JP4783069B2 - コイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用する水漏れ検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、導体を直接、冷却水で冷却する高圧電気機器の絶縁コイルにおいて、コイル端部のクリップと銅素線間のろう付部分の劣化により冷却水が絶縁層内に漏水したことを検出するコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置に関する。

回転電極は、容量が大きくなると、固定子コイル（固定子巻線）に流れる電流が大きくなり、これに伴って固定子コイルに発生するジュール損失により温度が高くなり過ぎて設計することが難しくなっている。

このため、大容量回転電機では、固定子コイルを冷却水で直接、冷却するタイプのものが数多く実施されており、その構成として図２５に示すものがある。

一般に、大容量回転電機は、円筒状に形成する固定子鉄子１の内部側に数多くの溝を設け、各溝に下コイル２ｂおよび上コイル２ａを一対の組とするコイル２を挿通させている。

下コイル２ｂおよび上コイル２ａを一対の組とするコイル２は、素線として中空平角銅線単独または中実平角銅線に中空平角線を混ぜたものを用いて導体３ａ，３ｂとし、導体３ａ，３ｂの断面外形を長方形に成形し、その外側に絶縁層４ａ，４ｂを被覆している。

また、上，下コイル２ａ，２ｂは、導体３ａ，３ｂの端部にクリップ５ａ，５ｂを溶接接続させ、各クリップ５ａ，５ｂ間を中空に成形した接続導体で接続させ、冷却水給排絶縁管７から供給される、例えば脱イオン水等の冷却水で、直接、導体３ａ，３ｂを冷却するようになっている。

ところで、長年の運転の結果、導体３ａ，３ｂとクリップ５ａ，５ｂとのろう付け部分に腐食による劣化が生じて微細な穴があき、冷却水が絶縁層４ａ，４ｂに漏水し、コイル２（２ａ，２ｂ）は絶縁破壊を起すことがある。

このようなコイル２（２ａ，２ｂ）の絶縁破壊に対し、導体３ａ，３ｂとクリップ５ａ，５ｂとの溶接部分は、絶縁層４ａ，４ｂで覆われていて目視確認ができないので、冷却水の絶縁層４ａ，４ｂへの漏水確認手段として、例えば、特許文献１に見られるように、固定子コイルにアーム装置を装着し、アーム装置を駆動させて固定子コイルを移動させるものや、例えば、特許文献２に見られるように、固定子の保持環と固定子コイルとの間に駆動装置を装着し、装着した駆動装置に取付部を設けるとともに、静電容量測定部を備えたものや、あるいは例えば、特許文献３に見られるように、コイルの絶縁層に電極を配置し、電極とコイル導体との間の絶縁層の静電容量または誘導率を測定するもの等数多くの発明が開示されている。
特開平９−３３１６５６号公報 特開平９−５１６５８号公報 特開平１０−１７７０５３号公報

上述の特許文献１〜３は、コイルの表面に電極を装着し、導体との間の静電容量等を測定し、静電容量が健全なコイルに較べて大きくなっているとき冷却水の絶縁層への漏水があったと認定している。

この場合、静電容量は、ＬＣＲメータ等の測定装置を用いて測定しているが、その性能上、一般には１ｋＨｚ以上の周波数を用いて測定している。

しかし、冷却水が漏水したコイルは、低周波数ほど測定感度が高くなっている。

このため、従来からより低い周波数で測定できる手法を模索しているものの、未だ実現していない。

また、従来、電極面積が小さいと、測定精度が悪くなることが知られており、通常、１０ｃｍ^２以上の電極が用いられている。

このため、大きな電極をコイルの表面に装着できない場合、測定精度が悪くなり、冷却水の絶縁層への漏水が正確に測定できない等の問題を抱えていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、１ｋＨｚ以下の低い周波数の交流電圧あるいは直流電圧を用いることができるようにするとともに、小さい電極装置を用いて、高感度で冷却水の漏水が検出できるコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るコイルの水漏れ検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加するとともに、前記絶縁層に表面電極装置を押し当て、この表面電極装置をインピーダンスを介して接地し、前記表面電極装置の電位を測定し、測定した電位が健全なコイルに較べて高くなっているとき、前記導体から前記絶縁層に漏水があったと判定する方法である。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出方法は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、表面電極装置の電位は、非接触表面電位計、交流電圧測定装置および電圧波形観測装置装置のうち、いずれかを用いて測定する方法である。

