JP2002539753A - 高電圧電気機械、特にタービン発電機及び高電圧電気機械における温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、特に回転子巻線（４９）或いは固定子巻線（４３）における温度を半導体チップとして構成された温度センサ（７）により確実に、簡単にかつコスト的に有利に測定する高電圧電気機械（４１）に関する。本発明はこれに対応する温度測定方法にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は高電圧電気機械における温度を測定する温度測定装置を備えた高電圧
電気機械、特にタービン発電機に関する。本発明はまた高電圧電気機械、特にタ
ービン発電機における温度測定方法に関する。

【０００２】 ハルトムート・マイエル著の書籍「大型電気機械の絶縁」（シュプリンガ出版
、ベルリン、ゲッチンゲン、ハイデルベルク（１９６２年）第３０頁）に、電気
機械における電気巻線の温度測定の意義が説明されている。そこには、間接冷却
の巻線においていわゆる自然の高温個所（即ち最高温度個所）は、鉄心の溝内に
上下に重なって配置された２つの導体バーにおいて、電気機械の中心における上
側導体バーの下側エッジの近くにあることが述べられている。そこでは抵抗増加
によって測定可能な平均の銅温度を凡そ１０℃超えた温度に達する。例えば、運
転監視のために、上側の導体バーと下側の導体バーとの間に組み込まれた熱電対
或いは抵抗温度計による巻線温度の測定は、当然に、多くの場合なお著しく低い
測定値を生ずる。上側の導体バーと下側の導体バーとの間の温度測定要素は、即
ち、これらの導体バーと鉄心との間に生ずる温度域内において導体バーから遠く
に離れているので、２０℃或いはそれ以上の表示差も起こり得る。電気機械の運
転の際にこれらの表示差は溝埋め込み型温度計の温度表示の正確な評価のために
考慮されねばならない。メーカーにとっては、検出し難い高温個所の形成につな
がる狭く局地化された付加損失を回避するという責務が生ずる。

【０００３】 本発明の課題は、接近しにくい範囲においても確実に簡単にかつコスト的に有
利に温度測定が可能である高電圧電気機械、特にタービン発電機を提供すること
にある。さらに、本発明の別の課題はこのための測定方法を提示することにある
。

【０００４】 高電圧電気機械に関する課題は、本発明によれば、ハウジングと、このハウジ
ングの内部の温度を測定するた温度測定装置とを備え、この温度測定装置が半導
体チップとして形成された温度センサを備えている高電圧電気機械、特にタービ
ン発電機によって解決される。

【０００５】 このような温度センサは半導体結晶に配置された集積回路によって温度を測定
する。この温度はその場合デジタル測定値で表される。本発明は、このような温
度センサは極端な環境条件においても高電圧電気機械に信頼性をもって使用可能
である、という驚くべき認識に基づいている。特に、この温度センサは高電圧に
長期間にわたっても耐えることが実験によって証明された。このような温度セン
サはコスト的に有利であり、また保守も必要としない。この温度センサは高電圧
電気機械の接近しにくい範囲にも設置可能である。他の耐高電圧性温度測定法（
例えば、光ファイバーによる温度測定システム）に較べて、この温度センサは著
しく僅少な据付けコストでかつ著しく長寿命に使用可能である。表面温度を測定
することのできる赤外線測定システム或いは光高温計に較べてもこの温度センサ
は、直接所望の測定位置に設置可能である、という利点を持っている。これに対
して、赤外線測定システム或いは光高温計においては絶縁強度のために、常に通
電部に対して最低間隔が必要である。

【０００６】 温度測定装置は、温度センサに電気的に接続されている電子モジュールを備え
ているのが好ましい。さらに、電子モジュールはそれぞれ温度を表す測定値を記
憶する記憶装置を備えるのがよい。これにより一連の温度を、特に時間的な温度
経過を記憶することができる。記憶装置の読出しはその場合適当なチェック時間
で行うことができる。

【０００７】 特に電子モジュールはマイクロプロセッサ及びタイマを備え、測定値の記憶の
時間的順番をマイクロプロセッサ及びタイマによって制御可能とするのがよい。
この電子モジュールにより、従って、簡単に、例えば温度の連続測定の時間間隔
を定めることができる。その上、簡単に温度測定の開始及び終了時刻を与えるこ
とができる。

