JP3590389B2 - 電機機器のための巻線レアショート監視装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、昇降機用駆動モータや空調用圧縮機モータ等の回転機、変圧器、あるいはリアクトル等の電気機器のコイル巻線内で発生するレアショートを常時監視する電機機器のための巻線レアショート監視装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4には昇降機用駆動モータや空調用圧縮機モータ等の絶縁状況を診断する、従来のこの種の検査方法を示す。図において、1は診断対象である巻線を含む電気機器であるモータMであり、2はモータ1に三相交流電圧を供給する電源線、3は三相交流電圧を開閉するブレーカMCCBあるいは電磁接触器MCからなる開閉器であって、この開閉制御された電圧がモータ1の端子盤4に給電されることによって、モータ1の運転が制御されている。
【0003】
モータの経年的な絶縁劣化を診断する場合、従来、最も多用されている方法は、図4の電源線2に設けられた開閉器3を開放して、モータを一旦停止して電源から解列した後に、絶縁抵抗計(メガー)11のリード線12を開閉器3の二次側の一端子にクリップし、もう一つのリード線13をモータ1の架台5の接地線6にクリップする。
【0004】
その後、絶縁抵抗計11の電圧出力スイッチボタン(図示せず)を押して、その絶縁抵抗指示値を読み取った後に、スイッチボタンを解除して測定を終了する。絶縁劣化の進展の度合は測定された絶縁抵抗の大きさから評価する。
【0005】
図4には絶縁抵抗計11と併用して測定されるようになった、交流tanδ計21によって、tanδ絶縁特性データをを測定する方法も示されている。絶縁抵抗計11の場合と同様に、tanδ計21のリード線22、23をそれぞれ、開閉器3の二次側の一端子とモータ1の架台5の接地線6にクリップした後に、tanδ計23の測定スイッチ(図示せず)を押してtanδの値を測定する。
【0006】
tanδは交流に対する絶縁の指標であるが、原理的に局所的な絶縁劣化をも検出評価できるというメリットがあるので、最近では絶縁抵抗検査すなわちメガー検査を補完する検査方法として見直されている。
【0007】
上記のように、従来の絶縁抵抗計による絶縁検査方法およびtanδ計による絶縁検査方法は簡便な検査方法であるが、この方法はモータ巻線の絶縁の劣化が電路から解列された後も、不可逆的に残留している状態下では有効な検査手段であるが、モータ巻線の絶縁がまだ劣化の初期段階であって、モータが運転中にのみ、しかも間欠的に生起しているようなレアショートパルス放電の発生を検出できるものではなかった。
【0008】
すなわち、絶縁劣化の初期段階では運転中に発生する一時的な絶縁不良も、運転休止にすると可逆的に絶縁復帰してしまうので、従来の検査方法では捕らえられなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、昇降機用駆動モータ、空調用圧縮機モータ等の回転機、変圧器、あるいはリアクトル等の電気機器のコイル巻線が絶縁劣化すると、巻線内で局所的なレアショートを発生する。このレアショートは放置しておくと、これら電気機器の主絶縁部を損傷せしめ、ついには絶縁焼損事故を引き起こす。しかしながら従来のモータを一旦停止して電源から解列してから行う絶縁抵抗計による絶縁検査方法やtanδ計による絶縁検査方法では、このような局所的なレアショートの発生を捕らえることができなかったという課題があった。
【0010】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、予防保全の観点から、上記レアショートを常時監視し、その発生を予知する電機機器のための巻線レアショート監視装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、電機機器のための巻線レアショート監視装置であって、巻線を有する電機機器の電源線にクランプしてこれに発生するレアショートパルス電流を検出する零相変流器と、この零相変流器で検出されたレアショートパルス電流を抽出処理するパルス増幅ユニットと、このパルス増幅ユニットで処理されたパルスの大きさ及び発生頻度が共にそれぞれの所定のレベルを越えたことを判定するレベル設定ユニットと、このレベル設定ユニットの判定において設定レベルを超えた時に警報を発生する警報ユニットと、を備えたこと特徴とする電機機器のための巻線レアショート監視装置にある。
【0012】
また、上記零相変流器とパルス増幅ユニットの間にレアショートパルス電流を積分処理して放電電荷量パルスを得る積分回路を備え、上記パルス増幅ユニットが上記放電電荷量パルスを増幅させる増幅回路を含むことを特徴とする。
また、上記零相変流器と積分回路の間に、電気機器起動時の商用周波数の過大電流を抑制するためのアッテネータ及びバンドパスフィルタの少なくとも1つを備えたことを特徴とする。
【0013】
