(57)【要約】【課題】部分放電で検知された欠陥の種類を推定できる部分放電検出装置を得るものである。【解決手段】電圧印加手段から測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、電圧印加手段から測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定するものである。【選択図】図１
2016212052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して正極性の電圧および負極性の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、
前記測定対象物で発生する部分放電に起因する高周波信号を検出する信号検出手段と、
前記電圧印加手段から前記測定対象物に印加される電圧および前記信号検出手段で検出される高周波信号に基づいて部分放電開始電圧を検出して前記測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定手段と
を備えた欠陥検出装置であって、
前記欠陥推定手段は、
前記電圧印加手段から前記測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、
前記電圧印加手段から前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、
前記第１部分放電開始電圧および前記第２部分放電開始電圧に基づいて前記測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する
ことを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
前記測定対象物に対して照射位置を制御してＸ線を照射するＸ線照射手段と
をさらに備え、
前記欠陥推定手段は、
前記Ｘ線照射手段が前記測定対象物に対してＸ線が照射されている場合に、
前記電圧印加手段から前記測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの第３部分放電開始電圧を検出し、
前記電圧印加手段から前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの第４部分放電開始電圧を検出し、
前記第１部分放電開始電圧、前記第２部分放電開始電圧、前記第３部分放電開始電圧および前記第４部分放電開始電圧並びに前記Ｘ線照射手段が照射するＸ線の照射位置に基づいて前記測定対象物に存在する欠陥の種類および位置を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出装置。
【請求項３】
前記電圧印加手段は、交流電源とこの交流電源の出力に直列に接続されたダイオードとで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
【請求項４】
前記電圧印加手段は、交流電源とこの交流電源と接地電位との間に接続された直流電源とで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
【請求項５】
前記電圧印加手段は、片極性のパルス電源で構成されており、
前記信号検出手段は、アンテナと結合コンデンサとで構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
【請求項６】
前記信号検出手段は、前記電圧印加手段から前記測定対象物に対して電圧の印加が開始されたのち、前記測定対象物で発生する最初の高周波信号を前記測定対象物で発生する部分放電に起因する高周波信号として検出することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
【請求項７】
測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出する第１部分放電開始電圧検出ステップと、
前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出する第２部分放電開始電圧検出ステップと、
前記第１部分放電開始電圧および前記第２部分放電開始電圧に基づいて前記測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定ステップと
を含む欠陥検出方法。
【請求項８】
前記測定対象物に対して照射位置が制御されてＸ線が照射されている場合に、
前記測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第３部分放電開始電圧として検出する第３部分放電開始電圧検出ステップと、
前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第４部分放電開始電圧として検出する第４部分放電開始電圧検出ステップと
をさらに含み、
前記欠陥推定ステップは、
前記第１部分放電開始電圧、前記第２部分放電開始電圧、前記第３部分放電開始電圧および前記第４部分放電開始電圧並びに前記Ｘ線照射手段が照射するＸ線の照射位置に基づいて前記測定対象物に存在する欠陥の種類および位置を推定する
