、電気特性上問題のない場合でも、補強部材の機械的強度の低下から、絶縁層に無理な応力が加わり、絶縁層が破壊して事故に至る場合があった。このような場合、電気特性試験では、電気機器の絶縁層に加わる応力による機械的強度の低下や過熱等による絶縁材料の変質（劣化）等の検出はできなかった。このようなことから、絶縁材料の破壊による電気機器の故障が生じた場合、電気機器に使用されている絶縁材料の劣化度（余寿命）を適切に評価・把握することができれば、機器故障を未然に防ぐ絶縁材料の劣化診断法が得られる。
【０００５】
そこで、本出願人は既に出願した特開２００５−３３８０４５号公報において、ＴＧ−ＤＴＡ装置を用いた電気機器絶縁材料の劣化診断方法を提案した。しかし、この方法においては、電気機器の一次導体近傍等の測定対象部位から試料を採取する必要があり、測定対象部位を機械的に削り取る等、機器外観等に損傷を与え、結果的にクラック発生等の原因となるおそれがあった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、試料採取の際に電気機器の外観等に損傷を与えることがなく、クラックが発生せず、試料を容易に採取することができる電気機器絶縁材料の劣化診断方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の請求項１に係る電気機器絶縁材料の劣化診断方法は、ＴＧ−ＤＴＡ装置から得られる電気機器絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けたものである。
【０００８】
請求項２に係る電気機器絶縁材料の劣化診断方法は、ＴＧ−ＤＴＡ装置から得られる電気機器絶縁材料の重量変化時の熱重量減少曲線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けたものである。
【０００９】
請求項３に係る電気機器絶縁材料の劣化診断方法は、線の積分曲線の第一次重量減少量と第二次重量減少量の積分減量カーブを微分値に変換して微分ピークとし、さらにガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理し、得られた第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で除して重量減量比を算出し、この重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の指標値としてＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６に準拠して算出された重量減少率との相関をとってマスターカーブを作成し、このマスターカーブと前記電気機器より採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断する電気機器絶縁材料の劣化診断方法において、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に該部位に設けられない部材に代わって該部材と同じ材料の試料採取用の絶縁材料を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けており、最も熱的に影響を受け易い一次導体近傍に試料採取用の絶縁材料を設けたので、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００１１】
又、請求項２によれば、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位に機器モールド時に試料採取用の絶縁材料を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００１２】
請求項３によれば、電気機器のＴＧ−ＤＴＡ装置の一次導体近傍の測定対象部位に該部位に設けられない部材に代わって該部材と同じ材料の試料採取用の絶縁材料を設けたので、本来の部材を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本来の部材は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施最良形態１
以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。この発明の実施最良形態１においては、ＴＧ−ＤＴＡ（Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｅｒ−ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｚｅｒ）装置（熱重量示差熱分析装置）によるＴＧ法（熱重量示差熱分析法）により、熱重量減少の試料重量変化時の熱重量減少曲線を用い、従来手法の重量減少率を組み合わせた劣化診断法である。
【００１４】
一般に、ＴＧ法は、温度を変化させたときの試料の重量変化を時間又は温度の関数として測定する方法であり、無機・有機材料の反応機構の解析や有機材料の耐熱性評価等に広く用いられている。絶縁材料等の高分子材料は、熱劣化を起こすと、低分子量成分や不安定な末端基を放出して、見かけ上安定となる。このような現象から高分子材料の分解開始温度が高温側にシフトして、分解機構が低音側の第一次重量減少と高温側の第二次重量減少となり、分解機構が分かれて第一次と第二次の重量比率から高分子材料の劣化度合いを評価することができる。
【００１５】
