JP3995553B2 - 発電機用保護監視装置およびこのような保護監視装置の使用方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力を作り出す発電機の技術分野に関する。特に請求項１の前段の段落で請求されているとおり、発電機用保護監視装置およびこのような保護監視装置の使用方法に関する。
【０００２】
このような形式の保護監視装置は、例えば欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書により周知である。
【０００３】
【従来の技術】
はじめに述べた欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書および次のドイツ特許出願公開第１９７４２６２２号明細書に記述されているとおり、軸電圧および軸電流は、種々の理由により一般にはタービン機器の一部である発電機の発電機軸に発生し、その周波数スペクトラムは、直流から発電機の回転数、構成法（極対数）、発電機励磁方式の周波数に関係する周波数までに及ぶ。軸電圧および軸電流は、発電機の種々の構成機器にとっては危険であり、それらが許容限度に低減されなかったり、保護手段がとられなかった場合には、発電機に障害を与える可能性がある。このため、過去においては、例えば発電機の非駆動端に絶縁用間隙を入れたり、駆動端でブラシまたは銅片を使って発電機軸を大地電位に接続することなどの特別な予防措置をとっていた。高周波電圧を制御した形で接地するために、非駆動端の発電機軸をすり接点（sliding contact）を使ってコンデンサ経由で大地と交流結合することも提案されている。
【０００４】
しかし、軸電圧と軸電流は、軸回転と軸接地の動作の信頼性とサービス性を監視するためにも利用されている。はじめに述べた欧州特許出願２７１６７８号明細書は、発電機の非駆動端で放電コンデンサに並列に抵抗を入れて電流路を作り、この通路を通る電流の機器に特有の周波数成分を評価する監視評価回路について記述している。ＲＣの組合せは、軸と大地電位間に信頼性のある接続を提供し、静電気のほか低周波電流と比較的高周波の電圧を、例えば軸の軸受にとって危険でないレベルに低減する。抵抗を並列に入れることにより、駆動端に抵抗接地が必要でないようにすることさえできる。
【０００５】
他の提案（ドイツ特許出願公開第１９７４２６２２号明細書）は、駆動端で発電機軸の接地通路を流れる軸電流を測定し、軸電流の原因を突き止めることができる軸電流の波形または周波数を特定することから成る。
【０００６】
高電流と高電圧の両方が接地通路に発生する可能性があり、これに対応しなければならない。欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書は、過大な高電流を切断するために直列に接続したヒューズを提案している。しかし、発電機軸が低インピーダンスの高電圧源と接触した場合に発生するような過大な高電圧に対する予防措置はとられていない。
【０００７】
ドイツ特許出願公開第１９７４２６２２号明細書では、過大な高電流と過大な高電圧のどちらに対する予防措置が何もとられていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の課題は、このように、前記対策の欠点を克服し、同時に設計が容易で多方面に利用できるとともに、発電機軸の過電圧に対して保護する発電機軸用保護監視装置を提供することのほか、この保護監視装置の有利な使用方法を規定することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１と９の特徴全体により達成される。この発明の要旨は、発電機軸に過電圧が発生した場合にＲＣ並列回路を橋絡し、すなわちＲＣ並列回路を確実にショートし、このようにして装置で降下する電圧を耐えられるレベルにまで低減する、少なくとも一つの手段を提供することである。
【００１０】
この発明の最初の好適な実施例では、測定抵抗を、並列回路と大地接点との間において並列回路に直列に接続し、測定抵抗と並列回路により構成される直列回路を橋絡するための手段により橋絡することができる。これにより、大地に向かって流れる軸電流を簡単に測定することが可能となり、その時に発生する時間推移とともに周波数を評価し、軸接地を監視できるようになった。
【００１１】
この発明の二番目の実施例では、過大な電流に対する保護を実現するため、有利には、並列回路と接触器間において並列回路に直列にヒューズを入れ、そして直列回路を測定抵抗で構成し、並列回路とヒューズを橋絡するための手段で橋絡することができる。この場合、ヒューズが約２アンペアの定格値を持つと有利であることが証明されている。
【００１２】
ヒューズが切れた後でもまだ静電気を発電機軸から大地に逃がすために、この発明の別の実施例では、高抵抗をヒューズに並列に接続するのが目的に適っている。
【００１３】
橋絡するための手段を、制御可能な開閉素子、特に保護監視装置を通った時に降下する電圧が約３２ボルトを超えた場合に希望通り閉じるトライアックで構成する場合、この過電圧保護は、特に安全であり、少ない保守で済む。
【００１４】
