特許 7046629 電流積分装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-25

(45)【発行日】2022-04-04

(54)【発明の名称】電流積分装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/14 20060101AFI20220328BHJP

   G01N 27/00 20060101ALI20220328BHJP

【ＦＩ】

G01R31/14

G01N27/00 L

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018020445

(22)【出願日】2018-02-07

(65)【公開番号】P2019138708

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2021-01-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504237050

【氏名又は名称】独立行政法人国立高等専門学校機構

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(72)【発明者】

【氏名】関口 洋逸

(72)【発明者】

【氏名】福間 眞澄

【審査官】永井 皓喜

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１７／１５０６９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１４５１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－１８５３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１８９４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２６９３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１８６２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／１４

Ｇ０１Ｒ ３１／１２

Ｇ０１Ｎ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料絶縁体に所定の印加条件で直流電圧を印加する直流電源と、
前記試料絶縁体に直列に接続される測定用キャパシタと、
前記測定用キャパシタに並列に接続され、前記測定用キャパシタの電圧を測定する電圧計と、を備える電流積分装置であって、
前記試料絶縁体と前記測定用キャパシタとの間で、かつ前記電圧計の結線箇所よりも前記試料絶縁体側の位置で前記測定用キャパシタに直列に接続され、前記測定用キャパシタに印加される電圧を下げる保護用キャパシタと、
前記測定用キャパシタ及び前記保護用キャパシタと並列に接続され、前記試料絶縁体の健全時には非導通状態を維持し、前記試料絶縁体の絶縁破壊時には導通状態となるスパークギャップとを備え、
前記保護用キャパシタの静電容量が、前記測定用キャパシタの静電容量よりも小さく、
前記スパークギャップは、前記測定用キャパシタ及び前記電圧計が損傷する前に導通状態となる、
電流積分装置。

【請求項2】

前記直流電源と前記試料絶縁体との間に直列に接続される保護抵抗を備える、請求項１に記載の電流積分装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流積分装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、高電圧の直流送電が検討されており、その電力ケーブルに備わる絶縁層の状態を診断する手法が必要になるものと考えられる。また、電力ケーブルだけでなく、種々の電気機器を直流で使用することが検討されている現状に鑑みても、直流電圧下の絶縁体の状態診断の手法が必要になると考えられる。その直流電圧の印加に伴う絶縁体の状態を診断する有効な方法として、特許文献１に記載される電流積分装置を用いた絶縁体の絶縁性能の評価方法が挙げられる。

【0003】

特許文献１の電流積分装置は、測定試料となる試料絶縁体に所定の印加条件で直流電圧を印加する直流電源と、試料絶縁体に直列に接続され、試料絶縁体に対して十分に大きな静電容量を持つ測定用キャパシタと、測定用キャパシタにかかる電圧を測定する電圧計と、を備える。測定用キャパシタの静電容量が既知であるため、測定用キャパシタの電圧を知ることができれば、測定用キャパシタに蓄積された電荷量が分かる。測定用キャパシタは試料絶縁体と直列に接続されているため、測定用キャパシタに蓄積された電荷量と、試料絶縁体に蓄積している電荷量及び試料絶縁体を通過した電荷量の合計と、が等しくなる。そのため、測定用キャパシタの電荷量を測定することで、試料絶縁体に流れる電荷量（電流の積分値）が分かり、その電荷量に基づいて試料絶縁体の絶縁性能の評価を行なうことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１７／１５０６９１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の電流積分装置は、試料絶縁体が絶縁破壊したときに破損する可能性がある。試料絶縁体が絶縁破壊すると、試料絶縁体に直列に接続される測定用キャパシタと、測定用キャパシタの電圧を測定する電圧計とに直流電源の電圧が直接印加される。このとき、測定用キャパシタと電圧計の耐電圧が印加電圧よりも低いと、測定用キャパシタと電圧計が破損してしまう。

【0006】

本開示は、電流積分装置による測定時に試料絶縁体が絶縁破壊しても、電流積分装置の測定用キャパシタや電圧計の破損を抑制できる電流積分装置を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の電流積分装置は、
試料絶縁体に所定の印加条件で直流電圧を印加する直流電源と、
前記試料絶縁体に直列に接続される測定用キャパシタと、
前記測定用キャパシタに並列に接続され、前記測定用キャパシタの電圧を測定する電圧計と、を備える電流積分装置であって、
前記測定用キャパシタと並列に接続され、前記試料絶縁体の健全時には非導通状態を維持し、前記試料絶縁体の絶縁破壊時には導通状態となる保護素子を備え、
前記保護素子は、前記測定用キャパシタ及び前記電圧計の耐電圧値よりも低い電圧で導通状態となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態１に係る電流積分装置の概略回路図である。