本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を電位測定プローブおよび電位計を介装させて測定する電圧測定装置とを備えたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を測定する交流電圧測定装置および電圧波形観測測定装置のうち、いずれかを備えたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を変換器を介装してコンピュータとを備えたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、表面電極装置は、コイルの絶縁層に押し当てる、柔軟性材料で作製された電極板と、この電極板に押圧力を与える押し板と、前記電極板と前記押し板との間に前記電極板側から順に配置する絶縁層、接地電極およびクッション層を介装させたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、表面電極装置は、コイルの絶縁層に押し当てる、柔軟性材料で作製された電極板と、この電極板に押圧力を与える押し板と、前記電極板と前記押し板との間に前記押し板側から順に配置するクッション層、接地電極および絶縁層を介装させるとともに、前記押し板、前記クッション層、前記接地電極のそれぞれの中間位置を切り欠き、切り欠いた位置に装着したプローブを支持する支持具を備えたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、押し板は把持部を備えたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、表面電極装置は、接地電極に設けられ、ケーブルを収容するケーブル支持部を備えるとともに、前記接地電極から順に絶縁層、背後電極板、柔軟性材料で作製された電極板を積層状に配置する構成にしたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、表面電極装置は、接地電極に設けられ、ケーブルを収容するケーブル支持部を備えるとともに、前記接地電極から順に絶縁層、背後電極板、クッション層、電極板を積層状に配置する一方、前記背後電極板と前記電極板とを電気的に接続させる構成にしたものである。

また、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、ケーブル支持部に収容されたケーブルは、心線を背後電極板に設けた引出し線に接続させる構成にしたものである。

本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置は、コイルの導体を被覆する絶縁層に表面電極装置を当接させ、表面電極装置の電位を測定し、測定した電位が健全なコイルの電位よりも統計的に大きいと認められたとき、コイルに水漏れがあったと判定するので、小さい電極板で、しかも測定感度を高めることのできる低い周波数の下、精度の高い水漏れ検出を行うことができる。

以下、本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

なお、直接冷却水方式のコイルは、大容量タービン発電機の固定子コイルに用いられることが多いので、以後、例示として大容量タービン発電機の固定子コイルについて説明する。

図１は、本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態を示す模式図である。

本実施形態に係るコイルの水漏れ検出装置は、冷却水で直接冷却するコイル１０に交流電圧を印加する交流電源１１と、コイル１０の電位を測定する電位測定装置１２を備えている。

コイル１０は、中央部分に位置する導体１３を巻回する絶縁層１４で構成されている。

また、電位測定装置１２は、コイル１０の絶縁層１４に装着する表面電極装置１５と、この表面電極装置１５に対峙し、電位測定窓１６を備えた電位測定プローブ１７と、この電位測定プローブ１７に入力端子１８を介して接続し、コイル１０の電位を測定する非接触表面電位計１９と、この非接触表面電位計１９に出力端子２０を介して接続し、交流電源１１からコイル１０に印加する交流電圧を測定する、電圧測定装置２１と、表面電極装置１５を交流電源１１のアース側に接続させるインピーダンス２２とを備えている。

なお、本実施形態は、電位の測定に非接触表面電位計１９を用いたが、この例に限らず、電圧波形観測測定装置（オシロスコープ）を用いてもよい。この場合、電圧波形観測測定装置に適したプローブが選択される。

このような構成を備える電位測定装置１２において、導体１３から絶縁層１４への漏水に基づく電位を検出するコイルの水漏れ検出方法は、コイル１０の表面電極装置１５側に電位測定プローブ１７の電位測定窓１６を近接させて行われる。

まず、交流電源１１からコイル１０の導体１３に交流電圧Ｅを印加し、このときの絶縁層１４の電位を電位測定プローブ１７を介して非接触表面電位計１９で計測するとともに、電圧測定装置２１で電圧を読み取る。

そして、健全なコイルの表面電極装置の電位に較べ、統計的に有意差を持って高い電位のコイルになっていれば、コイルから絶縁層に水漏れがあったと判定される。

ここで、統計的に有意差を持って高いと判定されるコイルの導体から絶縁層への水漏れ検出方法を簡単に説明する。

一般に、少なくとも５０％以上のコイルは、健全に維持されている。このため、健全なコイルの表面電位の平均値は、全測定データのメジアンを採用してもよいし、また、正規確率分布プロットの５０％に相当する値を採用してもよい。

また、データのばらつきを考慮して健全なコイルの分布から外れるかどうかを判定するには、健全なコイルの表面電位の平均値に標準偏差のｎ倍（ｎは３、あるいはデータの多い場合、３より大きい値を用いてもよい）以上のデータを健全なコイルではないと判定してもよい。

