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変電機器の交流絶縁試験におけるワイブル分布による信頼度評価技術の高度化

 電力機器の絶縁仕様である「長時間商用周波耐電圧試験」の試験電圧の設定に当たっては、ワイブル分布を用いた信頼度評価が行われている。現行のJEC-0102「試験電圧標準」で採用されている信頼度評価法については、その適用方法の妥当性について議論があり、特に複数の電圧レベルが混在する場合に対して課題がる。本研究では、最適に複数の電圧レベル混在時のワイブル分布による信頼度評価の各手法について、各電圧下での故障確率密度関数・累積故障確率を定式化し、物理的意味と対応付けて整理した。これにより、JEC-0102に採用された手法は独立事象を前提としたおり、そのほか対極的な手法として累積故障を前提とする手法があることを明らかにした。次に各手法について複数の電圧印加時の長時間商用周波耐電圧試験の短時間部の計算式を定式化し、ワイブルパラメータ値の試験電圧レベルへの影響を試算・評価した。更に、電力機器の各種絶縁媒体・絶縁構造に対し、絶縁破壊または部分放電開始の開始および進展メカニズムから、適切な信頼度評価法をGIS・変圧器などの機器ごとに提示した。加えて大規模な実験を実施し、これらの知見の実証も行った。

 現行のワイブル分布による信頼度評価法は昭和63年の電気協同研究「絶縁設計の合理化」で初めて導入され、その後JECにも適用された我国における標準的手法となっている。これは豊富な実験データと緻密な数理に基づく高度な手法で、世界に先駆けたものである。しかしながら、複数レベルの電圧が加わる場合の事象の扱いや適用する特性、パラメータ値の選択などに関して課題があった。本研究は20年来の大きな課題に対し、まず各種存在する信頼度評価手法の厳密な導出式や物理的意味を明確にし、各パラメータの試験電圧への影響度合いを示した。更に実適用のため、電力機器の各種絶縁媒体・絶縁構造に対する絶縁破壊(または部分放電開始)の開始および進展メカイニズムからの適切な信頼度評価法を、統一的立場で初めて明らかにした。これらの結果は現在改訂中のJEC-0102「試験電圧標準」に、唯一の貴重な資料として検討のベースになっている。本研究は、基本規格のベースとなる重要な技術に関して、長年の課題を高度な理論展開と大規模な実権シミュレーションの蓄積により、実適用可能な形で解決した画期的なものである。


 本研究の成果に対して、電気学会は、2009年、岡部成光(東京電力(株))、坪井敏宏(東京電力(株))、高見潤(東京電力(株))に電気学会振興賞(進歩賞)を贈った。

文献

[1] 岡部成光,坪井敏宏,高見 潤、ワイブル分布を用いた変電機器の交流短時間過電圧に対する信頼度評価、電気学会論文誌B Vol.127,No,9,994-1001,2007
[2] J. Takami, T. Ttsuboi, anad S. Okabe、Insulation Reliability Evaluation Method with Weibull Distribution Function on 66 - 154 kV Class Oil-filled transformer、ISETS'07, pp. 500-5005,2007
[3] J. Takami, T. Tsuboi, and S.Okabe、Voltage-time Characteristics and Reliability Evaluation Method of Oil-filled Transformer for Non-effectively Grounded Voltage Class、電気学会論文誌B Vol. 127, No,12, pp. 1299-1305,2007
[4] 坪井敏宏,高見 潤,岡部成光、1分間上昇法による交流絶縁試験に関する検討、平成20年電気学会全国大会,2008
[5] 坪井敏宏,高見 潤,岡部成光、1分間ステップアップ法による交流絶縁試験とワイブルパラメータの関係、電気学会B部門大会論文集 Vol. 2008, No. 381,2008
[6] S. Okabe, T. Tsuboi, and J. Takami、Reliability Evaluation Method with Weibull Distribution for Temporary Overvoltages of Substation Equipment、IEEJ Transactions on Power and Energy, Vol. 127, No. 9, pp. 994-1001,2007

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