【図2】実施形態２に係る電流積分装置の概略回路図である。

【図3】試験例１の結果を示すグラフである。

【図4】試験例２の結果を示すグラフである。

【図5】試験例３の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

【0010】

＜１＞実施形態に係る電流積分装置は、
試料絶縁体に所定の印加条件で直流電圧を印加する直流電源と、
前記試料絶縁体に直列に接続される測定用キャパシタと、
前記測定用キャパシタに並列に接続され、前記測定用キャパシタの電圧を測定する電圧計と、を備える電流積分装置であって、
前記測定用キャパシタと並列に接続され、前記試料絶縁体の健全時（絶縁非破壊時）には非導通状態を維持し、前記試料絶縁体の絶縁破壊時には導通状態となる保護素子を備え、
前記保護素子は、前記測定用キャパシタ及び前記電圧計の耐電圧値よりも低い電圧で導通状態となる。

【0011】

上記構成によれば、試料絶縁体が絶縁破壊しても測定用キャパシタ及び電圧計の破損を抑制できる。測定用キャパシタに並列に保護素子が配置され、かつその保護素子が、測定用キャパシタ及び電圧計の耐電圧値よりも低い電圧で導通状態となるからである。試料絶縁体が絶縁破壊すると、互いに並列に配置される保護素子と測定用キャパシタと電圧計とに直流電源の電圧が印加される。その際、保護素子が導通状態となって直流電流を接地に逃がすので、測定用キャパシタと電圧計が破損を免れる。

【0012】

＜２＞実施形態に係る電流積分装置の一形態として、
前記保護素子はスパークギャップである形態を挙げることができる。

【0013】

保護素子としては、例えばバリスタやツェナーダイオード、スパークギャップなどを挙げることができる。特にスパークギャップは、試料絶縁体の健全時にスパークギャップに漏れ電流が殆ど流れないため、電流積分装置による測定を妨げない。

【0014】

＜３＞実施形態に係る電流積分装置の一形態として、
前記試料絶縁体と前記測定用キャパシタとの間で、かつ前記電圧計の結線箇所よりも前記試料絶縁体側の位置で前記測定用キャパシタに直列に接続され、前記測定用キャパシタに印加される電圧を下げる保護用キャパシタを備える形態を挙げることができる。

【0015】

複数のキャパシタを直列に配置すると、各キャパシタに印加される電圧を下げることができる。つまり、保護用キャパシタを設置することで、測定用キャパシタと測定用キャパシタに並列に接続される電圧計とに印加される電圧を下げ、測定用キャパシタ及び電圧計の破損の可能性を大幅に低減できる。ここで、キャパシタを直列に接続すると、各キャパシタに蓄積される電荷量は等しくなるので、保護用キャパシタを設置しても、測定用キャパシタによる測定に支障はない。

【0016】

＜４＞前記保護用キャパシタを備える実施形態に係る電流積分装置の一形態として、
前記保護用キャパシタの静電容量が、前記測定用キャパシタの静電容量よりも小さい形態を挙げることができる。

【0017】

測定用キャパシタと保護用キャパシタを直列に接続する場合、保護用キャパシタの静電容量をＣ_１、測定用キャパシタの静電容量をＣ_２、印加電圧をＶ_０、測定用キャパシタの電圧をＶ_２とすると、Ｖ_２＝［Ｃ_１／（Ｃ_１＋Ｃ_２）］×Ｖ_０となる。この式から明らかなように、保護用キャパシタの静電容量Ｃ_１を、測定用キャパシタの静電容量Ｃ_２よりも小さくすることで、その逆とするよりも、測定用キャパシタに印加される電圧Ｖ_２を小さくできる。

【0018】

＜５＞実施形態に係る電流積分装置の一形態として、
前記直流電源と前記試料絶縁体との間に直列に接続される保護抵抗を備える形態を挙げることができる。

【0019】

直流電源と試料絶縁体との間に保護抵抗を直列接続することで、試料絶縁体の絶縁破壊時に回路内に流れる電流量を制限できる。その結果、測定用キャパシタ及び電圧計の破損を効果的に抑制できる。

