JP3270105B2

JP3270105B2 - 固定子鉄心異常検出装置

Info

Publication number: JP3270105B2
Application number: JP10731292A
Authority: JP
Inventors: 秀明津田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH05304745A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機の固定子鉄心異
常検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機の固定子鉄心（１）は図５に示
すように、ワニスを表面に焼き付けることによる絶縁被
膜を有する抜板（12）を積層して成り、軸方向のある間
隔ごとに冷却用の通風ダクト（図示せず）を有し、また
固定子コイル（図示せず）を納める固定子スロット
（６）を有している。抜板（12）の外径部にダブテール
状のキー溝（13）があり、これをキーバー（８）にはめ
込むことにより鉄心（１）の固定がなされる。

【０００３】抜板表面には絶縁被膜があるが、キーバー
（８）へのはめ込み時、または積層途中の鉄心締め付け
作業等により、抜板のキー溝部（13）では絶縁被膜がは
がれる。このため、各抜板（12）の外径側はキーバーに
より短絡された状態となっており、これは鉄心組立て上
避けることのできない抜板の短絡であり、これを第１の
短絡（９）とする。

【０００４】固定子コイルに電圧を発生するため固定子
鉄心内では同図に示すように円周方向に交番する磁束Φ
が流れる。これにより各抜板間には電圧が誘起される
が、鉄心外径部の第１の短絡（９）以外では抜板が短絡
していない状態では抜板間を循環する短絡電流は流れ
ず、これが鉄心の正常な状態である。しかし何らかの原
因で、例えば鉄心内周面が傷付けられ第２の短絡（10）
が形成されると抜板間に循環電流が流れる短絡回路（1
4）が形成される。

【０００５】この短絡回路（14）を流れる循環電流によ
り、第２の短絡箇所（10）の接触抵抗でそこに発生する
ジュール熱や放電によるアーク熱によって、鉄心の損傷
がさらに拡大し鉄心の溶損や固定子コイルの絶縁の損傷
を引き起こし、大事故に至る可能性がある。

【０００６】従来、このような鉄心抜板間の短絡を運転
中に監視する方法として、過熱されることにより冷却ガ
ス中に浮遊する物質を鉄心に塗布し、この物質を検出す
ることにより鉄心に異常過熱があることを検知する、い
わゆるコアモニタという技術がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来技
術は鉄心全体を監視できる利点はあるが、単に鉄心の過
熱が検知されるだけで、鉄心自体に異常があるのかまた
は鉄心に接する固定子コイルが過熱しているのか、また
鉄心の軸方向のどの位置で過熱しているのか判別できな
いので、回転電機の運転を停止して内部の点検を行うと
きに、過熱位置の特定が困難なことがある。また、抜板
間短絡の初期や、第２の短絡部の接触抵抗が小さい場合
には発生熱が少なく、コアモニタで検知されるほどの過
熱に至らない場合の鉄心異常を検出することは困難であ
る。

【０００８】そこで、本発明は上記の従来技術の欠点に
鑑みなされたもので、運転中の固定子鉄心の異常を感度
よく早期に検出し、また軸方向の異常位置を検知できる
固定子鉄心異常検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は通風ダクトで分割される複数個の鉄心ブロ
ックを囲む磁束検出コイルを配置し、各磁束検出コイル
に誘起された電圧が合成されると互いに差し引きされる
ように結線し、各磁束検出コイルの合成電圧の変化分が
設定値を越えると警報を出力する警報装置を備えた構成
とする。また、異常が検知されたとき軸方向のどの鉄心
ブロックに異常があるかを検知する異常部位判定手段を
備えた構成とする。

【００１０】

【作用】以上のような構成により、固定子鉄心が正常時
には鉄心に流れる磁束は各部で一様に流れ、鉄心ブロッ
クに巻かれた各磁束検出コイルの電圧は一定であり、合
成電圧は各鉄心ブロック間で互いに差し引きされ低い値
である。もしある鉄心ブロックの鉄心抜板間で第２の短
絡が起こると、抜板間に短絡電流が流れその反作用起磁
力でこの鉄心ブロックに流れる磁束Φが減少する。これ
により、この鉄心ブロックに巻かれた磁束検出コイルの
電圧は減少し、各磁束検出コイルの合成電圧は変化す
る。合成電圧は各鉄心ブロック間で互いに差し引きされ
もともと低い値であるので、抜板間に第２の短絡が起こ
り、磁束分布にこのような不平衡があると敏感に変化す
る。従って、この合成電圧を監視することにより固定子
鉄心の異常を検知することができる。

