线圈的剩余寿命推定方法及线圈的剩余寿命推定装置

摘要

本发明的线圈剩余寿命推定方法，包括：第1工序，确认来自导体的冷却水是否泄漏到绝缘层，在上述导体冷却水泄漏到绝缘层的情况下，进行对线圈的绝缘破坏电压的推定所需的测量，推定线圈的绝缘破坏电压；第2工序，根据上述线圈今后的运转条件，非破坏性地推定线圈的绝缘破坏电压今后的下降曲线；第3工序，对通过第1工序及第2工序求出的数据进行外推，求出绝缘破坏电压下降至运转上述线圈所需电压的时期。根据上述方法，能够提供一种在绝缘层内安装了内部电极的线圈中不抽取线圈、非破坏性地推定绝缘层的绝缘破坏电压，并且根据推定出的绝缘破坏电压来推定剩余寿命的剩余寿命推定方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在利用冷却水直接冷却导体来运转的过程中冷却水从导体泄漏而浸入到绝缘层的情况下，预测线圈的寿命的线圈寿命推定方法及线圈寿命推定装置。

背景技术

当旋转电机的容量变大时，流入定子线圈的(定子绕组)电流变大，随着电流增大，在固定线圈中产生的焦耳损耗使得温度过高，很难进行稳定运转。

为此，对于最近的大容量旋转电机而言，多数采用了对定子线圈直接供给冷却水进行冷却的类型，图33示出了这种结构。

现有的大容量旋转电机面向以圆筒状形成的定子铁心1的半径方向中心部侧而设置沟槽，使下线圈2b和上线圈2a穿通在各沟槽中。

作为上线圈2a及下线圈2b的线材，单独使用空心平角铜丝或使用在空心平角铜线中混合空心平角线来作为导体3a、3b，将导体3a、3b的剖面形成为长方形，在其外侧覆盖有绝缘层4a、4b。

此外，上线圈2a及下线圈2b中，在导体3a、3b的端部钎焊夹具5a、5b，用空心连接导体6连接夹具5a、5b之间，用从绝缘连接管7供给的例如去离子水等冷却水直接冷却导体3a、3b。

同时，当大容量旋转电机长年运转时，导体3a、3b和夹具5a、5b的钎焊部分因腐蚀而产生劣化，从而空出微细的孔，冷却水泄漏到绝缘层4a、4b，经常会引起线圈2的绝缘破坏。

对于线圈2的绝缘破坏，由于由绝缘层4a、4b覆盖导体3a、3b和夹具5a、5b的钎焊部分，不能目视确认，所以，目前作为确认冷却水泄漏到绝缘层4a、4b的手段，针对在绝缘层4a、4b内没有具备内部电极的线圈2，例如，可使用在日本专利文献特开平9-331656号公报、特开平9-51658号公报、特开平10-177053号公报中展示出的技术，此外，针对在绝缘层4a、4b内具备有内部电极的线圈，例如可使用日本专利文献特愿2000-126293号中展示出的技术。

这些技术都巧妙地利用由于冷却水的漏水而使绝缘层4a、4b的静电容量增加的现象的技术，该技术中，在线圈上设置电极，测量导体3a、3b和电极的静电容量，当测量出的静电容量高时，判定为冷却水泄漏到绝缘层4a、4b。

此外，由于这些技术操作简便，所以作为冷却水泄漏到绝缘层的测量简易手段，受到高度评价、并在实际操作中实施。

此外，最近的大容量旋转电机中，作为线圈的绝缘结构而实施如下结构，如图33及图34所示，在绝缘层9、9a、9b、9c中设置内部电极8a、8b、8g，使线圈表面的电场下降。

而且，在线圈的绝缘结构中，可以使内部电极8a、8b、8g的3层为2层或4层以上，在此，以3层的内部电极为例进行说明。此外，内部电极中，以线圈2的导体3a、3b为基点，朝向外径侧与第1内部电极8a、第2内部电极8b相连，最外层的部分与第3内部电极8g相连。

可以适用于最近的大容量旋转电机的线圈的绝缘结构，在用绝缘层9、9a～9c覆盖以上线圈2a和下线圈2b为一对组的线圈2(2a、2b)的导体3的外侧，并且，在绝缘层9、9a～9c中设置第1～第3内部电极8a、8b、8g三个电极，使第3内部电极8g连接在线圈2(2a、2b)直线部分的最外层的低电阻层10，用第1内部电极8a、第2内部电极8b对绝缘层9a～9c的静电容量进行容量分压，能够将线圈尾部的绝缘层外表面的电场抑制得较小。

此外，在线圈尾部的端部设置有夹具5(5a、5b)，该夹具5(5a、5b)具备用冷却水直接冷却导体3(3a、3b)的绝缘连接管7。

在包含这种线圈结构的大容量旋转电机中，如果适当使用上述专利公报中公开的技术，即使能够容易判断冷却水是否浸入到绝缘层内，也很难知道现时(测量时)的绝缘破坏电压，很难进一步知道在今后多长期间内可以使用的剩余寿命。

特别地，像最近这样，旋转电机逐步增大容量时，不仅保修和改造等的准备、施工期间变长，而且剩余寿命技术的重要性也在逐渐增加。

例如，在日本专利文献特开平9-93873号公报中就提出了有关剩余寿命技术的发明。

在此专利公报中的技术是将钎焊定子线圈的端部的夹具和导体的部分进行切断和取出，检查钎焊状态，推定冷却水泄漏的开始时期，根据此后的绝缘破坏电压的下降率的数据推定剩余寿命。

在此技术中，需要去除线圈间的连接部分的绝缘，不可缺少地进行抽样几条线圈、截断线圈端部进行检查的作业，因此存在修复花费大量作业时间和费用等需要改善的问题。

为此，希望一种能够实现用更短时间、更少费用非破坏性地推定线圈的剩余寿命的技术。

发明内容

鉴于这种观点而提出了本发明，本发明的目的在于，提供一种线圈剩余寿命推定方法及线圈剩余寿命推定装置，在从导体漏水到绝缘层的线圈中，不取下线圈，非破坏性地推定绝缘层的绝缘破坏电压，根据推定出的绝缘破坏电压，推定线圈的剩余寿命。

用于实现上述目的的本发明的线圈的剩余寿命推定方法，包括：第1工序，确认来自导体的冷却水是否泄漏到绝缘层，在上述导体冷却水泄漏到绝缘层的情况下，进行对线圈的绝缘破坏电压的推定所需的测量，推定线圈的绝缘破坏电压；第2工序，根据上述线圈今后的运转条件求出上述线圈的温度及施加的电压，求出该线圈温度及施加的电压中的至少任意一个所引起的上述线圈的绝缘破坏电压的下降速度；第3工序，对通过第1工序及第2工序求出的数据进行外推，求出绝缘破坏电压下降至运转上述线圈所需电压的时期。

此外，用于实现上述目的本发明的线圈的剩余寿命推定方法，包括；第1工序，确认来自导体的冷却水是否泄漏到绝缘层，在上述导体冷却水泄漏到绝缘层的情况下，在线圈的绝缘破坏电压的推定中经时间进行多次所需的测量，在每一测量机会推定线圈的绝缘破坏电压；第2工序，求出上述绝缘破坏电压经时间变化的曲线，并外推出上述经时间变化曲线，来预测今后绝缘破坏电压的下降趋势；第3工序，求出上述经时间变化曲线下降至线圈运转所需电压的时期。