【0020】

［本願発明の実施形態の詳細］
以下、実施形態に係る電流積分装置を説明する。なお、本願発明は実施形態に示される構成に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。

【0021】

＜実施形態１＞
図１に示す電流積分装置１は、絶縁体の絶縁性能に及ぼす直流電圧の印加の影響を測定する装置である。本例の電流積分装置１は、電極２Ａ，２Ｂ、直流電源３、測定用キャパシタ４、アンプ５、電圧計６、スイッチ７Ａ，７Ｂ、保護抵抗８、及び保護素子９を備える。以下、電流積分装置１に備わる各構成を詳細に説明する。

【0022】

試料絶縁体１０の一面側に取り付けられる電極２Ａは、保護抵抗８とスイッチ７Ａとを介して直流電源３に繋がる高電位側の電極である。一方、電極２Ｂは、試料絶縁体１０における電極２Ａとは反対側の面に取り付けられる低電位側の電極である。電極２Ａ，２Ｂで挟み込まれた試料絶縁体１０には、直流電源３から直流電圧が印加される。試料絶縁体１０への直流電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦは、スイッチ７Ａによって切り換えられる。

【0023】

ここで、試料絶縁体１０を電極２Ａ，２Ｂで挟み込んだ構成はまさにキャパシタと同じである。以降の説明では、部材１０，２Ａ，２Ｂをまとめてキャパシタ相当部材と呼ぶことがある。なお、試料絶縁体１０に電圧を印加するための電極２Ａ，２Ｂは、特に形状を選ばないが、シート状とすることが挙げられる。フィルム状の試料絶縁体１０に電圧を印加する場合、高圧側の電極２Ａと接地側の電極２Ｂの少なくとも一方には、ガード電極２Ｇを設けることが望ましい。ガード電極２Ｇを設けることで、電極エッジの影響（局所的な高電界部の発生、沿面放電など）を取り除くことができる。図１，２のケースでは、接地側の電極２Ｂを高圧側の電極２Ａよりも一回り小さくすると共に、その接地側の電極２Ｂを取り囲むように、接地側に環状のガード電極２Ｇを設けている。環状のガード電極２Ｇの外径は高圧側の電極２Ａと同径とし、ガード電極２Ｇの内径は接地側の電極２Ｂの外径よりも大きくして、ガード電極２Ｇと電極２Ｂとの間に所定の間隔が空くようにしてある。本例とは異なり、ガード電極を高圧側に入れるケースや、高圧側と接地側の双方に入れるケースも考えられる。

【0024】

測定用キャパシタ４は、試料絶縁体１０の低電位側で試料絶縁体１０に直列に接続されている。つまり、本例の構成では、キャパシタ相当部材と測定用キャパシタ４とが直列に接続されている。そのため、試料絶縁体１０に直流電圧を印加すると、試料絶縁体１０に蓄積する電荷量と同じ電荷量が測定用キャパシタ４にも蓄積する。電荷量は電流の時間積分値であることから、測定用キャパシタ４の電荷量を測定することで、試料絶縁体１０の電荷量、即ち時間の経過に伴って試料絶縁体１０に流れた電流量を知ることができる。計測時間を長くとることにより、微小電流でも十分に検知することができる。

【0025】

電圧計６は、測定用キャパシタ４に並列に接続され、測定用キャパシタ４の電圧を経時的に測定する。本例では、電圧計６の上流側にアンプ５が配置されており、電圧計６の測定を容易にしている。このように、電圧計６で測定用キャパシタ４の電圧を経時的に測定することで、試料絶縁体１０を流れた電流の積分値を得ることができる。測定用キャパシタ４の電圧を測定することで電流の積分値を得ることができるのは、Ｑ＝ＣＶが成り立つからである。Ｃ（キャパシタの静電容量）は既知（本例では１０μＦ）であり、電圧計６の電圧（Ｖ）が分かれば、電荷量（電流の積分値）を求めることができる。なお、測定用キャパシタ４の静電容量は、試料絶縁体１０と電極２Ａ，２Ｂとで構成されるキャパシタ相当部材の静電容量よりも十分に大きければ良く、特に限定されない。

【0026】

スイッチ７Ｂは、測定用キャパシタ４に並列に接続され、測定用キャパシタ４に蓄積された電荷をクリアするためのものである。スイッチ７Ｂは、試料絶縁体１０の絶縁性能の測定時はＯＦＦにされており、測定用キャパシタ４の電荷をクリアするときにＯＮにされる。

