JP5673499B2 - 液体抵抗器の劣化診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、液体抵抗器の劣化診断装置に係り、特に、巻線形電動機起動用の液体抵抗器の電極劣化を診断するのに好適な液体抵抗器の劣化診断装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、巻線形誘導電動機及びその起動電流を抑制するために用いられる液体抵抗器が知られている。巻線形誘導電動機の起動について図４を参照して説明する。巻線形誘導電動機１０の一次回路１４には、三相交流電源１６から電力が供給される。巻線形誘導電動機１０の二次回路２４には、液体抵抗器１２が接続されており、固定電極と可動電極との電極間距離を最大位置（抵抗値が大きい）から最小位置（抵抗値が小さい）まで徐々に縮めると共に巻線形誘導電動機１０を加速させる。最小位置まで変位させて抵抗値を下げた後、二次回路を短絡させることで、電動機短絡環への切り替え時の過電流の発生を抑制する。

また、特許文献２には、液体抵抗器に印加する交流定電圧電源を有する回路と、その回路を開閉する電磁接触器と、回路電流を検出する変流器と、変流器の二次電流を適当な値に変換する電流変換器とを備え、検出された電流値から液体抵抗器の抵抗値を求める装置が開示されている。

特開２０００−２５３６８４号公報 特開平６−２０９５９３号公報

液体抵抗器の電極は電解水の中にあることから、経年劣化による電極の酸化が発生する。電極の酸化によって液体抵抗の抵抗値が大きくなるため、電極間距離を最小にしたときの抵抗値も想定値よりも大きくなる。そのため、電極が劣化した状態で液体抵抗から電動機短絡環への切り替えを実施すると、切り替え時に過電流を引き起こす可能性がある。

そこで、液体抵抗器の劣化を診断できることが求められる。特に、機器を分解することなく診断できることが望まれる。このような課題に対し、上述の特許文献２の手法を用いることも考えられるが、液体抵抗器に抵抗器の本来機能以外の不必要な回路や機器を取り付けることとなり、また、液体抵抗器の抵抗値を求めるためだけに、これらの回路や機器を加えることはコスト面で望ましくない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、液体抵抗器の劣化を、機器を分解することなく診断することのできる液体抵抗器の劣化診断装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の目的を達成するため、液体抵抗器の劣化診断装置であって、
巻線形誘導電動機の速度を検出する速度センサと、
前記巻線形誘導電動機の二次回路に接続され、前記巻線形誘導電動機の起動に際し、電極間距離を徐々に縮めることによりその抵抗値を下げる液体抵抗器と、
前記電極間距離が最小となったときに前記速度センサにより検出される電動機速度が、速度基準値を下回るか否かを判定する電動機速度判定手段と、
前記電動機速度が前記速度基準値を下回る場合に、アラーム信号を出力するアラーム信号出力手段と、
前記巻線形誘導電動機の一次回路に接続された過電流リレーと、を備え、
前記速度基準値は、前記過電流リレーが動作する過渡電流が生じうる電動機速度よりも高く設定されていることを特徴とする。

この発明によれば、電極間距離が最小になった時の電動機速度を監視することによって、機器を分解することなく液体抵抗器の劣化を診断することができる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。 起動時における巻線形誘導電動機１０の速度−電流特性を示す図である。 本発明の実施の形態１において、制御盤５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 従来の巻線形誘導電動機と液体抵抗器の配線図を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための構成図である。図１に示すシステムは巻線形誘導電動機１０と液体抵抗器１２を備えている。巻線形誘導電動機１０の一次回路１４には、三相交流電源１６が接続されている。三相交流電源１６と巻線形誘導電動機１０との間には、変流器（ＣＴ）１８が設けられている。変流器１８には、過電流（ＯＣ）リレー２０が接続されている。過電流リレー２０は、変流器１８により検出される電流が設定値（過電流検出レベル）以上である場合に動作する。三相交流電源１６、変流器１８、過電流リレー２０は、上位側高圧盤に設けられている。