此外，上述两实施例的观点中的本发明的线圈剩余寿命推定方法的优选实施例中，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序是：对线圈的导体施加交流电压，在内部电极上部的绝缘层的外表面测量内部电极电位，根据预先制作的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图，求出与所测量出的内部电极电位对应的绝缘破坏电压。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以对线圈的导体施加交流电压，在内部电极上部的绝缘层的外表面测量内部电极电位，求出测量的内部电极电位与该内部电极电位的初始值或判断为导体冷却水没有向绝缘层泄漏的上述线圈的内部电极电位中任意一个的比值，根据预先制作的绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图，求出与该求出的比值对应的绝缘破坏电压。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以对线圈的导体施加交流电压，在内部电极上部的绝缘层的外表面测量内部电极电位，求出邻接的内部电极电位之间的比值，根据预先制作的绝缘破坏电压-邻接内部电极电位的比值特性线型图，求出与该求出的比值对应的绝缘破坏电压。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以在具备内部电极的绝缘层的外表面及离开上述内部电极的部分的绝缘层外表面上安装测量电极，测量该测量电极和上述内部电极之间、以及该测量电极和离开上述内部电极的部分的导体之间的各介质特性，根据预先制作的绝缘破坏电压-介质特性线型图，求出与所测量出的介质特性对应的绝缘破坏电压。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以从在内部电极的上部侧及离开上述内部电极的部分的导体上部侧的各绝缘层的外表面上安装的测量电极，测量介质特性的频率依赖性，并求出两个频率的介质特性之比，根据预先制作的绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图，求出与该求出的比值对应的绝缘破坏电压。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以是当使用绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图、绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图、及绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图中的任意一个来求出绝缘破坏电压时，当对一个内部电极的电位可得到两个绝缘破坏电压值的情况下，组合绝缘破坏电压-介质特性线型图，来判断是上述两个绝缘破坏电压值之中的哪一个。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序可以当使用绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图、绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图、及绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图中的任意一个来求出绝缘破坏电压时，当对一个内部电极电位可得到两个绝缘破坏电压值的情况下，根据以前测量的电位的推移，来判断是两个绝缘破坏电压值中的哪一个。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序，对在夹具附近的空心线材开出一定尺寸的孔且不引起漏水的多条线圈、或运转中确认为绝缘层中泄漏导体冷却水的线圈，使设定在2种以上温度的水在各温度下以一定的水压保持于多个导体中并进行通水、循环；在各个温度下，在水浸入程度不同的多个时刻进行绝缘破坏试验来求出绝缘破坏电压，根据求出的绝缘破坏电压和温水循环时间制作绝缘破坏电压-温水循环时间线型图，并且根据该绝缘破坏电压-温水循环时间线型图求出绝缘破坏电压的下降速度，根据求出的绝缘破坏电压的下降速度制作表示与循环水的温度的关系的阿雷尼厄斯图，根据阿雷尼厄斯图求出与循环水的任意温度对应的绝缘破坏电压的下降速度。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序包括：A工序，对在夹具附近的空心线材开出一定尺寸的小孔且不引起漏水的多条线圈、或在实际运转线圈中确认为绝缘层中浸入水的线圈，使设定在预定的1种温度的水在导体中保持一定的水压并循环，在水浸入程度不同的多个温水循环时刻进行绝缘破坏试验，求出绝缘破坏电压，接着，将线圈解体，对绝缘层进行取样，测量对绝缘层的树脂中因加水分解而变化的化学特定基S的含有率Ga，并求出相对于Ga的绝缘破坏电压的变化率Ka、以及经温水循环时间的Ga的变化速度Ua；B工序，使从完整的线圈截出的绝缘层的试验片与2种以上温度的温水接触规定时间，此后取出，测量与在上述A工序中使用的同种特定基S在试验中的含有率Gb，并对每一温水的温度求出基于温水接触时间的Gb的变化速度Ub；C工序，在将上述A工序中得到的绝缘层中的特定基S的含有率Ga的变化速度Ua和上述B工序中得到的多个温度下的特定基S的含有率Gb的变化速度Ub任意一个设为对数尺轴，将温度设为另一个轴的曲线图中，通过由前者得到的1点绘制出平行于后者回归直线的线，来求出任意规定温度下的特定基S的含有率的变化速度Uc；作为在上述A工序得到的绝缘破坏电压的变化率Ka和在上述C工序得到的规定温度下的特定基S的含有率的变化速度Uc的积，求出规定温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序包括：A工序，对在夹具附近的空心线材开出一定尺寸的小孔且不引起漏水的多条线圈、或在实际运转线圈中确认为绝缘层中浸入水的线圈，使设定在预定的1种温度的水在导体中保持一定的水压并循环，在水浸入程度不同的多个温水循环时刻进行绝缘破坏试验来求出绝缘破坏电压；接着将线圈解体，并对绝缘层进行取样，测量绝缘层树脂中因加水分解而变化的化学特定基S的含有率Ga和完整的绝缘层中的特定基S的含有率Ga₀(特定的基S的含有率的初始值)，并求出特定基S的含有率自初始值起的变化量ΔGa(|Ga-Ga₀|)，求出相对于ΔGa的绝缘破坏电压的变化率Ka，并且求出经温水循环时间的ΔGa的变化速度Ua；B工序，使从完整的线圈截出的绝缘层的试验片与2种以上温度的温水接触规定时间，此后取出，测量与在上述A工序中使用的同种特定基S在试验片中的含有率自初始值起的变化量ΔGb，对每一温水的温度求出经温水接触时间的ΔGb的变化速度Ub；C工序，在将在上述A工序中得到的绝缘层中的特定基S的含有率自初始值起的变化量ΔGa的变化速度Ua、和在上述B工序中得到的多个温度下的特定基S的含有率自初始值起的变化量ΔGb的变化速度Ub中任意一个设为对数尺轴，将温度设为另一个轴的曲线图中，通过由前者得到的1点绘制出平行于后者回归直线的线，来求出任意规定温度下的特定基S的含有率自初始值起的变化量的变化速度Uc；作为在上述A工序得到的绝缘破坏电压的变化率Ka和在上述C工序得到的规定温度下的特定基S的含有率自初始值起的变化量的变化速度Uc的积，求出在规定温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序也可使用在夹具附近的空心线材开出一定尺寸的孔且不引起漏水的多条线圈、或在运转中确认为导体冷却水泄漏到绝缘层的多条线圈，将这些线圈的导体接地，在对该一部分的多条线圈的直线部加上规定的电压、对剩余的多条线圈在不加电的状态下，使设定在规定温度的温水在所有线圈的导体中保持一定的水压并通水、循环，在水浸入程度不同的多个时刻进行绝缘破坏试验来求出绝缘破坏电压，根据所求出的绝缘破坏电压和温水循环时间制作绝缘破坏电压-温水循环时间线型图，并根据该绝缘破坏电压-温水循环时间线型图求出在温水循环中加电的线圈和未加电线圈的绝缘破坏电压的下降速度，并根据两者的比值求出加电引起的绝缘破坏电压的下降速度的增加率。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序也可对实际运转的设备的线圈，定期地从内部电极上部的绝缘层外表面测量内部电极电位，并且还测量设置在离开内部电极的部分的线圈绝缘层外表面的测量电极与导体之间的介质特性，根据这些测量值的变化把握冷却水向绝缘层中泄漏的开始时期，经过预定的时间后，抽取线圈求出绝缘破坏电压；另一方面，根据从冷却水开始向绝缘层泄漏的时期到抽取该线圈为止的运转时间、和在上述冷却水向绝缘层泄漏的开始时期未泄漏冷却水情况下的绝缘破坏电压的推定值和实际的绝缘破坏电压之差，求出线圈的绝缘破坏电压的下降速度。