【0027】

保護素子９は、測定用キャパシタ４及び電圧計６に並列に接続され、試料絶縁体１０の絶縁破壊時に測定用キャパシタ４及び電圧計６を保護するためのものである。保護素子９は、試料絶縁体１０の健全時には非導通状態を維持し、試料絶縁体１０の絶縁破壊時には導通状態となる電気回路であれば特に限定されない。別の言い方をすれば、保護素子９は、所定値以上の電圧が印加されるまでは絶縁体として機能し、所定値以上の電圧が印加されたら導電体として機能する電気回路である。例えば、バリスタやツェナーダイオード、スパークギャップなどを利用することができる。特に、スパークギャップは、試料絶縁体１０の健全時にスパークギャップに漏れ電流が殆ど流れないため好ましい。本例では保護素子９としてスパークギャップを例示している。

【0028】

上記保護素子９には、測定用キャパシタ４及び電圧計６の耐電圧値よりも低い電圧で導通状態となるものを利用する。例えば、保護素子９をスパークギャップとする場合、放電開始電圧（導通開始電圧）が、測定用キャパシタ４及び電圧計６の耐電圧値よりも低いスパークギャップを用いる。

【0029】

≪効果≫
実施形態１の構成によれば、試料絶縁体１０が絶縁破壊しても測定用キャパシタ４及び電圧計６の破損を抑制できる。測定用キャパシタ４に並列に保護素子９が配置され、かつその保護素子９が、測定用キャパシタ４及び電圧計６の耐電圧値よりも低い電圧で導通状態となるからである。試料絶縁体１０が絶縁破壊すると、互いに並列に配置される保護素子９と測定用キャパシタ４と電圧計６とに直流電源３の電圧が印加される。その際、保護素子９が導通状態となって直流電流を接地に逃がすので、測定用キャパシタ４と電圧計６が破損を免れる。

【0030】

実施形態１の構成では更に、直流電源３と試料絶縁体１０との間に直列に接続される保護抵抗８を備えるため、測定用キャパシタ４と電圧計６の破損がより効果的に抑制されている。保護抵抗８が存在することで、試料絶縁体１０の絶縁破壊時に回路内に流れる電流量を制限できるからである。その観点から、試料絶縁体１０に対して測定のための適切な電流を通電できる限りにおいて保護抵抗８の抵抗値は高くすることが好ましい。例えば、保護抵抗８の抵抗値は、１ＭΩ以上、あるいは５ＭΩ以上、更には１０ＭΩ以上とすることが挙げられる。

【0031】

＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１の構成に加えて保護用キャパシタ４０を備える電流積分装置１を図２に基づいて説明する。実施形態２では、実施形態１と同様の構成については実施形態１と同じ符号を付して説明を省略し、実施形態１との相違点を中心に説明を行なう。

【0032】

本例の電流積分装置１は、試料絶縁体１０と測定用キャパシタ４との間で、かつ電圧計６の結線箇所よりも試料絶縁体１０側の位置に、測定用キャパシタ４に直列に接続される保護用キャパシタ４０を備える。保護用キャパシタ４０は、測定用キャパシタ４に印加される電圧を下げ、測定用キャパシタ４及び電圧計６の破損の可能性を低減させる役割を持っている。

【0033】

ここで、キャパシタを直列に接続する場合、各キャパシタに蓄積される電荷量は等しくなるので、保護用キャパシタ４０を設置しても、測定用キャパシタ４による測定に支障はない。

【0034】

保護用キャパシタ４０の静電容量をＣ_１、測定用キャパシタ４の静電容量をＣ_２、印加電圧をＶ_０、測定用キャパシタ４の電圧をＶ_２とすると、Ｖ_２＝［Ｃ_１／（Ｃ_１＋Ｃ_２）］×Ｖ_０が成り立つ。つまり、保護用キャパシタ４０の静電容量Ｃ_１を、測定用キャパシタ４の静電容量Ｃ_２よりも小さくすることで、その逆とするよりも、測定用キャパシタ４に印加される電圧Ｖ_２を小さくできる。図２に例示するように、Ｃ_１（０．１μＦ）をＣ_２（１μＦ）の十分の一以下とすると、Ｖ_２をＶ_０の十分の一以下（約０．０９１Ｖ_０）とすることができ、測定用キャパシタ４及び電圧計６の破損を確実に抑制できる。