一つの望ましい利用方法では、保護監視装置を通った時に降下する電圧が予め定めた値を超える場合に、橋絡するための手段が閉じることによりその降下電圧を制限することが特徴である。
【００１５】
特に、保護監視装置を通った時に降下する電圧および／または保護監視装置を流れる電流を測定し、その時に発生する波形および周波数分布を評価するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図と合わせて模範実施例を参照し、この発明をより詳しく説明する。
【００１７】
【実施例】
図１は、この発明の二つの望ましい模範実施例にもとづく、駆動端と非駆動端に配置された保護監視装置を有するタービン機器の非常に簡略化した構成図を示す。タービン機器１０は、タービン軸１４上に配置されたタービン１１を有する。タービン軸１４は、回転可能なように二つの軸受１２と１３で支持されている。タービン機器１０は、また発電機軸１９を有する発電機１６を有する。発電機軸１９は、駆動端ＤＥ（図１の左側）においてクラッチ１５を介してタービン軸１４に接続され、連続的なシャフトの動きが形成されている。発電機軸１９は、駆動端ＤＥおよび非駆動端ＮＤＥの両方において、回転可能なようにそれぞれ軸受１７または１８で支持されている。非駆動端の軸受は、一般には欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書の図１およびドイツ特許出願公開第１９７４２６２２号明細書に示されているとおり、大地とは絶縁されている。
【００１８】
図１に示すタービン機器１０には、発電機軸１９が保護監視装置にどのように配備されているかに関する二つの例が示されている。一つの例では、保護監視装置２３は軸受１８と発電機１６の間の非駆動端ＮＤＥに配置され、一端を銅の網のような接触器２４を介して発電機軸１９に電気的にすり接触され、他端を接地点２５に接続されている。基本的には、この保護監視装置２３は、欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書にも記述されているとおり、並列のコンデンサと抵抗により構成されるＲＣ並列回路を有する。さらに、図１には示されていないが、ＲＣ並列回路と直列に繋がる測定抵抗も配備することができる。本質的な特徴はトライアックであり、これが閉じた時にＲＣ並列回路が橋絡され、こうすることにより発電機軸１９に発生する高電圧を安全なものにしている。
【００１９】
他の例としては、発電機軸１９の駆動端ＤＥの軸受１７と発電機１６の間に保護監視装置２０を配置するものである。この場合も同様に、軸側は、銅の網のような（すり接触式）接触器２１を介して接続され、装置の他方の側が接地点２２に接続されている。駆動端側の保護監視装置２０は、その回路図が図２のＢ）にさらに詳細に示されているとおり、同様に、接触器２１と接地点２２の間に配置された、抵抗２６とコンデンサ２７から構成されるＲＣ並列回路を有する。例えば、測定抵抗３０を接地側に直列に、ヒューズ２９をシャフト側に直列に接続し、電圧制限用に約１ボルトの降伏電圧を持つダイオード対３４をＲＣ並列回路２６、２７に並列に接続する（例では、２アンペア／２５０ボルトで緩動動作する）。ヒューズ２９は抵抗２８（比較的高い抵抗値）と並列に接続されている。トライアック３１は、測定抵抗３０、ＲＣ並列回路２６，２７、ダイオード対３４、並列回路２８，２９から構成される直列回路に並列に接続され、閉じた時にこの直列回路を橋絡する。これは、発電機軸１９が低インピーダンス、高電圧の電源（例えば、電源供給装置用電圧）に接続される場合に用いられる。トライアック３１は、例えば回路の電圧が３２ボルトを超える場合に閉じ、全回路をショートする。閉じた後、発電機軸と接地間の電圧は、高電流が流れている場合でも約２ボルトに制限される。
【００２０】
保護監視装置２０の個々の回路部品は、一つのモジュールに収容される（図２のＢ）の破線で示した部分）。ヒューズ２９は、交換できるようにモジュールの外に配置される。モジュールは、多心接続ケーブル３２を介して、相互に動作するように設計された監視または診断装置への統合接続プラグ３３に接続することができる。この場合、接点１と２は同軸ケーブルの一部であり、これらを介して測定抵抗３０を通った時に降下する電圧を、それに対応する測定電流として保護監視装置２０が測定することができる。接点３は、接地点２２に直接接続するために使われる。接点６により、発電機軸１９の電圧を直接測定でき、接点５により回路内の通常電圧を測定できる。
【００２１】
発電機軸１９の駆動端の保護監視装置２０は、一般的には発電機１６の安全な運転を保証するためにあり、特に発電機軸１９の接地に金属の網が利用される場合に使用される。それは、特に、以下の目的のために使用される。
（１）大きな軸電流により起こる障害の危険を最小限にするための保護装置として使用される。通常の運転では、接地により発電機軸を容易に低い電位に保てるので、装置（モジュール２０）には電流は流れない。しかし、この軸が接触器２１と金属の網に並列に第二の接地を持つ場合には、モジュールには電流が流れる。この電流が過大である場合、直ちにヒューズ２９が切れ、電流が並列抵抗２８により制限される。