此外，推定线圈的绝缘破坏电压的第1工序也可对泄漏了冷却水的多条线圈，根据在绝缘破坏试验之前最近测量的从内部电极的上部绝缘层的外表面测量的内部电极电位、设置在绝缘层的外表面的测量电极和导体间及内部电极间的介质特性、以及在这些测量后测量的绝缘破坏电压，来制作绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图、绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图、绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性图、绝缘破坏电压-邻接特性线型图、绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图，此后在测量时使用这些特性线型图来推定绝缘破坏电压。

此外，根据本发明的另一观点，为了实现上述目的所提供的线圈剩余寿命推定装置中，包括：对在覆盖线圈的绝缘层内设置的内部电极的电位进行测量的非接触表面电位计，以及对上述内部电极及导体中的至少任意一个和在线圈绝缘层外表面安装的测量电极之间的介质特性进行测量的介质特性测量装置；基于根据由测量出的电位推定出的绝缘破坏电压，推定剩余寿命，在上述绝缘层安装测量电极时，使上述非接触表面电位计的探针沿线圈移动，在检测出稳定的表面电位的位置，将上述测量电极安装在上述绝缘层表面上。

此外，根据本发明的再一个观点，为了实现上述目的所提供的线圈剩余寿命推定装置，包括：对在覆盖线圈的绝缘层内设置的内部电极的电位进行测量的非接触表面电位计，以及对上述内部电极及导体中的至少任意一个和在线圈绝缘层的外表面安装的测量电极之间的介质特性进行测量的介质特性测量装置；基于根据上述测量出的电位求出的绝缘破坏电压和上述介质特性，推定剩余寿命，上述介质特性测量装置将高压端子连接在被测量设备的引线输出端子及中性点端子中的至少任意一端，并将低压端子连接到安装在线圈绝缘层的外表面的测量电极上。

此外，根据本发明的再一个观点，为了实现上述目的所提供的线圈剩余寿命推定装置，包括：对在覆盖线圈的绝缘层内设置的内部电极的电位进行测量的非接触表面电位计，以及对上述内部电极及导体中的至少任意一个和在线圈绝缘层的外表面安装的测量电极之间的介质特性进行测量的介质特性测量装置；基于根据上述测量出的电位求出的绝缘破坏电压和上述介质特性，来推定剩余寿命，上述介质特性测量装置将高压端子连接到容纳上述线圈的罩壳及铁心中的任意一端，并将低压端子连接到安装在线圈绝缘层的外表面的测量电极上。

上述本发明的线圈的剩余寿命推定方法，通过以下3个工序实施：第1工序，确认来自导体的冷却水是否泄漏到绝缘层，在上述导体冷却水泄漏到绝缘层的情况下，进行对线圈的绝缘破坏电压的推定所需的测量，推定线圈的绝缘破坏电压；第2工序，根据上述线圈今后的运转条件，非破坏性地推定线圈的绝缘破坏电压今后的下降曲线；第3工序，对通过第1工序及第2工序求出的数据进行外推，求出绝缘破坏电压下降至运转上述线圈所需电压的时期。所以能够非破坏性地、简易且容易地推定线圈今后的剩余寿命，能够迅速地进行对于线圈的迅速交换、保修等处置。

此外，上述本发明的线圈剩余寿命推定装置，其结构为：从线圈的绝缘层的外表面检测出设置在绝缘层内的内部电极的位置，将其设置在绝缘层的外表面的适当位置，并且使介质特性装置及其端子分别连接在适当的对象部分。所以能够高精度的测量介质特性，能够高精度地推定剩余寿命。

通过参照附图的以下说明，就会更加明白本发明的更详细的性质及特征。

附图说明

图1是表示本发明的线圈的剩余寿命推定方法的实施方式的框图。

图2是表示适用于本发明的线圈剩余寿命推定方法的第1实施方式的、线圈的运转时间和线圈的绝缘破坏电压关系的线型图。

图3是表示适用于本发明的线圈剩余寿命推定方法的第2实施方式的、线圈的运转时间和线圈的绝缘破坏电压关系的线型图。

图4是表示在本发明的线圈寿命推定方法中推定线圈的绝缘破坏电压时适用的绝缘破坏电压测量装置的示意图。

图5是图4所示的线圈的V-V箭头方向切断的剖面图。

图6是用于计算图4所示的内部电极的电位的电气的等效电路图。

图7是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第1实施方式来适用的、绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

图8是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第1实施方式来适用的、另一绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

图9是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第2实施方式来适用的、绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图。

图10是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第2实施方式来适用的、另一绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图。

图11是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第3实施方式来适用的、另一绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图。

图12是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第4实施方式来适用的、另一绝缘破坏电压-介质特性线型图。

图13是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第5实施方式来适用的、绝缘层的静电容量的频率特性线型图。

图14是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第5实施方式来适用的、绝缘层的静电容量和静电正切的积的频率特性线型图。

图15是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第5实施方式来适用的、表示绝缘层的3种介质特性的1kHz和10kHz的比值与漏向绝缘层的导体冷却水浸入比例的关系的图。

图16是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第5实施方式适用的、具备了2层的内部电极的线圈的绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图。

图17是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第6实施方式适用的、缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

图18是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第6实施方式适用的、绝缘破坏电压介质损耗角正切线型图。

图19是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第1工序中推定绝缘破坏电压时作为第7实施方式适用的、绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

图20是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第1实施方式适用的、表示线圈的温水循环时间和绝缘破坏电压关系的线型图。

图21是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第1实施方式适用的、表示在线圈中循环的温水的温度和绝缘破坏电压的下降速度关系的线型图。

图22是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第2实施方式适用的、表示基于绝缘层中的酯基含有率自初始值起的变化和劣化时间关系的线型图。

图23是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第2实施方式适用的、表示基于绝缘层中的酯基含有率自初始值起的变化和绝缘破坏电压关系的线型图。

图24是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第2实施方式适用的、表示绝缘层中的酯基含有率和变化速度关系的线型图。

图25是本发明的线圈的剩余寿命推定方法的第2工序中作为求出绝缘破坏电压的下降速度时的第3实施方式适用的、表示线圈的运转时间-线圈的绝缘破坏电压的线型图。

图26是表示本发明的线圈的剩余寿命推定装置的第1实施方式的示意图。

图27是表示本发明的线圈的剩余寿命推定装置的第2实施方式的示意图。

图28是表示本发明的线圈的剩余寿命推定装置的第3实施方式的示意图。

图29是适用于本发明的线圈的剩余寿命推定装置的测量电极的示意图。

图30是从图29的XXX-XXX方向观察的测量电极的正面图。

图31是适用于本发明的线圈的剩余寿命推定装置的另一测量电极的示意图。

图32是从图31的XXXII-XXXII方向观察的测量电极的正面图。

图33是表示现有电机中的定子线圈的局部示意图。

图34是表示在现有发电机中的绝缘层中具备了内部电极的线圈尾部的局部示意图。

具体实施方式

下面，引用附图及附图中标注的符号来说明本发明的线圈的剩余寿命推定方法及线圈的剩余寿命推定装置的实施方式。

而且，本实施方式将大容量涡轮发电机的定子线圈为例进行说明，但不限定于此例，能够适用于绝缘层中具有内部电极的所有的直接水冷却线圈。

在本发明的线圈剩余寿命推定方法的实施方式的说明之前，首先引用图4～图6来说明线圈的绝缘结构。

适用于本发明的线圈剩余寿命推定方法的线圈的绝缘结构构成为：用绝缘层13及第1～第3绝缘层13a、13b、13c覆盖包括上线圈及下线圈的线圈11的导体12，并在绝缘层13及第1～第3绝缘层13a、13b、13c内设置第1～第3内部电极14a、14b、14g，将最外层的第3内部电极14g连接到线圈11的低电阻层15，另一方面，设置具备对线圈11端部的导体12供给冷却水的绝缘连接管16的夹具17。