【0035】

その他、本例の電流積分装置１は、保護用キャパシタ４０の電荷をクリアするスイッチ７Ｃを備える。両キャパシタ４，４０の電荷をクリアする場合、スイッチ７Ｂ，７Ｃを共にＯＮにする。

【0036】

≪効果≫
実施形態２の構成によれば、実施形態１の構成よりも効果的に、試料絶縁体１０の絶縁破壊時の測定用キャパシタ４及び電圧計６の損傷を抑制できる。それは、保護用キャパシタ４０を測定用キャパシタ４に直列に接続することで、測定用キャパシタ４と測定用キャパシタ４に並列に接続される電圧計６とに印加される電圧を下げられるからである。

【0037】

また、測定用キャパシタ４及び電圧計６に印加される電圧を下げられることから、本例の電流積分装置１では、実施形態１の構成よりも導通開始電圧が低い安価な保護素子９を使用できる。

【0038】

＜試験例１＞
本試験例１と後述する試験例２では、図２の電流積分装置１に保護素子９を設けたことによる測定精度への影響を調べた。保護素子９はスパークギャップである。

【0039】

まず、試験例１では、図２のキャパシタ相当部材（試料絶縁体１０と電極２Ａ，２Ｂ）を高電圧用のセラミックコンデンサに置換し、所定の印加条件でセラミックコンデンサに直流電圧を印加した。セラミックコンデンサの静電容量は２８０ｐＦ、耐電圧は２０ｋＶであった。また、電圧計６には、Ｋｅｙｔｈｌｅｙ社製のエレクトロメーター（入力インピーダンス；１０^１４Ω以上）を使用した。スパークギャップ９は、９０Ｖの放電開始電圧のガス放電管であり、測定用キャパシタ４の静電容量は１μＦ、保護用キャパシタ４０の静電容量は０．１μＦであった。

【0040】

本例では、次の三水準の印加条件で直流電圧を印加した。
（１）最終到達電圧；９００Ｖ
（２）最終到達電圧；６００Ｖ
（３）最終到達電圧；３００Ｖ
図２のスイッチ７Ｂ，７Ｃを閉じてキャパシタ４，４０を接地した後、スイッチ７Ｂ，７Ｃを開き、スイッチ７Ａを閉じて電流の積分値の測定を開始した。電流の積分値の測定開始から６０秒後に直流電圧の印加を開始し、上記最終到達電圧まで５秒で昇圧した後、その最終到達電圧を３００秒保持した。その後、印加電圧を０Ｖとして、電流の積分値の測定開始から５００秒後まで積分値の測定を行った。

【0041】

試験例１の測定結果を図３に示す。図３の横軸は時間ｔ（秒）、縦軸は測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２（ボルト）である。実線は印加条件（１）の測定結果、破線は印加条件（２）の測定結果、点線は印加条件（３）の測定結果である。

【0042】

図３のグラフに示すように、いずれの印加条件においても測定用キャパシタ４の電圧は安定しており、スパークギャップ９に漏れ電流が流れて測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２が大きく変動することはなかった。つまり、スパークギャップ９が電圧Ｖ_２の測定に悪影響を及ぼさないことが分かった。

【0043】

＜試験例２＞
試験例２では、図２のキャパシタ相当部材を高抵抗値の金属皮膜抵抗に置換し、所定の印加条件で金属皮膜抵抗に直流電圧を印加した。金属皮膜抵抗の抵抗値は１０ＧΩであった。金属皮膜抵抗以外の構成は、試験例１と同じである。

【0044】

本例では、次の二水準の印加条件で直流電圧を印加した。
（１）最終到達電圧；２００Ｖ
（２）最終到達電圧；１００Ｖ
電流の積分値の測定手順は、試験例１と同じである。

【0045】

試験例２の測定結果を図４に示す。図４の横軸は時間ｔ（秒）、縦軸は測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２（ボルト）である。実線は印加条件（１）の測定結果、破線は印加条件（２）の測定結果である。

【0046】

図４のグラフに示すように、測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２はほぼ直線的に増加しており、スパークギャップ９に漏れ電流が流れて測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２が大きく変動することはなかった。つまり、スパークギャップ９が電圧Ｖ_２の測定に悪影響を及ぼさないことが分かった。