また、上記レベル設定ユニットが、上記パルス増幅ユニットでのパルスの大きさと発生頻度の組合わせによって段階分けされた複数の各故障段階の表示とそれぞれの累積カウントを表示する表示ランプと表示カウンタを含む表示部を設けたことを特徴とする。
【0014】
また、上記警報ユニットが、各故障段階のそれぞれに対応した接点信号を出力できる自己保持型の警報出力を発生することを特徴とする。
【0015】
また、上記レベル設定ユニットが、判定動作を上記電気機器の制御盤からの運転シーケンス信号に従って、電気機器起動、減速時は避けるようにしたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の一実施の形態による電機機器のための巻線レアショート監視装置の構成を示す図である。図1において1〜6は従来技術で示したものと同様なので説明を省略する。7は例えばエレベータの制御盤、8は制御盤7の出力側からモータ1の端子盤4に至る三相電源線、9は三相電源線8に一括してクランブされたレアショートパルスを検出する零相変流器(ZCT)である。
【0017】
30はレアショートを常時監視する監視部であって、零相変流器9からのレアショートパルス電流ioを常時入力し、監視対象のモータ1の巻線内部で部分的にレアショートが発生した時に警報信号sを発生する。31は検出されたレアショートパルス電流ioを増幅する増幅回路を含みパルス電流の抽出処理を行うパルス増幅ユニット、32は抽出処理されたパルスの大きさと発生頻度がそれぞれ予め設定されている所定のレベルを越えたことを判定する、レベルの設定およびこれに基づく判定を行うレベル設定ユニット、33はレアショートの発生を知らせる警報ユニット、sq、q、pは制御盤7、パルス増幅ユニット31、レベル設定ユニット32からの出力信号である。なおパルス電流の抽出処理のためにパルス増幅ユニット31の前段に零相変流器9からのレアショートパルス電流ioを積分する積分回路34を設けてもよい。
【0018】
また図2は図1の装置の各部の電圧や信号のタイムチャートを示す。51と52はモータ1の運転電圧vの波形の正サイクル波形と負サイクル波形をそれぞれ示す。図1の零相変流器9のレアショートパルスの検出結果に基づくレアショートパルス電流ioを例示すると、図2のio波形のようになる。53は正サイクルで発生したレアショートパルス電流であり、この場合は2つの正極性パルスが示されている。54は負サイクルで発生したレアショートパルス電流であり、この場合は負極性の1パルスが示されている。実際のケースでは、絶縁劣化の初期段階でのレアショートに起因する放電パルスの発生頻度は毎サイクルの持続性パルスパターンとはならず、歯抜け状の間欠性パルスパターンとなる。
【0019】
零相変流器9の電流出力ioの信号が図1の積分回路34さらにはパルス増幅ユニット31に入力されると、積分信号qが抽出信号として出力されるが、その波形を図2の波形qに示す。なお積分回路34はパルス増幅ユニット31に含まれていてもよい。55はレアショートパルス電流53の時間積分である放電電荷パルス、56はレアショートパルス電流54の負極性電流パルスの時間積分を極性反転した放電電荷パルスである。
【0020】
図1のルベル設定ユニット32では、放電電荷パルスである積分信号qをその大きさと発生頻度のAND条件でレベル設定比較し、この信号の大きさと発生頻度のAND条件はレアショートの発生を事前に予知するために適切に設定される。
【0021】
通常のモータ等の回転機では巻線表面は空気中に露出している、いわゆる気中絶縁であるが、この場合の表面汚損劣化等による表面放電は、その大きさが10nC程度までは放電プラズマ密度の低いグロー放電であって、巻線部の固体絶縁物にとって無害とされている。しかし、放電電荷が10〜100nC程度の大きさになると、放電プラズマ密度の高いストリーマ放電となり、その累積発生数が数万発になると、固体絶縁物の貫通破壊に至るような事態が引き起こされる。
【0022】
そこで上記のレベル設定値として実用的見地から、例えば次のようなレベルが選択される。
軽故障レベル:放電電荷10nC、発生頻度100発/10sec
重故障レベル:放電電荷100nC、発生頻度500発/10sec
【0023】
図1の警報ユニット33は、レベル設定ユニット32からの軽故障や重故障のAND条件の比較判定信号pによってそれぞれの故障レベル(レベル設定ユニット32は軽故障、重故障の2段階に限らず3段階以上の複数のランクに段階分けするものであってもよい)に応じた、例えば自己保持された表示ランプ信号や接点信号である警報信号sを出力することにより、エレベータの保守員が点検の際にその表示によって異常の有無を知ることができ、または接点信号を利用して遠隔監視によるオンラインの常時監視機能を発揮させ得る。
【0024】
上記のようにこの実施の形態によれば昇降機用駆動モータや空調用圧縮機モータ等のモータ巻線の絶縁が経年的な劣化の初期の段階で、モータが運転中にのみ、しかも間欠的に生起するようなレアショートパルス放電の発生を常時監視することができるので、レアショート事故の発生を予知することを可能とする監視装置を実現できる。
【0025】
実施の形態2.
