JP2000500319A - タービン発電機における電流測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、固定子巻線を備えハウジング内に配置されている少なくとも出力１ＭＶＡのタービン発電機（１２）に関し、固定子巻線の少なくとも一つの導体を流れる電流を測定するための少なくとも一つの耐高圧電流測定装置がハウジング（１）の内部に設けられ、固定子巻線の測定すべき電流が流れる導体（１４）がハウジング（１）の内部を短い経路で延びている。その電流測定装置はタービン発電機ハウジング（１）を貫通して外に導き出されている測定配線を備えた少なくとも一つの変流器（３）を有している。電流の測定すべき中性点（４）および特に差動保護回路のための複数の変流器（３）がハウジング（１）の内部に収納され、これによってハウジング（１）を貫通する高価な耐高圧ブッシングを省略することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 タービン発電機における電流測定方法 本発明は、少なくとも出力１ＭＶＡのタービン発電機における電流測定方法、 特にタービン発電機の固定子巻線における相電流を測定する方法に関する。 タービン発電機およびタービン発電機に接続されている機器を保護するために 、相電流が測定され、同時に比較される。適切な保護装置は、設定状態から適当 にずれたとき作動し得るようになっている。大出力のタービン発電機の場合、そ のような差動保護回路の設置が規則として定められている。多相交流発電機の通 常運転中において固定子巻線の中性点は接地されている。発電機の安全性を検査 する際、時々ハウジングに対する固定子巻線の高圧絶縁がうまく働いているか否 かを検査しなければならない。そのためにハウジングは接地され、中性点の接地 は中断される。これは変流器に対しても、そこの電圧が破壊されないようにしな ければならないことを意味する。従って高い安全性を保証するために、変流器と して採用される変圧器は強く絶縁される。これによってそれ自体は安価な通常の 変流器が高価となり、高圧絶縁にとって必要な経費、特にハウジングブッシング の経費が非常に高い。 適用される通常の変圧器技術を変更する場合、従来は安全上の問題が生じ、高 い経費がかかる別の方式が必要とされた。差動保護測定の際に位相の直線化に差 異が生ずる可能性があることから、すべての変流器は同じ形式にしなければなら ない。今日のタービン発電機の場合、電流を測定するために、固定子巻線の巻線 端からハウジングを通して引出し線が導き出され、これによってそこに上述の通 常の形式の変流器（電流変成器）を測定用に設けることができる。そのような通 常の変流器は安価ではあるが、ハウジング内に設置するには大き過ぎ、タービン 発電機の中および周りに電磁界が存在するために、ハウジング内で電流を測定す るために採用した場合に狂いを生じてしまうという欠点がある。従って主に適用 される変圧器の都合上、ハウジングからの引出し線が必要とされる。このような 引出し線およびブッシングに高い構造的経費がかかるという問題のほかに、例え ば配線を冷却する上で別の問題も生ずる。更に変流器に十分な耐高圧性を得るた めに高い経費がかかる。 本発明の課題は、少なくとも出力１ＭＶＡのタービン発電機を、これがコンパ クトに構成でき、測定技術が単純化され、外乱に影響されず、同時に安い経費で 高い安全レベルが維持されるか改善されるように改良することにある。 この課題は本発明に基づいて請求の範囲第１項に記載のタービン発電機によっ て解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載されている。 ハウジング内に設けられ固定子巻線を備えた少なくとも出力１ＭＶＡの本発明 に基づくタービン発電機は、固定子巻線の少なくとも一つの導体を流れる電流を 測定するための少なくとも一つの耐高圧電流測定装置がハウジングの内部に設け られている。その固定子巻線の測定すべき電流が流れる導体はハウジングの内部 を短い経路をたどって延び、電流測定装置がタービン発電機ハウジングを貫通し て外に導き出されている測定配線を備えた少なくとも一つの変流器を有している 。 適切な変流器を採用することによって、測定装置に対して僅かな所要場所しか 必要とされない。特に巻線端の範囲における電流が流れる配線は、大きな所要場 所を取るブッシングを必要とせずにコンパクトに構成でき、また良好に冷却でき る。電流の測定にとって必要な中性点は、適切な変流器の場合発電機ハウジング の中に敷設できる。これによって例えば相電流を外部に対して適当な絶縁体によ って分離する必要がないので、発電機ハウジングの製造は非常に単純化され、安 価に製造できる。本発明によれば、タービン発電機ハウジングの内部に収納され た適当な変流器で得られたパラメータを外部に伝える測定配線しか必要とされな い。適用される測定変換器は例えばファラデー効果を利用する。