特開 2024-18007 モールド変圧器の診断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024018007

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】モールド変圧器の診断方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/00 20060101AFI20240201BHJP

   G01N 21/27 20060101ALI20240201BHJP

   H01F 41/00 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H01F27/00 H

H01F27/00 A

G01N21/27 B

H01F41/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022121036

(22)【出願日】2022-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】師岡 寿至

(72)【発明者】

【氏名】三本 浩司

(72)【発明者】

【氏名】五百川 純一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 俊明

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝平

【テーマコード（参考）】

2G059

5E059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA03

2G059AA05

2G059BB15

2G059EE02

2G059EE12

2G059FF05

2G059MM01

2G059MM12

5E059BB15

(57)【要約】

【課題】 巻線の導体近傍のような内部のモールド樹脂の特性を診断することにある。
【解決手段】 巻線と、巻線を覆う樹脂を有するモールド変圧器の診断方法であって、樹脂の表面の反射吸光度を測定する第１の測定ステップと、樹脂の表面を研磨して露出した樹脂の内部表面の反射吸光度を測定する第２の測定ステップと、第１の測定ステップの測定データおよび第２の測定ステップの測定データから、巻線の導体近傍の樹脂の曲げ破断強度を推定するステップとを有するモールド変圧器の診断方法。
【選択図】 図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線と、前記巻線を覆う樹脂を有するモールド変圧器の診断方法であって、
前記樹脂の表面の反射吸光度を測定する第１の測定ステップと、
前記樹脂の表面を研磨して露出した前記樹脂の内部表面の反射吸光度を測定する第２の測定ステップと、
第１の測定ステップの測定データおよび第２の測定ステップの測定データから、前記巻線の導体近傍の前記樹脂の曲げ破断強度を推定するステップとを有するモールド変圧器の診断方法。

【請求項2】

請求項１に記載のモールド変圧器の診断方法において、
前記樹脂の曲げ破断強度を推定するステップは、
前記樹脂の平均温度を推定するステップを有し、推定した平均温度から、前記樹脂の曲げ破断強度を推定するモールド変圧器の診断方法。

【請求項3】

請求項２に記載のモールド変圧器の診断方法において、
第１の測定ステップでは、
異なる２つの波長における反射吸光度を測定し、
第２の測定ステップでは、
異なる２つの波長における反射吸光度を測定するモールド変圧器の診断方法。

【請求項4】

請求項３に記載のモールド変圧器の診断方法において、
前記樹脂の平均温度を推定するステップは、
第１の測定ステップにおける２つの波長の反射吸光度の差と第１のマスターカーブから、第１の一般化時間を求め、
第１の一般化時間と前記モールド変圧器の運転時間から、前記樹脂の表面の第１の平均温度を求め、
第２の測定ステップにおける２つの波長の反射吸光度の差と第２のマスターカーブから、第２の一般化時間を求め、
第２の一般化時間と前記モールド変圧器の運転時間から、前記樹脂の内部表面の第２の平均温度を求め、
第１の平均温度と第２の平均温度と、巻線内の樹脂の温度分布データとから、巻線導体近傍の第３の平均温度を求めるモールド変圧器の診断方法。

【請求項5】

請求項４に記載のモールド変圧器の診断方法において、
前記樹脂の曲げ破断強度を推定するステップは、
第３の平均温度、前記モールド変圧器の運転時間から、第３の一般化時間を求め、
第３の一般化時間と第３のマスターカーブから、前記樹脂の曲げ破断強度を推定するモールド変圧器の診断方法。

