(57)【要約】【課題】絶縁層中に内部電極を装着したコイルにおいて、コイルを取り外すことなく、非破壊的に絶縁層の絶縁破壊電圧を推定し、推定した絶縁破壊電圧に基づいて余寿命を推定するコイルの余寿命推定方法を提供する。【解決手段】本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を行い、コイルの絶縁破壊電圧を非破壊的に推定する第１工程（ステップ１）と、前記コイルの今後の運転条件から、コイルの絶縁破壊電圧の今後の低下カーブを非破壊的に推定する第２工程（ステップ２）と、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧が前記コイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程（ステップ３）とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を行い、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程と、前記コイルの今後の運転条件から前記コイルの温度および印加される電圧を求め、このコイル温度および印加される電圧のうち、少なくともいずれか一方による前記コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求める第２工程と、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧が前記コイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程とを備えることを特徴とするコイルの余寿命推定方法。
【請求項２】
導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を経時的に複数回行い、測定の機会ごとにコイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程と、前記絶縁破壊電圧の経時変化カーブを求めるとともに、前記経時変化カーブを外挿し、今後の絶縁破壊電圧の低下傾向を予測する第２工程と、前記経時変化カーブがコイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程とを備えることを特徴とするコイルの余寿命推定方法。
【請求項３】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、測定した内部電極電位に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図から求めることを特徴とする請求項１または２に記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項４】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、測定した内部電極電位とこの内部電極電位の初期値または導体冷却水の前記絶縁層への漏水がないと判断される前記コイルの内部電極電位のいずれか一方との比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図から求めることを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項５】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、隣接する内部電極電位間の比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図から求めることを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項６】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、内部電極を備える絶縁層の外表面および前記内部電極からはずれる部分の絶縁層の外表面に測定電極を装着し、この測定電極と前記内部電極との間およびこの測定電極と前記内部電極からはずれた部分の導体との間のそれぞれの誘電特性を測定し、測定した誘電特性に対する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−誘電特性線図から求めることを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項７】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、内部電極の上部側および前記内部電極からはずれた部分の導体の上部側のそれぞれの絶縁層の外表面に装着する測定電極から誘電特性の周波数依存性を測定し、２つの周波数の誘電特性の比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図から求めることを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項８】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、および絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図のうち、いずれか一方を用いて絶縁破壊電圧を求める際、１つの内部電極の電位に対し、２つの絶縁破壊電圧値が得られる場合、絶縁破壊電圧−誘電特性線図を組合せて前記２つの絶縁破壊電圧値のうち、どちらであるかを判断することを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項９】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図および絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図のうち、いずれか一方を用いて絶縁破壊電圧を求める際、１つの内部電極の電位に対し、２つの絶縁破壊電圧値が得られる場合、以前に測定した電位の推移から２つの絶縁破壊電圧値のうち、どちらであるかを判断することを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１０】
コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの穴を開けた水漏れを起していない複数本のコイル、または運転中、絶縁層に導体冷却水の漏水が確認されたコイルに対し、２種類以上の温度に設定した水を各温度に対して複数本の導体に一定の水圧に保ちつつ通水、循環させ、各温度において水の浸入程度の異なる複数の時点で絶縁破壊試験を行って絶縁破壊電圧を求め、求めた絶縁破壊電圧と温水循環時間とから絶縁破壊電圧−温水循環時間線図を作成するとともに、この絶縁破壊電圧−温水循環時間線図から絶縁破壊電圧の低下速度を求め、求めた絶縁破壊電圧の低下速度を基にして循環水の温度との関係を表わしたアレーニウスプロット図を作成し、このアレーニウスプロット図から循環水の任意の温度に対応する絶縁破壊電圧の低下速度を求めることを特徴とする請求項１記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１１】
コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの小孔を開けた水漏れを起こしていない複数本のコイル、または実運転コイルにおいて絶縁層中に水の浸入が確認されたコイルに対し、予め定められた１種類の温度に設定した水を、導体に一定の水圧に保ちつつ循環させ、水の浸入程度の異なる複数の温水循環時点で絶縁破壊試験を行い絶縁破壊電圧を求め、次いで、コイルを解体し、絶縁層をサンプリングし、絶縁層の樹脂中に加水分解により変化する化学的な特定の基Ｓの含有率Ｇａを測定し、Ｇａに対する絶縁破壊電圧の変化率Ｋａ、さらに、温水循環時間によるＧａの変化速度Ｕａを求めるＡ工程と、健全なコイルから切出した絶縁層の試験片を２種類以上の温度の温水に所定の時間接触させ、その後に取り出し、前記Ａ工程で用いたのと同種の特定の基Ｓの試験片中の含有率Ｇｂを測定し、温水接触時間によるＧｂの変化速度Ｕｂを各温水の温度ごとに求めるＢ工程と、前記Ａ工程で得た絶縁層中の特定の基Ｓの含有率Ｇａの変化速度Ｕａと、前記Ｂ工程で得た複数温度における特定の基Ｓの含有率Ｇｂの変化速度Ｕｂとを一方を対数尺の軸とし、温度を他方の軸とするグラフ上で、前者で得た１点を通り後者の回帰直線に平行な線を引き、任意の所定の温度における特定の基Ｓの含有率の変化速度Ｕｃを求めるＣ工程とからなり、前記Ａ工程で得た絶縁破壊電圧の変化率Ｋａと、前記Ｃ工程で得た所定の温度における特定の基Ｓの含有率の変化速度Ｕｃとの積として所定の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を求めることを特徴とする請求項１記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１２】
コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの小孔を開けた水漏れを起こしていない複数本のコイル、または実運転コイルにおいて絶縁層中に水の浸入が確認されたコイルに対し、予め定められた１種類の温度に設定した水を、導体に一定の水圧に保ちつつ循環させ、水の浸入程度の異なる複数の温水循環時点で絶縁破壊試験を行い絶縁破壊電圧を求め、次いで、コイルを解体し、絶縁層をサンプリングし、絶縁層の樹脂中に加水分解により変化する化学的な特定の基Ｓの含有率Ｇａと健全な絶縁層中の特定の基Ｓの含有率Ｇａ０（特定の基Ｓの含有率の初期値）を測定し、特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧａ（｜Ｇａ−Ｇａ０｜）を求め、ΔＧａに対する絶縁破壊電圧の変化率Ｋａ、さらに、温水循環時間によるΔＧａの変化速度Ｕａを求めるＡ工程と、健全なコイルから切出した絶縁層の試験片を２種類以上の温度の温水に所定の時間接触させ、その後に取り出し、前記Ａ工程で用いたのと同種の特定の基Ｓの試験片中の含有率の初期値からの変化量ΔＧｂを測定し、温水接触時間によるΔＧｂの変化速度Ｕｂを各温水の温度ごとに求めるＢ工程と、前記Ａ工程で得た絶縁層中の特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧａの変化速度Ｕａと、前記Ｂ工程で得た複数温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧｂの変化速度Ｕｂとを一方を対数尺の軸とし、温度を他方の軸とするグラフ上で、前者で得た１点を通り後者の回帰直線に平行な線を引き、任意の所定の温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量の変化速度Ｕｃを求めるＣ工程とからなり、前記Ａ工程で得た絶縁破壊電圧の変化率Ｋａと、前記Ｃ工程で得た所定の温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量の変化速度Ｕｃとの積として所定の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を求めることを特徴とする請求項１記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１３】
コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの穴を開けた水漏れを起していない複数本のコイル、または運転中、絶縁層に導体冷却水の漏水が確認された複数本のコイルを用い、それらのコイルの導体を接地し、その一部の複数本のコイルの直線部に所定の電圧を課電し、残りの複数本のコイルに対しては課電しない状態で、所定の温度に設定した温水を全コイルの導体に一定の水圧に保ちつつ通水、循環させ、水の浸入程度の異なる複数の時点で絶縁破壊試験を行って絶縁破壊電圧を求め、求めた絶縁破壊電圧と温水循環時間とから絶縁破壊電圧−温水循環時間線図を作成し、この絶縁破壊電圧−温水循環時間線図から温水循環中に課電したコイルと課電しないコイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求め、さらに、両者の比から課電による絶縁破壊電圧の低下速度の増加率を求めることを特徴とする請求項１記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１４】
コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、実際に運転されている機器のコイルに対し、定期的に内部電極上部の絶縁層外表面から内部電極電位を測定するとともに、内部電極からはずれた部分のコイル絶縁層外表面に設けた測定電極から導体との間の誘電特性をも測定し、これら測定値の変化から冷却水の絶縁層中への漏水開始時期を把握し、予め定められた時間を経た後に、コイルを抜き取り絶縁破壊電圧を求める一方、冷却水の絶縁層への漏水開始時期から当該コイルを抜き取るまでの運転時間と、前記冷却水の絶縁層への漏水開始時期で、冷却水の漏水がない場合の絶縁破壊電圧の推定値と実際の絶縁破壊電圧の差とからコイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求めることを特徴とするコイルの余寿命推定方法。
【請求項１５】
コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、冷却水が漏出している複数本のコイルに対して、絶縁破壊試験直前に測定した内部電極の上部絶縁層の外表面から測定した内部電極電位と、絶縁層の外表面に設置した測定電極と導体間および内部電極間の誘電特性と、これらの測定後に測定した絶縁破壊電圧から、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接特性線図、絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図を作成し、その後の測定時にこれら特性線図を用いて絶縁破壊電圧を推定することを特徴とする請求項１または２記載のコイルの余寿命推定方法。
【請求項１６】
コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に装着した測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、測定した電位から推定した絶縁破壊電圧を基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記絶縁層に測定電極を装着する際、前記非接触表面電位計のプローブをコイルに沿って移動させ安定した表面電位が検出される位置に前記測定電極を前記絶縁層表面に装着したことを特徴とするコイルの余寿命推定装置。
【請求項１７】
コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に装着した測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、前記測定した電位から求めた絶縁破壊電圧と前記誘電特性とを基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記誘電特性測定装置は、高圧端子を被測定機器の口出し出力端子および中性点端子のうち、少なくともいずれか一方に接続させるとともに、低圧端子をコイル絶縁層の外表面に装着する測定電極に接続させたことを特徴とするコイルの余寿命推定装置。
【請求項１８】
コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に装着した測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、前記測定した電位から求めた絶縁破壊電圧と前記誘電特性とを基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記誘電特性測定装置は、高圧端子を前記コイルを収容するケーシングおよび鉄心のうち、いずれか一方に接続させるとともに、低圧端子をコイル絶縁層の外表面に装着する測定電極に接続させたことを特徴とするコイルの余寿命推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却水で導体を直接冷却して運転している間に、導体から冷却水が漏水し、絶縁層に浸入した場合、コイルの寿命を予測するコイルの余寿命推定方法およびコイルの余寿命推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、容量が大きくなると、固定子コイル（固定子巻線）に流れる電流が大きくなり、これに伴って固定コイルに発生するジュール損失により温度が高くなりすぎて安定運転を行うことが難しくなっている。
【０００３】
このため、最近の大容量回転電機では、固定子コイルに冷却水を直接供給して冷却するタイプのものが数多く実施されており、その構成として図３３に示すものがある。
【０００４】
従来の大容量回転電機は、円筒状に形成する固定子鉄心１の半径方向中心部側に向って溝を設け、各溝に下コイル２ｂと上コイル２ａとを挿通させている。
【０００５】
上コイル２ａおよび下コイル２ｂは、素線として中空平角銅線単独または中実平角銅線に中空平角線を混ぜたものを用いて導体３ａ，３ｂとし、導体３ａ，３ｂの断面を長方形に形成し、その外側に絶縁層４ａ，４ｂを被覆している。
【０００６】
また、上コイル２ａおよび下コイル２ｂは、導体３ａ，３ｂの端部にクリップ５ａ，５ｂをろう付けし、クリップ５ａ，５ｂ間を中空接続導体６で接続させ、絶縁接続管７から供給される、例えば脱イオン水等の冷却水で、直接導体３ａ，３ｂを冷却するようになっている。
【０００７】
ところで、大容量回転電機の長年の運転の際、導体３ａ，３ｂとクリップ５ａ，５ｂとのろう付け部分に腐蝕による劣化が生じて微細な穴があき、冷却水が絶縁層４ａ，４ｂに漏水し、コイル２は絶縁破壊を起すことがある。
【０００８】
コイル２の絶縁破壊に対し、導体３ａ，３ｂとクリップ５ａ，５ｂとのろう付け部分が絶縁層４ａ，４ｂで覆われ、目視確認できないため、従来では、冷却水の絶縁層４ａ，４ｂへの漏水確認手段として、絶縁層４ａ，４ｂ内に内部電極を備えていないコイル２に対し、例えば、特開平９−３３１６５６号公報、特開平９−５１６５８号公報、特開平１０−１７７０５３号公報に見られる技術が使用され、また、絶縁層４ａ，４ｂに内部電極を備えているコイルに対し、例えば、特願２０００−１２６２９３号に見られる技術が使用されている。
【０００９】
これらの技術は、ともに、冷却水の漏水による絶縁層４ａ，４ｂの静電容量が増加する現象を巧みに利用するものであり、コイルに電極を設け、導体３ａ，３ｂと電極との静電容量を測定し、測定した静電容量が高いとき、冷却水が絶縁層４ａ，４ｂに漏出していると判定するものである。
【００１０】
また、これらの技術は、操作が簡易であるから、冷却水の絶縁層への漏水測定簡易手段として高く評価、実施されている。
【特許文献１】特開平９−３３１６５６号公報
【特許文献２】特開平９−５１６５８号公報
【特許文献３】特開平１０−１７７０５３号公報
【特許文献４】特願２００２−１２６２９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、最近の大容量回転電機では、コイルの絶縁構造として、図３３および図３４に示すように、絶縁層９，９ａ，９ｂ，９ｃに内部電極８ａ，８ｂ，８ｇを設け、コイル表面の電界を低減させたものが実施されている。
【００１２】
なお、コイルの絶縁構造には、内部電極８ａ，８ｂ，８ｇの３層を２層または４層以上にすることもできるが、ここでは３層の内部電極を例示として説明する。また、内部電極のうち、コイル２の導体３ａ，３ｂを基点に外径側に向って第１内部電極８ａ、第２内部電極８ｂと付し、最外層のものを第３内部電極８ｇと付す。
【００１３】
最近の大容量回転電機に適用されるコイルの絶縁構造は、上コイル２ａと下コイル２ｂとを一対の組とするコイル２（２ａ，２ｂ）の導体３の外側を絶縁層９，９ａ〜９ｃで覆うとともに、絶縁層９，９ａ〜９ｃに第１〜第３内部電極８ａ，８ｂ，８ｇの３つの電極を設け、第３内部電極８ｇをコイル２（２ａ，２ｂ）直線部分の最外層における低抵抗層１０に接続させ、第１内部電極８ａ、第２内部電極８ｂで絶縁層９ａ〜９ｃの静電容量を容量分圧し、コイルエンド部の絶縁層の外表面の電界を小さく抑えたものである。
【００１４】
また、コイルエンド部の端部は、導体３（３ａ，３ｂ）を冷却水で直接冷却する絶縁接続管７を備えたクリップ５（５ａ，５ｂ）を設けている。
【００１５】
このようなコイル絶縁構造を備えた大容量回転電機においては、上述の特許公報に開示された技術を適用すれば、冷却水が絶縁層内に浸入しているかの有無を容易判断できても、現時点（測定時点）の絶縁破壊電圧、さらには、今後どのくらいの期間の間、使用することができるかの余寿命を知ることが難しい。
【００１６】
特に、最近のように、回転電機が大容量化してくると、保修や改造等の準備、施工期間が長くなっているだけに、余寿命技術の重要性が増してくる。
【００１７】
余寿命技術に係る発明は、例えば特開平９−９３８７３号公報で提案されている。
【００１８】
この特許公報では、固定子コイルの端部のクリップと導体とをろう付けした部分を切断、採取し、ろう付け状態を調査し、冷却水漏れ開始時期を推定し、その後の絶縁破壊電圧の低下率のデータから余寿命を推定するものである。
【００１９】
しかし、この技術では、コイル間の接続部分の絶縁を除去する必要があり、何本かのコイルを抜き取り、コイル端部を切り取って調査する作業が不可欠となり、復旧に多大な作業時間と費用を費やす等の改善すべき問題がある。
【００２０】
このため、より短時間で、より少ない費用でコイルの余寿命を非破壊的に推定できる技術の実現が望まれていた。
【００２１】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、導体から絶縁層に漏水するコイルにおいて、コイルを取り外すことなく、非破壊的に絶縁層の絶縁破壊電圧を推定し、推定した絶縁破壊電圧に基いて余寿命を推定するコイルの余寿命推定方法およびコイルの余寿命推定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】
【００２２】