さらに、正規確率分布プロットを用いて健全なコイルの領域から明らかに外れるコイルを健全なコイルではないと判定してもよい。

なお、非接触表面電位計１９自身で交流電圧を測定することができるならば、直接非接触表面電位計１９で測定すればよい。また、交流電源１１の出力電圧が非常に安定している場合、印加電圧をコイル毎に毎回測定する必要がなく、最初に一度測定しておればよい。

また、印加電圧波形は、正弦波に限らず、三角波、矩形波などの交流波形でも上述に示す測定手法を採れば、導体から絶縁層への水漏れの判定を行うことができる。

図２は、本実施形態に係るコイルの水漏れ検出方法を説明する際に用いる等価回路図である。

この等価回路図は、絶縁層１４にコイル１０の冷却水が漏水し、導体１３側から浸入してくる場合を想定している。

今、絶縁層１４のうち、冷却水が浸入した絶縁層を１４Ｗとし、まだ冷却水が浸入していない乾燥した絶縁層を１４ｄとする。

図２に示すように、交流電源１１、インピーダンス２２（インピーダンスＺｃ）を接続し、表面電極装置１５の電位を計算するために、表面電極装置１５と導体１３との間の絶縁層１４を等価回路で表わす。

また、絶縁層１４のうち、吸湿層は、誘電損失が大きいので、キャパシタンスＣｗと抵抗Ｒｗの並列回路素とし、乾燥した絶縁層は誘電損失が小さいので、キャパシタンスＣｄだけで近似した。

なお、実際には、このように吸湿層と乾燥層が明確に２分される訳ではなく、徐々に変化し、混合する領域があるが、図２は、説明を簡単にするため第１近似として示している。この図２でも、充分にその挙動を説明することができる。

交流電源１１からの印加電圧として、周波数ｆ、電圧Ｅの正弦波交流を用いる場合、回路計算により表面電極装置１５の電位Ｖｃは次式で与えられる。

ここで、絶縁層１４の等価回路定数を算定するのに必要な絶縁層１４の誘電特性の一例を図３に示す。

この図３から、水が絶縁層１４に浸入すると、比誘電率ε、誘電正接ｔａｎδが大きく増加し、しかも周波数が低いほど、その増加の度合が大きくなることがわかった。つまり、低周波数で測定するほど、吸湿の測定感度が高くなると推定される。

図３に示した比誘電率特性を、冷却水浸入（吸湿）の絶縁層と健全な絶縁層の特性とし、図２で示した等価回路図と式（１）とを用いて計算した表面電極装置１５の電位を図４に示す。

図４は、絶縁厚さ５ｍｍ、表面電極装置の面積０．０００４ｍ^２、印加電圧の周波数５０Ｈｚとし、表面電極装置の接地インピーダンスとして５００ｐＦのキャパシタンス、１０ＭΩの抵抗、５００ｐＦと１０ＭΩとを並列にする並列インピーダンスの３つの場合を計算によって求めたものである。

図４において、横軸は吸湿絶縁層の厚さ、縦軸は表面電極装置の電位／印加電圧をそれぞれ表わしたものである。

図４から、接地インピーダンスとしてキャパシタンスでも抵抗でも、またこれらの並列接続でも吸湿絶縁層の厚さとともに表面電極装置の電位は増加し、水漏れの検出に適用できることがわかった。

図４は、水漏れのない健全なコイルを基準とし、吸湿絶縁層厚さの変化に対する表面電極装置の電位の変化を示したものである。この図４のうち、縦軸に示す表面電極電位を健全なコイルを基準値にしたときの表面電極装置の電位値に置き換えると、図５に示す特性線図になる。すなわち、この図５は、コイルの導体から絶縁層に冷却水が漏出していない場合を基準とし、絶縁層に冷却水が漏出した場合、その値が漏出していない場合に較べてどの程度になっているか、具体的には、漏水がない場合を１とし、漏水があった場合、その値１に対し、どの程度電位が変化したかを知る、いわば理解を容易にするためのものであり、図４の特性線図と実質的に同一である。また、図５では、接地インピーダンスの種類を変えても、図４に示した特性線図と同様に高感度で測定できることがわかった。

また、５００ｐＦと１０ＭΩとの並列インピーダンスの場合で、印加電圧の周波数を５０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚと変化させた場合の健全なコイルの表面電極装置１５の電位を基準にしたとき、水漏れ時の表面電極装置１５の電位がどのように変化するかを示す表面電極装置１５の電位線図を図６に示す。