【請求項6】

請求項１に記載のモールド変圧器の診断方法において、
推定した前記曲げ破断強度を表示するステップを有するモールド変圧器の診断方法。

【請求項7】

巻線と、前記巻線を覆う樹脂とを有し、表面に塗装がされたモールド変圧器の診断方法であって、
塗装表面の反射吸光度の測定する第１の測定ステップと、
塗装面を研磨して前記塗装を除去して露出した前記樹脂の内部表面の反射吸光度を測定する第２の測定ステップと、
第１の測定ステップの測定データおよび第２の測定ステップの測定データから、前記巻線の導体近傍の前記樹脂の曲げ破断強度を推定するステップとを有するモールド変圧器の診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モールド変圧器を診断する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器には、絶縁材料や構造材料として樹脂材料が用いられている。例えば、モールド変圧器においては、変圧器の巻線に樹脂を含浸してモールドされている。樹脂は成型加工性に優れており、軽量であり、絶縁性能も高い。一方、有機材料である樹脂は、一般に金属材料やセラミック材料と比べて経年劣化しやすい。このため、樹脂材料は電気機器の寿命を支配すると考えられ、電気機器に用いられている樹脂材料の経年劣化状態を評価することによる電気機器の余寿命診断技術が開発されている。

【0003】

特許文献１には、モールド変圧器に対して光やＸ線照射により劣化診断を行うこと、反射吸光度を測定することにより、劣化診断を行うことが記載されている。また、コイル外周側を覆う樹脂部材に光照射用の非塗装領域とこれを覆う被覆部材を設け、劣化診断時に被覆部材を剥ぎ取って光照射し、劣化診断することが記載されている。

【0004】

特許文献２には、モールド樹脂を備えた電気機器に対してＸ線等の照射により劣化診断を行うことが記載されている。また、モールド樹脂表層部の物理量測定手段は、モールド樹脂のうち塗装されていない領域を測定することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１６６１６４号公報

【特許文献2】特開２０１９－７８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

モールド変圧器のモールド樹脂としては、例えば、無機フィラを充填したエポキシ樹脂が用いられる。モールド樹脂は、運転時の発熱や電気的、機械的ストレス、周囲の環境要因によって劣化し、その物性は低下する。一般に、モールド樹脂を構成するエポキシ樹脂や不飽和ポリエルテル樹脂は有機材料であり、熱劣化する。エポキシ樹脂の熱劣化では、樹脂自体の誘電・絶縁特性の変化は小さく、機械特性の変化、機械的強度の低下が顕著である。エポキシ樹脂の機械的強度の低下により、クラックが生成する、あるいは樹脂とコイルとの接着界面が剥離すると絶縁性能が著しく低下する。このため、エポキシ樹脂の熱劣化に伴う機械的強度の低下がモールド変圧器の寿命を支配すると考えられており、エポキシ樹脂の熱劣化挙動に着目した劣化診断技術が開発されている。

【0007】

エポキシ樹脂は、熱劣化によって物理・化学構造が変化することによって物性が変化し、機械特性が変化する。したがって、熱劣化に伴うエポキシ樹脂の物性の変化を評価することで、機械特性の変化、機械的強度の低下を診断できると考えられる。

【0008】

エポキシ樹脂は、熱によって主に以下のメカニズムで劣化すると考えられる。
(1) 樹脂の化学構造が変化し、樹脂表面の色、ガラス転移温度、弾性率や曲げ強度などが変化する。
(2) 樹脂が分解して低分子量の化合物を生成し、離脱することで重量が減少する。
(3) 経年による応力緩和が加速される。

【0009】

モールド変圧器が設置されている現地で診断するためには、簡便な非破壊測定が好ましいが、モールド変圧器の寿命を支配すると考えられるエポキシ樹脂の機械的強度は、非破壊で測定することが難しい。また、モールド変圧器において、巻線の導体近傍のモールド樹脂にクラックや剥離が生成すると絶縁性能が低下する可能性がある。運転時、巻線の導体の温度が高くなるため、導体近傍のモールド樹脂は熱劣化しやすく、劣化診断において、導体近傍のモールド樹脂の機械的強度を評価するのが好ましいが、モールド樹脂の表面から、巻線の導体近傍の内部のモールド樹脂の劣化状態を非破壊で評価するのは難しい。さらに、モールド変圧器においては、モールド樹脂表面が塗装されていることが多く、通常、塗料にはモールドに用いられる樹脂とは異なる材料が用いられている。

