水树试验方法及水树试验装置

摘要

使用由绝缘材料的候选材料构成的平板状且在第一面(10a)形成有多个电极孔(11)的试验片(10)的水树试验装置(5)具有：导电性的第一透过性部件(27)，设置于第一面(10a)，覆盖多个电极孔(11)，具有液体透过性；导电性的第二透过性部件(37)，设置于第一面(10a)的背面侧即第二面(10b)，夹着试验片(10)而与第一透过性部件(27)对置，具有液体透过性；第一水槽(21)，使包括被第一透过性部件(27)覆盖的范围在内的试验片(10)的第一面(10a)浸渍在第一水溶液(23)中；第二水槽(31)，使包括被第二透过性部件(37)覆盖的范围在内的试验片(10)的第二面(10b)浸渍在第二水溶液(33)中；第一电极(22)；和第二电极(32)。

说明书

技术领域

本发明涉及水树试验方法及水树试验装置。

背景技术

作为能够配置在水中的电缆，存在作为导电体的铜线被由高分子材料等构成的绝缘部覆盖的电缆。在此，作为高分子材料，例如使用桥联聚乙烯(Cross-LinkedPolyethylene，以下称为XLPE。)等热固化性树脂、热塑性材料的情况较多。

作为配置在水中的绝缘电缆，有的被用于传送交流电压、逆变器电压(反复脉冲两极性电压)等。这样的绝缘电缆若在使包含逆变器浪涌在内的交替反复脉冲两极性电压作用的状态下使用多年，那么可能在XLPE等绝缘部产生水树。水树是指在跨长时间与水共存的状态下对绝缘部作用了电场时绝缘部的绝缘材料产生的树枝状的绝缘恶化现象。水树最终诱发绝缘破坏。

作为水树的诊断技术，已知使电力系统停电而进行避雷器及电力电缆的绝缘诊断的绝缘诊断系统等(参照专利文献1)。

另一方面，为了进行配置在水中的绝缘电缆的绝缘部所使用的材料的选定、其构造的设计，需要预先掌握水树的产生状况等。为此，需要进行用于试验性地产生即再现水树的试验。

为了产生水树，使用水电极法等。图5是表示以往的水树试验装置的构成的纵截面图。该水电极法使用XLPE的平板状且形成有多个电极孔(凹陷)11的试验片10。使试验片10的形成有电极孔11侧的面浸渍在施压侧水溶液23中，并且使相反侧的面浸渍在接地侧水溶液33中。在该状态下，使各电极孔11附近产生比较高的电场。由此，能够使各电极孔11周边的XLPE再现水树。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-350918号公报

发明内容

发明要解决的课题

在水电极法中，如上述那样使试验片10浸渍在液体中。此外，为了在试验片10的各电极孔11附近产生比较高的电场，而夹着试验片10、将施压侧电极22插入到施压侧水溶液23并将接地侧电极32插入到接地侧水溶液33中。以试验片10的形成有电极孔11的第一面10a侧的设置在施压侧水溶液23中的施压侧电极22成为高压侧、其背面侧的第二面10b侧的设置在接地侧水溶液33中的接地侧电极32成为低压侧的方式施加电压。或者，在对电压的极性效果进行调查的情况下等，将电压设为单极性，并以试验片10的形成有电极孔11的第一面10a侧的设置在施压侧水溶液23中的施压侧电极22成为正极侧、其相反侧的第二面10b侧的设置在接地侧水溶液33中的接地侧电极32成为负极侧的方式施加电压，或者向与此相反的方向施加电压。

多个电极孔11相互并列、且平面地配置在铅垂方向的多个高度及水平方向的多个位置。因此，期望通过施加电压形成的电场沿着该平面均匀地穿过。

通常，电极22、32为棒状电极。因此，在由两个电极22、32形成的电场中，对于试验片10的各电极孔11未成为均匀的电场。在通过这种方法试验的试验片10中，各个电极孔11未处于均匀的电场中，因此不能够说进行了同等环境下的多个数据的取得。