此外，适用于本发明的线圈剩余寿命推定方法的线圈的绝缘结构如图4及图5所示，包围位于中央部的导体12，面向其外径侧在第1～第3绝缘层13a、13b、13c之间，从内径侧向外径侧依次设置有第1～第3内部电极14a、14b、14g。而且，在冷却水浸入绝缘层的情况下，从绝缘层的最内层向外层方向浸入。例如，在浸入到绝缘层13a的中途的情况下，第1绝缘层13a被划分为冷却水浸入部区域18a和冷却水未浸入的干燥区域18b。

隔着低电阻层15使位于最外层的第3内部电极14g接地于铁心(未图示)上。此外，在第3内部电极14g和导体12之间设置的第1内部电极14a及第2内部电极14b是错开其各自端部的位置的漂移电位电极，由静电容量的分压来决定电位。

此外，测量线圈的内部电极的电位的内部电极电位测量装置包括：使线圈11的外表面进退，确定第1～第3内部电极14a、14b、14g的位置，并测量各内部电极14a、14b的电位的电位测量探针19；自该电位测量探针19通过引线与探针连接端子20连接的非接触表面电位计20；以及自此非接触表面电位计20的波形输出端子21通过引线连接例如交流电压计或示波器等电压测量装置22，由电压测量装置22读取从交流电源23施加到导体12的交流电压和从非接触表面电位计20输出的电位。该测量装置利用当导体冷却水浸入第1～第3绝缘层13a、13b、13c中的任意一个绝缘层时内部电极电位上升的现象，检测冷却水的浸入。

此外，在线圈表面安装测量电极，在对测量电极和第1～第2内部电极14a、14b及导体12之间的介质特性进行测量时，对线圈导体施加交流电压，如图26所示，沿绝缘层13表面的轴向测量表面电位，确认内部电极的位置，在合适的位置设置测量电极24a、24b、24s，能够测量误差小的介质特性。

而且，从交流电源23施加到导体13的交流电压，既可以是正弦波也可以是矩形波、三角波交流电压。并且，考虑到随着导体冷却水向第1～第3绝缘层13a、13b、13c的泄漏而产生的吸湿，交流电压的频率优选为低频，例如最好为100Hz以下。

图6是从第1绝缘层13a向第3绝缘层13c依次浸入导体冷却水的漏水时，求出第1～第3内部电极14a、14b、14g电位的等效电路。

在图6中，设导体12和第1内部电极14a的静电容量为Ca，设第1内部电极14a和第2内部电极12b的静电容量为Cb，设第2内部电极14b和第3内部电极14g的静电容量为Cc。

而且，在冷却水的浸入范围集中在绝缘层13a内的情况下，在导体12和内部电极14a之间设有模拟第1绝缘层13a的介质损耗的等效电阻Ra。

在此等效电路中，如果没有向第1～第3绝缘层13a、13b、13c浸入导体冷却水，则各内部电极14a、14b的电位就由施加电压E的静电容量Ca、Cb、Cc的分压决定。

此时的第1内部电极14a及第2内部电极14b的各电位Va、Vb用下式表示：

(数学式1)

$>>Va>=>>>1>/>Cb>+>1>/>Cc>>>1>/>Ca>+>1>/>Cb>+>1>/>C>\; >\times >E>->->->>(>1>)>>>s>$

$>>Vb>=>>>1>/>Cc>>>1>/>Ca>+>1>/>Cb>+>1>/>Cc>\; >\times >E>->->->>(>2>)>>>s>$

在第1绝缘层13a存在导体冷却水漏水的情况下，由于冷却水的相对介电常数非常大(相对于冷却水的相对介电常数约为80，干燥的绝缘层的相对介电常数约为4.5)，所以泄漏了导体冷却水的第1绝缘层13a的静电容量Ca增加。此外，由于与绝缘层相比，导体冷却水的漏水的导电率极其低，所以大幅度地增加介质损耗。为了模拟此介质损耗，在导体12和第1内部电极14a之间设置等效电阻Ra。

而且，虽然即使在静电容量Cb、Cc也需要并联电阻，但由于如果没有导体冷却水的漏水，则会非常高，所以省略。

例如，将各静电容量Ca、Cb、Cc设为Ca＝1200pF、Cb＝2000pF、Cc＝3000pF，将施加电压E设为E＝100Vrms的50Hz交流的情况下，在第1绝缘层13a没有导体冷却水的漏水时，其电位Va根据公式(1)等为Va＝50.0V。

接着，导体冷却水的漏水浸入到第1绝缘层13a，静电容量Ca增加到3倍，具体地增加为Ca＝3600pF，介质损耗进一步增加，介质损耗角正切(tanδ)增加到0.2的情况下(完好的情况下，一般为大约0.01以下)，计算第1内部电极14a的电位Va时(计算式因复杂而省略)，变为Va＝75.6V，与完好的情况下相比，增大51％。

此外，在表1中示出了包含按照公式(2)计算的第2内部电极14b的电位Vb的结果的汇总。

[表1]

  线圈的状态  第1内部电极a的电位  Va(V)  第2内部电极b的电位  Vb(V)  Vb/Va  正常  50.0  20.0  0.4  冷却水浸入  75.6  30.2  0.4  V(冷却水浸入)/V(正常)  1.51  1.51  -

由表1可知，第2内部电极14b的电位也因导体冷却水的泄漏而增加51％。

在此情况下，如果冷却水泄漏，其内部电极的电位就会增加，与此同时绝缘破坏电压也会下降。

因此，在内部电极的电位的变化和绝缘破坏电压之间存在某种相关关系，认为如果预先求出此相关关系，就能够由内部电极的电位推定绝缘破坏电压。

下面，说明使用图4～图6示出的线圈绝缘结构及内部电极电位测量装置来推定来自导体的冷却水泄漏到绝缘层时的线圈剩余寿命的、本发明的线圈剩余寿命推定方法的实施方式。

图1是表示本发明的线圈剩余寿命推定方法的实施方式的框图。

构成本实施方式的线圈剩余寿命推定方法，包括：第1工序(步骤1)，确认来自导体的冷却水是否泄漏到绝缘层，在导体冷却水泄漏到绝缘层的情况下，推定线圈的绝缘破坏电压；第2工序(步骤2)，根据由上述线圈今后的运转条件预测的线圈温度及施加的电压中至少任何一个，来求出上述线圈的绝缘破坏电压的下降速度；第3工序(步骤3)，对从第1工序及第2工序所求出的数据进行外推，求出绝缘破坏电压下降至线圈运转所需电压的时期。

包含这些工序的本实施方式的线圈剩余寿命推定方法，首先，在第1工序(步骤1的具体例后述)，通过表面电位测量探针测量内部电极电位，在有导体冷却水泄漏的情况下，使用表示预先求出导体冷却水泄漏了的线圈的绝缘破坏电压的内部电极的电位和绝缘破坏电压的关系图，推定出是否自导体向绝缘层泄漏了冷却水，并将此推定值在图2上绘制成A点。