ことを特徴とする請求項７に記載の欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールなどの高電圧で使用される機器における部分放電の発生原因となる欠陥を検出する欠陥検出装置および欠陥検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールなどの高電圧で使用される機器には高い絶縁信頼性が要求される。このような機器においては、長期的に使用していると絶縁性が低下して機器の信頼性が低下する場合がある。絶縁性が低下する要因としては、絶縁樹脂中に残留するボイドやクラックあるいは絶縁樹脂と電極との間に発生する剥離などの欠陥が考えられる。このような欠陥が発生するとその欠陥部に部分放電が発生して絶縁性能が低下する。そのため、高電圧で使用される機器においては欠陥の発生を抑制する必要があるが、そのためには欠陥の発生要因を特定することが求められている。
【０００３】
欠陥の有無を検知する方法として、測定対象となる機器に電圧を徐々に印加して強制的に部分放電を発生させてその有無を検知する方法がある。部分放電が発生する原理として、初めに放電の種となる初期電子が存在することが必要であるが、その初期電子は自然界の放射線（例えば、宇宙線や紫外線）によって誘起される。しかしながら、初期電子の量は空間が微小な欠陥であるほど少ないため、印加電圧が真の部分放電開始電圧（欠陥の物性値や構造から理論的に決定される放電開始電圧）に達しても初期電子の不足により部分放電が発生せず、印加電圧が真の部分放電開始電圧より高くなって部分放電が発生する場合がある。このため、場合によっては欠陥が無いと誤判定したり、部分放電開始電圧がばらついたりするという問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、測定対象となる機器にＸ線を照射しながら部分放電を測定することで初期電子の不足を補う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、別の方法として、部分放電を測定する前にプレ放電を行って欠陥に一定量の電荷を蓄積させる方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２７６８７号（４頁、図１）
【特許文献２】特開２０１２−８８０８０号（９−１０頁、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＸ線やプレ放電を用いて初期電子の不足補う方法は、確かに欠陥有無の誤判定や部分放電開始電圧のばらつきを抑制することはできる。また、Ｘ線の照射位置を制御して部分放電を測定することにより欠陥の位置を特定することはできる。しかしながら、従来の方法では、部分放電で検知された欠陥が絶縁樹脂中に残留するボイドやクラックであるのか、絶縁樹脂と電極との間に発生する剥離であるかなど、その欠陥の種類を推定することができなかった。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、部分放電で検知された欠陥の種類を推定できる部分放電検出装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る欠陥検出装置においては、測定対象物に対して正極性の電圧および負極性の電圧をそれぞれ印加する電圧印加手段と、測定対象物で発生する部分放電に起因する高周波信号を検出する信号検出手段と、電圧印加手段から測定対象物に印加される電圧および信号検出手段で検出される高周波信号に基づいて部分放電開始電圧を検出して測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定手段とを備えており、欠陥推定手段は、電圧印加手段から測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、電圧印加手段から測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、電圧印加手段から測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出しているので、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１を示す欠陥検出装置の模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における剥離欠陥の模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す電圧波形図である。
【図４】この発明の実施の形態１における電圧の特性図である。