本发明是鉴于所述情况而进行的，其目的在于，在水树的再现试验时，通过对多个电极孔赋予均匀的电场，由此使试验的精度提高。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明为一种水树试验装置，为了进行绝缘材料的候选材料的耐水树评价而使用由上述候选材料构成的平板状的试验片再现水树现象，在上述试验片的第一面上与该第一面的表面垂直地以朝向底部而横截面变小的方式形成有多个电极孔，其特征在于，该水树试验装置具备：导电性的第一透过性部件，与上述第一面紧贴地设置，以覆盖上述多个电极孔的方式平面地延展，且具有液体透过性；导电性的第二透过性部件，与上述第一面的背面侧即第二面紧贴地设置，以夹着上述试验片与上述第一透过性部件对置的方式平面地延展，且具有液体透过性；第一水槽，收纳第一水溶液，以将包括被上述第一透过性部件覆盖的范围在内的上述试验片的第一面浸渍在该第一水溶液中；第二水槽，收纳第二水溶液，以将包括被上述第二透过性部件覆盖的范围在内的上述试验片的第二面浸渍在该第二水溶液中；第一电极，一个端部与上述第一透过性部件电连接；以及第二电极，一个端部与上述第二透过性部件电连接，该水树试验装置形成为能够对上述第一电极与上述第二电极之间施加电压。

此外，本发明为一种水树试验方法，为了进行绝缘材料的候选材料的耐水树评价而使用由上述候选材料构成的试验片再现水树现象，其特征在于，该水树试验方法具有：体系设定步骤，将试验体系设定为如下状态：使透过性部件紧贴在试验片的第一面上并使该第一面浸渍在第一水溶液中，使透过性部件紧贴在上述第一面的背面侧即第二面上并使该第二面浸渍在第二水溶液中，上述试验片由上述候选材料构成且为平板状，在上述第一面上与该第一面的表面垂直地以朝向底部而横截面变小的方式形成有多个电极孔；电压施加步骤，在上述体系设定步骤之后设为如下状态：将浸渍在上述第一水溶液中的第一电极和浸渍在上述第二水溶液中的第二电极的任一方接地，对另一方施加交流电压；测定步骤，在上述电压施加步骤开始后，每隔规定的时间间隔对上述试验片中的水树的进展量进行测定；以及反复步骤，在上述测定步骤之后，判断试验时间是否经过了规定时间，在经过了规定时间的情况下使该测定步骤结束，在未经过规定时间的情况下反复进行上述电压施加步骤及上述测定步骤。

发明效果

根据本发明，在进行水树的再现试验时，通过对多个电极孔赋予均匀的电场，由此能够提高试验的精度。

附图说明

图1是表示与本实施方式的水树试验方法相关的步骤的流程图。

图2是表示本实施方式的水树试验方法的步骤的流程图。

图3是表示本实施方式的水树试验装置的构成的纵截面图。

图4是表示水树试验装置的变形例的构成的纵截面图。

图5是表示以往的水树试验装置的构成的纵截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的水树试验方法及水树试验装置的实施方式进行说明。

图1是表示与本实施方式的水树试验方法相关的步骤的流程图。即，示出了包括水树试验在内的绝缘设计方法整体的步骤。绝缘设计方法大体上具有：耐水树评价步骤S100，对绝缘材料相对于水树的耐性进行评价，该绝缘材料是在旋转电机50的定子51及转子52的线圈等的绝缘用的绝缘用部件53中使用的绝缘材料；以及旋转电机的绝缘设计步骤S200。

耐水树评价步骤S100具有：对作为候选的候选绝缘材料进行选定的步骤(步骤S110)；对于所选定的候选绝缘材料实施水树试验的水树试验步骤(步骤S120)；以及基于试验结果对作为候选而进行了试验的绝缘材料的绝缘性能上的特性进行评价的绝缘材料评价步骤(步骤S130)。

图2是表示本实施方式的水树试验方法的步骤的流程图。在水树试验的步骤S120中，首先，对试验体系及试验条件进行设定(步骤S121)。关于试验体系及试验条件的内容将在图3的说明中叙述。