接着，在第2工序中，首先，求出根据线圈今后运转的条件预测的线圈温度及根据线圈的连接位置而施加的电压。接着，求出此线圈运转条件中的绝缘破坏电压的下降速度。

最后，在第3工序中，通过图2的A点，绘制出在第2工序所求出的绝缘破坏电压的下降速度的线L(外推)，求出下降至线圈运转所需电压E0的时期，即达到寿命的时期B点。然后，推定从现时点(测量时刻)到B点的时间作为剩余寿命。

而且，虽然本实施方式的线圈的剩余寿命推定方法也可以推定出导体冷却水泄漏的线圈的绝缘破坏电压，根据推定出的一个数据来求出剩余寿命，但不限于此例，例如，如图3所示，在第1工序中，定期求出冷却水泄漏的线圈的绝缘破坏电压为A1、A2、…，A6，…，在第2工序中，求出绝缘破坏电压经时间变化的曲线，并且，外推此经时间变化曲线，预测今后的绝缘破坏电压的下降趋势，在第3工序中，求出此经时间变化曲线下降至线圈运转所需电压E0的时期B点，来推定线圈的剩余寿命。

如此，由于本实施方式的线圈的剩余寿命推定方法在第1工序(步骤1)中，推定绝缘破坏电压；在第2工序(步骤2)中，求出绝缘破坏电压的下降速度；在第3工序(步骤3)中，对从第1工序及第2工序所求出的数据进行外推，求出绝缘破坏电压下降至线圈运转所需电压的剩余寿命(时期)，所以就能够非破坏性地、简易且容易地推定出线圈的剩余寿命。

接着，依次详细说明图1示出的本发明的线圈的剩余寿命推定方法中的第1工序(步骤1)及第2工序(步骤2)。

图7及图8是推定第1工序(步骤1)中的绝缘破坏电压时，适用于第1实施方式的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

而且，图7是在绝缘层内设置了两个(2层)内部电极的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。此外，图8是在绝缘层内设置了3个(3层)内部电极的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

图7及图8中，绝缘破坏电压的初始值根据线圈的额定电压及绝缘材料的种类等而改变。以后，用百分比表示绝缘破坏电压相对于初始值的比值。

在第1工序(步骤1)中，使图4表示的电位测量探针19进退于绝缘层13的外表面，或使电位测量探针19接近图26所示的测量电极24a、24b、24s来测量电位。

以相对于测量出的电位Va(2层内部电极)、Vb(3层内部电极)的各施加电压E的比值Va/E、Vb/E为基础，根据预先制作的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图可求出绝缘破坏电压。

如此，本实施方式由于用实验数据等预先制作绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图，所以能够容易地依据测量出的电位Va、Vb来求出绝缘破坏电压。

而且，内部电极的电位不能够直接测量，测量绝缘层的外表面的电位，由于两者是近似值，所以为了简单地说明，以后，表述为“测量内部电极电位”或“内部电极电位”等。

图9及图10是作为第1工序(步骤1)中的第2实施方式适用的绝缘破坏电压-内部电极电位相对初始值比特性线型图。

由于当测量内部电极电位时，供给导体的冷却水泄漏到绝缘层而引起电位上升，鉴于此上升变化率是重要的，如果预先求出相对于各内部电极电位的初始值的比值和绝缘破坏电压的关系，则本实施方式就能够容地推定绝缘破坏电压。

图9是表示相对于包含两个(2层)内部电极的线圈内部电极a的电位V14a的初始值的比值和绝缘破坏电压的关系的绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图。

此外，图10是表示相对于包含3个(3层)内部电极的线圈内部电极V14a、V14b的电位Va、Vb的初始值(分别Va₀、Vb₀)的比值和绝缘破坏电压的关系的绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图。

在此，在线圈制造时或运转时的初始阶段测量初始值Va₀、Vb₀，或在电位Va、Vb的测量时测量多个线圈的初始值Va₀、Vb₀，求出在测量值的分布中判断为正常的值。作为后者的具体实例，最简单的方法也可采用所有测量数据的中值。

如此，如果通过实验等预先制作图9及图10所示的绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性图，则能够测量内部电极电位，就能够求出相对于初始值的上升率，并能够推定绝缘破坏电压。

图11是作为第1工序(步骤1)中的第3实施方式适用的绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图。

本实施方式是在包含3个(3层)以上内部电极的线圈、即包含2层以上漂移电位的内部电极的线圈的层状配置中，如果此两个内部电极间浸入导体冷却水泄漏的水，则邻接的两个内部电极电位的比值(漂移电位的内部电极为2层时，Vb/Va)为固定值(参照表1)，如果浸入了导体冷却水泄漏的水，就会增加邻接的两个内部电极电位的比值(漂移电位的内部电极为2层时，Vb/Va)。

预先通过实验求出此两个内部电极单位的比值和绝缘破坏电压的关系，由测量出的线圈相邻的两个内部电极电位的比值推定绝缘破坏电压。

如此，本实施方式如果预先求出绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图，就能够容易地推定绝缘破坏电压。

图12是作为第1工序(步骤1)中的第4实施方式适用的绝缘破坏电压-介质特性线型图。

供给导体的导体冷却水的泄漏的水浸入到绝缘层内时，绝缘层的介质特性就会变化。

在介质特性中，有静电容量、介质损耗因数、介质损耗角、介质损耗角正切(tanδ)、功率因数等。即使漏水浸入绝缘层内，也都可以利用这些参数。

但是，相对于前两者(静电容量、介质损耗因数)，在内部电极的尺寸、绝缘层的厚度变化时会发生变化，后三者(介质损耗角、介质损耗角正切、功率因数)不受内部电极的尺寸、绝缘层厚度变化的影响。

另一方面，由于在线圈尾部的四周，操作者用手将绝缘胶带缠绕在导体上，所以绝缘层的厚度不固定。此外，在线圈尾部设置有用于固定线圈的固定构件，因此就会存在不能按线圈设置相同尺寸的测量电极的情况。

下面的实施例考虑了这些方面，在后三者中，例如选择出介质损耗角正切(tanδ)。

图12示出的绝缘破坏电压-介质特性线型图能够适用于包含3个(3层)内部电极的线圈，是将冷却水从导体泄漏到绝缘层后的导体上的介质损耗角正切tanδ0、第1内部电极a上的介质损耗角正切tanδa、第2内部电极b上的介质损耗角正切tanδb分别曲线化的图。

本实施方式存在结构上的制约，即使在绝缘层没有安装相同尺寸的测量电极的情况下，使冷却水容易向绝缘层泄漏，由此能够可靠地把握。

接着，引用图13至图16，说明作为第1工序(步骤1)中的向绝缘层泄漏导体冷却水的确认手段的第5实施方式。

在本实施方式中，着眼于当存在向绝缘层泄漏导体冷却水时，介质特性按照导体冷却水的漏水量，频率依赖性提高，在图13中示出了3个(3层)内部电极和测量电极之间的静电容量的频率特性，在图14中示出了静电容量和介质损耗角正切之积的频率特性。