【図５】この発明の実施の形態１における電圧の特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１における剥離欠陥の模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１における欠陥の種類の模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１における欠陥の種類と放電開始電圧との関係を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態１を示す欠陥検出装置の模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１を示す欠陥検出装置の模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態２を示す欠陥検出装置の模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における出力電圧の特性図である。
【図１３】この発明の実施の形態２における出力電圧の特性図である。
【図１４】この発明の実施の形態３を示す欠陥検出装置の模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態３における剥離欠陥の模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態３における部分放電開始電圧の説明図である。
【図１７】この発明の本実施の形態４における印加電圧と放電電荷量との関係を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における欠陥検出装置を示す模式図である。本実施の形態における欠陥検出装置１は、測定対象物２に対して正極性の電圧および負極性の電圧を印加する電圧印加手段３と、測定対象物で発生する部分放電開始電圧を検出する電圧検出手段４と、電圧検出手段４で検出された部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定手段５とを備えている。
【００１２】
測定対象物２としては、例えばパワーモジュールであり、高電圧側電極と接地側電極との間に電圧が印加される。
【００１３】
電圧印加手段３は、交流電源１１と整流用ダイオード１２とで構成されており、整流用ダイオード１２の向きは可変として測定対象物２に正または負のいずれか一方の極性の電圧を印加する。
【００１４】
電圧検出手段４は、部分放電発生時の高周波電流信号を結合コンデンサ１３および検出インピーダンス１４を介して電圧判定部１５で検出する。電圧判定部１５は、交流電源１１から印加電圧の電圧値が入力されており、部分放電発生時の交流電源１の印加電圧を部分放電開始電圧として出力する。
【００１５】
欠陥推定手段５は、電圧検出手段４から入力される部分放電開始電圧に基づいて測定対象物にある欠陥の種類を推定する。欠陥の種類の推定方法については後述する。
【００１６】
本実施の形態における欠陥検出装置１の動作原理について説明する。図２は、測定対象物であるパワーモジュールなどにおける接地側電極２１と高電圧側電極２２との間に絶縁物２３があり、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離（ギャップ）が生じている状態を示している。正常な状態（剥離が生じていない状態）であれば、接地電位２１と高電圧側電極２２と絶縁物２３とは全て密着している。図３は、本実施の形態における印加電圧などの電圧波形図である。図３において、実線は正極性の電圧を印加するときの電圧波形であり、波線はギャップ間電圧の電圧波形である。ここで、ギャップ間電圧とは、図２におけるギャップ間（高電圧側電極２２と絶縁物２３との間の剥離間）にかかる電圧である。
【００１７】
印加電圧が上昇すると、それに追随してギャップ間電圧も上昇する（図２（ａ）、図３の（ａ））。ギャップ間電圧が火花電圧に達するとギャップ間で部分放電が発生し、電荷の移動が起こる（図２（ｂ）、図３の（ｂ））。部分放電が一旦終了すると絶縁物２３の表面が帯電し、その影響でギャップ間の電界が緩和されるため、ギャップ間電圧が低下する（図２（ｃ）、図３の（ｃ））。その後、印加電圧がさらに上昇するのに合わせて、ギャップ間電圧も上昇し、再びギャップ間電圧が火花電圧に達した場合には部分放電が発生することが繰り返される。なお、図３においては、火花電圧に達していない状態を示している。その後、絶縁物２３の表面が帯電したままの状態で印加電圧が低下すると、印加電圧がゼロとなったとしても、帯電の影響でギャップ間に電界がかかるため、ギャップ間電圧はマイナスになる（図３の（ｄ））。
【００１８】
図４および図５は、印加電圧が常に正極性となるように交流電圧に直流電圧を重畳させたときの印加電圧およびギャップ間電圧の変化を示した特性図である。上述のとおり、ギャップ間電圧が上昇して部分放電が発生した結果、ギャップ間電圧は正極性と負極性との両方を変動することになる。図４は印加電圧が低い場合を示しており、初めに一回部分放電が発生した以降は、ギャップ間電圧は火花電圧に達しないため、部分放電は繰り返されない。一方、図５は印加電圧が高い場合を示しており、一回部分放電が発生した後もギャップ電圧は再び火花電圧に達し、繰り返し部分放電が発生する。図５のような放電状態となると、ギャップ間の部分放電は、ギャップ間電圧が正極性となる場合と負極性となる場合の両方のタイミングで部分放電が交互に繰り返され、実質的に両極性の交流電圧を印加したときに発生する部分放電と変わらないことになる。本実施の形態においては、後述するように、ギャップ間電圧を片極性としたときの初期電子の存在の違いによる放電開始特性の違いを利用したものであるため、図５のように実質的に両極性の状態となる条件で部分放電開始電圧を測定すると、目的の効果を得られなくなる。
