電力・エネルギー監視ソリューション よくある質問
商品基礎情報
よくある質問
アイリス・パワー・LP社は、世界中の電力会社や工業分野で使用されるハードウェアとソフトウェアの開発、販売、サポートを行っています。
主な製品は、モーターや発電機の固定子巻線における部分放電(PD)の検出と分析に関連しています。部分放電とは固定子巻線の絶縁材が劣化したときの症状です。
アイリス社は、モーターと発電機の分野で世界的に高名な専門家を擁しています。装置の運転と保守に関する専門的なトレーニングコースも提供しております。
アイリス社は、モーターや発電機のユーザーが保守の計画をするのに役立つソフトウェアの開発、販売、サポートも行っております。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
部分放電（PD: Partial Discharges）は、高電圧用絶縁材中のボイド（空隙）内で発生する小さな電気的なスパークです。モーターや発電機の固定子巻線において、導体と絶縁材の境界、あるいは絶縁材の内部、または巻線表面とコア（鉄心）の境界で、様々な不具合によって、（例えば、熱サイクル、機械的な振動等）ボイド（空隙）ができます。部分放電を監視することで、固定子巻線に劣化が発生しているかどうか、また巻線が損傷する危険が大きいかどうかを知ることができます。部分放電試験は、保守担当者がどのような保守を行ったら良いかを判断するのに役立ちます。固定子の定格電圧にもよりますが、部分放電は数週間から数10年の間で起きる不良を警告できます。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
- 最も劣化している装置を見つけ保守の優先度を決めることが可能です。
（どの固定子に注意が必要か、どの固定子には注意が不要かなど） - 巻線の修理の効果を評価
- 次のような様々な装置の不具合を検知：
- 巻線の緩み
- 巻線の汚れ（巻線端部の表面にできる電気的なトラッキングの検出）
- 絶縁の劣化（機械的ストレス、熱的ストレス）
- 固定子コイル表面のコーティングの劣化
- 新しい巻線に損傷が無いことの確認
- 部分放電のレベルが低い場合、不要な再巻き直しを遅らせることが可能
- 部分放電のレベルが低い場合、装置の停止を遅らせることが可能
- 検査コストを低減（装置を通常に運転しながらプラントの従事者が検査を実施）
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
今日、部分放電の技術は28カ国で何千台もの発電機とモーターで運用されています。地元のカナダと北米の市場においては、アイリス社の顧客は主要な電力会社であり、この業界で受け入れられていることを示しています。
アイリス社の社員は固定子巻線の部分放電(PD)信号を電気的なノイズから分離するいくつかの強力な手法を開発しました。干渉を取り除いたことにより、ユーザーは専門家による高額な試験を行う必要はなくなりました。二日間のトレーニングを受けたプラントの従業員が実施する試験と解析により、試験費用を大幅に削減できるようになりました。
アイリス社の社員はPDカプラーを製造し設置する20余年の経験を持っています。そしてそのカプラーの可能性を拡大し続けています。アイリス社のカプラーの理論上の寿命はIEEE試験基準(IEEE 1043 と930)に基づく加速加齢試験によると60000年になります。
唯一アイリス社のエポキシ・マイカ・カプラーは、世界中で最も必要とされるアプリケーションである原子力炉用ポンプ・モーターでの使用を認められています。唯一アイリス社のエポキシ・マイカ・カプラーはカナダ標準局（ULやVDEに相当）から安全性と危険場所での認証を受けています。
アイリス社は1980年代までのさかのぼれる何万件ものデータベースを持っています。部分放電の結果を正しく解析するには、同様な装置での数多くのデータと比較する必要があります。唯一アイリス社だけが、このような比較ができるデータベースをユーザーに提供しています。
アイリス社の技術は電力業界からの何百万ドルもの研究費で開発されました。
アイリス社の社員は、その革新的で先進的な技術に対して、業界からたびたび受賞され、優秀論文の受賞もしています。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
歴史的には部分放電検出用のキャパシターには375pFから1000pFのものがありました。1976年になって80pFキャパシターがオンライン部分放電検出に使われるようになりました。なぜ80pFキャパシターが何千台もの装置に用いられるようになったか、いくつかの理由を以下に示します。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