在这些图13、图14中，实线表示干燥的绝缘层的特性、点线表示导体冷却水浸入到约33％的绝缘层厚度的情况，虚线表示导体冷却水浸入到约70％的绝缘层厚度的情况。

基于这些图13、图14，相对于在没有向绝缘层泄漏导体冷却水的情况下，介质特性对频率依赖性非常小，在向绝缘层泄漏导体冷却水的情况下，介质特性对频率的依赖性变高。

例如，用图15所示的绝缘破坏电压-介质特性的频率变化线型图表示1kHz的介质特性/10kHz的介质特性和导体冷却水向绝缘层浸入比例的关系。

由此绝缘破坏电压-介质特性的频率变化线型图可知，介质特性的频率依赖性与绝缘破坏电压的关系紧密。

另一方面，图16中示出了包含两个(2层)内部电极的线圈绝缘破坏电压-介质特性的频率变化线型图。

在此图16中，实线表示在接近不具有内部电极的夹具的导体上的绝缘层表面安装的测量电极、以及导体间的静电容量与介质损耗角正切的积的1kHz和10kHz的测量值的比值；虚线表示在内部电极上的绝缘层外表面安装的测量电极、以及导体间的静电容量与介质损耗角正切的积的1kHz和10kHz的测量值的比值。

图16所示的绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图，由于使用同一电极，在同一位置处，仅改变频率来进行测量，所以数据中偏差小，在测量结果不依赖于内部电极的尺寸、绝缘层厚度的这一点上，测量精度高。

如此，本实施方式中，如果预先通过实验等获取了绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图，则至少按两个频率测量介质特性，如果取它们的比值，就能够简单容易地推定绝缘破坏电压。

图17及18图是作为第1工序(步骤1)中的第6实施方式适用的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

推定线圈绝缘层的绝缘破坏电压的方法中，分别使用已经在图7～图11中示出的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图、绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图、绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图，求出分别对应于各测量的内部电极电位、内部电极电位的相对初始值比、邻接内部电极电位比的绝缘破坏电压值。

此情况下，相对于一个测量值，通常求得2个绝缘破坏电压值。

引用图17来说明此种状况的求出绝缘破坏电压值的方法。

图17是表示包含3个已经示出的(3层)图8的内部电极的线圈的内部电极a的电位Va和绝缘破坏电压的关系的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

在图17中，电位Va为83％的情况下，能够得到绝缘破坏电压为59％(B点)、17％(C点)两个值。

另一方面，如图第18所示，内部电极a上的绝缘层的介质损耗角正切tanδa为1.8％(B′)。认为此介质损耗角正切tanδ＝1.8％是急剧上升的前阶段(B′)，绝缘破坏电压约为50％以上。

考虑到此介质损耗角正切tanδ＝1.8％时，绝缘破坏电压约为50％以上，推定在上述电位Va为83％时，绝缘破坏电压为59％(图17的B点)。

因此，假如绝缘破坏电压下降至17％(图17的C点)，从图18中读出介质损耗角正切tanδ＝69％(C′点)，无论测量精度多么劣化，也不可能将介质损耗角正切tanδa＝2％情况测量成介质损耗角正切tanδa＝69％。

因此，绝缘破坏电压不可能下降至17％，推定为59％。

如此，本实施方式在根据绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图求出绝缘破坏电压的情况下，由于组合绝缘破坏电压-介质特性线型图来判定绝缘破坏电压，所以能够求出合适的绝缘破坏电压值。

图19是作为第1工序(步骤1)中的第7实施方式适用的绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图。

推定线圈绝缘层的绝缘破坏电压时，在上述第6实施方式中，组合绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图等和绝缘破坏电压-介质特性线型图，从求出的两个绝缘破坏电压值中，判定合适值；在本实施方式中，从求出的两个绝缘破坏电压值中，根据绝缘破坏电压值经时间的变化，进行合适值的判定。

图19是其一个例子。

例如，在1年前测量出的电位Va为65％的情况下，与上述介质损耗角正切tanδa的测量结果并用时，绝缘破坏电压被推定为71％(A点)。

另一方面，在本次测量出的电位Va为83％的情况下，根据导体冷却水向绝缘层泄漏的浸入速度，不考虑在1年间绝缘破坏电压一下子下降至17％(C点)，将其推定为59％(B点)。

如此，本实施方式中，由于相对于根据绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图求出的两个绝缘破坏电压值，考虑了测量电位的经时间的变化，所以能够选择出合适的绝缘破坏电压值。

接着，说明作为线圈的剩余寿命推定方法的第1实施方式的第2工序(步骤2)中的第1实施方式而适用的绝缘破坏电压的下降速度的方法。

本实施方式中，在去除覆盖导体冷却水没有浸入绝缘层的6条线圈的夹具的绝缘层的一部分，并在1条空心线材中，例如开出直径0.3mm的孔，确保在孔的周围存在间隙，以便不阻碍来自空心线材的漏水流出，并使用进行了再绝缘的线圈。

试验时，例如，每2条线圈分别使控制在温度95℃、80℃、70℃的离子交换水循环。

然后，定期测量内部电极的电位，使用漏水向绝缘层的浸入程度及绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图，推定绝缘破坏电压。此外，在不同的时期，对循环了各温度95℃、80℃、70℃的离子交换水的2条线圈，分别破坏左右线圈尾部的绝缘。

绝缘破坏之后，离子交换水的温水循环时间和绝缘破坏电压的关系如图20所示，图20作为绝缘破坏电压-温水循环时间线型图。

接着，为了求出循环水的温度和绝缘破坏电压的下降速度的关系，在本实施方式中，根据图20所示的梯度(斜率)，使图21示出的是用纵轴表示绝缘破坏电压的下降速度的对数、用横轴表示绝对温度的逆数的线型图(称为阿雷尼厄斯(アレ一ニウス)图)。

如上，本实施方式中，由于预先制作图21所示的绝缘破坏电压下降速度-温度线型图，所以能够容易地求出任意温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

而且，钎焊部分的缺陷程度和钎焊部分的腐蚀状况变化繁多。为此，如果改变上述空心线材中开出的孔的尺寸和数量进行测试，则能够把握浸入到绝缘层的漏水量的不同对漏水浸入速度、绝缘破坏电压的下降速度的影响。

此外，在上述实施例中，人为地在空心线材中开出孔，使水漏出，也可以从发电机提取在发电机的运转中引起漏水的线圈，作为温水循环试验的试样使用。此情况下，虽然偏差变大，但有利于能够在接近现实的条件下进行试验。

图22、图23及图24是线圈剩余寿命推定方法的第1实施方式的第2工序(步骤2)中作为第2及第3实施方式适用的用于说明求出绝缘破坏电压的下降速度的方法的线型图。

本实施方式是并用1温度的线圈的温度循环试验和切除绝缘层的试验片的多个温度的湿热劣化试验，来求出任意温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

就是说，随着水和温度引起的绝缘层的劣化(称为湿热劣化)，绝缘层中的树脂、例如环氧树脂的化学结合因加水分解而变质，特定基的含有率变化。此特定基的代表是酯基。在树脂中存在酯基的情况下，通过加水分解切断酯基，变化为有机酸和氢氧基。

因此，在湿热劣化的进展程度和酯基的减少程度，或有机酸或氢氧基的增加程度之间存在相关关系。

本实施方式利用这种现象，用绝缘层的试验样品(截出的试验片)试验湿热劣化的进展速度的温度依赖性，与实际线圈中使用的一个温度的劣化试验结果组合，求出任意温度的绝缘破坏电压的下降速度。

在此想求出的绝缘破坏电压的下降速度(-d(BDV)/dt，BDV：绝缘破坏电压、t：时间)按如下变形：

[数学式2]