本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が漏水し、絶縁層に浸入している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を行い、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程と、前記コイルの今後の運転条件から前記コイルの温度および印加される電圧を求め、このコイル温度および印加される電圧のうち、少なくともいずれか一方による前記コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求める第２工程と、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧が前記コイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程とを備える方法である。
【００２３】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を経時的に複数回行い、測定の機会ごとにコイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程と、前記絶縁破壊電圧の低下傾向を予測する第２工程と、前記経時変化カーブがコイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程とを備える方法である。
【００２４】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、測定した内部電極電位に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図から求める方法である。
【００２５】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、測定した内部電極電位とこの内部電極電位の初期値または導体冷却水の前記絶縁層への漏水がないと判断される前記コイルの内部電極電位のいずれか一方との比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図から求める方法である。
【００２６】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、コイルの導体に交番電圧を印加し、内部電極の上部の絶縁層の外表面で内部電極電位を測定し、隣接する内部電極電位間の比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図から求める方法である。
【００２７】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、内部電極を備える絶縁層の外表面および前記内部電極からはずれる部分の絶縁層の外表面に測定電極を装着し、この測定電極と前記内部電極との間およびこの測定電極と前記内部電極からはずれた部分の導体との間のそれぞれの誘電特性を測定し、測定した誘電特性に対する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−誘電特性線図から求める方法である。
【００２８】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、内部電極の上部側および前記内部電極からはずれた部分の導体の上部側のそれぞれの絶縁層の外表面に装着する測定電極から誘電特性の周波数依存性を測定し、２つの周波数の誘電特性の比を求め、この求めた比に対応する絶縁破壊電圧を予め作成しておいた絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図から求める方法である。
【００２９】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、および絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図のうち、いずれか一方を用いて絶縁破壊電圧を求める際、１つの内部電極の電位に対し、２つの絶縁破壊電圧値が得られる場合、絶縁破壊電圧−誘電特性線図を組合せて前記２つの絶縁破壊電圧値のうち、どちらであるかを判断する方法である。
【００３０】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図および絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図のうち、いずれか一方を用いて絶縁破壊電圧を求める際、１つの内部電極の電位に対し、２つの絶縁破壊電圧値が得られる場合、以前に測定した電位の推移から２つの絶縁破壊電圧値のうち、どちらであるかを判断する方法である。
【００３１】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの穴を開けた水漏れを起していない複数本のコイル、または運転中、絶縁層に導体冷却水の漏水が確認されたコイルに対し、２種類以上の温度に設定した水を各温度に対して複数本の導体に一定の水圧に保ちつつ通水、循環させ、各温度において水の浸入程度の異なる複数の時点で絶縁破壊試験を行って絶縁破壊電圧を求め、求めた絶縁破壊電圧と温水循環時間とから絶縁破壊電圧−温水循環時間線図を作成するとともに、この絶縁破壊電圧−温水循環時間線図から絶縁破壊電圧の低下速度を求め、求めた絶縁破壊電圧の低下速度を基にして循環水の温度との関係を表わしたアレーニウスプロット図を作成し、このアレーニウスプロット図から循環水の任意の温度に対応する絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法である。
【００３２】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの小孔を開けた水漏れを起こしていない複数本のコイル、または実運転コイルにおいて絶縁層中に水の浸入が確認されたコイルに対し、予め定められた１種類の温度に設定した水を、導体に一定の水圧に保ちつつ循環させ、水の浸入程度の異なる複数の温水循環時点で絶縁破壊試験を行い絶縁破壊電圧を求め、次いで、コイルを解体し、絶縁層をサンプリングし、絶縁層の樹脂中に加水分解により変化する化学的な特定の基Ｓの含有率Ｇａを測定し、Ｇａに対する絶縁破壊電圧の変化率Ｋａ、さらに、温水循環時間によるＧａの変化速度Ｕａを求めるＡ工程と、健全なコイルから切出した絶縁層の試験片を２種類以上の温度の温水に接触させ、所定の時間後に取り出し、前記Ａ工程で用いたのと同種の特定の基Ｓの試験片中の含有率Ｇｂを測定し、温水接触時間によるＧｂの変化速度Ｕｂを各温水の温度ごとに求めるＢ工程と、前記Ａ工程で得た絶縁層中の特定の基Ｓの含有率Ｇａの変化速度Ｕａと、前記Ｂ工程で得た複数温度における特定の基Ｓの含有率Ｇｂの変化速度Ｕｂとを一方を対数尺の軸とし、温度を他方の軸とするグラフ上で、前者で得た１点を通り後者の回帰直線に平行な線を引き、任意の所定の温度における特定の基Ｓの含有率の変化速度Ｕｃを求めるＣ工程とからなり、前記Ａ工程で得た絶縁破壊電圧の変化率Ｋａと、前記Ｃ工程で得た所定の温度における特定の基Ｓの含有率の変化速度Ｕｃとの積として所定の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法である。
【００３３】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの小孔を開けた水漏れを起こしていない複数本のコイル、または実運転コイルにおいて絶縁層中に水の浸入が確認されたコイルに対し、予め定められた１種類の温度に設定した水を、導体に一定の水圧に保ちつつ循環させ、水の浸入程度の異なる複数の温水循環時点で絶縁破壊試験を行い絶縁破壊電圧を求め、次いで、コイルを解体し、絶縁層をサンプリングし、絶縁層の樹脂中に加水分解により変化する化学的な特定の基Ｓの含有率Ｇａと健全な絶縁層中の特定の基Ｓの含有率Ｇａ０（特定の基Ｓの含有率の初期値）を測定し、特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧａ（｜Ｇａ−Ｇａ０｜）を求め、ΔＧａに対する絶縁破壊電圧の変化率Ｋａ、さらに、温水循環時間によるΔＧａの変化速度Ｕａを求めるＡ工程と、健全なコイルから切出した絶縁層の試験片を２種類以上の温度の温水に所定の時間接触させ、その後に取り出し、前記Ａ工程で用いたのと同種の特定の基Ｓの試験片中の含有率の初期値からの変化量ΔＧｂを測定し、温水接触時間によるΔＧｂの変化速度Ｕｂを各温水の温度ごとに求めるＢ工程と、前記Ａ工程で得た絶縁層中の特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧａの変化速度Ｕａと、前記Ｂ工程で得た複数温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量ΔＧｂの変化速度Ｕｂとを一方を対数尺の軸とし、温度を他方の軸とするグラフ上で、前者で得た１点を通り後者の回帰直線に平行な線を引き、任意の所定の温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量の変化速度Ｕｃを求めるＣ工程とからなり、前記Ａ工程で得た絶縁破壊電圧の変化率Ｋａと、前記Ｃ工程で得た所定の温度における特定の基Ｓの含有率の初期値からの変化量の変化速度Ｕｃとの積として所定の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法である。
【００３４】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、クリップ近傍の中空素線に一定の大きさの穴を開けた水漏れを起していない複数本のコイル、または運転中、絶縁層に導体冷却水の漏水が確認された複数本のコイルを用い、それらのコイルの導体を接地し、その一部の複数本のコイルの直線部に所定の電圧を課電し、残りの複数本のコイルに対しては課電しない状態で、所定の温度に設定した温水を全コイルの導体に一定の水圧に保ちつつ通水、循環させ、水の浸入程度の異なる複数の時点で絶縁破壊試験を行って絶縁破壊電圧を求め、求めた絶縁破壊電圧と温水循環時間とから絶縁破壊電圧−温水循環時間線図を作成し、この絶縁破壊電圧−温水循環時間線図から温水循環中に課電したコイルと課電しないコイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求め、さらに、両者の比から課電による絶縁破壊電圧の低下速度の増加率を求める方法である。
【００３５】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を推定する第２工程は、実際に運転されている機器のコイルに対し、定期的に内部電極上部の絶縁層外表面から内部電極電位を測定、または、内部電極からはずれた部分のコイル絶縁層外表面に設けた測定電極から導体との間の誘電特性をも測定し、これら測定値の変化から冷却水の絶縁層中への漏水開始時期を把握し、予め定められた時間を経た後に、コイルを抜き取り絶縁破壊電圧を求める一方、冷却水の絶縁層への漏水開始時期から当該コイルを抜き取るまでの運転時間と、前記冷却水の絶縁層への漏水開始時期で、冷却水の漏水がない場合の絶縁破壊電圧の推定値と実際の絶縁破壊電圧の差とからコイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法である。