（２）モジュール内の抵抗を通った時に降下する電圧が過大である場合、電圧リミッターとして使用される。この場合、トライアック３１が閉じる（上記参照）。
（３）発電機軸の静電気を逃がすために使用される。抵抗２８があるため、ヒューズ２９が切れた場合でもこのことが可能である。
（４）励磁装置によって発生し、発電機軸と回転子の巻線間の容量により容量的に入り込んでくる電圧パルスをショートするために使用される（この意味においては、欧州特許出願公開第２７１６７８号明細書も参照）。
（５）発電機の監視または定期オンライン測定用電流および電圧センサーとして使用される。
（６）非駆動軸において、大地と絶縁されている軸受１８における絶縁不良を検出するために使用される。
（７）駆動端において滑走する発電機軸１９に関連する、またはタービン１０を含む軸の回転に関する過程を検出するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の二つの望ましい模範実施例にもとづく、駆動端と非駆動端の両方に配置された保護監視装置を有するタービン機器の非常に簡略化した構成図、
【図２】 図１の駆動端に配置された保護監視装置の概略回路図Ｂ）と統合接続プラグの配線図Ａ）。
【符号の説明】
１０ タービン機器
１１ タービン
１２，１３ （タービン軸の）軸受
１４ タービン軸
１５ クラッチ
１６ 発電機
１７，１８ （発電機の）軸受
１９ 発電機軸
２０，２３ 保護監視装置（モジュール）
２１，２４ 接触器（例えば、銅の網）
２２，２５ 接地点
２６，２８ 抵抗
２９ ヒューズ
３０ 測定抵抗
３１ トライアック
３２ 接続ケーブル
３３ 接続プラグ
３４ 互いに逆向きにして並列に接続したダイオード（ダイオード対）
ＤＥ 駆動端
ＮＤＥ 非駆動端

Claims (11)

1. 電力を発生する発電機（１６）の発電機軸（１９）における軸電流および軸電圧を監視および低減するための保護監視装置（２０，２３）が、発電機軸（１９）に接触している接触器（２１，２４）と接地点（２２，２５）の間に接続され、抵抗（２６）とコンデンサ（２７）から構成される並列回路を有し、この並列回路（２６，２７）の一端が接触器（２１，２４）に接続され、他端が接地点（２２，２５）に接続されている保護監視装置（２０，２３）において、過電圧が発生した場合にこの並列回路（２６，２７）を橋絡するための手段（３１）を備えていることを特徴とする保護監視装置（２０，２３）。
2. 並列回路（２６，２７）と接地点（２２，２５）の間に測定抵抗（３０）が並列回路（２６，２７）と直列に接続されていること、ならびに測定抵抗（３０）と並列回路（２６，２７）から構成される直列回路を橋絡するための手段（３１）により橋絡できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の保護監視装置。
3. ヒューズ（２９）が並列回路（２６，２７）と接触器（２１，２４）の間に並列回路（２６，２７）と直列に接続されていること、ならびに測定抵抗（３０）、並列回路（２６，２７）、ヒューズ（２９）から構成される直列回路を橋絡するための手段（３１）により橋絡できるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の保護監視装置。
4. ダイオード対（３４）が並列回路（２６，２７）と並列に接続されていること、ならびに測定抵抗（３０）、並列回路（２６，２７，３４）、ヒューズ（２９）から構成される直列回路を橋絡するための手段（３１）により橋絡できるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の保護監視装置。
5. ヒューズ（２９）の定格値が約２アンペアであることを特徴とする請求項３に記載の保護監視装置。
6. ヒューズ（２９）が抵抗値の高い抵抗（２８）と並列に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の保護監視装置。
7. 橋絡するための手段が制御可能な開閉素子、望ましくはトライアック（３１）を有することを特徴とする請求項１から６までの一つに記載の保護監視装置。
8. 制御可能な開閉素子またはトライアック（３１）が、保護監視装置（２０，２３）を通った時に降下する電圧が約３２ボルトを超える場合に閉じることを特徴とする請求項７に記載の保護監視装置。
9. 駆動端（ＤＥ）と非駆動端（ＮＤＥ) を有する発電機（１６）を保護ならびに監視するための保護監視装置（２０）の使用方法であって、保護監視装置（２０）が駆動端（ＤＥ）に配備されていることを特徴とする請求項１から８までの一つに記載の保護監視装置（２０）の使用方法。
10. 保護監視装置（２０）を通った時に降下する電圧が予め定めた値を超えた場合に、橋絡するための手段（３１）が閉じることによりその降下電圧を制限することを特徴とする請求項９に記載の使用方法。
11. 保護監視装置（２０）を通った時に降下する電圧および／または保護監視装置（２０）を流れる電流が測定され、その時に発生する波形および周波数分布が評価されることを特徴とする請求項９または１０の一つに記載の使用方法。

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