根据实际线圈的温水循环试验或使运转线圈求出式(3)的右边的第1项，在绝缘层截出试验片的湿热劣化试验中求出第2项。

以下，详细说明基于湿热劣化的进展速度的温度依赖性求出绝缘破坏电压的下降速度的方法。

在本实施方式中，首先，在A工序中，1个温度的线圈温水循环试验中，在仅1个温度下进行与在线圈的剩余寿命推定方法的第1实施方式的第2工序(步骤2)中的、第1实施方式中所述的温水循环试验完全相同的试验。根据试验期间决定试验温度较好，温度高的一方就能够缩短试验期间。作为一个例子，使95℃温度的离子交换水在多个导体中循环，在两个月后和5个月后进行线圈的绝缘破坏试验，求出绝缘破坏电压。根据试验结果制作绝缘破坏电压-温水循环时间线型图(图20的95℃的图)，作为此斜率可求出线圈95℃，1个温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

进行线圈的绝缘破坏试验之后，本实施方式将绝缘层解体，并对绝缘层进行取样，作为绝缘层中包含的特定基S，用红外吸收光谱测量酯基的含有率Ga。

接着，在B工序中，例如，作为截出40mm×50mm的长方形形状的试验片，截出导体冷却水没有泄漏的情况下的绝缘层，将该绝缘层浸渍在将导体冷却水温度例如控制在95℃、80℃、70℃的离子交换水中，按每一预定的时间取出，通过红外吸收光谱测量绝缘层中含有的酯基含有率Gb。

而且，在此，由于酯基含有率Ga、Gb与其绝对值相比，来自初始状态(位劣化状态)的绝缘层中的酯基含有率Ga₀、Gb₀的变化是重要的，所以，也可以使用两者之差ΔGa、ΔGb(ΔG＝|G-G₀|)。在下面的数据处理中，代替酯基含有率Ga、Gb，使用ΔGa、ΔGb进行说明。如果使用Ga、Gb，在下面的说明中使用的线形尺度的线型图——图22和图23成为仅Ga₀、Gb₀平行移动的线型图。由于使用这些线型图的斜率，所以最终结果是相同的。

用图22表示来自如此获得的酯基含有率的初始值的变化ΔGa及ΔGb和劣化时间的关系。此外，用图23表示线圈的绝缘破坏电压和来自线圈的绝缘层中的酯基含有率Ga的初始值的变化量ΔGa的关系。图23示出的线型图的绘图的回归直线梯度(斜率)是线圈绝缘破坏电压的酯基含有率依赖性Ka，对应于式(3)右边的第1项。

接着，在C工序中，将根据图22示出的线型图的梯度(斜率)获得的酯基含有率的变化速度(对于线圈为Ua、对于截出的试验片为Ub)和劣化温度的关系绘制为阿雷尼厄斯图，示于图24。

在图24中，绘制出根据绝缘层的截出片的3个温度(95℃、80℃、70℃)的绘图点的回归直线X，并且，通过实际线圈的酯含有率的时间变化速度的绘图点，描绘表示平行于回归直线X的实际线圈的酯含有率的变化速度的温度依赖性的推定直线Y。由此推定直线Y可求出任意温度下的线圈绝缘层中的酯基含有率的时间变化速度Uc。例如，在发电机运转时的线圈导体温度为70℃的情况下，从图24中，可求出(推定)酯含有率的时间变化速度Uc为0.08/年。该在预定温度下的酯含有率的时间变化速度Uc对应于公式(3)的右边第2项。

如此求出的(线圈的绝缘破坏电压的酯基含有率依赖性Ka)和(线圈的运转温度下的酯基含有率的时间变化速度Uc)的积是线圈运转温度下的绝缘破坏电压的下降速度。

而且，虽然在本实施例中，作为劣化量使用酯基含有率，但不限于此，也可以使用化学分析仪器分析有机酸的含有率的增加，替代式(3)的酯基而加以使用。此外，按树脂的种类通过加水分解，表明其它基更灵敏变化的情况下，也可分析此特定的基来加以使用。

此外，在上述的实施例中，将从完好线圈截出的截出试验片，浸渍到控制在95℃、80℃、70℃的离子交换水中，但此情况是使试验片的整个表面接触到水。另一方面，由于在实际的线圈中，仅从导体浸入水，所以认为与截出的试验片相比，劣化相当地慢。因此，如果为了使截出的试验片的温水引起的劣化接近实际，将6面内的5面用金属板耐湿性环氧树脂等机型密封，仅使1面与温水接触，或将截出的试验片按进装满水的容器的开口部，仅使截出的试验片的1面接触到温水来进行湿热劣化试验，则能够使劣化条件接近实际线圈。

如此，本实施方式就具有这种优点，将使用线圈的大规模试验限定为仅1个温度，对于湿热劣化速度的温度依赖性，由于在实验室中使用截出试验片来分析测量湿热劣化导致的特征性的化学特定基的含有率，所以能够通过在比较短的时间并且仅由上述第1实施方式所述的温水循环试验来求出绝缘破坏电压下降速度的方法，能够以小规模的试验求出绝缘破坏电压的下降速度。

接着，说明线圈的剩余寿命推定方法的第1实施方式的第2工序(步骤2)中的求出绝缘破坏电压的下降速度的方法的第4实施方式。

求出绝缘破坏电压的下降速度的情况下，在是使用上述第2工序(步骤2)的第1实施方式及第2实施方式中的线圈试验中，在离子交换水的循环试验时不施加高电压。

但是，当对绝缘层施加电压时，在施加了高电场的绝缘层中，作用侵入高介电常数的物质的力(麦克斯韦应力)，与没有电场的情况相比，离子交换水的浸入速度变快。

此外，在离子交换水的浸入的推进阶段，在没有浸入离子交换水的绝缘层中，施加更高的电场，电劣化也加快。因此，需要预先把握电压的影响。

本实施方式考虑到这些方面，使控制在规定温度的离子交换水在线圈导体内循环时，如果在导体和线圈直线部分的表面的半导电层间施加高电压的情况下，对没有加电压情况的这两种情况进行劣化试验，比较两者的试验结果，求出在离子交换水的温度的外加电压引起的绝缘破坏电压的下降速度的影响。

下面，进一步具体进行说明。首先，实施使用上述第2工序(步骤2)的第1实施方式至第3实施方式内的一个实施方式的线圈的试验。通过此试验可获得未加电状态的漏水引起的绝缘破坏电压的下降速度DRBDV(未加电)。既可与此试验同时，也可通过其它机会，使用与这些试验完全相同的多条的供试线圈，一边将控制在规定温度的离子交换水保持在一定的水压，一边使其在线圈导体内循环。此时，将这些线圈的导体接地，对线圈的直线部的低电阻层施加上规定的电压。在浸入水程度不同的多个时刻进行绝缘破坏试验，求出绝缘破坏电压，制作绝缘破坏电压-温水循环时间线型图，由此根据该斜率获得加电状态的漏水引起的绝缘破坏电压的下降速度DRBDV(加电)。此情况的加电加速系数通过DRBDV(加电)/DRBDV(未加电)来取得。

在图2中，绘制出今后的绝缘破坏电压的下降速度的推定线L时，对于不能忽视电压的影响的线路侧的线圈，使用上述DRBDV(加电)。

而且，施加电压，通常是额定电压(线间电压)和额定电压/(对地电压)之间的电压，试验期间，勘测温水温度引起劣化的加速度，也可使用其它电压。

此外，如果使用多个加电电压进行试验，就能够更加明确加电引起的劣化加速系数，能够更正确地推定相对于不同施加电压的线圈的绝缘破坏电压的下降速度。

如此，由于本实施方式中，使离子交换水在导体中循环时对线圈施加电压，因此就能够求出更接近运转状态的条件下的绝缘破坏电压的下降速度。

图25是用于说明求出作为线圈剩余寿命推定方法的第1实施方式的第2工序(步骤2)中的第4实施方式而适用的绝缘破坏电压的下降速度的方法的、线圈的绝缘破坏电压-运转时间线型图。