【００１１】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。

【００１２】図１は固定子鉄心（１）が４つの鉄心ブロ
ック（２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）、（２ｄ）から成る
例を示すもので、キーバー（８）に固定され、各鉄心ブ
ロック間には通風ダクト（３）を備えている。磁束検出
コイル（４）は、通風ダクト（３）を通り、固定子コイ
ル（５）が納められる固定子スロット（６）の底を通る
ように、各鉄心ブロックにそれぞれ巻かれて機外に端子
が引き出される。各磁束検出コイル（４）は合成される
と互いに差し引かれるように交互に極性を逆にして結線
される。また、合成された電圧Ｖがある設定範囲を越え
ると警報を発する警報装置を備える。

【００１３】以上のような構成により、次のような原理
で固定子鉄心の異常が検知される。すなわち、図２に示
すように、固定子鉄心（１）が正常な時には磁束は各鉄
心ブロック（２ａ）、（２ｂ）、（２ｃ）、（２ｄ）に
一様に流れる。各鉄心ブロックには、積み厚が全て同じ
とした構成の場合、同じ磁束量Φが流れ、各磁束検出コ
イルの誘起電圧の大きさは同じＶ₁となり次の値とな
る。Ｖａ＝Ｖ₁，Ｖｂ＝−Ｖ₁，Ｖｃ＝Ｖ₁，Ｖｄ＝−Ｖ₁ 従って合成された電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ＝Ｖ₁−Ｖ₁＋Ｖ₁−Ｖ₁＝０となる。実際には組立上の誤差から、必ずしも０になる
とは限らないが、ブロック１個の電圧Ｖ₁に比べれば非
常に小さく、実質的に０とみなすことができる。このよ
うに固定子鉄心（１）が正常な場合には合成電圧の値は
０となる。一方、何らかの原因で鉄心ブロック（２ｄ）
の内周面で、抜板間に第２の短絡（10）が生じた場合の
各磁束検出コイルの電圧を図３に示す。

【００１４】ここで、健全な鉄心ブロック（２ａ）、
（２ｂ）、（２ｃ）の各磁束量は、鉄心ブロック（２
ｄ）での第２の短絡（10）の有無にかかわらず一定のΦ
とし、また第２の短絡（10）は鉄心ブロック（２ｄ）の
全積み厚に渡るものとする。

【００１５】このような場合、鉄心ブロック（２ｄ）内
には短絡電流（11）が流れ、その反作用起磁力は短絡前
に流れていた磁束Φを打ち消すように働き、各磁束検出
コイルの電圧は次の値となる。Ｖａ＝Ｖ₁，Ｖｂ＝−Ｖ₁，Ｖｃ＝Ｖ₁，Ｖｄ＝０従って合成された電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ＝Ｖ₁−Ｖ₁＋Ｖ₁＋０＝Ｖ₁ となる。

【００１６】このように、合成電圧は鉄心ブロック間で
互いに差し引きされてもともと低い値なので、ある鉄心
ブロックで第２の短絡が起こると、合成電圧は相対的に
大きく変化する。

【００１７】以上説明したように、第２の短絡（10）が
ないかまたはその程度が微小なものから、鉄心の１ブロ
ック全体へと進展するにつれ合成電圧は０からＶ₁へと
大きくなっていく。変化率でみれば、もともと合成電圧
は低い値であり、異常のある鉄心ブロックの磁束検出コ
イルの電圧の変化率そのものが合成電圧に100 ％現れ感
度が高い。