【００３６】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程は、冷却水が漏出している複数本のコイルに対し、絶縁破壊試験直前に測定した内部電極の上部絶縁層の外表面から測定した内部電極電位と、絶縁層の外表面に設置した測定電極と導体間および内部電極間の誘電特性と、これらの測定後に測定した絶縁破壊電圧から、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接特性線図、絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図を作成し、その後の測定時にこれら特性線図を用いて絶縁破壊電圧を推定するものである。
【００３７】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１６に記載したように、コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に装着した測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、測定した電位から推定した絶縁破壊電圧を基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記絶縁層に測定電極を装着する際、前記非接触表面電位計のプローブをコイルに沿って移動させ安定した表面電位が検出される位置に前記測定電極を前記絶縁層表面に装着したものである。
【００３８】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１７に記載したように、コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に当てた測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、前記測定した電位から求めた絶縁破壊電圧と前記誘電特性とを基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記誘電特性測定装置は、高圧端子を被測定機器の口出し出力端子および中性点端子のうち、少なくともいずれか一方に接続させるとともに、低圧端子をコイル絶縁層の外表面に装着する測定電極に接続させたものである。
【００３９】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置は、上述の目的を達成するために、請求項１８に記載したように、コイルを被覆する絶縁層内に設けた内部電極の電位を測定する非接触表面電位計と、前記内部電極および導体のうち、少なくともいずれか一方とコイル絶縁層の外表面に装着した測定電極との間の誘電特性を測定する誘電特性測定装置と、前記測定した電位から求めた絶縁破壊電圧と前記誘電特性とを基にして余寿命を推定するコイルの余寿命推定装置において、前記誘電特性測定装置は、高圧端子を前記コイルを収容するケーシングおよび鉄心のうち、いずれか一方に接続させるとともに、低圧端子をコイル絶縁層の外表面に装着する測定電極に接続させたものである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係るコイルの余寿命推定方法は、導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、前記導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧の推定に必要な測定を行い、コイルの絶縁破壊電圧を非破壊的に推定する第１工程と、前記コイルの今後の運転条件から、コイルの絶縁破壊電圧の今後の低下カーブを非破壊的に推定する第２工程と、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧が前記コイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程とを備えているので、コイルの今後の余寿命を非破壊的にして簡易かつ容易に推定することができ、コイルの早急な交換、保修等の処置に対し、迅速に対処することができる。
【００４１】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置は、絶縁層内に設けた内部電極の位置をコイルの絶縁層の外表面から検出し、絶縁層の外表面の適正位置に設けるとともに、誘電特性測定装置およびその端子をそれぞれ好適な対象部分に接続させる構成にしたので、精度の高い誘電特性を測定することができ、精度の高いコイル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】
【００４２】
以下、本発明に係るコイルの余寿命推定方法およびコイルの余寿命推定装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００４３】
なお、本実施形態は、大容量タービン発電機の固定子コイルを例示として説明するが、この例示に限定されることなく、絶縁層中に内部電極を有するすべての直接水冷却コイルに適用される。
【００４４】
本発明に係るコイルの余寿命推定方法の実施形態の説明に先立ち、先ず、コイルの絶縁構造を図４〜図６を引用して説明する。
【００４５】
本発明に係るコイルの余寿命推定方法に適用されるコイルの絶縁構造は、上コイルおよび下コイルを含めたコイル１１の導体１２を絶縁層１３および第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃで覆うとともに、絶縁層１３および第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ内に第１〜第３内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇを設け、最外層の第３内部電極１４ｇをコイル１１の低抵抗層１５に接続させる一方、コイル１１の端部の導体１２に冷却水を供給する絶縁接続管１６を備えたクリップ１７を設けて構成されている。
【００４６】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定方法に適用されるコイルの絶縁構造は、図４および図５に示すように、中央部に位置する導体１２を囲み、その外径側に向って第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間に、内径側から外径側に向って順に第１〜第３内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇを設けている。なお、冷却水が絶縁層に浸入した場合には、絶縁層の最内層から外層方向に浸入する。例えば絶縁層１３ａの途中まで浸入した場合には、第１絶縁層１３ａは、冷却水浸入部領域１８ａと、冷却水の浸入していない乾燥領域１８ｂとに区別けされる。
【００４７】
最外層に位置する第３内部電極１４ｇは、低抵抗層１５を介して鉄心（図示せず）に接地されている。また、第３内部電極１４ｇと導体１２との間に設けた第１内部電極１４ａおよび第２内部電極１４ｂは、その各端部の位置をずらした浮遊電圧の電極であり、静電容量の分圧で電位が決まる。
【００４８】
また、コイルの内部電極の電位を測定する内部電極電位測定装置は、コイル１１の外表面を進退させ、第１〜第３内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇの位置を把握し、各内部電極１４ａ，１４ｂの電位を測定する電位測定プローブ１９と、この電位測定プロープ１９からリード線を介してプローブ接続端子２０に接続する非接触表面電位計２０と、この非接触表面電位計２０の波形出力端子２１からリード線を介して接続する、例えば、交流電圧計またはオシロスコープ等の電圧測定装置２２とを備え、交流電源２３から導体１２に印加する交番電圧と非接触表面電位計２０から出力される電位とを電圧測定装置２２で読み取るものである。第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃのうち、いずれかに導体冷却水の浸入があれば内部電極電位が上昇する現象を利用して、冷却水の浸入を検知するものである。
【００４９】
また、コイル表面に測定電極を装着し、測定電極と、第１〜第２内部電極１４ａ，１４ｂおよび導体１２との間の誘電特性を測定するに際し、コイル導体に交番電圧を印加し、図２６に示すように、絶縁層１３の表面の軸方向に沿って表面電位を測定し、内部電極の位置を確認し、適正な位置に測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓを設け、誤差の少ない誘電特性を測定できるようにする。
【００５０】
なお、交流電源２３から導体１３に印加される交番電圧は、正弦波であるが、矩形波、三角波でもよい。さらに、交番電圧の周波数は、第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃへの導体冷却水の漏水に伴う吸湿を考慮すると、低周波が好ましく、例えば、１００Ｈｚ以下が好適である。
【００５１】
図６は、第１絶縁層１３ａから第３絶縁層１３ｃに向って導体冷却水の漏水が順次浸入する場合、第１〜第３内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇの電位を求める等価回路である。
【００５２】
図中、導体１２と第１内部電極１４ａとの静電容量をＣａとし、第１内部電極１４ａと第２内部電極１４ｂとの静電容量をＣｂとし、第２内部電極１４ｂと第３内部電極１４ｇとの静電容量をＣｃとする。
【００５３】
なお、冷却水の浸入範囲が絶縁層１３ａ内に留まる場合、導体１２と内部電極１４ａとの間には、第１絶縁層１３ａの誘電損失を模擬した等価抵抗Ｒａが設けられる。
【００５４】
このような等価回路において、第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃへの導体冷却水の浸入がなければ、各内部電極１４ａ，１４ｂの電位は、印加電圧Ｅの静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃによる分圧で決まる。
【００５５】
このときの第１内部電極１４ａおよび第２内部電極１４ｂのそれぞれの電位Ｖａ，Ｖｂは、次式で表される。
【数１】
2005148039.tif 000003
【００５６】
第１絶縁層１３ａに導体冷却水の漏水があった場合、冷却水の比誘電率が非常に大きいので（冷却水の比誘電率が約８０であるのに対し、乾燥した絶縁層の比誘電率が約４．５）、導体冷却水が漏水した第１絶縁層１３ａの静電容量Ｃａが増加する。また、導体冷却水の漏水の電気伝導率は、絶縁層よりも極めて低いので、誘電損が大幅に増加する。この誘電損を模擬するために、導体１２と第１内部電極１４ａとの間には等価抵抗Ｒａが設けられる。
【００５７】
なお、静電容量Ｃｂ，Ｃｃにも並列抵抗を必要とするが、導体冷却水の漏水がなければ十分に高いので省略している。
【００５８】
各静電容量Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃを、例えばＣａ＝１２００ｐＦ、Ｃｂ＝２０００ｐＦ、Ｃｃ＝３０００ｐＦとし、印加電圧ＥをＥ＝１００Ｖｒｍｓの５０Ｈｚ交流とする場合、第１絶縁層１３ａに導体冷却水の漏水がないとき、その電位Ｖａは、式（１）等からＶａ＝５０．０Ｖである。
【００５９】