【0010】

このため、モールド変圧器の寿命を支配すると考えられるエポキシ樹脂について、巻線の導体近傍の内部のモールド樹脂の機械的強度を、簡便に非破壊で測定するのが難しいという課題があった。

【0011】

特許文献１、特許文献２では、モールド樹脂に光やＸ線を照射することで劣化診断を行うことが記載されている。また、特許文献１には、コイル外周側を覆う樹脂部材に光照射用の非塗装領域とこれを覆う被覆部材を設け、劣化診断時に被覆部材を剥ぎ取って光照射し、劣化診断することが記載されている。また、特許文献２には、モールド樹脂を備えた電気機器に対してＸ線等の照射により劣化診断を行い、モールド樹脂表層部の物理量測定手段は、モールド樹脂のうち塗装されていない領域を測定することが記載されている。しかし、いずれもモールド樹脂表面の特性を測定するものであり、巻線の導体近傍のような内部のモールド樹脂の特性を直接、測定するものではない。

【0012】

本発明の目的は、巻線の導体近傍のような内部のモールド樹脂の特性を診断することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の一例としては、巻線と、前記巻線を覆う樹脂を有するモールド変圧器の診断方法であって、
前記樹脂の表面の反射吸光度を測定する第１の測定ステップと、
前記樹脂の表面を研磨して露出した前記樹脂の内部表面の反射吸光度を測定する第２の測定ステップと、
第１の測定ステップの測定データおよび第２の測定ステップの測定データから、前記巻線の導体近傍の前記樹脂の曲げ破断強度を推定するステップとを有するモールド変圧器の診断方法である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、巻線の導体近傍のような内部のモールド樹脂の特性を診断できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】マスターカーブＡを示す図。

【図2】マスターカーブＢを示す図。

【図3】マスターカーブＣを示す図。

【図4】モールド樹脂表面に塗装が無い場合の巻線断面の模式図。

【図5】実施例１のモールド変圧器の診断システムのブロック図。

【図6】実施例１における処理のフローチャート。

【図7】巻線のモールド樹脂の反射吸光度測定箇所の模式図。

【図8】マスターカーブＡ’を示す図。

【図9】マスターカーブＢ’を示す図。

【図10】マスターカーブＣ’を示す図。

【図11】モールド樹脂表面に塗装がある場合の巻線断面の模式図。

【図12】実施例２における処理のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下に本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の構成要素にはなるべく同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

【実施例0017】

診断の対象となるモールド樹脂の熱劣化挙動を把握するため、モールド樹脂硬化物の試料を作製し、作製したモールド樹脂硬化物の試料を所定の形状に切り出し、温度を変えて恒温槽で加熱して加速劣化させた。モールド樹脂表面の色の変化を定量的に評価するため、反射吸光度スペクトルを測定した。さらに、モールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面の反射吸光度を測定した。反射吸光度の測定には、プローブ型ポータブル分光反射率計を用いた。また、樹脂の機械的強度として曲げ破断強度を評価した。

【0018】

モールド樹脂表面に塗装が無い場合の、モールド変圧器の劣化診断の手順をスキーム１として説明する。スキーム１は、以下に示す「モールド樹脂の特性の劣化に関するマスターカーブの作成」、「運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データの作成」、「反射吸光度測定によるモールド樹脂の平均温度の推定」、「モールド樹脂の曲げ破断強度の推定」からなる。

【0019】

Ｄａｋｉｎにより提唱された考え方に基づき、熱劣化に伴う絶縁材料の諸特性の変化がすべて化学構造の変化量ｘに起因すると仮定する。化学構造の変化量ｘが化学反応速度論に従うと仮定すれば、時間ｔに対して式(１)のように表される。
ｄｘ／ｄｔ＝ａ・exp(－ΔＥ／ＲＴ)・ｇ(ｘ) (１)
ａ：頻度因子
ΔＥ：みかけの活性化エネルギ
Ｒ：気体定数
Ｔ：絶対温度
ｇ(ｘ)：熱劣化反応を表す関数
また、下式(２)で時間の単位を有する一般化時間(劣化度)θが定義される。
θ＝ｔ・exp(－ΔＥ／ＲＴ) (２)