【０００８】 さらに、電子モジュールと温度センサとは互いに空間的に隔てられて、好まし
くは少なくとも１０ｃｍは隔てられて配置されるのがよい。温度センサと電子モ
ジュールとをこのように空間的に分離することにより、温度センサはさらに接近
しにくい或いは高電圧に関して危険な測定位置にも配置することができ、しかも
これにより電子モジュールが巻き添えを食うことがない。特に、電子モジュール
にとって基準となる最高温度は、測定位置の選択において通常この空間的分離に
より危険でなくなる。好ましくは、電子モジュールと温度センサとは互いに１メ
ートル以下隔てられるのがよい。これにより、特に、電子モジュールと温度セン
サとの間に交換される信号の質が著しく損なわれることがない。

【０００９】 さらに、電子モジュールは信号を無接触で、特に赤外線により伝送する送信ユ
ニットを備えているのがよい。このような無接触伝送により、特に、温度測定が
行われる高電圧電位と接地電位との間の分離が達成できる。その上、他の伝送手
段（例えばケーブル）もなんら必要としない。

【００１０】 また、電子モジュールは信号を無接触で、特に赤外線により受信する受信ユニ
ットを備えているのがよい。

【００１１】 電子モジュールは太陽電池による電源ユニットを備えているのがよい。また、
電子モジュールはこの電子モジュールを取り巻く磁界から電気エネルギーを誘導
的に発生させる電源ユニットを備えるのもよい。電子モジュールの電力供給を太
陽電池或いはその周囲の漂遊磁界により行うことによって、電子モジュールの独
立した局地的な電力供給が可能となる。従って、特に高電圧電位と接地電位との
間の電位分離の問題になるような電流供給のための伝送区間を設ける必要がない
。

【００１２】 タービン発電機は回転子巻線を有している回転子を備え、温度センサは好まし
くは回転子に、さらに好ましくは回転子巻線に配置される。回転子もしくは回転
子巻線における温度測定は、高回転速度により大きな遠心力が発生するので特に
困難である。実験により証明されたが、この温度センサおよび電子モジュールは
長期間にわたっても遠心力による高い機械的負荷に耐えることができる。温度測
定値の伝送はこの場合適当な方法で例えば上述に従って無接触で行われる。

【００１３】 さらに、電気機械には少なくとも２つの温度測定装置を設けるのがよい。この
場合、各温度測定装置はそれ自身の識別ユニットを備え、これによりいずれの温
度測定装置かを識別可能とし、また各温度測定装置を共通の評価ユニットにより
読出し可能にする。このような識別ユニットは例えば特に電子モジュールのマイ
クロプロセッサに識別番号として記憶される。それ故、簡単な方法で、複数の温
度測定装置をただ１つの評価ユニットで動作させることができる。温度測定値の
伝送はそれぞれの温度測定装置の識別番号と組み合わされ、それにより測定され
た温度を確実にその測定位置に一義的に割り当てることができる。

【００１４】 方法に関する課題は、本発明によれば、温度を半導体チップとして形成された
温度センサによりデジタル測定値として求め、この測定値を電子モジュールに伝
送し、そこから評価ユニットに伝送する高電圧電気機械、特にタービン発電機に
おける温度測定方法によって解決される。

【００１５】 このような方法の利点は、高電圧電気機械における温度測定装置の利点につい
て上述したことに一致する。

【００１６】 特に、測定値は電子モジュールに記憶されるのがよい。さらに、この測定値は
電子モジュールに無接触で、特に赤外線により伝送されるのがよい。

【００１７】 本発明を、実施例を参照して詳しく説明する。なお、図面は模式的にかつ尺度
どおりでなく示している。また各図において同じ符号は同じものを指す。

【００１８】 図１は温度測定装置１を示す。温度測定装置１は測定ユニット３及び評価ユニ
ット５を備えている。測定ユニット３は半導体チップとして形成されている温度
センサ７を備えている。温度センサ７は電子モジュール９に電気的に接続されて
いる。電子モジュール９は電源ユニット１１に電気的に接続されている。電子モ
ジュール９は記憶装置１３、マイクロプロセッサ１５、タイマ１７、受信ユニッ
ト１９及び送信ユニット２０を備えている。記憶装置１３はマイクロプロセッサ
１５に電気的に接続されている。マイクロプロセッサ１５は識別ユニット１６を
備えている。マイクロプロセッサ１５はタイマ１７に接続されている。マイクロ
プロセッサ１５はさらに受信ユニット１９及び送信ユニット２０に電気的に接続
されている。評価ユニット５は通信ユニット２１及び処理ユニット２３を備えて
いる。評価ユニット５は通信ユニット２１を介して送信信号２５及び受信信号２
７により測定ユニット３の電子モジュール９と交信する。

