GIS装置の内部絶縁故障解析と絶縁試験方法

高電圧導体の突起

高電圧導体の設置中に偶然の衝突や傷が原因で導体表面に金属の突起が生じることがあります（図1参照）。商用周波数電圧下では、突起の先端での高電界によるイオン化効果により帯電粒子が生成され、これが部分放電（PD）または絶縁破壊を抑制する可能性があります。しかし、インパルス電圧下では、強電界によって引き起こされるイオン化過程が十分な時間を持つことができず、PDや絶縁破壊がより発生しやすくなります。

絶縁体表面の汚染物

GIS組立時に現場での清掃が不十分であると、塵がGIS内に入り込み絶縁体表面に堆積することがあります。また、製造プロセスが劣っている場合、絶縁体に粘性のある残渣が残ることがあります。これらの欠陥は、しばしば現場での耐電圧試験中に絶縁破壊を引き起こします。絶縁破壊時に放出されるエネルギーは通常、汚染物を取り除くため、絶縁破壊後の分解分析では絶縁体表面や他の部品上に痕跡を見つけることが難しくなります。図2は、現場で絶縁破壊を経験した絶縁体を示していますが、その表面には明らかな異常はありません。

緩んだ金属部品

輸送中や運転中に機械的な振動が原因で、シールドカバー、他の金属部品、固定ネジなどが緩むことがあります。このような状況では電気接触が悪くなり、部分放電（PD）が発生し、時間が経つにつれて絶縁破壊事故に発展する可能性があります。図3は、このような問題が発生しやすいシールドカバーの取り付け構造を示しています。

筐体内の金属粉末

輸送中や運転中に機械的な振動が原因で金属部品間の摩擦が生じ、金属粉末が生成されます。設置時の現場衛生管理が不十分な場合、筐体内部面に塵や金属粒子が残ることがあります。また、電気接触が不良な場合の部分放電により金属または金属化合物の粒子が生成されることもあります。図3は、接触不良による放電から生成された粉末を示しています。運転中に金属粉末が跳ねることで絶縁破壊事故が発生する可能性があります。

GIS絶縁欠陥検査方法
耐電圧試験

引渡し時および大規模なオーバーホール後に耐電圧試験が必要です。DL/T 555-2004 ガス絶縁金属閉鎖開閉装置の現場における耐電圧試験及び絶縁試験のガイドライン は、現場試験の要件と方法を規定しています[4]。交流電圧は自由移動可能な導電粒子やその他の不純物に対して敏感であり、絶縁体表面の汚染物、緩んだ金属部品、筐体内の金属粉末などの欠陥の検出に適しています。インパルス電圧は、汚染物や異常な電界構造の検出に有効であり、金属の突起や内部の金属粉末の検出に理想的です。

部分放電（PD）試験

現場での耐電圧試験中には同時にPD測定を行うべきです。現在、商用周波数試験電圧下でのPD信号の測定にはパルス電流法が主に使用されていますが、この方法は金属の突起や内部の金属粉末のような欠陥を検出できないことが多いです。そのため、インパルス耐電圧試験中のPD測定が必要となります。インパルス電圧下での試験回路の干渉を避けるために、高周波、超高周波（UHF）、または超音波検出法を使用することができます。

ライブPD検出およびオンラインモニタリング

運転中に生じる緩んだ金属部品や金属粉末のような欠陥については、積極的にライブPD検出およびオンラインモニタリングを実施すべきです。センサー原理に基づいて、ライブ検出方法にはUHF法と超音波法があります。定期的な点検にはライブ検出が適しており、既知の欠陥の追跡にはオンラインモニタリングが最適です。

結論と展望

GIS内部の絶縁欠陥は主に4種類あり、高電圧導体の突起、絶縁体表面の汚染物、緩んだ金属部品、内部の金属粉末です。これらの欠陥が故障に発展することを防ぐためには、引渡し時および運転中に絶縁試験とPD検出を行うべきです。特に引渡し試験時の一般的な欠陥である金属の突起や粉末に対しては、インパルス電圧下でのPD検出を優先するべきです。