【0020】

「モールド樹脂の特性の劣化に関するマスターカーブの作成」について以下の手順で劣化に関するマスターカーブを作成することができる。
まず、加熱温度を変えて試料を熱劣化させ、熱劣化後の特性を測定し、加熱時間に対して測定した特性をプロットする。次に、その特性がある値になるまでの加熱時間(t)を試験温度毎に求め、その加熱時間の対数を各試験温度(絶対温度)の逆数(１／Ｔ)に対してプロットすると、その傾きから式(1)の(ΔＥ／Ｒ)が得られ、活性化エネルギΔＥを算出できる(アレニウス法)。さらに、式(2)を用いて加熱時間tを一般化時間θに変換して再プロットすると、各データが重ね合わせられ劣化に関するマスターカーブを作成することができる。

【0021】

熱劣化によってモールド樹脂表面の反射吸光度が顕著に変化する波長λ1と変化の小さい波長λ2の２波長を選定し、各々の波長における反射吸光度Ａ(λ1)とＡ(λ2)との差ΔＡを評価した。反射吸光度の差ΔＡの変化がアレニウス則に従うと仮定し、反射吸光度の差ΔＡに関するマスターカーブを作成することができる。モールド樹脂表面の反射吸光度の差ΔＡに関するマスターカーブＡの模式図を図１に示す。

【0022】

次に、モールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面の反射吸光度が顕著に変化する波長λ3と変化の小さい波長λ4の２波長を選定し、各々の波長における反射吸光度Ｂ(λ3)とＢ(λ4)との差ΔＢを評価した。反射吸光度の差ΔＢの変化がアレニウス則に従うと仮定し、反射吸光度の差ΔＢに関するマスターカーブＢを同様に作成することができる。反射吸光度の差ΔＢに関するマスターカーブＢの模式図を図２に示す。

【0023】

図１、および図２より、反射吸光度の差がある値に達するまでの一般化時間θが得られる。得られたθから、式(2)よりｔ時間使用したときに反射吸光度の差がある値に達する使用温度、すなわち耐熱温度Ｔが求められる。逆に、使用温度Ｔが決まれば式(2)によってθを実時間ｔに変換し、実時間ｔでの熱劣化による反射吸光度の差の変化挙動が得られる。同様の手順で作成した、曲げ破断強度に関するマスターカーブＣの模式図を図３に示す。

【0024】

「運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データの作成」について
解析、およびモールド変圧器の運転時の温度の実測により、運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データを作成する。モールド樹脂表面に塗装が無い場合の巻線断面の模式図を図４に示す。反射吸光度を測定するモールド樹脂表面４a、モールド樹脂１の表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面５a、巻線の導体２近傍のモールド樹脂６aにおける運転時の温度を評価できるように、あらかじめ運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データを取得しておく。

【0025】

図５は、本実施例のモールド変圧器の診断システムのブロック図を示す。本実施例のモールド変圧器の診断システムは、測定装置１０と、診断装置１１から構成される。測定装置１０は、巻線と巻線を覆う樹脂を有するモールド変圧器のモールド樹脂表面などの反射吸光度を測定する装置である。

【0026】

診断装置１１は、モールド樹脂の平均温度推定部１２、モールド樹脂の曲げ破断強度の推定部１３、表示部１４からなる。診断装置は、プロセッサーなどの処理装置と、プログラムを格納した記録部などを有し、処理装置がプログラムを呼び出して、機能を実現する構成とすることができる。表示部１４は、診断したモールド樹脂の曲げ破断強度の推定結果、もしくは、その推定結果から評価したモールド変圧器の余寿命などの劣化状態を表示するようにしてもよい。

【0027】

図６は、診断システムの処理についてのフローチャートを示す。図６を用いて、スキーム１における「反射吸光度測定によるモールド樹脂の平均温度の推定」、「モールド樹脂の曲げ破断強度の推定」について説明する。