【００１９】 温度測定装置１を使用する際、温度センサ７は局部的な温度を測定する。例え
ば、タービン発電機の温度センサは固定子或いは回転子の電気巻線の導体バーに
配置され、その局部温度を測定する。この温度は温度センサ７を半導体チップと
して構成することにより直接デジタル測定値として測定される。この測定値は電
子モジュール９に送られる。電子モジュール９において測定値は記憶装置１３に
記憶される。マイクロプロセッサ１５及びタイマ１７を介して測定値を記憶装置
１３に記憶するための時間的順番が制御される。例えば、マイクロプロセッサ１
５及びタイマ１７により毎分温度測定値が記憶装置１３に記憶される。温度セン
サ７による温度測定のため及び電子モジュール９による温度測定の制御ならびに
記憶のための電力供給は電源ユニット１１により行われる。この電源ユニットは
例えばバッテリーを備えることができる。しかしまた、測定ユニット３に給電す
るための電気エネルギーを周囲の光から得る太陽電池を備えることもできる。電
気エネルギーの発生は電源ユニット１１においてしかしまたこの電源ユニット１
１の周囲における時間的に変化する漂遊磁界により電圧を誘導的に発生させるこ
ともできる。測定ユニット３によって測定された温度測定値は評価ユニット５で
読出される。このために送信信号２５が電子モジュール９の受信ユニット１９に
伝送される。これにより記憶装置１３の記憶内容の読取りが行われる。その記憶
内容は送信ユニット２０を介して受信信号２７として評価ユニット５の通信ユニ
ット２１に伝送される。通信ユニット２１は温度測定値を処理ユニット２３に伝
送する。この処理ユニットは例えばパソコンとすることができる。評価ユニット
５により、その場合、温度測定値は表示可能である。

【００２０】 このような温度測定装置１はタービン発電機４１において温度測定に使用され
る。これについて図２を参照して説明する。

【００２１】 図２はタービン発電機４１を縦断面で示す。タービン発電機４１は固定子４３
を備え、この固定子は、この図では詳しく示されていないが、鉄心と固定子巻線
とから構成されている。固定子４３は回転子４５を囲んでいる。回転子４５は軸
４７と、この軸４７上に配置された回転子巻線４９とを備えている。固定子４３
と回転子４５は共通のハウジング５１の中に配置されている。

【００２２】 タービン発電機４１は図１による５つの温度測定装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ
，１Ｅを備えている。２つの温度測定装置１Ａ，１Ｂは互いに相対向して回転子
４５に配置されている。なお、それぞれの温度センサ７Ａ，７Ｂは回転子巻線４
９に配置されている。それぞれの電子モジュール９Ａ，９Ｂはハウジング５１の
外で軸４７に配置されている。各温度測定装置１Ａ，１Ｂは、この図では示され
ていないそれぞれの識別ユニット１６（図１参照）によって識別可能である。各
電子モジュール９Ａ，９Ｂにより、それぞれの温度センサ７Ａ，７Ｂにより測定
された温度が赤外線信号２７Ａ，２７Ｂにより共通の通信ユニット２１に伝達さ
れる。その場合、それぞれ、回転子４５が１回転するとき丁度通信ユニット２１
の受信範囲に達した信号２７Ａ，２７Ｂが受信される。信号２７Ａ，２７Ｂは通
信ユニット２１からハウジング５１の貫通部５３を介して処理ユニット２３に導
かれる。たった今伝送された赤外線信号２７Ａ，２７Ｂがいずれの温度測定装置
１Ａ，１Ｂに属するかの識別は識別ユニット１６により行われる。

【００２３】 温度センサ７Ａ，７Ｂはタービン発電機４１における高電圧にも、また回転子
４５が回転する際に発生する大きな遠心力にも耐える。その上、それぞれの電子
モジュール９Ａ，９Ｂが温度センサ７Ａ，７Ｂから空間的に分離されているので
、回転子巻線４９における高温が電子モジュール９Ａ，９Ｂに有害な作用を持つ
ことはない。

【００２４】 固定子４３には温度測定装置１Ｃが配置されている。温度センサ７Ｃは溝埋め
込み型温度計として構成され、それ故、固定子４３の鉄心溝内の巻線温度を測定
する。電子モジュール９Ｃは発生する電圧及び温度に関して差し障りのない位置
に温度センサ７Ｃから分離されて配置されている。処理ユニット２３への温度測
定値の伝送はハウジング５１を通る貫通部５３を介して行われる。温度測定装置
１Ｄ，１Ｅは同様に固定子に、しかもこの図ではやや拡大されて、巻線端６３の
導体バー６０，６２に配置されている。両温度測定装置１Ｄ，１Ｅはそれぞれの
電子モジュール９Ｄ，９Ｅにより信号を共通の通信ユニット２１Ｄに伝送し、そ
の際信号の識別は図では示されていないそれぞれの識別ユニット１６により行わ
れる。