また、上記実施の形態においては、パルス増幅ユニット31に入力されるレアショートパルス電流ioは、実際にはモータ1の運転中の商用周波数の漏れ電流が主体的な電流成分であって、レアショートパルス成分がこれに重畳した形態をとる。この商用周波の漏れ電流は通常は10mA程度以下であるので、レアショートパルス電流のみを抽出するために、図3に示すようにパルス増幅ユニット31の前段すなわち入力側にバンドパスフィルタ35を設けてもよい。周波数帯域波幅は例えば、15〜750kHzに選ばれる。
【0026】
またさらに、エレベータ等の昇降機用駆動モータは起動・停止の頻度が高く、その度に過大な起動電流に起因した数百mAの商用周波数の漏れ電流が流れることがある。この過渡的なAC電流が大きいと、バンドパスフィルタに続く積分・増幅回路の動作が不安定となって、レアショートパルスとは何の関係もない、監視装置内部でのゴースト的な寄生パルスを発生することがある。
【0027】
そこで、この実施の形態では図3に示すようにバンドパスフィルタ35の前段に信号レベルを減衰させる、例えば1/10〜1/100のアッテネータ36をさらに設置し、その後段の積分回路34、パルス増幅ユニット31の増幅回路を高増幅の設計とすることによって、上記の過大なAC電流のもとでも安定な漏れ電流の積分機能を発揮させ、従って実施の形態1の発明の効果をより実用的な領域にまで高めることを可能とした。
【0028】
実施の形態3.
また、実施の形態1の図1のに示すレベル設定ユニット32はレアショートの大きさである放電電荷と、その発生頻度の組み合わせによって軽故障および重故障の状況を認識する機能を持っている(3段階以上の複数のランクに段階分けするものとしてもよい)。この実施の形態3では図3に示すように、段階分けされた複数の各故障段階の表示とそれぞれの累積カウントを表示する表示ランプと表示カウンタ(カウンタ機能付)を含む表示部32aをレベル設定ユニット32に設け、保守員の定期的な巡視や、遠隔監視警報による臨時的な訪問巡視の際に、前回の巡視以降からの累積故障回数を知ることができる。従って、巡視員による対象モータの目視結果と、レアショート監視装置の累積カウントを合わせ勘案し、その後の運転継続の可否や、採るべき対策処置についての判断を支援する重要な材料を提供できる。
【0029】
実施の形態4.
また、図1、図3の運転シーケンス信号sqは、対象とするモータ1を運転制御する例えばエレベータの制御盤7からのモータ起動、安定運転・モータ制動、等の運転シーケンス信号である。モータ1の運転電流は、起動時や制動時には、安定運転時よりも過渡的、かつ過大な電流が流れるので、この運転シーケンス信号sqをレベル設定ユニット32に入力することによって、安定運転時のみの時間帯を選択し、その時間帯でレアショート監視を行うようにすることができる(モータ起動、減速あるいは制動時はレアショート監視を避ける)。実施の形態2ではアッテネータ36により、過大な起動電流が監視装置に悪影響をもたらすことが無いようにした効果を得たが、同様の効果がこの実施の形態4による安定運転時のみ、レベル設定値との比較演算動作をさせることによって得られる。
【0030】
なお、上記各実施の形態ではエレベータ等のための昇降機用駆動モータを対象に説明したが、この発明による監視装置は、空調用圧縮機モータを初め、一般産業用のプラントモータ、変圧器、リアクトル等の静止機器類のコイル巻線絶縁の監視へも適用可能であり、同様な効果が得られる。
【0031】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、電機機器のための巻線レアショート監視装置であって、巻線を有する電機機器の電源線にクランプしてこれに発生するレアショートパルス電流を検出する零相変流器と、この零相変流器で検出されたレアショートパルス電流を抽出処理するパルス増幅ユニットと、このパルス増幅ユニットで処理されたパルスの大きさと発生頻度が所定のレベルを越えたことを判定するレベル設定ユニットと、このレベル設定ユニットの判定において設定レベルを超えた時に警報を発生する警報ユニットと、を備えたこと特徴とする電機機器のための巻線レアショート監視装置としたので、巻線の絶縁が経年的な劣化の初期の段階で、モータが運転中にのみ、しかも間欠的に生起するようなレアショートパルス放電の発生を常時監視することができるので、レアショート事故の発生を予知することができる。
【0032】