【0028】

測定装置１０は、運転時間ｔのモールド変圧器のモールド樹脂表面の反射吸光度を測定する（Ｓ６０１）。

【0029】

モールド樹脂の平均温度の推定部１３は、測定で得た異なる２波長λ_１、λ_２における反射吸光度の差とマスターカーブＡより、一般化時間θ_Ａを求める（図１を参照）。一般化時間θ_Ａと運転時間ｔとから、式(２)より、運転時のモールド樹脂表面の平均温度Ｔ_１を求める（Ｓ６０２）。

【0030】

運転時間ｔのモールド変圧器におけるモールド樹脂表面が研磨された箇所において、測定装置１０は、モールド樹脂内部の反射吸光度を測定する（Ｓ６０３）。ここでは、モールド樹脂表面を、研磨することでよいので、巻線の導体近傍の内部のモールド樹脂の機械的強度を、簡便に非破壊で測定するために有効である。

【0031】

モールド樹脂の平均温度の推定部１３は、測定で得た異なる２波長λ_３、λ_４における内部の反射吸光度の差とマスターカーブＢより、一般化時間θ_Ｂを求める（図２を参照）。一般化時間θ_Ｂと運転時間ｔとから、式(２)より、運転時のモールド樹脂内部の平均温度Ｔ_２を求める（Ｓ６０４）。

【0032】

モールド樹脂の平均温度の推定部１３は、運転時のモールド樹脂表面の平均温度Ｔ_１、モールド樹脂内部の平均温度Ｔ_２、および、作成しておいた運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データより、導体近傍のモールド樹脂の平均温度Ｔ_３を得る（Ｓ６０５）。

【0033】

モールド樹脂の曲げ破断強度の推定部１３は、運転時間ｔ、運転時の導体近傍のモールド樹脂の平均温度Ｔ_３、式(2)から、一般化時間θ_Ｃを求める。モールド樹脂の曲げ破断強度の推定部１３は、図３に示した一般化時間θ_ＣとマスターカーブＣより、導体近傍６aのモールド樹脂の運転時の平均的な温度Ｔ_３のときの樹脂の曲げ破断強度を推定する（Ｓ６０６）。なお、反射吸光度の差から一般化時間を求めるには、マスターカーブにおける縦軸の反射吸光度の差と横軸の一般化時間との対応関係をデータベースなどの記録部に記録しておき、その対応関係から、反射吸光度の差に基づいて一般化時間を求めることができる。

【0034】

ここで、図２と比べて図１の方が、劣化に伴う反射吸光度の差の変化が大きいことがわかる。これは、モールド樹脂の内部では主に熱による分解反応や架橋反応が起こるのに対し、大気と接触しているモールド樹脂表面では主に酸化反応や加水分解反応が起こるため、化学構造の変化に伴う反射吸光度の変化が大きいためと考えられる。したがって、熱に対する感度が高い表面の反射吸光度測定で得られた図１のマスターカーブＡを用いることで、高い精度でモールド樹脂表面の運転時の平均的な温度Ｔ_１を推定することが可能となる。さらに、モールド樹脂表面４a、モールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面５aの運転時の平均的な温度が各々Ｔ_１、Ｔ_２を用いることで、導体近傍６aのモールド樹脂の運転時の平均的な温度Ｔ_３をより高い精度で推定することができる。

【0035】

主に熱による分解反応や架橋反応が起こるモールド樹脂の内部と、主に酸化反応や加水分解反応が起こるモールド樹脂表面とでは、劣化後のモールド樹脂の化学構造は異なるため、測定で得られる反射吸光度スペクトルも異なる。したがって、モールド樹脂表面４a、およびモールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面５aの熱劣化を反射吸光度で評価する際、選定する２波長λ1、λ2および、２波長λ3、λ4の組み合わせは、同じであっても良いが、各々の反射吸光度スペクトルにおいて、ΔＡ、ΔＢの変化が大きくなるように、適切な波長を選定するのが好ましい。