【００１９】
以上の理由により、部分放電開始電圧を測定する際のピーク電圧は、印加電圧の極性の効果が比較できるように、電圧を上昇させて初めの一発目の部分放電が検出されたタイミングの電圧より少し高い電圧とする（図４の状態）。この電圧は、定常的に繰り返し部分放電が発生する電圧（図５の状態）よりも低い電圧値となる。この電圧の測定方法としては、例えば、部分放電の出力信号をオシロスコープで取り込み、トリガーをシングルモードの状態でモニターしておき、電圧を少しずつ上昇させ、信号が検出されたタイミングの電圧を読み取ることで可能である。これ以降説明する部分放電開始電圧を検出する際の印加電圧の電圧値は、初めの一発目の部分放電が検出されたタイミングの電圧より少し高い電圧（１０〜３０％高い電圧）であり、部分放電開始電圧も電圧を上昇させて初めの一発目の部分放電が検出されたときの電圧とする。
【００２０】
次に、本実施の形態における測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する方法について説明する。
【００２１】
初めに、電圧印加手段３から接地側電極２１と高電圧側電極２２との間に正極性の電圧を印加する。このときの電圧波形は、図３に示した印加電圧の電圧波形とギャップ間の電圧波形となり、ギャップ間電圧が火花電圧に達した時点でギャップ間電圧が瞬時に低下する。電圧検出手段４は、このときの印加電圧を第１部分放電開始電圧として検出する。
【００２２】
次に、電圧印加手段３の整流ダイオード１２の向きを変えて、電圧印加手段３から接地側電極２１と高電圧側電極２２との間に負極性の電圧を印加する。このときの電圧波形は、図２に示した電圧波形と正負が逆転した印加電圧の電圧波形とギャップ間の電圧波形となり、ギャップ間電圧が火花電圧に達した時点でギャップ間電圧が瞬時に変化（増加）する。電圧検出手段４は、このときの印加電圧を第２部分放電開始電圧として検出する。
【００２３】
欠陥推定手段５における欠陥の種類の推定方法について説明する前に、欠陥に起因する部分放電の原理について説明する。パワーモジュールなどの高電圧で使用される機器に存在する絶縁欠陥の状態として、絶縁樹脂中に存在するボイドやクラックあるいは絶縁樹脂と電極との間に存在する剥離などが考えられる。絶縁物に囲まれたボイドの場合、印加電圧の極性が変わってもボイド内部の空間では電界の向きが逆となるだけで、部分放電に対する極性の影響は少ない。一方、絶縁物が電極から剥離して空隙ができた欠陥の場合、部分放電に対して印加電圧の極性の影響がある。
【００２４】
図６は、本実施の形態における剥離欠陥の模式図である。図６は、図２と同様、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離（ギャップ）が生じている状態を示している。図６（ａ）は、高電圧側電極２２に正極性の電圧が印加された場合の、ギャップ中に放出される電子を模式的に示したものである。この場合、部分放電の種となる初期電子は負極側、この場合接地側電極２１側から供給されるが、接地側電極２１は絶縁物２３で覆われているため、初期電子は供給されにくい。一方、図６（ｂ）に示すように、高電圧電極２２に負極性電圧が印加された場合、初期電子の供給源は高電圧電極２２側になる。高電圧電極２２は剥離によってギャップに露出しているため、初期電子は供給されやすい。したがって、図６に示す剥離欠陥において、図２に示すような電圧が徐々に上昇する波形の電圧を印加した場合、正極性の電圧が印加された場合は初期電子の供給不足により部分放電開始が遅れ、負極性の電圧が印加された場合よりも放電開始電圧が高く検出される。
【００２５】
次に、欠陥推定手段５における欠陥の種類の推定方法について説明する。
【００２６】
上述のような部分放電の原理から、剥離欠陥における図６（ａ）に示す初期電子の供給が不足する場合に検出される放電開始電圧を仮にＶａ、図６（ｂ）に示す初期電子の供給がされやすい場合に検出される放電開始電圧を仮にＶｂとする。このとき、Ｖａ＞Ｖｂの関係が成り立つとする。
【００２７】
図７は、本実施の形態における欠陥の種類の模式図である。図７は、図６と同様に、測定対象物であるパワーモジュールなどにおける接地側電極２１と高電圧側電極２２との間の絶縁物２３を示している。図７（ａ）は電極間の剥離であり、図６と同様に高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離（ギャップ）が生じている状態を示している。図７（ｂ）は電極間の剥離であり、接地側電極２１と絶縁物２３との間に剥離（ギャップ）が生じている状態を示している。図７（ｃ）は、絶縁物２３中にボイド（気泡）２４が生じている状態を示している。
【００２８】
図８は、本実施の形態における欠陥の種類と放電開始電圧との関係を示した説明図である。上述のように仮定した放電開始電圧ＶａまたはＶｂを用いて、高電圧側電極２２に正極性の電圧が印加された場合に検出される放電開始電圧および高電圧側電極２２に負極性の電圧が印加された場合に検出される放電開始電圧を考察すると図８のようになる。
