(57)【要約】      （修正有）【課題】効率的な手順によって加水分解の度合いを簡易的に適切に把握できる電気機器の絶縁劣化診断方法を提供する。【解決手段】加速試験による被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するとき、加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びｐＨ値の個々、又は上記測定値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面に析出した白色の析出物の大きさを測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに前記析出物の大きさより絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項２】
析出物の最大径が０．０２ｍｍ以下は劣化度小、析出物の最大径が０．０２〜０．１ｍｍは劣化度中、析出物の最大径が０．１ｍｍ以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項１記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項３】
ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する単位試料当たりの有機酸類生成濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣによって測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された有機酸濃度（ｍｇ／Ｌ）によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。  
【請求項４】
測定された有機酸量（ｍｇ／Ｌ）が０．１５以下は劣化度小、有機酸量０．１５〜１．０は劣化度中、有機酸量１．０以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項３記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項５】
ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記ＦＴ−ＩＲにての測定結果に基づく被試験材料の吸光度比を求め、かつ加速試験時間に対する吸光度比を求めると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された吸光度比の大きさによって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。  
【請求項６】
吸光度比は、有機酸の吸収スペクトル１７１０ｃｍ−１をポリエステルの吸収スペクトル１７４０ｃｍ−１にて除して求め、この値が０．３７以下では劣化度小、吸光度比０．３７〜０．６は劣化度中、吸光度比０．６以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項５記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項７】
ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料のｐＨ値を測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定されたｐＨ値によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項８】
ｐＨ値の大きさが、６．７以下では劣化度小、ｐＨ６．７〜６．５は劣化度中、ｐＨ値６．５以上では劣化度大と判定することを特徴とした請求項７記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
【請求項９】
ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びｐＨ値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定することを特徴とした請求項１乃至８記載の電気機器の絶縁劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の絶縁劣化診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転機等の電気機器においては、絶縁劣化による故障が発生すると、当該機器の復旧に要する時間と費用以外に、社会的に大きな損失が発生するため、従来からこの故障を未然に防ぐための絶縁劣化診断方法の開発が行われている。
特に電気機器のうちでも、回転機の巻線交換には多大な時間と費用がかかるため、巻線の寿命を適切に予測し、計画的に更新することが重要となる。
回転機の絶縁劣化は、物理的劣化と化学的劣化との和によって表される。ここで物理的劣化要因としては、ヒートサイクルや電磁振動に伴う機械的なものと、コロナによる電気的なものがある。また、化学的劣化要因としては、吸湿や加水分解による環境と熱的なものがある。
【０００３】
上記絶縁劣化条件をもとに診断がおこなわれるが、回転機の固定子巻線に対する非破壊試験としては、固定子巻線非破壊絶縁劣化診断試験（以下、従来試験法という）が存在する。また、非特許文献１や特許文献１のようなものが公知となっている。この特許文献１のものは、絶縁層を構成する樹脂の加水分解生成物量をイオンクロマトグラフ分析、若しくは赤外線吸収分析法によって測定することにより絶縁層の劣化状態を検出するものであり、非特許文献１のものは、成極指数、誘電正接、最大放電電荷量等を注目した検討結果を示したものである。