これは局所的な 磁界を光学的に測定することを可能にする。光ファイバによる光の案内並びにフ ァラデー効果の説明は会報「ＳＥＶ／ＶＦＥ」８２（１９９１年）、第２１〜２ ９頁に掲載の論文“ファイバオプティクス形センサ”に見られ、また図を参照し ても説明されている。米国特許第４４２８０１７号明細書において、ファラデー 効果を利用する光学的センサにより電流を測定するための装置が知られている。 電流を測定する別の方式はホール効果の利用にある。その磁界ゾンデ付き電流セ ンサは公知である。 以下図を参照して本発明に基づく装置の他の利点および特徴を説明する。 図１は変流器がタービン発電機ハウジングの外に設けられているタービン発電 機の一部側面図、 図２は図１におけるタービン発電機部分の平面図、 図３は通常の測定方式と異なった測定方式を説明するための原理図、 図４は電流が流れる導体の周りに巻かれたファイバオプティクス形変流器の斜 視図、 図５は完全に絶縁された変流器が装備されブッシングを持っていない図１に相 応したタービン発電機部分の側面図、 図６は中性点に変流器が設けられているタービン発電機の断面図、 図７はハウジング内に中性点と変流器が設けられているタービン発電機の断面 図、 図８は図６におけるタービン発電機の側面図である。 図１における側面図は、通常の変流器３即ち変圧器がそれが電磁界に敏感に反 応するのでタービン発電機ハウジング１の外に設けられていることを示している 。差動保護にとって必要な相電流を測定できるようにするために、今日における 構造形状においてそのために必要な中性点４はタービン発電機ハウジング１の外 側にブッシング２を貫通して導き出されている。従ってタービン発電機ハウジン グ１は運転中に発生する電磁界を外部に対して遮蔽する働きをしている。 図２は図１に示されたタービン発電機部分を平面図で示している。ここでは測 定のための変流器３を中性点４に取り付け得るための経費は明らかである。変流 器３はタービン発電機ハウジング１上に当てられ、固定されている。 図３は平面偏光が光学活性媒体５を通過する際の偏光状態の変化を示している 。ファラデーは、磁界が透明な等方材料内でいわゆる円形複屈折を発生するとい うことを発見した。円偏光とは、電界が固定場所において大きさを変化すること なしに光の周波数で回転することを意味する。その場合回転方向に応じて左回り 円偏光と右回り円偏光とに区別される。また複屈折とは、或る材料内で光の位相 速度が偏光状態および伝播状態に左右されることを言う。これは、伝播速度が左 回り円偏光と右回り円偏光で異なっているとき、その材料が円形複屈折性を有し て いることを意味している。この左右の異なった屈折率の差が円形複屈折を生ずる 。これは平面偏光の振動平面を角度φだけ回転する。等方材料において円形複屈 折は磁界によっても発生され、これはファラデー効果と呼んでいる。これを明瞭 にするために光と材料との相互作用のローレンツ・モデルを使用しなければなら ない。入射する電磁波はその電界によって等方材料の電子を強制的に振動させる 。磁界のために移動電荷にローレンツ力が作用する。この磁界は入射する右回り ないし左回りの円偏波に測定可能な周波数変化を生じさせる。即ちファラデー効 果は局所的磁界を光学的に測定することを可能にする。電流が流れる導体によっ て磁界が発生されるとき、回転角φの大きさから流れる電流の強さを推論するこ とができる。 図４は本発明に基づくタービン発電機に対するファイバオプティクス形変流器 の優れた構造原理を示している。ガラスファイバ６が電流導体７例えば巻線の周 りに直接巻かれる。これによって変流器の構造的大きさは小さくなり、コンパク トになる。 図５は、例えばファラデー効果に従い作動する完全絶縁変流器８がタービン発 電機ハウジング１及びブッシング２を大きく変更することなしにどのように組み 込まれるかを明瞭に示している。ここでは図１と同じ構造ではあるが、タービン 発電機ハウジング１は変流器８の周りに巡らされている。この完全絶縁変流器８ の場合、例えばいまやタービン発電機ハウジング１内に存在する中性点４の相電 流の測定の狂いは、通常の変圧器と異なり排除されている。その測定方法が異な っていることから、変流器３はタービン発電機１２の電磁界で悪影響を受けずに 作動する。 図６は、中性点４がタービン発電機ハウジング１内に組み込まれ、固定子１０ と回転子１１とから成るタービン発電機１２を示している。その構造経費は図１ におけるものに比べて増大することはなかった。完全絶縁変流器８は測定信号を 外部に伝える測定配線９を必要とするだけである。この本発明に基づく構造形態 において、引込み線１３が非常に長く保持されていることが注意をひく。しかし 引込み線１３が短縮されるか省かされるとき、タービン発電機ハウジング１の内 部における場所は極めて効果的に利用できる。 図７は電流が流れる巻線１４の有利な案内を示している。