【００２５】 軸４７にはクロックパルス発生器６４が配置され、これは線６６を介して処理
ユニット２３に接続され、信号２７の伝送の際の同期のために使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による温度測定装置の概略ブロック結線図。

【図２】 温度測定装置を備えたタービン発電機の概略構成図。

【符号の説明】

１ 温度測定装置 ３ 測定ユニット ５ 評価ユニット ７ 温度センサ ９ 電子モジュール １１ 電源ユニット １３ 記憶装置 １５ マイクロプロセッサ １６ 識別ユニット １７ タイマ １９ 受信ユニット ２０ 送信ユニット ２１ 通信ユニット ２３ 処理ユニット ２５ 送信信号 ２７ 受信信号 ４１ タービン発電機 ４３ 固定子巻線 ４５ 回転子 ４７ 軸 ４９ 回転子巻線 ５１ ハウジング ５３ 貫通部 ６０，６２ 導体バー ６３ 巻線端 ６４ クロックパルス発生器 ６６ 線

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハウジング（５１）と、このハウジング（５１）の内部の温度
   を測定する温度測定装置（１）とを備え、この温度測定装置（１）が半導体チッ
   プとして形成された温度センサ（７）を備えている高電圧電気機械、特にタービ
   ン発電機（４１）。
2. 【請求項２】温度測定装置（１）が、温度センサ（７）に特に１メートル以
   下の空間的間隔（Ｌ）で電気的に接続されている電子モジュール（９）を備えて
   いる請求項１に記載の高電圧電気機械。
3. 【請求項３】電子モジュール（９）がそれぞれ温度を表す測定値を記憶する
   記憶装置（１３）を備えている請求項２に記載の高電圧電気機械。
4. 【請求項４】電子モジュール（９）がマイクロプロセッサ（１５）及びタイ
   マ（１７）を備え、測定値の記憶の時間的順番がマイクロプロセッサ（１５）及
   びタイマ（１７）により制御可能である請求項３に記載の高電圧電気機械。
5. 【請求項５】電子モジュール（９）と温度センサ（７）とが互いに空間的に
   、特に少なくとも１０ｃｍ隔てられている請求項２乃至４の１つに記載の高電圧
   電気機械。
6. 【請求項６】電子モジュール（９）が信号を無接触で、特に赤外線により伝
   送する送信ユニット（２０）を備えている請求項２乃至５の１つに記載の高電圧
   電気機械。
7. 【請求項７】電子モジュール（９）が信号を無接触で、特に赤外線により受
   信する受信ユニット（１９）を備えている請求項２乃至６の１つに記載の高電圧
   電気機械。
8. 【請求項８】電子モジュール（９）が太陽電池による電源ユニット（１１）
   を備えている請求項２乃至７の１つに記載の高電圧電気機械。
9. 【請求項９】電子モジュール（９）がこの電子モジュール（９）を取り巻く
   磁界から電気エネルギーを誘導的に発生させる電源ユニット（１１）を備えてい
   る請求項２乃至７の１つに記載の高電圧電気機械。
10. 【請求項１０】回転子巻線（４９）を有している回転子（４５）を備え、温
    度センサ（７）がこの回転子（４５）、特に回転子巻線（４９）に配置されてい
    る請求項１乃至９の１つに記載の高電圧電気機械。
11. 【請求項１１】固定子巻線（４３）を備え、温度センサ（７）がこの固定子
    巻線（４３）に配置されている請求項１乃至９の１つに記載の高電圧電気機械。
12. 【請求項１２】少なくとも２つの温度測定装置（１）を備え、各温度測定装
    置（１）がそれを識別できる識別ユニット（１６）を備え、各温度測定装置（１
    ）を読出せる評価ユニット（５）が設けられている請求項１乃至１１の１つに記
    載の高電圧電気機械。
13. 【請求項１３】温度を半導体チップとして形成された温度センサ（７）によ
    りデジタル測定値として求め、この測定値を電子モジュール（９）に伝送し、そ
    こから評価ユニット（５）に伝送する高電圧電気機械、特にタービン発電機にお
    ける温度測定方法。
14. 【請求項１４】測定値が電子モジュール（９）に記憶される請求項１３に記
    載の方法。
15. 【請求項１５】測定値が電子モジュール（９）から評価ユニット（５）に無
    接触で、特に赤外線により伝送される請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】固定子巻線（４３）の温度が測定される請求項１３乃至１５
    の１つに記載の方法。
17. 【請求項１７】回転子巻線（４９）の温度が測定される請求項１３乃至１５
    の１つに記載の方法。