図６から、低周波数で測定するほど、吸湿絶縁層と健全な絶縁層の特性変化が大きく、感度が高くなることがわかった。

他方、表面電極装置１５の電位測定方法として、図１では非接触表面電位計１９を用いて測定したが、入力インピーダンスが高く、変動しない電圧測定器であれば、各種の電圧測定器を用いてもよい。

例えば、図７に示すように、入力インピーダンスが１ＭΩ以上の場合、交流電圧測定装置２３ａ，２３ｂを用いてもよい。これら交流電圧測定装置２３ａ，２３ｂは、デジタル式あるいはデジタルマルチ式の電圧形である。

この他に、電圧波形観測測定装置（オシロスコープ）を用いて電圧波形を表示し、電圧を測定してもよい。この方式では、非接触表面電位計１９ほど入力インピーダンスが高くできないが、図５に示したように、各種の入力インピーダンスに対しても同様な感度で測定することができ、しかも測定システムを安く構築できる利点がある
なお、インピーダンス２２は、表面電極装置１５に直接接続してもよいし、あるいは交流電圧測定装置２３ａ，２３ｂの入力端子側に接続してもよい。

また、図８に示すように、表面電極装置１５の電位を、電圧測定用のＡ／Ｄ変換器２５ａを介してコンピュータ２５で電圧波形または電圧値を読み取ってもよい。このような手法を用いても、高感度で測定することができ、さらに測定値をデータとしてコンピュータ２５にその場で入力でき、データ処理が素早くできる点で有効である。

このように、本実施形態は、コイル１０の導体１３から絶縁層１４に冷却水が漏出しているかの有無を表面電極装置１５の電位の変化から検出するとき、測定感度を高めることのできる低い周波数を用い、また単純な電位測定のため測定誤差も小さいので、高感度の下、冷却水の漏出を精度高く検出することができる。

図９は、本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第２実施形態を説明する際に用いる表面電極電位線図である。

本実施形態は、コイル１０の導体１３から絶縁層１４への漏水の有無を検出する際、印加電圧の位相に較べて表面電極装置１５の電位の位相が絶縁層１４の吸湿により遅れることに着目してなされたものである。

例えば、振幅１００Ｖ、５０Ｈｚの正弦波交流をコイル１０の導体１３に印加し、検出インピーダンスを７５０ｐＦを用いた場合、一点鎖線で示す健全なコイルの表面電極装置１５の電位と実線で示す絶縁層１４に水漏れがあったときの表面電極装置１５の電位との間には、位相差φが出ている。

この位相差φは、オシロスコープに印加電圧と表面電極装置１５の電位の両方を表示させゼロ電圧レベルの時間差から容易に求めることができる。

位相差φを、等価回路を用いて計算した一例を図１０に示す。図１０には、５０Ｈｚ、１ｋＨｚ、１０ｋＨｚの印加電圧の場合を示しているが、この３つの周波数の中では１ｋＨｚが最も感度が良いことがわかる。

位相差φが表われると、コイルには水漏れがあると判定される。

なお、位相差φの測定には、位相差計を用いてもよいが、図１、図７および図８に示す回路を用いて図９に示す位相差を求めるか、あるいは図８に示すコンピュータ２５でデータ処理をする場合、コンピュータ２５で自動的に計算することもできる。後者の方が電圧と位相差の両方を測定できる利点がある。また、位相差は、角度（度あるいはラジアン）として求めてもよいが、時間差をそのままデータとして用いてもよい。

このように、本実施形態は、絶縁層に漏水があると、印加電圧と表面電極装置の電位との間に位相差が表われることに着目し、印加電圧と表面電極装置の電位とのそれぞれの波形に基づく位相を測定するので、絶縁層の漏水の有無をより簡易に、より正確に検出することができる。

なお、本実施形態は、検出インピーダンスとして抵抗、コンデンサ、あるいは両方の組合せを用いているが、測定装置自身、プローブ、表面電極装置等は、大地に対してインピーダンスを持つので、これらいずれかの測定系を入力インピーダンスそのもの、あるいは入力インピーダンスの一部として積極的に利用してもよい。

例えば、図１１に示すように、導体１３と絶縁層１４を備えるコイル１０に装着する表面電極装置１５は、電位を同軸ケーブル２４、分圧比（１０：１）の電圧波形観測用プローブ１７ａを介して電圧波形観測測定装置（オシロスコープ）１９ａに表示される。