この巻線はほぼ最短 経路上を、従って例えば熱あるいは電気について最小の損失をもって、タービン 発電機ハウジング１の内部を導かれる。従ってかかるタービン発電機１２の冷却 は非常に有利に行える。電気的な損失は電流が流れる導線１４の短縮および又は 省略によって減少される。 図８は特に巻線端１５の範囲において巻線１６がどのように有利に敷設され得 るかについて示している。電流が流れる導線１４はそのようにして短く保持する ことができる。主として変流器３及びそれに属する測定導線から成る電流測定装 置の配置は、そのようにしてタービン発電機ハウジング１の内部において一目瞭 然にかつコンパクトにできる。即ちタービン発電機１２の電磁界に関し支障を受 けずに動作する変流器３を使用する本発明は、全体として見て経費が非常に安く なり、タービン発電機ハウジング１が簡単に形成される。測定装置１７の耐高圧 性は変圧器の場合よりも容易に得られるので、他の測定技術に基づけば別の利点 が生ずる。簡単な配線に基づき、既に上述した光学的および磁気的な変流器３の ほかに、可撓性のコイル、ロゴスキーコイルが利用できる。変流器３は同様に平 行な抵抗の形に、即ちファイバオプティクス形ハイブリッド変流器付きの分流器 として構成することもできる。これはより僅かな空間を必要とするだけである。 誘導構成要素及び表面波センサを備えた電流センサは、コンパクトな構造形状に おいて同様に僅かな構造高さおよび奥行きを必要とするだけである。タービン発 電機１２で発生される電磁界で影響されずに作動するここでは詳述しない他の構 成の変流器３は、電流測定装置１７において同様にタービン発電機ハウジング１ の内部に設けられ得る。例えば水素冷却方式による変流器３の周りの周辺条件に 応じて、変流器３を封じ込めること、即ち完全に絶縁することが有利である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 5/22 Ｇ０１Ｒ 15/07 Ｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定子巻線を備えハウジング内に配置されている少なくとも出力１ＭＶＡの タービン発電機（１２）において、固定子巻線の少なくとも一つの導体（１４） を流れる電流を測定するための少なくとも一つの耐高圧電流測定装置（１７）が ハウジング（１）の内部に設けられ、固定子巻線の測定すべき電流が流れる導体 （１４）がハウジング（１）の内部を短い経路で延び、電流測定装置（１７）が タービン発電機ハウジング（１）を貫通して外に導き出されている測定配線（９ ）を備えた少なくとも一つの変流器（３）を有していることを特徴とするタービ ン発電機（１２）。 ２．電流の測定すべき中性点（４）および変流器（３）がハウジング（１）の内 部に収納されていることを特徴とする請求項１記載のタービン発電機（１２）。 ３．変流器（３）が巻線端（１５）の範囲に設けられていることを特徴とする請 求項２記載のタービン発電機（１２）。 ４．少なくとも一つの差動保護回路を有しているタービン発電機（１２）におい て、差動保護回路に属する変流器（３）がハウジング（１）の内部に配置されて いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタービン発電機 （１２）。 ５．変流器（３）がファイバオプティクス形電流センサであり、特にファラデー 効果を利用するガラスファイバセンサであることを特徴とする請求項１ないし４ のいずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。 ６．変流器（３）が表面波センサであることを特徴とする請求項１ないし４のい ずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。 ７．変流器（３）が誘導構成要素付きの電流センサであることを特徴とする請求 項１ないし４のいずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。 ８．変流器（３）が磁気ゾンデ付きの電流センサであることを特徴とする請求項 １ないし４のいずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。 ９．変流器（３）がロゴスーコイルであることを特徴とする請求項１ないし４の いずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。 １０．変流器（３）がファイバオプティクスハイブリッド変流器付きの分流器で あることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタービン発電機 （１２）。 １１．変流器（３）が完全に絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし１ ０のいずれか１つに記載のタービン発電機（１２）。