【0036】

また、モールド樹脂の内部の評価において、表面から約５０～１００μｍ程度研磨するのが好ましい。空気中の酸素、あるいは水はモールド樹脂内部にゆっくりと拡散するため、直接、外気と触れていないモールド樹脂内部においても、酸化反応や加水分解反応による劣化がある程度は起こると考えられる。熱劣化に伴うモールド樹脂の色の変化は、モールド樹脂表面から約５０～１００μｍまでが顕著であるため、熱劣化による色の変化が著しい部分を研磨して除去することで、導体近傍のモールド樹脂と同様のメカニズムで劣化したモールド樹脂の熱劣化状態を評価することができる。

【0037】

巻線のモールド樹脂の反射吸光度測定箇所の模式図を図７に示す。通常、ジュール熱で温度が上昇する巻線７の周囲の空気は、自然対流しながら巻線７を冷却するため、巻線７の下部と比べて上部の温度が高くなる。このため、例えば、図７の８aの巻線モールド樹脂の上面の温度を測定することで、モールド樹脂１の熱劣化をより感度よく、評価することができる。また、図７の８b、あるいは８cの巻線モールド樹脂の上部の側面を測定しても良い。

【0038】

巻線の構造、モールド樹脂の厚さや、導体表面からモールド樹脂表面までの距離などによって、モールド樹脂表面の温度が異なると考えられる。このため、あらかじめ取得した温度分布データから、温度の高い部分を選定し、反射吸光度を測定することで、モールド樹脂の熱劣化をより感度よく、評価することができる。

【0039】

以上のスキーム１に示した手順によって、巻線のモールド樹脂において、モールド樹脂表面、およびモールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面の反射吸光度測定結果から、巻線の導体近傍の内部のモールド樹脂の曲げ破断強度を非破壊で評価することが可能となる。

【実施例0040】

診断の対象となる表面が塗装されているモールド樹脂の熱劣化挙動を把握するため、作製したモールド樹脂硬化物の表面に塗装した試料を作製し、作製したモールド樹脂硬化物の試料を所定の形状に切り出し、温度を変えて恒温槽で加熱して加速劣化させた。塗装表面の色の変化を定量的に評価するため、反射吸光度スペクトルを測定した。さらに、モールド樹脂表面の塗装を研磨して露出したモールド樹脂表面の反射吸光度を測定した。反射吸光度の測定には、プローブ型ポータブル分光反射率計を用いた。また、樹脂の機械的強度として曲げ破断強度を評価した。

【0041】

モールド樹脂表面に塗装がある場合である、実施例２におけるモールド変圧器の劣化診断の手順をスキーム２として説明する。本実施例においても、実施例１と同様の以下の手順で劣化に関するマスターカーブを作成することができる。

【0042】

「モールド樹脂の特性の劣化に関するマスターカーブの作成」について
まず、加熱温度を変えて試料を熱劣化させ、熱劣化後の特性を測定し、加熱時間に対して測定した特性をプロットする。次に、その特性がある値になるまでの加熱時間(t)を試験温度毎に求め、その加熱時間の対数を各試験温度(絶対温度)の逆数(１／Ｔ)に対してプロットすると、その傾きから式(1)の(ΔＥ／Ｒ)が得られ、活性化エネルギΔＥを算出できる(アレニウス法)。さらに、式(2)を用いて加熱時間tを一般化時間θに変換して再プロットすると、各データが重ね合わせられ劣化に関するマスターカーブを作成することができる。

【0043】

熱劣化によって塗装表面の反射吸光度が顕著に変化する波長λ5と変化の小さい波長λ6の２波長を選定し、各々の波長における反射吸光度Ａ’(λ5)とＡ’(λ6)との差ΔＡ’を評価した。反射吸光度の差ΔＡ’の変化がアレニウス則に従うと仮定し、反射吸光度の差ΔＡ’に関するマスターカーブＡ’を作成することができる。モールド樹脂表面の反射吸光度の差ΔＡ’に関するマスターカーブＡ’の模式図を図８に示す。