次に、導体冷却水の漏水が第１絶縁層１３ａに浸入し、静電容量Ｃａが、例えば３倍、具体的にはＣａ＝３６００ｐＦに増加し、さらに誘電損失が増加し、誘電正接（ｔａｎδ）が０．２に増加した場合（健全な場合、一般に０．０１程度以下）、第１内部電極１４ａの電位Ｖａを計算すると（計算式は複雑なため省略）、Ｖａ＝７５．６Ｖになり、健全な場合に較べて５１％大きくなる。
【００６０】
また、第２内部電極１４ｂの電位Ｖｂも式（２）等に基づいて計算した結果も含めてまとめて表１に示す。
【表１】
2005148039.tif 000004
【００６１】
表１から、第２内部電極１４ｂの電位も、導体冷却水の漏水により５１％増加することがわかる。
【００６２】
このように、導体冷却水の漏水があれば、その内部電極の電位が増加し、それと同時に絶縁破壊電圧が低下する。
【００６３】
したがって、内部電極の電位の変化と絶縁破壊電圧との間に何らかの相関関係があり、この相関関係を予め求めておけば、内部電極の電位から絶縁破壊電圧を推定することができると考えられる。
【００６４】
さて、図４〜図６で示したコイルの絶縁構造および内部電極電位測定装置を用いて導体からの冷却水が絶縁層に漏水した場合のコイル余寿命を推定する本発明に係るコイルの余寿命推定方法の実施形態を説明する。
【００６５】
図１は、本発明に係るコイルの余寿命推定方法の実施形態を示すブロック図である。
【００６６】
本実施形態に係るコイルの余寿命推定方法は、導体からの冷却水が絶縁層に漏水しているかどうかを確認し、導体冷却水が絶縁層に漏水している場合、コイルの絶縁破壊電圧を推定する第１工程（ステップ１）と、前記コイルの今後の運転条件から予測されるコイル温度および印加される電圧のうち、少なくともいずれか一方による前記コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求める第２工程（ステップ２）と、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧がコイルの運転に必要な電圧まで低下する時期を求める第３工程（ステップ３）とを備えた構成になっている。
【００６７】
このような工程を備える本実施形態に係るコイルの余寿命推定方法は、先ず、第１工程（ステップ１の具体例は後述）で、導体から絶縁層へ冷却水の漏水の有無を表面電位測定プローブを介して内部電極の電位を測定し、導体冷却水の漏水がある場合、導体冷却水が漏水したコイルの絶縁破壊電圧を予め求めておいた内部電極の電位と絶縁破壊電圧の関係を示す図を用いて推定し、この推定値を図２上にＡ点としてプロットする。
【００６８】
次に、第２工程では、まず、コイルの今後の運転条件から予測されるコイル温度およびコイルの接続位置から印加される電圧を求める。次にそのコイルの運転条件における絶縁破壊電圧の低下速度を求める。
【００６９】
最後に、第３工程では、図２のＡ点を通り、第２工程で求めた絶縁破壊電圧の低下速度の線Ｌを引き（外挿し）、コイルの運転に必要な電圧Ｅ０まで低下する時期、つまり寿命に達する時期Ｂ点を求める。そして、現時点（測定時点）からＢ点までの時間を余寿命として推定する。
【００７０】
なお、本実施形態に係るコイルの余寿命推定方法は、導体冷却水が漏水したコイルの絶縁破壊電圧を推定し、推定した一つのデータを基に余寿命を求めたが、この例に限らず、例えば、図３に示すように第１工程で、冷却水が漏水したコイルの絶縁破壊電圧を定期的にＡ１，Ａ２，…，Ａ６，…として求め、第２工程で、絶縁破壊電圧の経時変化カーブを求め、さらに、その経時変化カーブを外挿し、今後の絶縁破壊電圧の低下傾向を予測し、第３工程で、その経時変化カーブがコイルの運転に必要な電圧Ｅ０まで低下する時期Ｂ点を求めて、コイルの余寿命を推定してもよい。
【００７１】
このように、本実施形態に係るコイルの余寿命推定方法は、第１工程（ステップ１）で、絶縁破壊電圧を推定し、第２工程（ステップ２）で、絶縁破壊電圧の低下速度を求め、第３工程（ステップ３）で、第１工程および第２工程から求めたデータを外挿し、絶縁破壊電圧がコイルの運転に必要な電圧まで低下する余寿命（時期）を求めるので、コイルの余寿命を非破壊的にして簡易かつ容易に推定することができる。
【００７２】
次に、図１で示した本発明に係るコイルの余寿命推定方法における第１工程（ステップ１）および第２工程（ステップ２）を順を追って詳述する。
【００７３】
図７および図８は、第１工程（ステップ１）における絶縁破壊電圧を推定する際、第１実施形態に適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。
【００７４】
なお、図７は、絶縁層内に２つ（２層）の内部電極を設けた絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。また、図８は、絶縁層内に３つ（３層）の内部電極を設けた絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。
【００７５】
図７および図８中、絶縁破壊電圧の初期値は、コイルの定格電圧や絶縁材料の種類等によって変る。以後、絶縁破壊電圧は、初期値に対する比をパーセントで表示する。
【００７６】
第１工程（ステップ１）では、図４で示した電位測定プローブ１９を絶縁層１３の外表面を進退させるか、あるいは図２６に示した測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓに電位測定プローブ１９を近接させて電位を測定する。
【００７７】
測定した電位Ｖａ（２層内部電極）、Ｖｂ（３層内部電極）のそれぞれの加えた電圧Ｅに対する比Ｖａ／Ｅ、Ｖｂ／Ｅを基に、予め作成しておいた絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図から絶縁破壊電圧が求められる。
【００７８】
このように、本実施形態は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図を実験データ等で予め作成しているので、測定した電位Ｖａ，Ｖｂから絶縁破壊電圧を容易に求めることができる。
【００７９】
なお、内部電極の電位は、直接には測定できず、絶縁層の外表面の電位を測定するものであるが、両者は近い値であるので、説明を簡単にするために、以後、「内部電極電位を測定する」あるいは「内部電極電位」などと記す。
【００８０】
図９および図１０は、第１工程（ステップ１）における第２実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図である。
【００８１】
本実施形態は、内部電極電位を測定するとき、導体に供給される冷却水の絶縁層への漏水により電位が上昇するが、その上昇変化率が重要であることに鑑み、各内部電極電位の初期値に対する比と絶縁破壊電圧の関係を予め求めておけば、絶縁破壊電圧を容易に推定することができる。
【００８２】
図９は、２つ（２層）の内部電極を備えるコイルの内部電極ａの電位Ｖ１４ａの初期値に対する比と、絶縁破壊電圧の関係を示した絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図である。
【００８３】
また、図１０は、３つ（３層）の内部電極を備えるコイルの内部電極１４ａ，１４ｂの電位Ｖａ，Ｖｂの初期値（それぞれＶａ０，Ｖｂ０）に対する比と絶縁破壊電圧の関係を示した絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図である。
【００８４】
ここで、初期値Ｖａ０，Ｖｂ０は、コイルの製造持または運転時の初期段階に測定するか、あるいは電位Ｖａ，Ｖｂの測定時、多数のコイルを測定し、測定値の分布の中で正常と判断される値を求める。後者の具体例として、最も簡単な方法は、全測定データの中央値を採ればよい。
【００８５】
以上のように、図９および図１０で示した絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図を実験等で予め作成しておけば、内部電極電位を測定し、初期値に対する上昇率を求めることができ、絶縁破壊電圧を推定することができる。
【００８６】
図１１は、第１工程（ステップ１）における第３実施形態として適用される絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図である。
【００８７】
本実施形態は、内部電極を３つ（３層）以上備えるコイル、つまり浮遊電位の内部電極を２層以上備えるコイルの層状配置のうち、隣接する２つの内部電極電位の比（浮遊電位の内部電極を２層にする場合、Ｖｂ／Ｖａ）は、その２つの内部電極間に導体冷却水の漏水が浸入しなければ一定値であり（表１参照）、導体冷却水の漏水が浸入すれば増加する。
【００８８】
この２つの内部電極電位の比と絶縁破壊電圧との関係を実験等で予め求めておき、測定したコイルの隣接する２つの内部電極電位の比から絶縁破壊電圧を推定するものである。
【００８９】
このように、本実施形態は、絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図を求めておけば、絶縁破壊電圧を容易に推定することができる。
【００９０】
図１２は、第１工程（ステップ１）における第４実施形態として適用される絶縁破壊電圧−誘電特性線図である。
【００９１】
導体に供給される導体冷却水の漏水が絶縁層内に浸入すると、絶縁層の誘電特性は変化する。
【００９２】
誘電特性には、静電容量、誘電損率、誘電損失角、誘電正接（ｔａｎδ）、力率などがある。これらは、漏水が絶縁層内に浸入してもすべて利用できる。
【００９３】
しかし、前２者（静電容量、誘電損率）は内部電極の大きさ、絶縁層の厚さが変ると変化するに対し、後ろ３者（誘電損失角、誘電正接、力率）は内部電極の大きさ、絶縁層の厚さの変化に影響を受けない。
【００９４】
一方、コイルエンド部のクリップの周辺は、作業者が手作業で絶縁テープを導体に巻き付けるため、絶縁層の厚みが一定しない。また、コイルエンド部には、コイルを固定するための固定部材が設けられており、コイルによって同じ大きさの測定電極を設けることができない場合がある。
【００９５】
以下の実施例は、このような点を勘案して後ろ３者のうち、例えば誘電正接（ｔａｎδ）を選択した。
【００９６】
図１２に示す絶縁破壊電圧−誘電特性線図は、３つ（３層）の内部電極を備えるコイルに適用するもので、導体から絶縁層に冷却水の漏水があった後の、導体上の誘電正接ｔａｎδ０、第１内部電極ａ上の誘電正接ｔａｎδａ、第２内部電極ｂ上の誘電正接ｔａｎδｂのそれぞれを線図化したものである。
【００９７】
本実施形態は、構造上の制約があって、同じ大きさの測定電極を絶縁層に装着できない場合でも、絶縁層への導体冷却水の漏水を容易にして確実に把握することができる。
【００９８】
次に、図１３から図１６を引用して第１工程（ステップ１）における絶縁層への導体冷却水の漏水確認手段としての第５実施形態を説明する。
【００９９】
本実施形態は、絶縁層へ導体冷却水の漏水があると、誘電特性が導体冷却水の漏水量に応じて周波数依存性が高くなるとことに着目したものであり、３つ（３層）の内部電極と測定電極との間の静電容量の周波数特性を図１３に示し、静電容量と静電正接の積の周波数特性を図１４に示す。
【０１００】
これら図１３、図１４において、実線は乾燥した絶縁層の特性、点線は約３３％の絶縁層厚さまで導体冷却水の浸入があった場合、破線は約７０％の絶縁層厚さまで導体冷却水の浸入があった場合のそれぞれを示す。