また、上記パルス増幅ユニットがレアショートパルスを増幅させる増幅回路を含み、またこのパルス増幅ユニットの前段に、電気機器起動時の商用周波数の過大電流を抑制するためのアッテネータおよびバンドパスフィルタ、並びにレアショートパルス電流を積分処理する積分回路の少なくとも一つを備えたことを特徴とするので、過大なAC電流のもとでも上述の効果が得られ、さらに積分回路を設けた場合には安定な漏れ電流の積分機能を発揮させ、従って上述の効果をより実用的な領域にまで高めることができる。
【0033】
また、上記レベル設定ユニットが、上記パルス増幅ユニットでのレアショートパルスの大きさと発生頻度の組合わせによって段階分けされた複数の各故障段階の表示とそれぞれの累積カウントを表示する表示ランプと表示カウンタを含む表示部を設けたことを特徴としたので、巡視員による対象モータの目視結果と、レアショート監視装置の累積カウントを合わせ勘案し、その後の運転継続の可否や、採るべき対策処置についての判断を支援する重要な材料を提供できる。
【0034】
また、上記警報ユニットが、各故障段階のそれぞれに対応した接点信号を出力できる自己保持型の警報出力を発生することを特徴としたので、接点信号を利用して遠隔監視によるオンラインの常時監視機能を発揮させることができる。
【0035】
また、上記レベル設定ユニットが、判定動作を上記電気機器の制御盤からの運転シーケンス信号に従って、電気機器起動、減速時は避けるようにしたことを特徴としたので、安定運転時のみ、レベル設定値との比較演算動作をさせることにより、過大な起動電流が監視装置に悪影響をもたらすことが無いようにできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態による電機機器のための巻線レアショート監視装置の構成を示す図である。
【図2】図1の装置の動作を説明するための各部の電圧や信号のタイムチャートである。
【図3】この発明の別の実施の形態による電機機器のための巻線レアショート監視装置の構成を示す図である。
【図4】従来のこの種のモータ等の絶縁状況を診断する方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1 モータ、2 電源線、3 開閉器、4 端子盤、5 架台、6 接地線、7 制御盤、8 三相電源線、9 零相変流器(ZCT)、30 監視部、31 パルス増幅ユニット、32 レベル設定ユニット、32a 表示部、33 警報ユニット、34 積分回路、35 バンドパスフィルタ、36 アッテネータ。
Claims (6)
- 電機機器のための巻線レアショート監視装置であって、
巻線を有する電機機器の電源線にクランプしてこれに発生するレアショートパルス電流を検出する零相変流器と、
この零相変流器で検出されたレアショートパルス電流を抽出処理するパルス増幅ユニットと、
このパルス増幅ユニットで処理されたパルスの大きさ及び発生頻度が共にそれぞれの所定のレベルを越えたことを判定するレベル設定ユニットと、
このレベル設定ユニットの判定において設定レベルを超えた時に警報を発生する警報ユニットと、
を備えたこと特徴とする電機機器のための巻線レアショート監視装置。 - 上記零相変流器とパルス増幅ユニットの間にレアショートパルス電流を積分処理して放電電荷量パルスを得る積分回路を備え、上記パルス増幅ユニットが上記放電電荷量パルスを増幅させる増幅回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
- 上記零相変流器と積分回路の間に、電気機器起動時の商用周波数の過大電流を抑制するためのアッテネータ及びバンドパスフィルタの少なくとも1つを備えたことを特徴とする請求項2に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
- 上記レベル設定ユニットが、上記パルス増幅ユニットでのパルスの大きさと発生頻度の組合わせによって段階分けされた複数の各故障段階の表示とそれぞれの累積カウントを表示する表示ランプと表示カウンタを含む表示部を設けたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
- 上記警報ユニットが、各故障段階のそれぞれに対応した接点信号を出力できる自己保持型の警報出力を発生することを特徴とする請求項4に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
- 上記レベル設定ユニットが、判定動作を上記電気機器の制御盤からの運転シーケンス信号に従って、電気機器起動、減速時は避けるようにしたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
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