【0044】

次に、モールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面の反射吸光度が顕著に変化する波長λ7と変化の小さい波長λ8の２波長を選定し、各々の波長における反射吸光度Ｂ’(λ7)とＢ’(λ8)との差ΔＢ’を評価した。反射吸光度の差ΔＢ’の変化がアレニウス則に従うと仮定し、反射吸光度の差ΔＢ’に関するマスターカーブＢ’を同様に作成することができる。反射吸光度の差ΔＢ’に関するマスターカーブＢ’の模式図を図９に示す。

【0045】

図８、および図９より、反射吸光度の差がある値に達するまでの一般化時間θが得られる。得られたθから、式(2)よりｔ時間使用したときに反射吸光度の差がある値に達する使用温度、すなわち耐熱温度Ｔが求められる。逆に、使用温度Ｔが決まれば式(2)によってθを実時間ｔに変換し、実時間ｔでの熱劣化による反射吸光度の差の変化挙動が得られる。同様の手順で作成した、曲げ破断強度に関するマスターカーブＣ’の模式図を図１０に示す。

【0046】

「運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データの作成」について
また、解析、およびモールド変圧器の運転時の温度の実測により、運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データを作成する。モールド樹脂表面に塗装がある場合の巻線断面の模式図を図１１に示す。反射吸光度を測定する塗装表面４b、塗装面を研磨して露出した内部のモールド樹脂１の表面５b、巻線の導体２近傍のモールド樹脂６bにおける運転時の温度を評価できるように、あらかじめ運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データを取得しておく。

【0047】

図１２は、診断システムにおける処理についてのフローチャートを示す。図１２を用いて、スキーム２における「反射吸光度測定によるモールド樹脂の平均温度の推定」、「モールド樹脂の曲げ破断強度の推定」について説明する。実施例１と同様な説明は省略している場合がある。実施例２についても、診断システムのシステム構成図は、図５と同様である。

【0048】

測定装置１０は、運転時間ｔのモールド変圧器の塗装表面の反射吸光度を測定する（Ｓ１２０１）。

【0049】

診断装置１１におけるモールド樹脂の平均温度の推定部１２は、測定で得た異なる２波長λ_７、λ_８における反射吸光度の差とマスターカーブＡ’より、一般化時間θ_Ａ’を求める（図８を参照）。そして、θ_Ａ’と運転時間ｔとから、式(２)より、運転時のモールド樹脂の塗装表面の平均温度Ｔ_１’を求める（Ｓ１２０２）。

【0050】

運転時間ｔのモールド変圧器におけるモールド樹脂の塗装が研磨された箇所において、測定装置１０は、内部のモールド樹脂の反射吸光度を測定する（Ｓ１２０３）。

【0051】

モールド樹脂の平均温度の推定部１２は、測定で得た異なる２波長λ_７、λ_８における反射吸光度の差とマスターカーブＢ’より、θ_Ｂ’を求める（図９を参照）。そして、θ_Ｂ’と運転時間ｔとから、式(２)より、運転時のモールド樹脂内部の平均温度Ｔ_２’を求める（Ｓ１２０４）。

【0052】

モールド樹脂の平均温度の推定部１２は、運転時のモールド樹脂の塗装表面の平均温度Ｔ１’、モールド樹脂内部の平均温度Ｔ_２’、および、作成しておいた運転時の巻線内のモールド樹脂の温度分布データより、巻線導体近傍のモールド樹脂の平均温度Ｔ_３’を得る（Ｓ１２０５）。

【0053】

モールド樹脂の曲げ破断強度の推定部１３は、運転時間ｔ、運転時の導体近傍のモールド樹脂の平均温度Ｔ_３’、式(2)から、一般化時間θ_Ｃ’を求める。そして、樹脂の曲げ破断強度の推定部１３は、一般化時間θ_Ｃ’と、図１０におけるマスターカーブＣ’より、導体近傍６bのモールド樹脂の運転時の平均的な温度Ｔ_３’のときの樹脂の曲げ破断強度を推定する（Ｓ１２０６）。