【特許文献１】特開２００３−１０７０７５号公報
【非特許文献１】平成１３年電気学会全国大会２−０８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９は従来法による絶縁診断項目と劣化現象の相関図を示したものである。
同図から明らかなように、絶縁材料のボイド、はくりといった物理的劣化については従来法で検知可能であるが、材料変質等の化学的劣化については把握することができない。
また、各文献で記載されているように、近年、これらに関連して回転機の絶縁劣化診断の課題とされていることは、物理的な劣化が単独で進行した際には従来法で評価できるが、物理的と化学的な劣化が同時進行すると、化学的な劣化が物理的な劣化指標（Qmax.△tanδ.△I）に影響を与えるため、結果として真の劣化進行よりも過小評価になる場合がある。
特にポリエステル樹脂を使用した回転機用含浸樹脂は、水と熱により加水分解劣化により材料の変質が生じて絶縁材料の機能が満足しなくなり、終には機器破壊する。このため、劣化進行の度合いを適切に把握する方法の開発が強く要望されている。
【０００５】
したがって、本発明が目的とするところは、効率的な手順によって加水分解の度合いを簡易的に適切に把握できる絶縁劣化診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面に析出した白色の析出物の大きさを測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに前記析出物の大きさより絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。
【０００７】
本発明の第２は、析出物の最大径が０．０２ｍｍ以下は劣化度小、析出物の最大径が０．０２〜０．１ｍｍは劣化度中、析出物の最大径が０．１ｍｍ以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第３は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する単位試料当たりの有機酸類生成濃度（ｍｇ／Ｌ）をＩＣによって測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された有機酸濃度（ｍｇ／Ｌ）によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第４は、測定された有機酸量（ｍｇ／Ｌ）が０．１５以下は劣化度小、有機酸量０．１５〜１．０は劣化度中、有機酸量１．０以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第５は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記ＦＴ−ＩＲにての測定結果に基づく被試験材料の吸光度比を求め、かつ加速試験時間に対する吸光度比を求めると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定された吸光度比の大きさによって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。
【００１１】
本発明の第６は、吸光度比は、有機酸の吸収スペクトル１７１０ｃｍ−１をポリエステルの吸収スペクトル１７４０ｃｍ−１にて除して求め、この値が０．３７以下では劣化度小、吸光度比０．３７〜０．６は劣化度中、吸光度比０．６以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。
【００１２】
本発明の第７は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料のｐＨ値を測定すると共に、予め絶縁破壊電圧試験による保持率と時間の関係に基づいて判定基準を作成し、この判定基準をもとに測定されたｐＨ値によって絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。
【００１３】
本発明の第８は、ｐＨ値の大きさが、６．７以下では劣化度小、ｐＨ６．７〜６．５は劣化度中、ｐＨ値６．５以上では劣化度大と判定することを特徴としたものである。
【００１４】
本発明の第９は、ポリエステル樹脂を被試験材料とし、加速試験によって被試験材料の加水分解生成物量から絶縁劣化度を診断するものにおいて、
前記加速試験時間に対する被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びｐＨ値のうちの任意数の組み合わせで絶縁劣化の進行度を判定することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上のとおり、本発明によれば、被試験材料の表面析出物の大きさ、単位試料当たりの有機物酸生成濃度、吸光度比及びｐＨ値の各測定においてそれぞれ加水分解の進行度と絶縁耐力との関係が明かにしたことにより、個々の測定によって絶縁劣化の進行度を判定することが可能となると共に、時間や費用及び精度を勘案しながら現状にもっとも適した任意の組み合わせで診断できるので、簡易的に効率よく寿命判断ができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、加水分解の進行度と絶縁耐力の関係を明確にするたるに以下のようなポリエステル樹脂に対する加速試験を行った。
加速条件として、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ；１２１℃９８％ＲＨ）とし、試験は絶縁破壊試験とした。また、試験片は、二重ガラス巻線（寸法２．４×１３ｍｍ）にガラステープをハーフラップ一重で巻いたものにポリエステル樹脂を含浸した。破壊条件としては気中雰囲気におけるＡＣ破壊とした。