【０１０１】
これら図１３，１４から、絶縁層への導体冷却水の漏水がない場合、誘電特性は周波数依存性が非常に小さいのに対し、絶縁層への導体冷却水の漏水がある場合、誘電特性は周波数依存性が高くなっている。
【０１０２】
例えば、１ｋＨｚの誘電特性／１０ｋＨｚの誘電特性と導体冷却水の絶縁層への浸入割合の関係を、図１５に示す絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化線図で表す。
【０１０３】
この絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化線図から、誘電特性の周波数依存性は、絶縁破壊電圧と強い関係になっていることがわかる。
【０１０４】
一方、２つ（２層）の内部電極を備えたコイルの絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化線図を図１６に示す。
【０１０５】
この図１６において、実線は内部電極を持たないクリップに近い導体上の絶縁層表面に装着した測定電極と導体間の静電容量と誘電正接との積の１ｋＨｚと１０ｋＨｚの測定値比、破線は内部電極上の絶縁層外表面に装着した測定電極と導体間の静電容量と誘電正接との積の１ｋＨｚと１０ｋＨｚの測定値の比を示す。
【０１０６】
図１６に示した絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図は、同一電極を用い、同一個所で周波数だけを変化させて測定するため、データにばらつきが少なく、内部電極の大きさ、絶縁層厚さに測定結果が依存しない点で測定精度が高い。
【０１０７】
このように、本実施形態は、実験等で予め絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図を取得しておけば、少なくとも２つの周波数で誘電特性を測定し、その比をとれば絶縁破壊電圧を簡単にして容易に推定することができる。
【０１０８】
図１７および図１８は、第１工程（ステップ１）における第６実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。
【０１０９】
コイル絶縁層の絶縁破壊電圧を推定する方法は、すでに図７〜図１１に示した絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図のそれぞれを用い、測定した内部電極電位、内部電極電位の対初期値比、隣接内部電極電位比のそれぞれに対応する絶縁破壊電圧値を求めていた。
【０１１０】
この場合、１つの測定値に対し、２の絶縁破壊電圧値が求まることがある。
【０１１１】
このようなケースに対する絶縁破壊電圧値を求め方を、図１７を引用して説明する。
【０１１２】
図１７は、すでに示した図８の内部電極を３つ（３層）備えたコイルの内部電極ａの電位Ｖａと絶縁破壊電圧との関係を示す絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。
【０１１３】
図中、電位Ｖａが８３％の場合、絶縁破壊電圧は５９％（Ｂ点）、１７％（Ｃ点）の２つの値が得られる。
【０１１４】
一方、内部電極ａ上の絶縁層の誘電正接ｔａｎδａは、図１８に示すように、１．８％（Ｂ′領域）である。この誘電正接ｔａｎδａ＝１．８％は、急激に上昇する前段階（Ｂ′）であり、絶縁破壊電圧が約５０％以上と考えられる。
【０１１５】
この誘電正接ｔａｎδａ＝１．８％のとき、絶縁破壊電圧が約５０％以上であることを勘案すると、上述電位Ｖａが８３％のとき、絶縁破壊電圧は５９％（図１７のＢ点）と推定される。
【０１１６】
ちなみに、もし絶縁破壊電圧が１７％（図１７のＣ点）まで低下しているとすれば、図１８から誘電正接ｔａｎδａ＝６９％（Ｃ′点）と読み取れ、いくら測定精度が悪いとしても、誘電正接ｔａｎδａ＝２％のものを誘電正接ｔａｎδａ＝６９％と測定することはあり得ない。
【０１１７】
したがって、絶縁破壊電圧は、１７％まで低下することはあり得ず、５９％と推定される。
【０１１８】
このように、本実施形態は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図から絶縁破壊電圧を求める場合、絶縁破壊電圧−誘電特性線図を組合せて絶縁破壊電圧を判定するので、適正な絶縁破壊電圧値を求めることができる。
【０１１９】
図１９は、第１工程（ステップ１）における第７実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図である。
【０１２０】
コイル絶縁層の絶縁破壊電圧を推定する際、上述第６実施形態では、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図等と絶縁破壊電圧−誘電特性線図とを組み合わせ、求めた２つの絶縁破壊電圧値のうち、適正値を判定したが、本実施形態では、求めた２つの絶縁破壊電圧値のうち、適正値の判定を、絶縁破壊電圧値の経時的変化から行うものである。
【０１２１】
図１９は、その一例である。
【０１２２】
例えば、１年前に測定した電位Ｖａが６５％の場合、上述の誘電正接ｔａｎδａの測定結果と併用すると、絶縁破壊電圧は７１％（Ａ点）と推定される。
【０１２３】
一方、今回測定した電位Ｖａが８３％の場合、導体冷却水の絶縁層への漏水浸入速度から絶縁破壊電圧は、１年間で１７％（Ｃ点）まで一気に低下することは考えられず、５９％（Ｂ点）と推定される。
【０１２４】
このように、本実施形態は、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図から求めた２つの絶縁破壊電圧値に対し、測定した電位の経時的変化を考慮するので、適正な絶縁破壊電圧値を選択することができる。
【０１２５】
次に、コイルの余寿命推定方法の第１実施形態の第２工程（ステップ２）における第１実施形態として適用される絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法を説明する。
【０１２６】
本実施形態は、導体冷却水の絶縁層への浸入のない６本のコイルのクリップを被覆する絶縁層の一部を除去するとともに、１本の中空素線に、例えば、直径０．３ｍｍの穴を開け、中空素線から漏水の流出を阻止しないように穴の周囲に隙間を確保させ、再絶縁を行ったコイルを使用した。
【０１２７】
試験の際、コイル２本ずつに、例えば、温度９５℃、８０℃、７０℃のそれぞれに制御したイオン交換水を循環させた。
【０１２８】
そして、定期的に内部電極電位を測定し、漏水の絶縁層への浸入程度、および絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図を用いて、絶縁破壊電圧を推定した。また、各温度（９５℃，８０℃，７０℃）のイオン交換水を循環させたコイル２本を異なる時期に、左右のコイルエンド部を別々に絶縁破壊させた。
【０１２９】
絶縁破壊後、イオン交換水の温水循環時間と絶縁破壊電圧との関係を図２０に示すように、絶縁破壊電圧−温水循環時間線図として作成した。
【０１３０】
次に、循環水の温度と絶縁破壊電圧の低下速度との関係を求めるために、本実施形態では、図２０に示される勾配（傾き）に基づいて図２１で示される縦軸を絶縁破壊電圧の低下速度の対数にし、横軸に絶対温度の逆数を採った線図（アレーニウスプロット図と称す）を作成した。
【０１３１】
このように、本実施形態は、図２１に示す絶縁破壊電圧低下速度−温度線図を予め作成しておくので、任意の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を容易に求めることができる。
【０１３２】
なお、ろう付け部分の欠陥の程度やろう付け部分の腐食状況は、種々変化する。このため、上述の中空素線に開ける穴の大きさや数を変えてテストを行えば、絶縁層に浸入する漏水量の違いから漏水浸入速度、絶縁破壊電圧の低下速度におよぼす影響を把握することができる。
【０１３３】
また、上記実施例では、素線に人工的に中空素線に穴をあけ水を漏出させたが、発電機の運転中に水漏れを起こしたコイルを発電機から抜取り、温水循環試験の試料として用いてもよい。この場合は、ばらつきが大きくなるが、現実に近い条件で試験できる利点がある。
【０１３４】
図２２、図２３および図２４は、コイルの余寿命推定方法の第１実施形態の第２工程（ステップ２）における第２および第３実施形態として適用される絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法を説明するための線図である。
【０１３５】
本実施形態は、１温度によるコイルの温水循環試験と絶縁層の切出し試験片の複数温度による湿熱劣化試験とを併用して任意の温度における絶縁破壊電圧の低下速度を求めたものである。
【０１３６】
すなわち、水と温度による絶縁層の劣化（湿熱劣化と称する）が進むにつれ、絶縁層の中の樹脂、例えばエポキシ樹脂の化学結合が加水分解により変質し、特定の基の含有率が変化する。この特定の基の代表的なものがエステル基である。樹脂中にエステル基が存在する場合、エステル基が加水分解により切断され、有機酸と水酸基に変化する。
【０１３７】
したがって、湿熱劣化の進展度合とエステル基の減少度合、あるいは有機酸または水酸基の増加度合との間には相関関係がある。
【０１３８】
本実施形態は、このような現象を利用し、湿熱劣化の進展速度の温度依存性を絶縁層の試験サンプル（切出し試験片）で試験し、実コイルに用いる一つの温度の劣化試験結果と合わせて、任意の温度の絶縁破壊電圧の低下速度を求めるものである。
【０１３９】
ここで求めたい絶縁破壊電圧の低下速度（−ｄ（ＢＤＶ）／ｄｔ，ＢＤＶ：絶縁破壊電圧、ｔ：時間）は、以下のように変形される。
【数２】
2005148039.tif 000005
【０１４０】
式（３）の右辺の第１項は、実コイルの温水循環試験または実運転コイルから求め、第２項は絶縁層の切出し試験片の湿熱劣化試験において求める。
【０１４１】
以下に、湿熱劣化の進展速度の温度依存性に基づく絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法を詳述する。
【０１４２】
本実施形態において、先ずＡ工程において、１温度によるコイルの温水循環試験では、コイルの余寿命推定方法の第１実施形態の第２工程（ステップ２）における第１実施形態で述べた温水循環試験と全く同様な試験を１温度だけで行なう。試験温度は、試験期間により決めればよいが、高い温度の方が試験期間を短くすることができる。一例として９５℃の温度のイオン交換水を複数本の導体に循環させ、２ヶ月後と５ヶ月後にコイルの絶縁破壊試験を行い、絶縁破壊電圧を求めた。試験結果から絶縁破壊電圧−温水循環時間線図（図２０の９５℃のプロット）を作成し、その傾きとしてコイルの９５℃１温度における絶縁破壊電圧の低下速度が求められる。
【０１４３】
コイルの絶縁破壊試験後、本実施形態は絶縁層を解体し、絶縁層をサンプリングし、絶縁層に含まれる特定の基Ｓとしてエステル基の含有率Ｇａを赤外吸収スペクトルで測定する。
【０１４４】
次いでＢ工程において、導体冷却水の漏水がない場合の絶縁層は、例えば４０ｍｍ×５０ｍｍの長方形形状にした切出し試験片として切り出し、導体冷却水温度を、例えば、９５℃、８０℃、７０℃に制御したイオン交換水に浸漬し、予め定められた時間ごとに取り出し、絶縁層に含まれるエステル基含有率Ｇｂを赤外吸収スペクトルで測定する。
【０１４５】