在步骤S121之后，从交流电源40(参照图3)施加电压，在施压侧水溶液23(参照图3)与接地侧水溶液33(参照图3)之间形成电位差，对试验片10(参照图3)施加电压(步骤S122)。

在步骤S122之后，隔开时间间隔而实施水树的进展量的测定(步骤S123)。此外，判断是否经过了规定时间即所期望的试验时间(步骤S124)。如果未经过规定时间(步骤S124：否)，则反复进行步骤S122以后的步骤。如果经过了规定时间(步骤S124：是)，则使试验结束。

图3是表示本实施方式的水树试验装置的构成的纵截面图。试验装置5使用试验片10来进行试验，具有施压侧水槽21、施压侧电极22、接地侧水槽31及接地侧电极32。施压侧电极22通过导线24与交流电源40连结。接地侧电极32与接地点之间通过导线34连结。施压侧水槽21及接地侧水槽31为金属制的容器。但是，不限定于金属制。例如，也可以是聚乙烯等高分子化合物的容器。

试验片10为绝缘材料、例如桥联聚乙烯(XLPE)制。试验片10为具有厚度的长方形平板状，作为大面积的面而具有第一面10a及第二面10b。第一面10a及第二面10b均形成为平坦、且相互平行。此外，在第一面10a，从其平坦的表面起与该表面垂直地形成有多个电极孔11。电极孔11以随着朝向底部而横截面变小的方式前端部形成为圆锥状。电极孔11的底部与第二面10b之间形成为具有规定的孔深度方向距离。此外，电极孔11的个数，根据统计上的试验结果的可靠度、试验时间中的试验片10的状态确认的频度等来进行设定即可。

电极孔11例如还能够通过在将绝缘材料加热了的状态下从表面压入具有尖细的凸部的工具、在冷却之后将该工具拔出而形成。另一方面，在该方法有可能对电极孔11周围的绝缘材料的特性产生影响的情况下，电极孔11例如也可以通过将绝缘材料向模具中流入而进行成型的方法来制造。此时，通过使用在底面设置有与电极孔11的空间部的形状相对应的凸部的模具，由此能够正确地形成电极孔11的形状。此外，能够不对电极孔11周围的绝缘材料的特性产生影响地形成电极孔11。

本实施方式的试验装置5中安装有具有导电性及液体透过性的施压侧透过性部件27，该施压侧透过性部件27对第一面10a的一部分、且电极孔11的全部进行覆盖并沿着第一面10a的表面延展。施压侧透过性部件27与施压侧电极22电连接。

此外，在第二面10b侧安装有具有导电性及液体透过性的接地侧透过性部件37，该接地侧透过性部件37与施压侧透过性部件27对置，且沿着第二面10b的表面延展。接地侧透过性部件37与接地侧电极32电连接。

施压侧透过性部件27及接地侧透过性部件37例如也可以为多孔性金属。在该情况下，能够使用孔径例如大体为500μm程度、气孔率为90％以上的多孔性金属。此外，不限定于多孔性的金属。只要具有导电性及液体透过性，则也可以是具有导电性的金属制的网眼板。

在试验装置5中构成为，施压侧水槽21及接地侧水槽31为一个侧面开放的容器，试验片10被施压侧水槽21与接地侧水槽31夹着。

为了确保施压侧水槽21的开口端与第一面10a接触的接触部、以及接地侧水槽31的开口端与第二面10b接触的接触部各自的密封性，例如，可以在使边缘部的材质为具有弹性的材料、或者夹有O型环等的基础上，将施压侧水槽21的开口端与第一面10a、接地侧水槽31的开口端与第二面10b分别相互压紧。或者，也可以将施压侧水槽21的开口端与第一表面10a之间、接地侧水槽31的开口端与第二面10b之间分别通过密封材料等进行密封。

试验片10、施压侧水槽21及接地侧水槽31为，除了各自的上部以外，大部分被绝缘部38包围。因此，能够防止试验装置5与外部的电接触。

在施压侧水槽21的内部封入有施压侧水溶液23。在接地侧水槽31的内部封入有接地侧水溶液33。此外，施压侧水溶液23及接地侧水溶液33例如可以是氯化钠水溶液等中性的水溶液。施压侧水溶液23及接地侧水溶液33的浓度可以相同。此外，施压侧水溶液23及接地侧水溶液33也可以使用水。