巻線形誘導電動機１０のシャフト近傍には、電動機の速度（単位時間当たりの回転数）を検出する速度センサ（パルスジェネレータ）２２が設けられている。また、巻線形誘導電動機１０の二次回路２４には、短絡スイッチを有する短絡装置２６が接続されている。また、二次回路２４は、接触子２８及びブラシ３０を介して液体抵抗器１２に接続されている。ブラシ３０には、ブラシ３０を接触子２８に接触した状態から所定位置まで引き上げて離すためのモータ３２が接続されている。モータ３２には、これに電力を供給する電源装置３４が接続されている。

液体抵抗器１２には、ブラシ３０に接続された電極３６が電解水中に設けられている。電極３６は固定電極と可動電極とを備えている。可動電極には、その位置を変化させて固定電極と可動電極との電極間距離を変更するモータ３８が接続されている。モータ３８には、これに電力を供給する電源装置４０が接続されている。

本実施形態のシステムは、制御盤５０を備えている。例えば二次制御盤（ＳＣＰ：セカンダリコントロールパネル）が用いられる。制御盤５０には、前述の速度センサ２２、短絡装置２６、電源装置３４、電源装置４０等の他、各種センサ及び装置が接続されている。制御盤５０は、各センサの出力に基づき所定のプログラムに従って各装置を作動させることにより、巻線形誘導電動機１０や液体抵抗器１２を制御する。

例えば、巻線形誘導電動機１０の起動の際には、液体抵抗器１２の電極間距離が最大位置に設定され、抵抗値を最大とした状態で、三相交流電源１６から電力が供給される。液体抵抗器１２の電解液（抵抗）を使用することで、電動機起動時の大電流発生を抑制するものである。制御盤５０は、液体抵抗器１２で起動電流を抑制した後、電極間距離を最大位置から最小位置まで徐々に縮めると共に巻線形誘導電動機１０を加速させる。その後、ブラシ３０を引き上げ、短絡装置２６により短絡させて電動機短絡環への切り替えを完了させる。最小位置まで変位させて抵抗値を下げた後、二次回路を短絡させることで過電流検出レベルを越えるような電流の発生を抑制している。

（起動時の電動機速度と電流との関係）
次に、電動機短絡環への切り替え時に生じる過渡電流について説明する。図２は、起動時における巻線形誘導電動機１０の速度−電流特性を示す図である。図２の一点鎖線６０は、上述した過電流リレー２０が動作する過電流検出レベルを表している。また、図２の電動機運転点における電流値は定格電流に対応している。

実線６２は、液体抵抗器１２の電極正常時における起動電流を示している。上述したように液体抵抗器１２の電極間距離を徐々に縮め、最小となった後に切り替えを実施しているので、切り替え時に過渡電流は流れるが、それが過電流検出レベルを越えることはない（点６４）。

しかしながら、液体抵抗器１２の電極３６は電解水の中にあるため、経年劣化による電極の酸化が発生する。電極の劣化時には、電極間距離の最小時における抵抗値（一点鎖線６６）が正常時の抵抗値（一点鎖線６８）よりも大きな値となる。この状態で液体抵抗から電動機短絡環への切り替えを実施すると、切り替え時に過渡電流が過電流検出レベルを超えてしまう（点７０）。この場合、上位側高圧盤の過電流リレー２０が動作し、三相交流電源１６からの電力供給が停止され、巻線形誘導電動機１０の起動は失敗することとなる。

［実施の形態１における特徴的処理］
そのため、液体抵抗器１２の電極劣化を判断することが必要となる。上述のとおり、電極間が最小となった時に、想定より大きな電流が流れることが問題であるため、そのときの電流値を検出することも考えられるが、それは回路構成上、コスト上難しい。そこで、液体抵抗器１２に、特殊な回路や装置を設けたり分解したりすることなく、メンテナンスの必要性を外部から診断できることが望まれる。そこで、本発明では、電極間距離を最小にしたときの電動機速度に着目して、液体抵抗器１２の電極劣化を診断することとした。

図２に示すように電動機速度と電流値には密接な関係がある。具体的には、電極劣化時の点７０における電動機速度ａは、電極正常時の点６４における電動機速度ｃに比して遅く、電動機速度ｂを下回ると過渡電流が過電流検出レベルを越えることとなる。そこで、本発明では、電動機速度ｂからｃまでの間で速度基準値を設定し、電極間距離が最小となったときの電動機速度が速度基準値を下回る場合には、液体抵抗器１２の電極に劣化が生じていると判断することとした。