また、交流電源１１からコイル１０に与えられる印加電圧も電圧波形観測測定装置１９ａに表示される。

この場合、同軸ケーブル２４は、長さ５ｍの３Ｄ２Ｖ（特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブル）を用いれば、心線とシールドとの間には、静電容量として５００ｐＦのコンデンサ２５が挿入される。

また、電圧波形観測用プローブ１７ａの入力インピーダンスとして抵抗１０ＭΩと静電容量９ｐＦが大地との間に挿入されることになり、合計して表面電極装置１５と大地との間には、等価的に抵抗１０ＭΩと静電容量５０９ｐＦが検出インピーダンスとして並列に挿入されることになる。

したがって、この場合には特別な検出インピーダンスを取り付ける必要がなく、表面電極装置１５が簡単に構成できる。勿論、図１、図７、図８および図１１と同様にインピーダンス２２またはコンデンサ２５を設けてもよい。

図１２は、本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第３実施形態を説明する際に用いる電位線図である。

本実施形態は、コイル１０の導体１３から絶縁層１４への漏水の有無を検出する際、印加電圧として階段状に印加する直流電圧を用いたものである。

この漏水の有無を検出する際に用いられる測定回路は、例えば、図１、図７、図８および図１１に示されたいずれかの回路も使用することができるが、直流電圧を用いることを生かすので、測定系の入力インピーダンスが高い方が望ましい。高入力インピーダンスを考えると、図１に示した非接触表面電位計１９を使用するのが好ましい。

検出インピーダンスとして５００ｐＦのキャパシタを用いる場合、図１２に示すように、絶縁層が吸湿しているとき、表面電極装置１５の電位は初期から健全なコイルに較べて高く、しかも時間とともに、上昇して飽和する。電圧を印加後、予め定められた時間後、あるいは飽和した時点の表面電極装置１５の電位を読み取る。読み取った電位が健全なコイルに較べ統計的に優位な高い値の場合、絶縁層１４に水漏れがあったと判定される。

なお、直流の場合、帯電による影響を避けるため、電圧の印加前に表面電極装置１５を一旦、短時間設置するのがよい。

また、測定系の入力インピーダンスが充分に高い値でない場合、測定される表面電極装置１５の電位は、時間とともに飽和することなく、図１３に示すように、時間とともに減衰する。

しかし、１台の発電機コイルについて同一測定系で測定し、予め定められた時間ｔ_１後の表面電位（図中の○印）を測定すれば、健全なコイルと水漏れのあったコイルを判別する場合、入力インピーダンスが無限大に近い場合と同様に可能である。

このように、本実施形態は、コイル導体から絶縁層に漏水があるかの有無を検出する際、直流電圧を用いて測定するので、検出精度の測定感度を高くすることができ、さらに直流電圧を用いることにより電源を小形、軽量化することができる。

図１４は、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第１実施形態を示す模式図である。

コイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置１５は、電極板１５ａに装着する同軸ケーブル２４と、把持部２６とを備えている。

また、この表面電極装置１５は、図１５に示すように、電極板１５ａに、例えばポリエステルフィルムで作製する絶縁層２７を貼り合せるとともに、その全面あるいは一部に接地電極２８を貼り合せて構成されている。

また、表面電極装置１５は、接地電極２８にクッション層２９を介装させて押し板３０を備え、この押し板３０に把持部２６を備えている。

クッション層２９を介装させて押し板３０を備えたのは、緩やかな曲面や凹凸のあるコイル１０の表面に容易に電極板１５ａを密着させるためである。

また、押し板３０に把持部２６を備えたのは、狭いコイル間の隙間から電極板１５ａをコイルに密着させて取り付ける際の作業性を容易にするためである。

そして、同軸ケーブル２４は、心線を電極板１５ａに接続させるシールドを接地電極２８に接続させる。さらに、接地電極２８と電極板１５ａとの間の静電容量は、図１、図７および図８示したインピーダンス２２として利用される。

電極板１５ａおよび接地電極２８は、柔らかく変形し易い材料が適するので、スズ箔、銅箔等の金属箔、導電性プラスチック、導電性ゴムのフィルム、導電性材料を塗布あるいは蒸着したプラスチックフィルム等のうち、いずれかが選択される。

また、絶縁層２７は、ポリエステルやポリイミド、ゴム等の各種プラスチックフィルムのうち、いずれかが選択される。

図１４および図１５に示した例では、電極板１５ａの表面積の方が接地電極２８のそれよりも大きくなっているが、同じにしてもよく、接地電極２８の表面積を大きくしてもよい。