オンライン部分放電を40MHz以上の周波数帯域で検出しているので、PDAやTGAの技術は理論的に動作しないだろうと懸念する人もいます。なぜなら、スペクトラムアナライザーを用いた簡単な測定で、部分放電のパルスのほとんどのエネルギーは40MHz以下にあることを示せるからです。これに対して、40MHz以上の領域に強い信号が少なくても部分放電の測定にとって重大ではないことを示すことのできる高度に技術的で数学的な論文があります。
しかしこの論議を簡単に説明すると；
部分放電にとって重要なのはS/N比であり、特異な周波数での信号レベルではないということです。部分放電は、パルスの立ち上がり時間が数ナノ秒なので、数百メガヘルツまでにもなる信号が発生することをフーリエ変換で示すことができます。
ラジオ局や電力線、電源、電動機からの干渉は40MHz以下の周波数では強くなります。数百メガヘルツの帯域中で測定では最大のS/N比を得られることを通信理論の考えを用いた数学的に解析できます。（詳細文献はアイリス社にお問い合わせ下さい）
たった数ワットの出力の発信機しか搭載していなくても、地球から数百万キロも離れたガリレオ宇宙探査機から我々は写真を受け取ることができることを思いおこしてください。なぜならS/N比が重要であり、信号のレベルではないからです。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
EMI試験を発電機に応用すると、EMIが高周波変流器と特殊な受信機/スペクトラムアナライザーを用いた一種の部分放電試験になります。
EMIの意味は電磁障害（Electro Magnetic Interference）です。EMIが最初に問題になったのは架線から発生するコロナ放電がAMラジオの受信に干渉した1920年台にさかのぼります。ラジオの受信者や放送局からの苦情に対し、政府が電線からの障害に許容値の規制を作りました。当然電力会社は架線の直径を太くするか導体を束ねることで導体の電場を弱くし、ラジオに干渉するコロナを減らさなければなりませんでした。AMラジオへの（その後TVへの）干渉の量を確かめるために架線のコロナが発生する電磁障害の量を測定する機材が作られました。EMI試験器はアンテナと広い周波数帯域で同調できる機器から成り立ちます。コロナが発生する信号レベルを定量する様々な方法が用いられました。
1940年代にウェスチングハウス社のJohnny Johnsonが発電機のオンライン部分放電に市販のEMI試験器を使用したのが多分始めての応用です。コロナは部分放電の特殊な形態にすぎず、このようなEMIあるいはRFノイズ測定器を使用するのは当然でした。Johnsonの仕事では、EMI装置への信号は発電機の中性点に対し接地点に取り付けた高周波変流器から来ます。北米ではこのCTを、RF電流を検出するのでRFCTと称しています。Johnsonは発電機の部分放電は特異な周波数（約1MHz、AM放送帯の中心）で発生することを発見し、実験から新しい方法でスロット内のコイルが緩んだ発電機を何台も見つけることができました。
最大の電力会社がEMI試験器を持っていたので、大勢の人がウェスチングハウスの発明した技術を試すようになりました。その1人がオンタリオ･ハイドロ社のMo Kurtzでした。彼はRFCTが発電機のターミナルに設置したキャパシターセンサーよりも１桁から２桁弱い信号を発生していることにすぐに気がつきました。部分放電は高電圧のコイルで発生しやすく（部分放電はターミナル側のコイルだけにできる高い電場で発生します）、部分放電の信号が巻線の導体を伝播して中性点にたどり着くまでには大きな損失があるので、RFCTからの信号は小さくなります。また中性点のRFCTはすべての相からの部分放電を検出するので、どの相に深刻な部分放電があるか検出できません。オンタリオ･ハイドロ社は装置のEMI試験を1980年代まで続け、1980年台後半にEPRIの予算によるウェスチングハウス社との共同研究プロジェクトで試験方法の改良を支援しましたが、キャパシタを使用した部分放電試験の信号の方が容易に解析できることがわかりました。
（EPRI:Electric Power Research Institute電力研究所）
そのほかの機関、例えばSiemens社、the British utility CEGB社, Virginia Electric Power社 や最近ではAmerican Electric Power社がEMI試験を使用しましたが、ほとんどが信号源をターミナル側に設置したキャパシタに切り替えました。