求出绝缘破坏电压的下降速度的情况下，上述第1～第3实施方式中，根据实验室的实验数据求出绝缘破坏电压的下降速度，本实施方式是在维护实际运转的线圈中求出绝缘破坏电压的下降速度。

就是说，本实施方式相对于实际运转的线圈，定期地测量内部电极电位、或自内部电极的存在范围在夹具侧绝缘层的绝缘层外表面安装测量电极，测量导体和测量电极间的介质特性，根据测量值的变化把握导体冷却水浸入绝缘层的开始时期(图中，S)，例如，经过预定2年时间(Δt)后，抽取线圈求出绝缘破坏电压；根据从导体冷却水向绝缘层浸入开始时期S到抽取线圈的运转时间Δt(例如2年)、以及在抽取线圈时刻没有泄漏导体冷却水的情况下的绝缘破坏电压的推定值(例如图中，88％)和现在的绝缘破坏电压(例如57％)之差ΔV，来求出线圈的绝缘破坏电压下降速度ΔV/Δt(图中31％/2年＝15.5％/年)。

由于本实施方式中，从求出线圈绝缘破坏电压的下降速度为止所花费的时间充分地反映出绝缘层的劣化状态、线圈的实际运转条件，所以能够更高精度地求出线圈绝缘破坏电压的下降速度。

而且，在求出上述的绝缘破坏电压的下降速度的第2工序(步骤2)的第1实施方式～第4实施方式的试验中，由于在绝缘层的内部电极电位的测量及测量安装在绝缘层上的表面电极和位于其下方的导体或内部电极之间的介质特性后，求出绝缘破坏电压，所以如果基于此试验结果整理绝缘破坏电压和各种测量结果的关系，则能够获得绝缘破坏电压-内部电极电位特性线型图，绝缘破坏电压-内部电极电位的相对初始值比特性线型图，绝缘破坏电压-邻接内部电极电位比特性线型图、绝缘破坏电压-介质特性线型图、绝缘破坏电压-介质特性的频率变化率线型图。这些线型图能够用于在第1工序中的推定绝缘破坏电压的方法的第1至第7

实施方式。

接着，说明本发明的线圈剩余寿命推定装置的第1实施方式。

图26是在本发明的线圈剩余寿命推定装置中，为测量绝缘层的介质特性而在线圈的绝缘层外表面设置测量电极的示意图。

在线圈的结构中，在覆盖导体12及夹具17的绝缘层13及第1～第3绝缘层13a、13b、13c设置第1～第3内部电极14a、14b、14g，并且在绝缘层的外表面安装测量电极24a、24b、24s，在第1内部电极14a、第2内部电极14b、导体12之间施加电压，测量介质特性。

但是，不能从外部看到各内部电极14a、14b、14g的位置，根据如何设置测量电极24a、24b、24s，有时产生测量误差等不利的情况。

为此，本实施方式在线圈的轴方向上设置测量电极24a、24b、24s时，预先使表面电位测量探针(未图示)在绝缘层的外表面进退移动，如图所示测量表面电位，在稳定的表面电位的位置安装测量电极24a、24b、24s。

如上所述，由于本实施方式在绝缘层的外表面安装了各测量电极24a、24b、24s，所以各测量电极24a、24b、24s的位置就不会偏移，能够减少测量误差。

下面，说明本发明的线圈剩余寿命推定装置的第2实施方式。

由于不能直接在内部电极上连接测量装置，所以为了测量内部电极和安装在绝缘层外表面的测量电极之间的静电容量，需要想办法、确定措施。

图27是表示例如在测量涡轮发电机线圈的尾部绝缘层的介质特性时适用的、连接线圈和介质测量装置的示意图。

图27中，将多个线圈串联或并联连接了的卷线28，每单独的1相用长方形表示。

实际中，各线圈25(25a、25b)的直线部如截取部分的剖面图所示，被插入铁心26的沟槽。在线圈尾部的规定位置安装测量电极24(24a、24b、24s)，在介质特性测量装置27的低压端子29上连接同轴电缆30的一端，将另一端连接到测量电极24(24a、24b、24s)。

此外，在介质特性测量装置27的高压端子31连接有同轴电缆32的一端，将另一端连接到发电机的引线输出端子33及中性点端子34中的至少任意一端。

介质特性测量装置27的接地端子或保护端子35不接地。

在通过这样的连接结构测量介质特性(静电容量、介质损耗因数、介质损耗角、介质损耗角正切、功率因数)时，漂移电位的内部电极因内部电极荷导体间的较大的静电容量而两者成为大致相同的电位，实际上，来自介质特性测量装置27的发生电压全部施加到内部电极和测量电极24(24a、24b、24s)之间，能够测量高精度的介质特性。

此外，在本实施方式中，将介质特性测量装置27的高压端子31连接到引线输出端子33及中性点端子34，但是不限于该例，例如如图28所示，也可以将介质特性测量装置27的高压端子31连接到收容线圈的发电机的壳体36中。

当用这样的连接结构测量介质特性(静电容量、介质损耗因数、介质损耗角、介质损耗角正切、功率因数)时，漂移电位的内部电极的电位因作为大地电位的最外层的内部电极14g(未图示)和内部电极之间的大的静电容量，而大致上成为与大地电位即与罩壳36的电位相同的电位。

因此，根据本实施方式，实质上介质特性测量装置27的产生电压全都施加在内部电极和测量电极24(24a、24b、24s)之间，能够测量精度高的介质特性。

而且，如果同轴电缆32的连接位置替代发电机罩壳36而可连接到容纳在罩壳36中的与铁心26相同电位的部分的任何部位，例如，也可直接连接到铁心26的一部分。

此外，例如，如图29及图30所示，测量电极24(24a、24b、24s)在绝缘板37上粘贴柔软的橡胶或海绵等富有绝缘性的柔软构件38，在此之上配置电极部39和保护电极40，或例如如果如图31及图32所示，在电极39和保护电极40之间插装绝缘片41，并且将同轴电缆30的线材及密封部分别连接到电极部39及保护电极40，则电极部39及保护电极部40紧密连接到线圈表面，且通过保护电极40，能够减少在电极部39周围发生的成为误差原因的电场紊乱，能够进行高精度的测量。

产业上的可利用性

过去，例如，在增大旋转电机中的容量时，因在固定线圈产生的焦耳损失而使温度变得过高，难于进行稳定的运转。为此，通过用冷却水直接冷却导体来进行运转的过程中，从导体泄漏出冷却水，浸入到绝缘层的情况下，需要一种求出可靠进行预测线圈寿命的线圈剩余寿命推定的技术，根据本发明，能够提供一种线圈的剩余寿命推定方法及线圈剩余寿命推定装置，在从导体漏水到绝缘层的线圈中，不用抽取线圈，非破坏性地推定绝缘层的绝缘破坏电压，根据推定出的绝缘破坏电压来推定出剩余寿命；能够非破坏性地、简易且容易地推定线圈今后的剩余寿命，相对于线圈的迅速交换、保修等处置，能够迅速地应对。能够高精度地测量介质特性，能够高精度地推定线圈剩余寿命。因此，不但是在该技术领域，而且还在产业上可广泛地推广利用本发明。