なお、ここで、エステル基の含有率Ｇａ、Ｇｂはその絶対値より、初期状態（未劣化状態）の絶縁層中のエステル基含有率Ｇａ０、Ｇｂ０からの変化が重要であるので、両者の差ΔＧａ、ΔＧｂ（ΔＧ＝｜Ｇ−Ｇ０｜）を用いてもよい。以下のデータ処理においてはエステル基含有率Ｇａ、Ｇｂの代わりに、ΔＧａ、ΔＧｂを用いて説明することにする。Ｇａ、Ｇｂを用いれば、以下の説明で用いる線形尺度のグラフ図２２と図２３がＧａ０、Ｇｂ０だけ平行移動したグラフとなる。これらのグラフの傾きを用いるので最終的な結果は同じとなる。
【０１４６】
このようにして得られたエステル基含有率の初期値からの変化ΔＧａおよびΔＧｂと劣化時間との関係を図２２に示す。また、コイルの絶縁破壊電圧とそのコイルの絶縁層中のエステル基含有率Ｇａの初期値からの変化量ΔＧａとの関係を図２３に示す。図２３で示した線図のプロットの回帰直線の勾配（傾き）が、コイルの絶縁破壊電圧のエステル含有率依存性Ｋａであり、式（３）の右辺第１項に対応する。
【０１４７】
次にＣ工程において、図２２で示した線図の勾配（傾き）から得られるエステル含有率の変化速度（コイルに対してはＵａ、切出し試験片に対してはＵｂ）と劣化温度との関係をアレーニウスプロットし、図２４に示す。
【０１４８】
図２４において、絶縁層の切出し片による３つの温度（９５℃，８０℃，７０℃）のプロット点の回帰直線Ｘを引き、さらに、実コイルのエステル含有率の時間変化速度のプロット点を通り回帰直線Ｘに平行な実コイルのエステル含有率の変化速度の温度依存性を示す推定直線Ｙを描く。この推定直線Ｙから任意温度におけるコイル絶縁層中のエステル含有率の時間変化速度Ｕｃが求められる。例えば、発電機の運転時のコイル導体温度が７０℃の場合は、図２４からエステル含有率の時間変化速度Ｕｃが０．０８／年と求められる（推定される）。この所定温度におけるエステル含有率の時間変化速度Ｕｃが式（３）の右辺の第２項に対応する。
【０１４９】
このようにして求めた（コイルの絶縁破壊電圧のエステル含有率依存性Ｋａ）と（コイルの運転温度におけるエステル含有率の時間変化速度Ｕｃ）の積がコイルの運転温度における絶縁破壊電圧の低下速度である。
【０１５０】
なお、本実施例では、劣化量としてエステル含有率を用いたが、これに限らず、有機酸の含有率の増加を化学的分析機器を用いて分析し、式（３）のエステル基の代わりに用いてもよい。また、樹脂の種類によっては加水分解により、この他の基がより感度よく変化することが分かっている場合、その特定の基を分析して用いればよい。
【０１５１】
また、上記の実施例では、健全コイルから切り出した切出し試験片は、９５℃、８０℃、７０℃に制御したイオン交換水に浸漬したが、この場合は試験片の全ての表面が水に接触する。一方、実際のコイルでは導体からのみ水が浸入してくるので、切出し試験片より劣化がかなり遅くなると考えられる。従って、切出し試験片の温水による劣化を実際に近づけるために、６面の内５面を金属板または耐湿性エポキシ樹脂などシールして１面だけが温水に接触するようにしたり、水を満たした容器の開口部に切出し試験片を押し付け、切出し試験片の１面のみが温水に接触するようにして湿熱劣化試験をすれば、劣化条件を実コイルに近づけることができる。
【０１５２】
このように、本実施形態は、コイルを用いる大規模な試験を１温度だけに限定し、湿熱劣化速度の温度依存性は、実験室において、切出し試験片を用い湿熱劣化による特徴的な化学的に特定な基の含有率を分析的に測定するので、比較的短時間でかつ、前記の第１実施形態で述べた温水循環試験だけで絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法より、小規模な試験で縁破壊電圧の低下速度を求めることができるという利点がある。
【０１５３】
次に、コイルの余寿命推定方法の第１実施形態の第２工程（ステップ２）における絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法の第４実施形態を説明する。
【０１５４】
絶縁破壊電圧の低下速度を求める場合、上述の第２工程（ステップ２）の第１実施形態および第２実施形態におけるコイルを用いた試験では、イオン交換水の循環試験時に高電圧を印加していない。
【０１５５】
しかし、絶縁層に電圧が印加されると、高電界のかかった絶縁層中には、高誘電率の物質が侵入する力（マックスウェル応力）が作用し、無電界の場合よりイオン交換水の浸入速度が速くなる。
【０１５６】
また、イオン交換水の浸入が進んだ段階において、イオン交換水の浸入していない絶縁層には、より高い電界がかかり、電気的劣化も速くなる。このため、電圧の影響を把握しておく必要がある。
【０１５７】
本実施形態は、このような点を考慮したもので、所定の温度に制御したイオン交換水をコイル導体に循環させる際、導体とコイル直線部分の表面の半導電層間に高電圧を課電する場合と、課電しない場合の両者について劣化試験をし、両者の試験結果と比較し、イオン交換水の温度以外に課電による絶縁破壊電圧の低下速度の影響を求めるものである。
【０１５８】
以下にもう少し具体的に説明する。上述の第２工程（ステップ２）の第１実施形態乃至第３実施形態の内の１実施形態のコイルを用いた試験をまず実施する。その試験により無課電状態の水漏れによる絶縁破壊電圧の低下速度ＤＲＢＤＶ（無課電）が得られる。その試験と同時でもよく、また別の機会でも良いが、それらの試験と全く同様の複数本の供試コイルを用い、所定の温度に制御したイオン交換水を一定の水圧に保ちつつコイル導体に循環させる。その際、それらのコイルの導体を接地し、コイルの直線部の低抵抗層に所定の電圧を課電する。水の浸入程度の異なる複数の時点で絶縁破壊試験を行って絶縁破壊電圧を求め、絶縁破壊電圧−温水循環時間線図を作成し、その傾きから課電状態の水漏れによる絶縁破壊電圧の低下速度ＤＲＢＤＶ（課電）を得る。この場合の課電による加速係数は、ＤＲＢＤＶ（課電）／ＤＲＢＤＶ（無課電）で得られる。
【０１５９】
図２において、今後の絶縁破壊電圧の低下速度の推定線Ｌを引く際に、電圧の影響が無視できない線路側のコイルに対しては、上記ＤＲＢＤＶ（課電）を用いる。
【０１６０】
なお、印加電圧は、一般的には、定格電圧（線間電圧）と定格電圧／√３（対地電圧）の間の電圧であるが、試験期間、温水温度による劣化の加速度を勘案して他の電圧を用いてもよい。
【０１６１】
また、複数の課電電圧を用いて試験すれば、課電による劣化の加速係数をより明確にすることができ、印加される電圧の異なるコイルに対する絶縁破壊電圧の低下速度をより正確に推定することができる。
【０１６２】
このように、本実施形態は、イオン交換水を導体に循環させる際、コイルに電圧を印加させるので、より運転状態に近い条件での絶縁破壊電圧の低下速度を求めることができる。
【０１６３】
図２５は、コイルの余寿命推定方法の第１実施形態の第２工程（ステップ２）における第４実施形態として適用される絶縁破壊電圧の低下速度を求める方法を説明するためのコイルの絶縁破壊電圧−運転時間線図である。
【０１６４】
絶縁破壊電圧の低下速度を求める場合、上記第１〜第３実施形態では実験室における試験データから絶縁破壊電圧の低下速度を求めていたが、本実施形態は、実運転のコイルをメンテナンスする中で絶縁破壊電圧の低下速度を求めるものである。
【０１６５】
すなわち、本実施形態は、実際に運転しているコイルに対し、定期的に内部電極電位、または内部電極の存在範囲よりクリップ側絶縁層の絶縁層外表面に測定電極を装着し、導体と測定電極との間の誘電特性を測定し、測定値の変化から導体冷却水の絶縁層への浸入開始時期（図中、Ｓ）を把握し、例えば２年間等定めておいた時間（図中、Δｔ）を経過後、コイルを抜き取り絶縁破壊電圧を求め、導体冷却水の絶縁層への浸入開始時期Ｓからコイルを抜き取るまでの運転時間Δｔ（例えば、２年）と、コイルを抜き取る時点で、導体冷却水の漏入がない場合の絶縁破壊電圧の推定値（例えば図中、８８％）と現在の絶縁破壊電圧（例えば５７％）の差ΔＶとからコイルの絶縁破壊電圧の低下速度ΔＶ／Δｔ（図では３１％／２年＝１５．５％／年）を求めるものである。
【０１６６】
本実施形態は、コイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求めるまで時間がかかるものの、絶縁層の劣化状態、コイルの実運転条件を充分に反映させているので、精度のより一層高いコイルの絶縁破壊電圧の低下速度を求めることができる。
【０１６７】
なお、上述の絶縁破壊電圧の低下速度を求める第２工程（ステップ２）の第１実施形態〜第４実施形態の試験において、絶縁層の内部電極電位の測定および絶縁層に装着した表面電極と、その下方に位置する導体または内部電極との間の誘電特性を測定後、絶縁破壊電圧を求めるので、その試験結果から、絶縁破壊電圧と各種測定結果との関係を整理すれば、絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図、絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図、絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図、絶縁破壊電圧−誘電特性線図、絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図を得ることができる。これらの線図は、第１工程における絶縁破壊電圧を推定する方法の第１乃至第７実施形態で用いられる。
【０１６８】
次に、本発明に係るコイルの余寿命推定装置の第１実施形態を説明する。
【０１６９】
図２６は、本発明に係るコイルの余寿命推定装置のうち、絶縁層の誘電特性を測定するためにコイルの絶縁層外表面に測定電極を設けた概念図である。
【０１７０】
コイルの絶縁構造には、導体１２およびクリップ１７を被覆する絶縁層１３および第１〜第３絶縁層１３ａ，１３ｂ，１３ｃに第１〜第３内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇが設けられるとともに、絶縁層の外表面に測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓが装着され、第１内部電極１４ａ、第２内部電極１４ｂ、導体１２との間に電圧が印加され、誘電特性が測定される。
【０１７１】
しかし、各内部電極１４ａ，１４ｂ，１４ｇの位置は、外部から見ることができず、測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓの設置如何によっては測定誤差等不具合が生ずる場合がある。
【０１７２】
このため、本実施形態は、コイルの軸方向に測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓを設置する際、まず、表面電位測定プローブ（図示せず）を絶縁層の外表面に進退移動させ、図示のように表面電位が測定され、安定した表面電位の位置に測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓを装着したものである。
【０１７３】
本実施形態は、このようにして各測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓを絶縁層の外表面に装着したので、各測定電極２４ａ，２４ｂ，２４ｓの位置ずれがなく、測定誤差を少なくすることができる。
【０１７４】
また、本発明に係るコイルの余寿命推定装置の第２実施形態を説明する。
【０１７５】