また、絶縁層２７の表面積は、電極板１５ａの表面積、接地電極２８の表面積のうち、小さい方の表面積よりも大きくすることが必要とされる。

ここで、接地電極２８の表面積は、検出インピーダンスによって決まる。絶縁層２７の厚さをｔ、接地電極２８の表面積をＡとすると、電極板１５ａの接地電極２８との間の静電容量Ｃｃは次式で求められる。

［数２］
Ｃｃ＝εｒ×ε_０×（Ａ／ｔ） ……（２）
ここに、εｒは絶縁層２７の比誘電率、ε_０は真空の誘電率である。

例えば、絶縁層２７の厚さｔ＝２５μｍのポリエステルフィルムを用いると、比誘電率はεｒ＝３．２、接地電極２８の表面積をＡ＝０．０２ｍ×０．０２＝０．０００４ｍ^２とすると、静電容量はＣｃ＝４５３ｐＦになる。

このとき、インピーダンス２２は静電容量Ｃｃ＝４５３ｐＦのキャパシタとなる。この値は、実際に適用可能な値である。

このように、本実施形態は、コイル１０の表面に装着する表面電極装置１５内に接地電極２８を設け、この接地電極２８によってインピーダンスをその内部内に確保させるとともに、周辺からの外乱、例えば、把持部２６や押し板３０等の電位変動に基づく外乱等からシールドするので、電位の測定誤差を少なくさせて絶縁層への漏水の有無をより正確に測定することができる。

図１６は、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第２実施形態を示す模式図である。

コイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置１５は、押し板３０に把持部２６を備えるとともに、プローブ３１を押し板３０に支持させる支持具３２を備えている。

また、この表面電極装置１５は、図１７に示すように、電極板１５ａの一側面に絶縁層２７を貼り合せ、その上に支持する支持具３２を介してプローブ３１を取り付けるとともに、絶縁層２７上でプローブ３１を除いた部分に接地電極２８を貼り合せている。

また、表面電極装置１５は、プローブおよび支持具３２を除いた部分にクッション層２９を貼り合せた、クッション層２９の上に押し板３０を貼り合せ、この押し板３０に把持部２６を設けている。

このように、本実施形態は、電極板１５ａに絶縁層２７を設けるとともに、クッション層２９、接地電極２８のそれぞれの中間位置を切り欠き、切り欠いた位置に装着したプローブ３１を支持固定する支持具３２を備え、測定時、周辺の外乱に基づく測定値の変動を支持具３２の拘束力で拘束すると同時に、クッション層２９のクッション力を利用して押し板３０で電極板１５ａのコイル（図示せず）への密着性をより一層高めたので、電位測定の際、より一層の精度向上に寄与することができる。

図１８〜図２０は、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極の第３実施形態を示す模式図である。

なお、図１８〜図２０中、図１８は表面電極装置の平面図であり、図１９は表面電極装置の側面図であり、図２０は図１９のＣ−Ｃ矢視方向から切断した切断断面図である。

コイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置１５は、底部側から頂部側に向って順に、ゴム材に、例えばカーボン、金属の粉末、短繊維のうち、いずれかを選択した導電性粒子を充填した柔軟性の電極板１５ａ、背後電極板１５ｂ、絶縁層２７、接地電極２８を配置、接着して層状に積み重ねるとともに、接地電極２８に接続され、同軸ケーブル２４を支持固定する筒状のケーブル支持部３３を備えている。

また、この表面電極装置１５は、図２０に示すように、ケーブル支持部３３に支持された同軸ケーブル２４の心線３４に一端を接続させ、他端を絶縁層２７を挿通して背後電極板１５ｂに接続する引出し線３５を備えている。

また、表面電極装置１５は、同軸ケーブル２４の一端をケーブル支持部３３を介して接地電極２８に接続するか、あるいは、直接、接地電極２８に接続し、シールドを行うとともに、同軸ケーブル２４の他端を交流電圧測定装置（図示せず）に接続し、電極板１５ａおよび背後電極板１５ｂの電位を測定している。

ここで、背後電極板１５ｂは、引出し線３５を取り付けるため、例えば銅板、ステンレス板等が適している。また、ケーブル支持部３３は、同軸ケーブル２４をシールドさせるために金属製の導電材料の方が好適である。

上述の構成を採ると、電極板１５ａおよび背後電極板１５ｂと接地電極２８との間の静電容量、同軸ケーブル２４の心線３４とケーブル支持部３３との間の静電容量、交流電圧測定装置（図示せず）の入力インピーダンス等が表面電極装置１５と大地との間の実質的なインピーダンスとなり、等価回路を用いて計算する場合に、このインピーダンスを使用することができる。