【0047】

実線で示す印加条件（１）のグラフの途中で電圧Ｖ_２が急落しているのは、スパークギャップ９にかかる電圧がスパークギャップ９の放電電圧に達し、測定用キャパシタ４の電荷もスパークギャップ９を通して放電されるからである。一方、点線で示す印加条件（２）のグラフでは、スパークギャップ９にかかる電圧がスパークギャップ９の放電電圧に達することはなく、測定開始から約３６０秒後に印加電圧を０Ｖにするまで電圧Ｖ_２はほぼ直線的に増加した。その後、印加電圧を０Ｖとすると、測定用キャパシタ４の電荷が金属皮膜抵抗と保護抵抗８を通して放電され、充電時と同じ時定数（傾き）でＶ_２が減少した。

【0048】

＜試験例３＞
試験例１，２の結果を踏まえて、保護素子９による電流積分装置１の保護について調査を行なった。本例では、試料絶縁体１０として、厚さ７μｍのポリイミドフィルム（カプトン：東レ・デュポン株式会社の登録商標）を使用した。

【0049】

本例では、次の三水準の印加条件で直流電圧を印加した。
（１）最終到達電圧；３ｋＶ
（２）最終到達電圧；２ｋＶ
（３）最終到達電圧；１ｋＶ
電流の積分値の測定手順は、試験例１と同じである。

【0050】

試験例３の測定結果を図５に示す。図５の横軸は時間ｔ（秒）、縦軸は測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２（ボルト）である。実線は印加条件（１）の測定結果、破線は印加条件（２）の測定結果、点線は印加条件（３）の測定結果である。

【0051】

図５に示すように、印加条件（２）、（３）では試料絶縁体１０の絶縁破壊は生じなかった。一方、印加条件（１）では、直流電圧の印加開始から約２００ｓ後の時点で試料絶縁体１０が絶縁破壊した。試料絶縁体１０の絶縁破壊によって測定用キャパシタ４の電圧Ｖ_２は瞬間的に増大したが、直ぐに急落した。これは、スパークギャップ９が動作したことを示している。また、電圧Ｖ_２の急落後にも電圧Ｖ_２の測定が行なえていることから、スパークギャップ９が動作することで測定用キャパシタ４と電圧計６は損傷を免れていることが分かる。

【0052】

測定用キャパシタ４と電圧計６の保護には、保護抵抗８の存在も重要な役割を果たしているものと推察される。試料絶縁体１０の高電位側に保護抵抗８を設けることで、保護抵抗８を設けない場合に比べて、試料絶縁体１０の絶縁破壊時に回路に流れる電流値が制限され、電圧Ｖ_２の上昇割合が小さくなるからである。使用したスパークギャップ９の動作速度はナノ秒単位であるのに対して、保護抵抗８を設けた場合の電圧Ｖ_２の上昇速度はミリ秒単位となる。

【0053】

＜用途＞
実施形態の電流積分装置１は、直流送電を行なう電力ケーブル、例えば超電導ケーブルの絶縁層の劣化診断や、油浸絶縁ケーブルの絶縁層（絶縁体）の劣化診断、固体絶縁ケーブルの固体絶縁体の劣化診断に利用できると期待される。実施形態の電流積分装置１に備わる電極２Ａ，２Ｂの形状は限定されないため、ケーブル試料の測定も可能である。また、実施形態の電流積分装置１は、電力ケーブル以外の直流電圧を印加して使用する電気機器、例えばキャパシタや電池などに備わる絶縁体の劣化診断にも利用できると期待される。更に、交流で使用される電気機器であっても、その電気機器に備わる絶縁体の状態変化、例えば水トリー劣化や高温、放射線照射による絶縁体の劣化などが、実施形態の電流積分装置１にて捉えられる可能性がある。その場合、交流での絶縁体の状態変化の追跡手法として実施形態の電流積分装置を利用する手立てがあるものと考えられる。また、キャパシタやエナメル線のような極薄いフィルムや皮膜が用いられる電気機器では、フィルムや皮膜の空間電荷蓄積挙動などの誘電特性を評価することそのものが困難であったが、このような極薄試料についても電流積分装置１にて評価を行なうことができる。

【符号の説明】

【0054】

１ 電流積分装置
２Ａ，２Ｂ 電極 ２Ｇ ガード電極
３ 直流電源
４ 測定用キャパシタ
５ アンプ
６ 電圧計
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ スイッチ
８ 保護抵抗
９ スパークギャップ（保護素子）
１０ 試料絶縁体
４０ 保護用キャパシタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】