実際の劣化診断方法としての寿命判定基準は、ＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６「電気絶縁材料の耐熱特性決定のためのガイド」の中で、材料の推奨寿命基準点は重量減少率５％の記述がある。従って、寿命判定基準としては、重量減少率５％以上が寿命領域区分となることから、安全領域は寿命領域からの安全率１／２の２．５％未満と定めて、警戒領域は２．５％〜５％以内、寿命領域区分５％以上とした仮寿命判定基準を設定した。しかし、実機の絶縁材料の巻線の耐熱性評価での運用では、破壊試験による重量減少のため、直接の評価適用ができない。そこで、評価対象とする電気機器の絶縁材料を模擬的に熱劣化加速等により重量減少率特性との相関を予め把握しておき、新たに機器分析のＴＧ−ＤＴＡ装置を取り入れて得られた重量減量比を指標値として重量減少率特性との相関関係からマスターカーブを作成した。評価対象の実機の絶縁材料の巻線に対して機器分析を行うことで、その絶縁材料特性を推測することができ、劣化度の仮寿命判定基準から劣化度合を把握することができた。
【００１６】
評価対象とする電気機器の絶縁材料の一つであるビスフェノール系エポキシ樹脂のＴＧ−ＤＴＡ装置による劣化度合推定（透過測定法）を劣化度判定・余寿命推定の手法とする。本手法は、発熱反応に伴う発熱ピークを検出し、そのピークが熱劣化時間の増加に伴って低温側にシフトする。この熱劣化時間と発熱ピーク温度の相関関係からマスターカーブを作成する。
【００１７】
従来の機器分析手法では、熱重量減少曲線の積分曲線の「第一次重量減少量」と「第二次重量減少量」の積分熱重量減少曲線の境界層を目視判断により判別し、第二次重量減少量を第一次重量減少量で除して重量減量比を算出している。従って、従来法では境界層の目視判断に伴って再現性が悪く、解析精度が非常に悪くなっている。
【００１８】
これに対して、実施最良形態１では、サンプル調整された試料をＴＧ−ＤＴＡ装置によって分析、測定し、熱重量減少曲線の積分曲線の「第一次重量減少量」と「第二次重量減少量」の積分減量カーブを、市販の汎用統計ソフトウエアにより微分値に変換して微分ピークとする。さらに、ガウス関数を用いて微分多重ピーク分割処理を施した。次に、分離処理された第二次重量減少ピーク面積値を第一次重量減少ピーク面積値で割って、重量減量比を算出する。ここで得られた重量減量比をＴＧ−ＤＴＡ装置の分析の指標値とし、従来手法（ＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６）の重量減少率結果との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブを用いて劣化診断・余寿命推定を行う。
【００１９】
上記した手法の実機への適用は、使用品もしくは使用中の各モールド電気機器のビスフェノール系エポキシ樹脂の絶縁モールド部から測定に必要な資料を採取（定期的又は単発採取）し、マスターカーブとＴＧ−ＤＴＡ装置により採取した試料の分析、測定結果とを照合することにより、モールド樹脂部の劣化度を推定する。ただし、前記したように、試料の採取を、一次導体近傍の対象箇所を機械的に削り取る等を行うと、電気機器の外観に損傷を与え、結果的にクラック発生等の原因となるおそれがある。図１（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施最良形態１による巻線型モールド計器用変流器の平面図、正面図及び側面図を示し、巻線型モールド計器用変流器の一次導体１の隣接部のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位に機器モールド時にビスフェノール系エポキシ樹脂からなる試料採取用の絶縁材料２を設けておく。
【００２０】
上記した実施最良形態１においては、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器である巻線型モールド計器用変流器において、最も熱の影響を受け易い一次導体１の近傍の測定対象部位にモールド時に試料採取用の絶縁材料２を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００２１】
実施最良形態２
図２（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施最良形態２によるバープライマリ型モールド計器用変流器の正面図、平面図及び側面図を示し、バープライマリ型モールド計器用変流器の一次導体３の隣接部のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位にエポキシ樹脂のモールド時に試料採取用の絶縁材料４を設ける。
【００２２】
実施最良形態２においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器であるバープライマリ型モールド計器用変流器において、最も熱の影響を受け易い一次導体３の近傍の測定対象部位にモールド時に試料採取用の絶縁材料４を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００２３】
実施最良形態３
図３（ａ）〜（ｃ）はこの発明の実施最良形態３によるブッシング型モールド計器用変流器の正面図、左側面図及び右側面図を示し、ブッシング型モールド計器用変流器の一次導体５の隣接部のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位にモールド時にエポキシ樹脂からなる試料採取用の絶縁材料６を設ける。
