Transcript 高分子電気絶縁材料の誘電特性計測を用いた劣化診断に関する研究

高分子電気絶縁材料の誘電特性計測を
用いた劣化診断に関する研究
所 研究室
13S06 片山 祐輔
平成15年 2月13日
目的
高電界誘電特性測定システムを用
いて、試料の誘電特性を測定する
誘電特性→劣化診断指標
劣化診断技術の向上を目指す
誘電特性の測定方法
実用機器は片側表面のみが利用可能
主電極
高電圧電極
３０ｍｍ
くし形電極
試料片側表面から誘電特性を測定する
試料の劣化診断方法
くし形電極を用いて、水浸劣化過程に
おける試料の吸水劣化現象を、試料
片側表面から劣化診断を行なう。
試料に水滴を設置した状態で誘電特
性を測定し、その検出結果から試料表
面の撥水性の検討を行う。
実験方法
高
電
圧
電
極
極主
電
6mm
LED
（＋）
LED
（－）
電極間距離：6mm
試料：シート状シリコーンゴム
（50mm×60mm 厚さ6mm）
試料上の電極と水滴の様子
実験結果
水浸劣化過程→室温で試料を水浸
19.985
重量 ［g］
水浸120h
水浸304ｈ
水浸168h
19.980
乾燥
吸水
19.975
乾燥24ｈ
19.970
19.965
0
50
100
150
200
時間 ［
h］
250
300
350
図1 水浸過程と乾燥過程の重量変化
損失電流 Ixr［μA］
0.016
水浸304h
水浸168h
水浸120h
水浸0h
乾燥24h
0.014
0.012
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
-0.002
0.0
0.5
1.5
1.0
印加電圧波高値［ｋV］
図2 水浸劣化過程とIxrの関係
（水滴無しの状態）
2.0
損失電流 Ixｒ［μA］
0.05
水滴304h
水滴168h
水浸120h
水浸0h
乾燥24h
0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
-0.01
0.0
0.5
1.0
1.5
印加電圧波高値［ｋV］
図3 水浸劣化過程とIxrの関係
（水滴3個を設置した状態）
2.0
直流重畳電圧波形を用いた劣化診断
0.9：sec
30波形
AC
0.6：sec
20波形
AC：4ｋVP－P
DC：±2ｋV
周波数：33.333Hz
DCオフセット分
AC
4.2sec 計140波形
直流重畳電圧波形の模式図
振幅［ｋV］
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
0
10 20
30
40
50 60
70
80 90 100 110 120 130 140
AC
DC（+）
DC（-）
AC：4ｋVP－P
DC：±2ｋV
周波数：33.333Hz
検出波数［波形］
図4 直流重畳電圧波形の解析結果
直流重畳電圧波形を用いた測定
試料A：水浸劣化させていな →撥水性が良い
い試料
試料B：長時間（約55日間）、
→撥水性が悪い
室温で水浸劣化過程を行っ
た試料
水滴を設置した状態と設置しない状態の
両者から劣化診断を行う
損失電流 Ixr［μA］
0.012
試料A
試料B
0.010
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
-0.002
-0.004
0
20
40
60
80
検出波数
100
120
140
図5 試料Aと試料Bの比較
（水滴を設置しない状態で測定した結果）
損失電流 Ixr［μA］
0.010
水滴無し
水滴有り（3個）
0.008
0.006
0.004
0.002
0.000
-0.002
-0.004
0
20
40
60
80
100
検出波数
120
図6 試料AのIxrの測定結果
（試料Aに水滴を3個設置）
140
損失電流 Ixr ［μA］
試料A
試料B
交流電圧
直流電圧（+）
直流電圧（-）
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
-0.02
-0.04
0
20
40
60
80
検出波数
100
120
140
図7 試料BのIxrの測定結果
（試料A：水滴3個 試料B：水滴1個）
損失電流 Ixr［μA］
0.25
水滴1個
0.20
水滴3個
交流電圧
0.15
直流電圧（+）
直流電圧（-）
0.10
0.05
0.00
-0.05
0
20
40
60
80
検出波数
100
120
図8 試料BのIxrの測定結果
（水滴1個と3個の測定結果）
140
まとめ
• くし形電極を用いることにより、試料片側表
面から吸水劣化現象を評価することが可能
となった。
• 水滴を設置した状態の損失電流Ixrの検出
結果から、試料表面の撥水性を評価できる
ことが示唆される。
• 水滴を設置した時の、直流重畳電圧分に依
存した誘電特性の検出から、より明確に劣
化診断可能であることが示唆される。
今後の課題
高電界下における水滴の画像解析結果と
誘電特性の測定結果を対応させ、より明確
な劣化診断技術の向上が望まれる。
撥水性の良い試料
主
高
HTV－SIR
撥水性の悪い試料
主
高
HTV－SIR
試料表面の撥水性とIxrの関係
損失電流 Ｉ
ｘｒ
[μＡ]
0.16
0.14
水滴無し
水滴有り
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00
0
10
20 30
40
50
60
70
80 90 100 110
周波数 [Ｈｚ]
損失電流Ixrの周波数特性
0.08
⊿Ixc［μA］
0.06
0.04
0.02
0.00
-0.02
水滴1個
水滴3個
交流電圧
直流電圧（+）
直流電圧（-）
-0.04
-0.06
-0.08
-0.10
-0.12
0
20
40
60
80
検出波数
100
120
試料Bの⊿Ixcの結果測定結果
140