【００２９】
図８に示したように、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離が生じた場合（図８（ａ））、正極性の電圧を印加した場合よりも負極性の電圧を印加した場合の方が検出される放電開始電圧が低くなる。一方、接地側電極２１と絶縁物２３との間に剥離が生じた場合（図８（ｂ））、負極性の電圧を印加した場合よりも正極性の電圧を印加した場合の方が検出される放電開始電圧が低くなる。さらに、絶縁物２３中にボイド２４が生じている場合は（図８（ｃ））、初期電子の供給は不足するので、正極性の電圧を印加した場合と負極性の電圧を印加した場合とも検出される放電開始電圧は高くなる。
【００３０】
実際の測定においては、放電開始電圧の絶対値は変化するため、正極性の電圧を印加した場合と負極性の電圧を印加した場合とで検出される放電開始電圧の大小関係によって欠陥の種類を推定することができる。図８に示すように、正極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧が負極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧よりも高い場合は、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間の剥離と推定することができる。また、正極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧が負極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧よりも低い場合は、接地側電極２１と絶縁物２３との間の剥離と推定することができる。さらに、正極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧と負極性の電圧を印加した場合に検出される放電開始電圧とに大きな差がない場合は、絶縁物２３中のボイドと推定することができる。
【００３１】
このように構成された欠陥検出装置においては、測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、電圧印加手段３を交流電源１１と整流用ダイオード１２とで構成したが、これとは異なる構成でもよい。図９は、本実施の形態における別の構成の欠陥検出装置を示す模式図である。図９に示すように、電圧印加手段３として、交流電源１１と、４個の整流用ダイオード１２で構成した全波整流回路とで構成してもよい。このように構成された欠陥検査装置においても、整流用ダイオード１２の向きを可変とすることで任意の極性の電圧印加ができる。
【００３３】
また、図１０は、本実施の形態における別の構成の欠陥検出装置を示す模式図である。図１０に示すように、電圧印加手段３として交流電源１１と接地電位との間に直流電源１６を直列に接続した構成としてもよい。このとき、整流用ダイオードは不要である。このように構成された欠陥検査装置においては、直流電源１６の直流電圧を交流電源１１の振幅電圧以上に設定することで、試料２に印加される電圧を片極性にすることができる。
【００３４】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２における欠陥検出装置を示す模式図である。本実施の形態における欠陥検出装置１は、測定対象物２に対して正極性の電圧および負極性の電圧を印加する電圧印加手段３と、測定対象物で発生する部分放電開始電圧を検出する電圧検出手段４と、電圧検出手段４で検出された部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定手段５とを備えている。
【００３５】
電圧印加手段３は、片極性のパルス電圧を出力するパルス電源１７で構成されている。電圧印加手段３としてパルス電圧を用いると、印加電圧に高周波成分が入る場合がある。この場合、実施の形態１のように、電圧検出手段として結合コンデンサを介して部分放電に起因する電流信号を検出する方法は使用困難となる場合がある。そこで、本実施の形態においては、図１１に示すように、電圧検出手段４をアンテナ１８と周波数フィルタ１９と電圧判定部１５とで構成している。アンテナ１８で部分放電に起因する電磁波を検出して電圧信号に変換し、周波数フィルタ１９で電源や外部ノイズの周波数成分を除いた後に電圧判定部１５でその電圧信号を検知することができる。このように構成された欠陥検査装置においても、放電開始電圧の電圧値に応じて電磁波強度または周波数が変化するため、部分放電開始電圧の電圧を検知することができる。
【００３６】
欠陥推定手段５は、実施の形態１と同様に、電圧検出手段４から入力される部分放電開始電圧に基づいて測定対象物にある欠陥の種類を推定する。
【００３７】