このように、本実施形態は、背後電極板１５ｂに引出し線３５を設け、この引出し線３５に同軸ケーブル２４の心線３４を接続させる際、同軸ケーブル２４を支持固定するケーブル支持部３３内に行い、周辺からの外乱、例えば、隣接コイルを操作する場合、あるいは表面電極装置自身を操作する場合の測定者等からの誘導を完全にシールドできる構成にしたので、電位測定の際、より一層の精度向上に寄与することができる。

なお、本実施形態は、背後電極板１５ｂに設けた引出し線３５に同軸ケーブル２４の心線３４を接続させる際、ケーブル支持部３３内で行ったが、この例に限らず、例えば、図２１の表面電極装置１５の第４実施形態に示すように、引出し線３５と同軸ケーブル２４の心線３４との接続をケーブル支持部３３内で行うとともに、電極板１５ａと背後電極板１５ｂとの間にクッション層２９を介装させ、電極板１５ａと背後電極板１５ｂとを接続線３６で接続させてもよい。

図２２は、本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第５実施形態を示す模式図である。

コイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置１５は、底部側から頂部側に向って順に、柔軟な材質で作製された電極板１５ａ、背後電極板１５ｂ、絶縁層２７、ステンレス鋼で作成された接地電極２８を配置、接着して層状に積み重ねるとともに、接地電極２８に接続され、電位測定窓１６を備えた電位測定プローブ１７を収容する電位測定プローブ支持部３７で構成される。

この電位測定プローブ支持部３７は、絶縁性のガラスエポキシ積層板で作製され、筒状になっている。

なお、検出インピーダンスとして背後電極板１５ｂと設置電極２８との間の静電容量のほかに、他に並列の別のインピーダンスを追加する場合、そのインピーダンス素子を接続し、電極板１５ａの電位を非接触表面電位計（図示せず）で測定される。

このように、本実施形態は、電位測定プローブ１７を収容する電位測定プローブ支持部３７を設置電極２８に設け、この電位測定プローブ支持部３７で周辺からの外乱をシールドする構成にしたので、電位測定の際、より一層の精度向上に寄与することができる。

ところで、図１４および図２２に示した把持部２６、同軸ケーブル２４と電極板１５ａおよび接地電極２８との取付位置は、図示の位置に限らず、９０°に変更した位置にずらして取り付けるか、あるいは取付角度を可変にできるようにしてもよい。

例えば、図２０に示した同軸ケーブル２４の取付位置を角度９０°に変更してみると、同軸ケーブル２４の取付位置は、図２３および図２４に示すようになる。

この場合、同軸ケーブル２４は、ケーブル支持部を用いず、単に接地電極２８の柄の部分に接着させるか、粘着テープで止めるかしている。

このような構成にすれば、厚さの薄い表面電極装置になり、コイルの狭い隙間の位置でも電極板１５ａを装着して電位を精度高く測定することができる。

また、各実施形態における電極板１５ａ、背後電極板１５ｂは、例えば、四辺形にしたが、これに限らず、円形、楕円形、多角形等いずれの形状でもよい。さらにまた、表面電極装置を交流電圧測定装置に接続する導線に同軸ケーブルを用いることで説明してきたが、低周波領域で電位測定を行うことを考慮すると、同軸ケーブルでなくても良いがシールドを備えた電線が好ましい。

本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態を示す模式図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法を説明する際に用いる等価回路図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態におけるコイルに水漏れがあった場合とコイルに水漏れがなかった場合との比誘電率の変化を比較した比誘電率線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態におけるコイルの水漏れ変化に対する表面電極電位との変化を示す表面電極電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態におけるコイルに水漏れがなかったとしたときを基準に、コイルに水漏れがあった場合にその基準に対してどの位になっているかを示す表面電極電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態における周波数を変化させたときの表面電極の電位を示す表面電極電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態における水漏れ検出装置の第１変形例を示す模式図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態における水漏れ検出装置の第２変形例を示す模式図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第２実施形態を説明する際に用いる表面電極電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第２実施形態で得た位相差を等価回路を用いて計算したときの線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法およびこの検出方法に適用するコイルの水漏れ検出装置の第１実施形態における水漏れ検出装置の第３変形例を示す模式図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第３実施形態を説明する際に用いる電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出方法の第３実施形態によって得た測定結果を示す電位線図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第１実施形態を示す模式図。 図１４のＡ−Ａ矢視方向から切断した切断断面図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第２実施形態を示す模式図。 図１６のＢ−Ｂ矢視方向から切断した切断断面図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第３実施形態を示す平面図。 図１８の側面図。 図１９のＣ−Ｃ矢視方向から切断した切断断面図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第４実施形態を示す縦断面図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第５実施形態を示す縦断面図。 本発明に係るコイルの水漏れ検出装置に適用する表面電極装置の第６実施形態を示す平面図。 図２３の側面図。 従来の回転電機の固定子コイルの一部を示す概念図。