現在は、EMI試験（ウェスチングハウス社はRFモニタリングと呼んでいます）は特殊な場合でのみ利用されています。
広く利用されない理由は：
殆ど劣化した装置の場合を除いて、大部分の装置からの測定結果を解析するのに十分な経験と膨大な知識が必要になります。プラントには他にも多くの高周波発生源があります。例えばコンピュータの電源、静電気、電気集塵装置、電動工具の運転（整流器のスパーク）などは一般的で、プラントではなんら珍しい物ではありません。これらのノイズの周波数を切り分けるには試験者に技術と経験が必要です。特に、新しい発生源が増えたり発生源自身が変わったりしてノイズ環境は時間によって変動するからです。これらの技術を学び経験を重ねている方が数社に居ます。
部分放電から発生する周波数を計算するのに固定子巻線の詳細構造についての十分な知識も必要になります。スロット内で部分放電が発生すると、放電電流の一部がスロット内のコイルの長さに依存した周波数のRFを発生します。（ギターの弦がある周波数で振動するのと同じように）モーターのスロットは0.5m位からタービン発電機では6m以上になるので、部分放電特有の周波数は非常に広い範囲になります。同様に、巻線端の電気的トラッキングからの部分放電は、巻線端の長さとコイルの間隔に依存します。通常保守担当者はこの物理的なデータを持っていることはなく、それを手に入れようともしません。
EMI試験をモーターに応用するのはほとんど困難です。なぜなら接地する中性点が無いからです。したがってこの技術は唯一発電機には容易に使えます。
EMI試験が発明されてから50年以上になりますが、EMI試験はどの相が一番劣化しているかを、あるいはどのスロットに絶縁不良あるかを確定することは未だできません。EMI試験の最も便利な点は、プラントのすべてのEMIの問題に対応できると言われています。本来のEMI試験は、架線が対象で、架線のノイズスポットの箇所を検出することだったので、その点は本当です。しかし最新のPDA-IVやTGAの技術はまさに同様のことをしています。最新の試験は固定子からの信号を他の干渉から分離します。いくつかの手法を用いると、プラントのどこかでアーク溶接機を使っていても、TGAとPDA干渉信号ではCTの接地線のアークや、静電気の発生を識別できます。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）
オンライン部分放電試験の目的は、モーターや発電機の固定子巻線の絶縁劣化を運転中に警告することです。アイリス社の部分放電センサーを設置する際に、センサーそのものが劣化しないかどうかを考えることはもっともなことです。カナダの電力会社であるBC Hydro社が2000年4月に開催されたDoble Engineering Client conferenceで報告した、結合コンデンサの電気的抵抗路（トラッキング）による固定子の接地事故についての体験が最近話題になっています。
装置に採用したエポキシ・マイカ・カプラーについて詳細が明らかになりました。
アイリス社のエポキシ･マイカ・キャパシタは今日世界中で１万個以上も設置されています。これらには一度も電気的な抵抗路（トラッキング）の事故はありません。（さらに言えば絶縁体本体の事故もありません。）この完璧な記録は以下のことに起因すると考えております。
アイリス社によれば、唯一アイリス社のみが北米とヨーロッパの機関から危険場所での使用の認証を受けております。さらにアイリス社のセンサーは、厳格な信頼性検査が要求される最も厳しい用途である原子力施設での Class”1E”に適応しています。
そのほかの設計上の特徴でも信頼性を向上しています。 キャパシターを低電圧/高電圧用電極からボルトでマウントするのではなく、アイリス社は独自のクランプを使いてキャパシター本体を保持しています。これにより、キャパシターへの不測の衝撃や、装置からの何年にも渡る振動によってエポキシと真ちゅう製電極間の接合が破損することはありません。さらにキャパシターからBusへの接続点への高電圧ケーブルは常に十分余裕のあるものを提供しています。
次の写真はランダムに選んだアイリス社のキャパシターと、同様に選んだ他社製の黒色で円柱型のキャパシターの断面です。どちらのキャパシターが高品質かは明白です。
信頼性の高い部分放電キャパシター・カップリング・システムを実現するには、ユーザーは以下の点を指定しなければなりません。
（本文章はIRIS社のホームページから要約したものです。不明な点は原文をご参照ください。）