次に、本実施の形態における部分放電開始電圧の測定方法について説明する。図１２は、本実施の形態におけるパルス電源１７に設定される出力電圧を示す特性図である。パルス電源１７は、設定された出力電圧の正極性のパルス電圧波形を一回のみ出力する。放電開始電圧測定時には、図１２に示すように、出力電圧を徐々に上昇させ、その都度部分放電信号の発生有無を判定する。さらに、パルス電源１７は、出力の極性が反転されて、設定された出力電圧の負極性のパルス電圧波形を一回のみ出力する。この場合も正極性の出力時と同様に、図１２に示すように、出力電圧を徐々に上げていき、その都度部分放電信号の発生有無を判定する。
【００３８】
上述のように、測定対象物２に印加する電圧を徐々に上昇させると共に、印加するパルス電圧波形を１回のみとしているので、部分放電が連続して発生することがなく、部分放電開始電圧を精度よく測定することができる。
【００３９】
欠陥推定手段５は、実施の形態１で説明した方法と同様な方法で、測定された部分放電開始電圧に基づいて測定対象物にある欠陥の種類を推定する。
【００４０】
このように構成された欠陥検出装置においては、測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態においては、パルス電源１７の出力電圧を徐々に上昇させる方法を用いたが、図１３に示すように、段階的に出力電圧を上昇させてもよい。放電開始電圧を測定精度を上げるためには、出力電圧を徐々に上昇させる場合は上昇速度をなるべく遅くすること、段階的に出力電圧を上昇させる場合は電圧上昇幅をなるべく小さくすることが望ましい。
【００４２】
実施の形態３．
図１４は、実施の形態３における欠陥検出装置を示す模式図である。本実施の形態における欠陥検出装置１は、測定対象物２に対して正極性の電圧および負極性の電圧を印加する電圧印加手段３と、測定対象物で発生する部分放電開始電圧を検出する電圧検出手段４と、電圧検出手段４で検出された部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定する欠陥推定手段５と、さらに測定対象物２にＸ線を照射するＸ線照射手段３１とを備えている。
【００４３】
本実施の形態のおける欠陥検出装置において、電圧印加手段３と電圧検出手段４と欠陥推定手段５とは、実施の形態１と同様な構成であるため説明を省略する。Ｘ線照射手段３１は、測定対象物２の任意の位置に局所的にＸ線３２を照射する機能を有している。
【００４４】
本実施の形態における欠陥検出装置１の動作原理について説明する。図１５は、測定対象物であるパワーモジュールなどにおける接地側電極２１と高電圧側電極２２との間に絶縁物２３があり、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離（ギャップ）が生じている状態を示している。このような欠陥において、高電圧側電極２２に正極性の電圧が印加された場合、実施の形態１の図６（ａ）に示したように、部分放電の種となる初期電子は負極側、この場合接地側電極２１側から供給されるが、接地側電極２１は絶縁物２３で覆われているため、初期電子は供給されにくい。しかしながら、図１５のように、高電圧側電極２２に正極性の電圧が印加されると同時にＸ線３２が照射された場合は、ギャップ中の空気分子あるいは絶縁物２３の表面から、Ｘ線による励起エネルギーによって初期電子が生成される。この効果によってＸ線の照射によって部分放電開始電圧は下がる。一方、高電圧側電極２２に負極性の電圧が印加された場合、Ｘ線の照射がなくても電極から初期電子が放出されやすい条件であるため、Ｘ線照射による部分放電開始電圧の低下は小さくなる。
【００４５】
図１６は、接地側電極２１と高電圧側電極２２との間に絶縁物２３があり、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に発生した剥離欠陥に対する部分放電開始電圧の特性を説明する説明図である。図１６に示したように、Ｘ線照射がない場合は、実施の形態１で説明したように、正極性の印加電圧のとき部分放電開始電圧（Ｖａ）と負極性の印加電圧の部分放電開始電圧（Ｖｂ）との間に大きな差（図１６の（ａ））が観測される。Ｘ線照射がある場合は、放電開始の種となる初期電子が十分存在するため、正極性の印加電圧のときでも負極性の印加電圧のときでも部分放電開始電圧（Ｖｃ）は低くなる。したがって、Ｘ線照射の有無と印加する電圧の極性とによって、図１６に示した部分放電開始電圧の３つの差（図１６の（ａ）、（ｂ）および（ｃ））が検知できる。つまり、図７（ａ）に示したような、高電圧側電極２２と絶縁物２３との間に剥離欠陥が生じている場合は、上述の図１６に示した部分放電開始電圧の３つの差（図１６の（ａ）、（ｂ）および（ｃ））に有意差が検知される。
【００４６】
一方、図７（ｂ）に示したような、接地側電極２１と絶縁物２３との間に剥離欠陥が生じている場合は、極性の影響が逆となり、図１６に示した印加電圧の極性を逆にした部分放電開始電圧となる。
【００４７】
このように構成された欠陥検出装置においては、測定対象物に対して正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、前記測定対象物に対して負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧および第２部分放電開始電圧に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類を推定することができる。