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ コイル
２ａ 上コイル
２ｂ 下コイル
３ａ，３ｂ 導体
４ａ，４ｂ 絶縁層
５ａ，５ｂ クリップ
６ 接続導体
７ 冷却水給排絶縁管
１０ コイル
１１ 交流電源
１２ 電位測定装置
１３ 導体
１４ 絶縁層
１５ 表面電極装置
１５ａ 電極板
１５ｂ 背後電極板
１６ 電位測定窓
１７ 電位測定プローブ
１７ａ 電圧波形観測用プローブ
１８ 入力端子
１９ 非接触表面電位計
１９ａ 電圧波形観測測定装置
２０ 出力端子
２１ 電圧測定装置
２２ インピーダンス
２３ａ，２３ｂ 交流電圧測定装置
２４ 同軸ケーブル
２５ コンピュータ
２５ａ Ａ／Ｄ変換器
２５ｃ コンデンサ
２６ 把持部
２７ 絶縁層
２８ 接地電極
２９ クッション層
３０ 押し板
３１ プローブ
３２ 支持具
３３ ケーブル支持部
３４ 心線
３５ 引出し線
３６ 接続線
３７ 電位測定プローブ支持部

Claims (11)

1. 絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加するとともに、前記絶縁層に表面電極装置を押し当て、この表面電極装置をインピーダンスを介して接地し、前記表面電極装置の電位を測定し、測定した電位が健全なコイルに較べて高くなっているとき、前記導体から前記絶縁層に漏水があったと判定することを特徴とするコイルの水漏れ検出方法。
2. 表面電極装置の電位は、非接触表面電位計、交流電圧測定装置および電圧波形観測測定装置のうち、いずれかを用いて測定することを特徴とする請求項１に記載のコイルの水漏れ検出方法。
3. 絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を電位測定プローブおよび電位計を介装させて測定する電圧測定装置とを備えたことを特徴とするコイルの水漏れ検出装置。
4. 絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を測定する交流電圧測定装置および電圧波形観測測定装置のうち、いずれかを備えたことを特徴とするコイルの水漏れ検出装置。
5. 絶縁層で被覆したコイルの導体に供給している冷却水が前記絶縁層に漏水しているかの有無を検出する際、前記導体に交流電圧を印加する交流電源と、前記絶縁層に当接する表面電極装置と、この表面電極装置と大地との間に介装するインピーダンスと、前記表面電極装置の電位を変換器を介装して読み取るコンピュータとを備えたことを特徴とするコイルの水漏れ検出装置。
6. 表面電極装置は、コイルの絶縁層に押し当てる、柔軟性材料で作製された電極板と、この電極板に押圧力を与える押し板と、前記電極板と前記押し板との間に前記電極板側から順に配置する絶縁層、接地電極およびクッション層を介装させたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の水漏れ検出装置。
7. 表面電極装置は、コイルの絶縁層に押し当てる、柔軟性材料で作製された電極板と、この電極板に押圧力を与える押し板と、前記電極板と前記押し板との間に前記押し板側から順に配置するクッション層、接地電極および絶縁層を介装させるとともに、前記押し板、前記クッション層、前記接地電極のそれぞれの中間位置を切り欠き、切り欠いた位置に装着したプローブを支持する支持具を備えたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の水漏れ検出装置。
8. 押し板は把持部を備えたことを特徴とする請求項６または７に記載の水漏れ検出装置。
9. 表面電極装置は、接地電極に設けられ、ケーブルを収容するケーブル支持部を備えるとともに、前記接地電極から順に絶縁層、背後電極板、柔軟性材料で作製された電極板を積層状に配置する構成にしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の水漏れ検出装置。
10. 表面電極装置は、接地電極に設けられ、ケーブルを収容するケーブル支持部を備えるとともに、前記接地電極から順に絶縁層、背後電極板、クッション層、電極板を積層状に配置する一方、前記背後電極板と前記電極板とを電気的に接続させる構成にしたことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の水漏れ検出装置。
11. ケーブル支持部に収容されたケーブルは、心線を背後電極板に設けた引出し線に接続させる構成にしたことを特徴とする請求項９または１０に記載の水漏れ検出装置。

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