【００１８】これと対照的に、仮に全ての四つの鉄心ブ
ロックをまとめて囲む一つの磁束検出コイルを設けた場
合には、一つのブロック分の誘起電圧Ｖ₁が０になった
時、磁束検出コイルの合成電圧は４×Ｖ₁から３×Ｖ₁
へと変化するが、変化率は25％と小さい。大形の回転電
機になれば、例えばタービン発電機の場合には、鉄心ブ
ロック数は100 程度あるため、一つのブロック分の誘起
電圧Ｖ₁が０になっても磁束検出コイルの合成電圧の変
化率は１％程度と小さく感度は悪い。また、一つのブロ
ック分の誘起電圧Ｖ₁は通常10Ｖ程度であるが、100 ブ
ロック分では1000Ｖ程度と高電圧となるため、磁束検出
コイルは大きな絶縁耐力を有するものが必要となり、そ
のような磁束検出コイルを鉄心に巻くことは困難である
とともに、万一これが絶縁破壊すれば大きな事故を引き
起こし信頼性に劣る。また計測装置も特別なものが必要
で高価となる。

【００１９】これにひきかえ、本発明の場合、各磁束検
出コイルの合成電圧は高くてもＶ₁程度であり、大きな
絶縁耐力を必要としないので磁束検出コイルを鉄心に巻
くことは容易であり、特別な計測装置は不要である。

【００２０】また検出感度が高いので、第２の短絡の程
度が微小なうちに早期に検知できる。さらに、各磁束検
出コイルの合成電圧を監視し、それが設定値を越えると
警報を出力する警報装置（７）を備えることにより、固
定子鉄心の異常を検知することが容易となる。このよう
に異常が検知されると、次に各磁束検出コイルの電圧を
測定することにより、軸方向のどの鉄心ブロックに異常
があるか検知できるので異常部位の点検が容易となる。
本実施例では、一つの鉄心ブロックごとに一つの磁束検
出コイルを巻いたが、適当な複数個の鉄心ブロックをま
とめて一つの磁束検出コイルを巻いてもよい。

【００２１】図４は本発明の他の実施例で、鉄心ブロッ
ク数が奇数の５個であり、また各鉄心ブロックの積み厚
が一部異なっている場合の磁束検出コイルの巻き方を示
す。つまり通常鉄心の構造は、軸方向の中心線に対して
対称とするので、対称の位置にある一対の鉄心ブロック
に巻かれた磁束検出コイルの極性を逆に接続した例であ
る。この場合、鉄心が正常な時の各磁束検出コイルの電
圧を、Ｖａ＝−Ｖｅ＝Ｖ₁，Ｖｃ＝−Ｖｂ＝Ｖｄ＝Ｖ₂ とすると、合成電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＋Ｖｄ＋Ｖｅ＝Ｖ₂ となる。ここで鉄心ブロック（２ｃ）の全積み厚に渡っ
て短絡が起こると、Ｖｃ＝０となり、合成電圧ＶはＶ＝
Ｖ₂からＶ＝０へと変化する。これ以降の作用、効果に
ついては、前述の実施例と同様である。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
運転中の固定子鉄心の異常を感度良く早期に検出し、ま
た軸方向の異常の位置を検知することができる。信頼性
の高い固定子鉄心異常検出装置を提供することが可能と
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の検出装置の一実施例を示す概略構成
図。

【図２】固定子鉄心が正常時の、本発明の検出装置の動
作を示す図。

【図３】固定子鉄心が異常時の、本発明の検出装置の動
作を示す図。

【図４】本発明の検出装置の他の実施例を示す図。

【図５】固定子鉄心抜板間の短絡回路の形成を示す図。

【符号の説明】

１…固定子鉄心２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…鉄心ブロック３…通風ダクト４…磁束検出コイル５…固定子コイル６…固定子スロット７…警報装置８…キーバー９…第１の短絡 10…第２の短絡 11…短絡電流 12…抜板 14…短絡回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に絶縁被膜を有する抜板を積層して
成り、冷却用の通風ダクトを有する固定子鉄心におい
て、通風ダクトで分割される複数個の鉄心ブロックに、
通風ダクトを通り各鉄心ブロックを囲む磁束検出コイル
を配置するとともに、各磁束検出コイルの誘起電圧の合
成電圧が互いに差し引きされるように各検出コイルを結
線したことを特徴とする固定子鉄心異常検出装置。
【請求項２】各磁束検出コイルの合成電圧の変化分が
設定値を越えたとき警報を出す警報装置を備えたことを
特徴とする請求項１に記載の固定子鉄心異常検出装置。