【００２４】
実施最良形態３においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器であるブッシング型モールド計器用変流器において、最も熱の影響を受け易い一次導体５の近傍の測定対象部位にモールド時に試料採取用の絶縁材料６を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００２５】
実施最良形態４
図４（ａ）〜（ｄ）はこの発明の実施最良形態４による変流器の正面図、縦断側面図、そのＡ部（ブッシング部）の一部拡大正面図及びその側面図を示し、変流器用ブッシングの一次導体７の隣接部のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位にモールド時にエポキシ樹脂からなる試料採取用の絶縁材料８を設ける。
【００２６】
実施最良形態４においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器である変流器用ブッシングにおいて、最も熱の影響を受け易い一次導体７の近傍の測定対象部位にモールド時に絶縁材料８を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００２７】
実施最良形態５
図５（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態５によるモールド計器用変圧器の正面図及び側面図を示し、モールド計器用変圧器のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位にモールド時にエポキシ樹脂からなる試料採取用の絶縁材料９を設ける。
【００２８】
実施最良形態５においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器であるモールド計器用変圧器において、測定対象部位にモールド時に試料採取用の絶縁材料９を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００２９】
実施最良形態６
図６（ａ），（ｂ）はこの発明の実施最良形態６によるモールド接地型計器用変圧器の正面図及び側面図を示し、モールド接地型計器用変圧器のＴＧ−ＤＴＡ装置の測定対象部位にモールド時にエポキシ樹脂からなる試料採取用の絶縁材料１０を設ける。
【００３０】
実施最良形態６においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器であるモールド接地型計器用変圧器において、測定対象部位にモールド時に試料採取用の絶縁材料１０を設けており、本体部（巻線部や絶縁部）を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本体部は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【００３１】
実施最良形態７
図７（ａ），（ｂ）は変流器の縦断側面図及びそのＢ部拡大図を示し、盤面１１には支持碍子１２を介して一次導体１３が支持される。この支持碍子１２はモールド材と異なって、一次導体１３の近傍に設けることができない。そこで、実施最良形態７においては、支持碍子１２と同じ材料の絶縁材料１４を一次導体１３の隣接部に設ける。
【００３２】
実施最良形態７においても、重量減少比と重量減少率との相関を取って、マスターカーブを作成し、このマスターカーブと電気機器から採取された試料のＴＧ−ＤＴＡ装置による測定、分析結果とを照合することにより熱劣化度を判断し、電気機器絶縁材料の劣化を診断している。そして、エポキシ樹脂によりモールドされた高電圧機器である変流器において、ＴＧ−ＤＴＡ装置の最も熱的に影響を受け易い一次導体１３の隣接部の測定対象部位に支持碍子１２と同じ材料の試料採取用の絶縁材料１４を設けており、本来の部材を損傷させることなく、試料を容易に採取することができ、本来の部材は非破壊で劣化度及び余寿命を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施最良形態１による巻線型モールド計器用変流器の平面図、正面図及び側面図である。
【図２】実施最良形態２によるバープライマリ型モールド計器用変流器の正面図、平面図及び側面図である。
【図３】実施最良形態３によるブッシング型モールド計器用変流器の正面図、左側面図及び右側面図である。
【図４】実施最良形態４による変流器の正面図、縦断側面図、そのＡ部（ブッシング部）の一部正面図及びその側面図である。
【図５】実施最良形態５によるモールド計器用変圧器の正面図及び側面図である。
【図６】実施最良形態６によるモールド接地型計器用変圧器の正面図及び側面図である。
【図７】実施最良形態７による変流器の縦断側面図及びそのＢ部拡大図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，３，５，７，１３…一次導体
２，４，６，８，９，１０，１４…絶縁材料
１２…支持碍子
【図１】
2008064580.tif 000003
【図２】
2008064580.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008064580.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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