図３は、上述の動作を実現するために、制御盤５０が実行する電極酸化発生有無確認ルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、巻線形誘導電動機１０の起動が開始される。具体的には、液体抵抗器１２の電極間距離を最大とした状態において、三相交流電源１６から電力が供給される。

その後、モータ３８は、電源装置４０からの電力供給を受けて電極３６の可動電極を固定電極に向けて徐々に近づける。電極間距離が徐々に狭まるにつれて、抵抗値が低下すると共に巻線形誘導電動機１０が加速する（ステップＳ１１０）。電極間距離が最小となった場合における電動機速度が速度センサ２２により検出され、その信号は制御盤５０に送られる（ステップＳ１２０）。

ステップＳ１３０において、電動機速度が速度基準値以上であるか否かが判定される。速度基準値は、図２の電動機速度ｂからｃまでの間の所定速度に設定されている。すなわち、速度基準値は、電極正常時において短絡時の過渡電流が過電流検出レベルに達しない所定速度に設定される。過電流検出レベルは、過電流リレーが動作する電流値であり、上位側高圧盤の仕様により決定される。

電動機速度が速度基準値以上である場合には、制御盤５０は、モータ３２にブラシ３０を所定位置まで引き上げさせるため電源装置３４に電力を供給する。さらに、短絡装置２６の短絡スイッチを入れて二次回路２４を短絡させ電動機短絡環への切り替えを完了させる（ステップＳ１４０）。

一方、電動機速度が速度基準値を下回る場合には、アラーム信号（ＡＮＮ）が出力される（ステップＳ１５０）。例えば、制御盤５０に設けられた警告ランプを点灯したり、上位側高圧盤の中央制御盤にアラーム信号を送信したりする。アラーム信号が出力された後は、ステップＳ１４０の処理を実行し電動機の起動を完了させる。速度基準値が過電流検出レベルに相当する電動機速度ｂよりも高く設定されているため、速度基準値を下回る場合であっても過電流リレーを動作させずに巻線形誘導電動機１０の起動を完了させうる。この場合、巻線形誘導電動機１０を稼働させた状態で、切り離された液体抵抗器１２のメンテナンスを実施することができる。

以上説明したように、図３に示すルーチンによれば、電極間距離が最小となったときの電動機速度が速度基準値以上であるか否かの判定を行い、速度基準値を下回る場合には液体抵抗器１２の電極が劣化していると判定することができる。このため、本発明によれば、機器を分解することなく電極の酸化発生の有無を判断し、電極及び電解液に対してメンテナンスが必要であるかの要否を診断することができる。

また、速度基準値が、過電流検出レベルに相当する電動機速度よりも高く設定されていることにより、過電流リレーが動作してしまうほど劣化する前に、アラーム信号を出力でき、巻線形誘導電動機１０を稼働させた状態で、切り離された液体抵抗器１２のメンテナンスを実施することで、次回の起動に備えることが可能となる。

１０ 巻線形誘導電動機
１２ 液体抵抗器
１４ 一次回路
１６ 三相交流電源
１８ 変流器
２０ 過電流リレー
２２ 速度センサ（パルスジェネレータ）
２４ 二次回路
２６ 短絡装置
２８ 接触子
３０ ブラシ
３２、３８ モータ
３４、４０ 電源装置
３６ 電極
５０ 制御盤

Claims (1)

1. 巻線形誘導電動機の速度を検出する速度センサと、
   前記巻線形誘導電動機の二次回路に接続され、前記巻線形誘導電動機の起動に際し、電極間距離を徐々に縮めることによりその抵抗値を下げる液体抵抗器と、
   前記電極間距離が最小となったときに前記速度センサにより検出される電動機速度が、速度基準値を下回るか否かを判定する電動機速度判定手段と、
   前記電動機速度が前記速度基準値を下回る場合に、アラーム信号を出力するアラーム信号出力手段と、
   前記巻線形誘導電動機の一次回路に接続された過電流リレーと、を備え、
   前記速度基準値は、前記過電流リレーが動作する過渡電流が生じうる電動機速度よりも高く設定されていること、
   を特徴とする液体抵抗器の劣化診断装置。

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