内部電極と絶縁層外表面に装着した測定電極との間の静電容量と測定するには、直接内部電極に測定装置を接続することができないので、工夫策が必要である。
【０１７６】
図２７は、例えば、タービン発電機コイルのエンド部絶縁層の誘電特性を測定する際に適用されるコイルと誘電測定装置との接続を示す概念図である。
【０１７７】
図２７では、コイルが多数直列または並列に接続された巻線２８を単に１相ごとに長方形で表わしている。
【０１７８】
実際には、個々のコイル２５（２５ａ，２５ｂ）の直線部は切欠き部分断面図で示すように、鉄心２６の溝に挿入される。コイルエンド部の所定の個所に、測定電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｓ）を装着し、誘電特性測定装置２７の低圧端子２９に同軸ケーブル３０の一端に接続し、他端を測定電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｓ）に接続する。
【０１７９】
また、誘電特性測定装置２７の高圧端子３１に同軸ケーブル３２の一端を接続し、他端を発電機の口出し出力端子３３および中性点端子３４のうち、少なくともいずれか一方に接続する。
【０１８０】
誘電特性測定装置２７の接地端子またはガード端子３５は接地しない。
【０１８１】
このような接続構造で、静電特性（静電容量、誘電損率、誘電正接、誘電損角、力率）を測定すると、浮遊電位の内部電極は内部電極と導体間の大きな静電容量により、両者はほぼ同電位になり、実質的に誘電特性測定装置２７からの発生電圧が全て内部電極と測定電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｓ）との間に印加され、精度の高い誘電特性を測定することができる。
【０１８２】
なお、本実施形態は、誘電特性測定装置２７の高圧端子３１を口出し出力端子３３および中性点端子３４に接続しているが、この例に限らず、例えば図２８に示すように、誘電特性測定装置２７の高圧端子３１をコイルを収容する発電機のケーシング３６に接続させてもよい。
【０１８３】
このような接続構造で、静電特性（静電容量、誘電損率、誘電正接、誘電損角、力率）を測定すると、本実施形態は、浮遊電位の内部電極の電位が大地電位である最外層の内部電極１４ｇ（図示せず）と内部電極との間の大きな静電容量により、ほぼ大地電位、すなわちケーシング３６とほぼ同じ電位になる。
【０１８４】
したがって、本実施形態によれば、実質的に誘電特性測定装置２７の発生電圧が全て内部電極と測定電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｓ）の間に印加され、精度の高い誘電特正を測定することができる。
【０１８５】
なお、同軸ケーブル３２の接続個所は、発電機のケーシング３６の代りに、ケーシング３６に収容する鉄心２６と同電位の部分であればどこに接続してもよく、例えば、鉄心２６の一部に直接接続してもよい。
【０１８６】
また、測定電極２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｓ）は、例えば、図２９および図３０に示すように、絶縁板３７に柔かいゴムまたはスポンジなどの絶縁性に富む柔軟性部材３８を貼付し、その上に電極部３９とガード電極４０を配置するか、または、例えば、図３１および図３２に示すように、電極部３９とガード電極４０との間に絶縁シート４１を介装するとともに、電極部３９およびガード電極４０に同軸ケーブル３０の心線およびシール部をそれぞれ接続すれば、電極部３９およびガード部４０がコイル表面に密着するとともに、ガード電極４０により、電極部３９の周囲に発生する誤差要因となる電界の乱れを少なくすることができ、精度の高い測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８７】
【図１】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１実施形態に適用するコイルの運転時間とコイルの絶縁破壊電圧との関係を示す線図。
【図３】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２実施形態に適用するコイルの運転時間とコイルの絶縁破壊電圧との関係を示す線図。
【図４】本発明に係るコイルの余寿命推定方法において、コイルの絶縁破壊電圧を推定する際に適用する絶縁破壊電圧測定装置を示す概念図。
【図５】図４に示したコイルのＡ−Ａ矢視方向切断断面図。
【図６】図４に示した内部電極の電位を計算するための電気的等価回路図。
【図７】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第１実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図。
【図８】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第１実施形態として適用される他の絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図。
【図９】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第２実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図。
【図１０】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第２実施形態として適用される他の絶縁破壊電圧−内部電極電位の対初期値比特性線図。
【図１１】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第３実施形態として適用される他の絶縁破壊電圧−隣接内部電極電位比特性線図。
【図１２】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第４実施形態として適用される他の絶縁破壊電圧−誘電特性線図。
【図１３】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第５実施形態として適用される絶縁層の静電容量の周波数特性線図。
【図１４】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第５実施形態として適用される絶縁層の静電容量と静電正接の積の周波数特性線図。
【図１５】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第５実施形態として適用される絶縁層の３種類の誘電特性の１ｋＨｚと１０ｋＨｚとの比と絶縁層への導体冷却水の漏水浸入割合との関係を示す図。
【図１６】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第５実施形態として適用される２層の内部電極を備えたコイルの絶縁破壊電圧−誘電特性の周波数変化率線図。
【図１７】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第６実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図。
【図１８】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第６実施形態として適用される絶縁破壊電圧誘電正接線図。
【図１９】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第１工程における絶縁破壊電圧を推定する際の第７実施形態として適用される絶縁破壊電圧−内部電極電位特性線図。
【図２０】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第１実施形態として適用されるコイルへの温水循環時間と絶縁破壊電圧との関係を示す線図。
【図２１】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第１実施形態として適用されるコイルに循環させる温水の温度と絶縁破壊電圧の低下速度との関係を示す線図。
【図２２】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第２実施形態として適用される絶縁層中のエステル基含有率の初期値からの変化と劣化時間との関係を示す線図。
【図２３】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第２実施形態として適用される絶縁層中のエステル基含有率の初期値からの変化と絶縁破壊電圧との関係を示す線図。
【図２４】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第２実施形態として適用される絶縁層中のエステル基含有率の変化速度との関係を示す線図。
【図２５】本発明に係るコイルの余寿命推定方法の第２工程における絶縁破壊電圧の低下速度を求める際の第３実施形態として適用されるコイルの運転時間−コイルの絶縁破壊電圧線図。
【図２６】本発明に係るコイルの余寿命推定装置の第１実施形態を示す概念図。
【図２７】本発明に係るコイルの余寿命推定装置の第２実施形態を示す概念図。
【図２８】本発明に係るコイルの余寿命推定装置の第３実施形態を示す概念図。
【図２９】本発明に係るコイルの余寿命推定装置に適用される測定電極の概念図。
【図３０】図２９のＢ−Ｂ矢視方向から見た測定電極の正面図。
【図３１】本発明に係るコイルの余寿命推定装置に適用される他の測定電極の概念図。
【図３２】図３１のＣ−Ｃ矢視方向から見た測定電極の正面図。
【図３３】従来の発電機における固定子コイルの一部を示す概念図。
【図３４】従来の発電機における絶縁層中に内部電極を備えたコイルエンド部の一部を示す概念図。
【符号の説明】
【０１８８】
１  固定子鉄心
２ａ  上コイル
２ｂ  下コイル
３ａ，３ｂ  導体
４ａ，４ｂ  絶縁層
５  クリップ
６  中空接続導体
７  絶縁接続管
８ａ  第１内部電極
８ｂ  第２内部電極
８ｇ  第３内部電極
９，９ａ，９ｂ，９ｃ  絶縁層
１０  低抵抗層
１１  コイル
１２  導体
１３  絶縁層
１３ａ  第１絶縁層
１３ｂ  第２絶縁層
１３ｃ  第３絶縁層
１４ａ  第１内部電極
１４ｂ  第２内部電極
１４ｇ  第３内部電極
１５  低抵抗層
１６  冷却水用絶縁接続管
１７  クリップ
１８ａ  浸入部領域
１８ａｄ  乾燥領域
１９  電位測定プローブ
２０  非接触表面電位計
２１  波形出力端子
２２  電圧測定装置
２３  交流電源
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｓ  測定電極
２５，２５ａ，２５ｂ  コイル
２６  鉄心
２７  誘電特性測定装置
２８  巻線
２９  低圧端子
３０  同軸ケーブル
３１  高圧端子
３２  同軸ケーブル
３３  口出し出力端子
３４  中性点端子
３５  ガード端子
３６  ケーシング
３７  絶縁板
３８  柔軟性部材
３９  電極部
４０  ガード電極
４１  絶縁シート
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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