【0054】

ここで、図９と比べて図８の方が、劣化に伴う反射吸光度の差の変化がやや大きいことがわかる。これは、モールド樹脂の内部では主に熱による分解反応や架橋反応が起こるのに対し、大気と接触しているモールド樹脂表面では主に酸化反応や加水分解反応が起こるため、化学構造の変化に伴う反射吸光度の変化が大きいためと考えられる。したがって、熱に対する感度が高い表面の反射吸光度測定で得られた図８のマスターカーブＡ’を用いることで、高い精度で塗装表面の運転時の平均的な温度Ｔ_１’を推定することが可能となる。さらに、塗装表面４b、モールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面bの運転時の平均的な温度が各々Ｔ_１’、Ｔ_２’を用いることで、導体近傍６bのモールド樹脂の運転時の平均的な温度Ｔ_３をより高い精度で推定することができる。

【0055】

構成する材料や化学構造が異なるモールド樹脂と塗装とでは、測定で得られる反射吸光度スペクトルは異なる。また、主に熱による分解反応や架橋反応が起こるモールド樹脂の内部と、主に酸化反応や加水分解反応が起こる塗装表面とでは、劣化後のモールド樹脂の化学構造は異なるため、測定で得られる反射吸光度スペクトルも異なる。したがって、塗装表面４b、およびモールド樹脂表面を研磨して露出したモールド樹脂内部表面５bの熱劣化を反射吸光度で評価する際、選定する２波長λ5、λ6および、２波長λ7、λ8の組み合わせは、同じであっても良いが、各々の反射吸光度スペクトルにおいて、ΔＡ’、ΔＢ’の変化が大きくなるように、適切な波長を選定するのが好ましい。

【0056】

また、通常、塗装の厚さは約５０～１００μｍ程度であるため、モールド樹脂の内部の評価において、この塗装を除去すればよく、表面から約５０～１００μｍ程度研磨するのが好ましい。空気中の酸素、あるいは水はモールド塗装を通してモールド樹脂内部にゆっくりと拡散するため、直接、外気と触れていないモールド樹脂内部においても、酸化反応や加水分解反応による劣化がある程度は起こると考えられる。熱劣化に伴うモールド樹脂の色の変化は、塗装表面から約５０～１００μｍまでが顕著であるため、熱劣化による色の変化が著しい塗装部分を研磨して除去することで、導体近傍のモールド樹脂と同様のメカニズムで劣化したモールド樹脂の熱劣化状態を評価することができる。

【0057】

巻線のモールド樹脂の反射吸光度測定箇所の模式図を図７に示す。通常、ジュール熱で温度が上昇する巻線の周囲の空気は、自然対流しながら巻線７を冷却するため、巻線の下部と比べて上部の温度が高くなる。このため、例えば、図７の８aの巻線モールド樹脂の上面の温度を測定することで、モールド樹脂１の熱劣化をより感度よく、評価することができる。また、図７の８b、あるいは８cの巻線モールド樹脂の上部の側面を測定しても良い。

【0058】

巻線の構造、モールド樹脂の厚さや、導体表面からモールド樹脂表面までの距離などによって、モールド樹脂表面の温度が異なると考えられる。このため、あらかじめ取得した温度分布データから、温度の高い部分を選定し、反射吸光度を測定することで、モールド樹脂の熱劣化をより感度よく、評価することができる。

【0059】

以上のスキーム２に示した手順によって、巻線の、表面が塗装されているモールド樹脂において、塗装表面、および塗装面を研磨して露出した内部のモールド樹脂の表面の反射吸光度測定結果から、巻線の導体近傍の内部のモールド樹脂の曲げ破断強度を非破壊で評価することが可能となる。

【0060】

上述した実施例１、実施例２では、二つの波長における反射吸光度の変化に基づいたマスターカーブを使って診断をした例で説明したが、それに限らず、劣化に伴う反射吸光度スペクトルの変化に基づいたマスターカーブを使って診断しても良い。