【００４８】
また、Ｘ線照射の有無による第１部分放電開始電圧と第２部分放電開始電圧との差を利用することによって、さらに詳細に測定対象物に存在する欠陥の種類を推定することができる。
【００４９】
実施の形態４．
接地側電極と高電圧側電極との間に絶縁物があり、高電圧側電極または接地電極と絶縁物との間に発生した剥離欠陥に対して電圧を印加したときのＸ線の照射有無での部分放電開始電圧の差は、印加電圧が片極性の場合に大きくなる。実施の形態４においては、この特性を利用して、測定対象物中の剥離欠陥の位置を検出する方法を説明する。
【００５０】
実施の形態３の図１６に示すように、高電圧側電極と絶縁物との間に発生した剥離欠陥に対して正極性の電圧を印加した場合、Ｘ線が照射されていないときの部分放電電圧ＶａとＸ線が照射されているときの部分放電電圧Ｖｃとに差が生じる。このＶａとＶｃとの中間の電圧値を仮にＶｘとする。
【００５１】
図１７は、本実施の形態における印加電圧と放電電荷量との関係を示す特性図である。図１７に示すように、高電圧側電極と絶縁物との間に発生した剥離欠陥に対して正極性の電圧を印加し、その電圧を徐々に上昇させていった場合、Ｘ線が照射されていないときは電圧Ｖａから部分放電が始まり放電電荷量が上昇するのに対して、Ｘ線が照射されているときは電圧Ｖｃから部分放電が始まり放電電荷量が上昇する。Ｖｘは、このＶａとＶｃとの間の電圧値に設定される。
【００５２】
本実施の形態における欠陥検出装置は、実施の形態３の欠陥検出装置と同様であるが、測定対象物にＸ線を照射するＸ線照射手段が測定対象物の任意の位置に対して局所的Ｘ線を照射できる機能を備えている。例えば、Ｘ線を遮蔽する鉛板などを用いてＸ線照射手段のＸ線発生源から照射されるＸ線の照射範囲をＸ線を絞り込み、測定対象物の任意の箇所に照射できるようにする。
【００５３】
まず、Ｘ線を照射していない状態で測定対象物のＶｘの電圧の正極性電圧を印加する。このとき、高電圧側電極と絶縁物との間に発生した剥離欠陥では部分放電は発生しない。つぎに、電圧Ｖｘの正極性電圧を印加した状態でＸ線照射手段を駆動し、測定対象物の任意の箇所にＸ線を照射する。このとき、Ｘ線が照射された範囲に高電圧側電極と絶縁物との間に剥離欠陥がある場合は、図１７に示すように、電圧Ｖｃ以上の電圧Ｖｘで部分放電が発生するはずである。したがって、Ｘ線照射によって部分放電が検出されればそのＸ線照射範囲に高電圧側電極と絶縁物との間の剥離欠陥が存在することがわかる。逆にＸ線照射によって部分放電が検出されなければそのＸ線照射範囲に高電圧側電極と絶縁物との間の剥離欠陥が存在しないことになる。
【００５４】
さらに、Ｘ線を照射していない状態で測定対象物のＶｘの電圧の負極性電圧を印加する。つぎに、電圧Ｖｘの負極性電圧を印加した状態でＸ線照射手段を駆動し、測定対象物の任意の箇所にＸ線を照射する。このとき、Ｘ線が照射された範囲に接地側電極と絶縁物との間に剥離欠陥がある場合は、図１７に示すように正極性電圧を印加した場合と同様に、電圧Ｖｃ以上の電圧Ｖｘで部分放電が発生するはずである。したがって、Ｘ線照射によって部分放電が検出されればそのＸ線照射範囲に接地側電極と絶縁物との間の剥離欠陥が存在することがわかる。逆にＸ線照射によって部分放電が検出されなければそのＸ線照射範囲に接地側電極と絶縁物との間の剥離欠陥が存在しないことになる。
【００５５】
このように構成された欠陥検出装置においては、測定対象物に対してＸ線が照射されていない場合に、正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第１部分放電開始電圧として検出し、負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第２部分放電開始電圧として検出し、測定対象物に対してＸ線が照射されている場合に、正極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第３部分放電開始電圧として検出し、負極性の電圧が印加されたときの部分放電開始電圧を第４部分放電開始電圧として検出し、第１部分放電開始電圧、第２部分放電開始電圧、第３部分放電開始電圧および第４部分放電開始電圧並びにＸ線照射手段が照射するＸ線の照射位置に基づいて測定対象物に存在する欠陥の種類および位置を推定することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  欠陥検出装置、  ２  測定対象物、  ３電圧印加手段、  ４  電圧検出手段
５  欠陥推定手段、  １１  交流電源、  １２  整流用ダイオード
１３  結合コンデンサ、  １４  検出インピーダンス、  １５  電圧判定部
１６  直流電源、  １７  パルス電源、  １８  アンテナ、  １９  周波数フィルタ
２１  接地側電極、  ２２  高電圧側電極、  ２３  絶縁物、  ２４  ボイド（気泡）
３１  Ｘ線照射手段、３２  Ｘ線
【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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