施压侧电极22贯通施压侧水槽21的壁而延伸，施压侧电极22的一个端部处于施压侧水槽21的外部，另一个端部浸渍在施压侧水槽21内的施压侧水溶液23内。施压侧电极22的施压侧水槽21外侧的端部经由导线24与交流电源40连接。

在接地侧水槽31安装有接地侧电极32。接地侧电极32贯通接地侧水槽31的壁而延伸，接地侧电极32的一个端部处于接地侧水槽31的外部，另一个端部浸渍在接地侧水槽31内的接地侧水溶液33内。接地侧电极32的接地侧水槽31外侧的端部经由导线34与被接地的部分连接。

在此，所施加的电压，为旋转电机50运转过程中被施加的电压、或者对其乘以规定的安全系数而得到的值的电压。对线圈导线的绝缘等特别重要，例如，作为对线圈导线附加的电压，具有与线间电压、对地电压、匝间电压等相当的电压。此外，这些电压值及频率使用预先对于实机在理论上得到的值、或通过乘以安全系数等而实验测定的值即可。

在如以上那样构成的本实施方式中，分别平面地延展的具有导电性的施压侧透过性部件27与接地侧透过性部件37夹着试验片10而对置，因此试验片10中被施压侧透过性部件27与接地侧透过性部件37夹入的区域，除了端部以外产生均匀的电场。

其原因在于，例如，水溶液的导电率为1S/m至10S/m程度，而金属的导电率为10⁷S/m程度，在施压侧透过性部件27的内部及接地侧透过性部件37的内部分别视为电位分布均匀。因此，对多个电极孔11与背面侧的第二面10b之间施加的电位差也均匀。

如此，通过对多个电极孔赋予均匀的电场，由此能够使水树的再现试验的精度提高。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但实施方式是作为例子而提示的，不意图限定发明的范围。例如，在实施方式中，示出了形成有电极孔11的一侧的电极为施压侧电极22、相反侧的电极为接地侧电极32的情况，但不限定于此。只要在绝缘候选材料的试验片10的两侧产生电位差即可，也可以相反地为形成有电极孔11的一侧的电极为接地侧的电极、其相反侧的电极为施压侧的电极的情况。此外，出于对电压的极性效果等进行调查的意图，可以考虑如下等的变形例：对形成有电极孔11的一侧的施压侧电极22施加正极性电压，对相反侧的接地侧电极32施加负极性电压，或者与此相反地施加。此外，也可以如图4所示那样，将来自施压侧电极22的导线25、以及来自接地侧电极32的导线35与交流电源41连接，对施压侧电极22与接地侧电极32之间施加交流电压。

此外，在实施方式中，示例了交流电压的施压侧为导线24、施压侧电极22及施压侧透过性部件27依次连接，接地侧为导线34、接地侧电极32及接地侧透过性部件37依次连接的例子，但是也可以是分别不设置施压侧电极22、接地侧电极32的情况。即，也可以将导线24直接与施压侧透过性部件27连接，将导线34直接与接地侧透过性部件37连接。

此外，实施方式能够以其他各种形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。

实施方式及其变形与包含于发明的范围、主旨，同样包含于权利要求书所记载的发明及其等同的范围。

符号的说明

5…试验装置，10…试验片，10a…第一面，10b…第二面，11…电极孔，21…施压侧水槽(第一水槽)，22…施压侧电极(第一电极)，23…施压侧水溶液(第一水溶液)，24、25…导线，27…施压侧透过性部件(第一透过性部件)，31…接地侧水槽(第二水槽)，32…接地侧电极(第二电极)，33…接地侧水溶液(第二水溶液)，34、35…导线，37…接地侧透过性部件(第二透过性部件)，38…绝缘部，40、41…交流电源，50…旋转电机，51…定子，52…转子，53…绝缘用部件。