加水分解に使用した測定装置として、表面観察にはマイクロスコープを、分析測定にはフーリェ変換赤外分光分析装置（ＦＴ−ＩＲ）とイオンクロマトグラフィー（ＩＣ）を、また、ｐＨにはｐＨ計をそれぞれ用いた。図１〜図６はその結果である。
【００１７】
図１は縦軸に絶縁破壊保持率（％）をとり、横軸にＰＣＴ時間をとったＢＤＶ
である。この図１を基に、劣化度を判別するために図７のような判断基準表を設定した。すなわち、ＢＤＶ保持率が７５％以上の場合には劣化度は小で、健全状態である。ＢＤＶ保持率７５〜５０％では劣化度中で、更新計画の作成時期である。ＢＤＶ保持率５０％以下では劣化度大で寿命時期とする。判断基準表のＢＤＶ保持率は、ＩＥＣ．ｐｕｂ．２１６の劣化度５０％を準拠とし、７５〜５０％及び７５％以上の区分範囲については出願人の経験則に基づいて作成した。
図２は表面観察時のＰＣＴ時間と析出物寸法との関係を示したものである。試験を開始してよりある時間になると、試験片の表面に白い析出物が確認されて加水分解が進行していることが判明され、時間の経過に伴って徐々に大きくなる。ＰＣＴ時間の８時間で最大析出物の直径が０．０２ｍｍであり、図７で示す判断基準表によると、この８時間は保持率７５％以上の劣化度小の範囲である。
つまり、析出された析出物の直径が０．０２ｍｍの大きさでは健全状態となる。
次に、例えば４８時間経過後の析出物の大きさは０．１ｍｍとなり、ＢＤＶ保持率５０％近辺であるので、析出物大径０．１ｍｍでは更新計画作成時期に相当する。
更に時期が経過し、例えば９６時期になると析出物径は０．１５ｍｍになる。９６時期のＢＤＶ保持率は５０％以下であり、析出物径０．１５ｍｍでは寿命状態に入ったと診断される。
【００１８】
図３は、ＩＣによって測定された単位試料当たりの有機酸類生成濃度とＰＣＴ時間との関係図である。ここでの有機酸は、マレイン酸、リンゴ酸、フマル酸、グリコール酸、蟻酸、炭酸、酒石酸、乳酸等であり、特にリンゴ酸が劣化度合いに強い相関関係にあるため、試験ではリンゴ酸の生成濃度とした。
有機酸の生成濃度は時間と共に高くなり、判断基準表における劣化度小範囲であるＰＣＴ８時間では０．１５ｍｇ／Ｌ、劣化度中範囲である１６時間又は４８時間ではそれぞれ０．５３ｍｇ／Ｌと１．０ｍｇ／Ｌとなっている。また、劣化度大の９６時間及び１５４時間では２０．０ｍｇ／Ｌと３８．５ｍｇ／Ｌとなっている。したがって、有機酸類の生成濃度量によっても劣化度の進行状態の判別が可能となる。
【００１９】
図４はＦＴ−ＩＲ測定に基づく吸光度比よる実施例である。図６がＦＴ−ＩＲによるスペクトルパターンで、この分析結果における有機酸の吸収スペクトル（１７１０ｃｍ−１）をポリエステル吸収スペクトル（１７４０−１）で除して吸光度比を求めたものである。この吸光度比が図４で示すようにＰＣＴ時間によって変化し、健全時間内である８時間では０．３８、更新計画作成時間である４８時間では０．６０、寿命時間である９６時間以上では１．６５以上となり、この吸光度比を測定することによって劣化の度合いを判別することができる。
【００２０】
図５は更にｐＨ値の測定によって劣化度の進行状態を判別する実施例を示したものである。
ｐＨ測定時におけるサンプルの採取方法としては、実機表面を純水で洗い流す方法や、実際の絶縁材を２ｇ程度採取して超音波洗浄を行う方法、及び表面の絶縁材を０．５ｇ程度の微量を削り落とす方法等があるが、特に精度的には絶縁材を２ｇ程度採取して超音波洗浄を行う方法が最適である。
このようにして測定されたｐＨ値は図５で明らかなように、健全時間内であるＰＣＴ８時間では６．７であり、更新計画作成時間である４８時間では６．５、寿命時間である９６時間では６．１となり、ｐＨ値によっても劣化度の進行状態を判別することが可能となる。
【００２１】
以上のように本発明によれば、加水分解の進行度と絶縁耐力との関係が明確となったことにより、加水分解の劣化度合いを把握して絶縁耐力との関係から残存耐力の推定が可能となる。このような寿命推定においても、条件に応じて効率よく測定することが要望される。
図８は、上記した４実施例における加水分解調査において、検討所要時間と精度を比較したもので、調査項目における判断項目、及びその所要時間を示したものである。
すなわち、外観検査においての白色析出物の有無検査は１０分の所要時間であった。また、ｐＨ＜７については６０分、以下同様にしてＦＴ−ＩＲは１８０分、ＩＣは３００分であった。したがって、劣化度の進行状態調査時においては、図８で示す個々の項目測定で判断してもよいことは勿論であるが、時間と費用、及び精度を考慮して、簡易的に効率よく複数の調査項目を実行して加水分解劣化度を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の判断基準作成のための絶縁破壊電圧試験図。
【図２】本発明の実施例を示す表面観察析出物寸法の結果図。
【図３】本発明の実施例を示す有機酸類生成濃度の結果図。
【図４】本発明の実施例を示す１７１０／１７４０ｍ−１吸光度比の結果図。
【図５】本発明の実施例を示すｐＨ値の結果図。
【図６】ＦＴ−ＩＲによるスペクトルパターン図。
【図７】本発明に使用した判定基準図。
【図８】調査項目と所要時間の関係図。
【図９】従来の絶縁診断項目と劣化現象の相関図。
【符号の説明】
【００２３】
ＰＣＴ…プレッシャークッカー試験  
ＦＴ−ＩＲ…フーリェ変換赤外分光分析装置  
ＩＣ…イオンクロマトグラフィー  
ＢＶＤ…絶縁破壊電圧試験  
【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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