JPH02106149A - 回転軸能動接地装置を有する発電機 - Google Patents

回転軸能動接地装置を有する発電機

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JPH02106149A
JPH02106149A JP1149296A JP14929689A JPH02106149A JP H02106149 A JPH02106149 A JP H02106149A JP 1149296 A JP1149296 A JP 1149296A JP 14929689 A JP14929689 A JP 14929689A JP H02106149 A JPH02106149 A JP H02106149A
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rotating shaft
brush
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generator
ground
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JP1149296A
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Thomas A Lemak
トーマス・アンドリュー・レマック
Robert L Osborne
ロバート・リー・オズボーン
Michael Twerdochlib
マイケル・ツワードチリブ
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/14Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to occurrence of voltage on parts normally at earth potential

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転軸に摺動接触する電圧感知ブラシと電流
フィードバック・ブラシを備えた回転軸能動接地装置に
関し、更に詳細には、かかる回転軸能動接地装置におい
てブラシの耀り状態を検知し且つモニターする装置に関
する。
例えば、大型のタービン発電機のような回転電機におい
ては、回転軸がアースに接続された状態を受動的に確実
に維持することは不可能である、適当なアース接続がな
されないと1回転軸に破壊的な電圧が発生する可能性が
あり、この電圧により局部的な加熱が生じて回転軸の軸
受が故障することがある。これは回転軸が回転中高イン
ピーダンスの静電位発生器として働くからであると考え
られる。
かかる電圧の発生を防止するために、回転軸と接触して
軸の電圧を感知する感知ブラシと、同じく回転軸と接触
して回転軸上の静電荷を中性化する値の電流を注入する
フィードバックブラシとを備えた回転軸能動接地装置を
用いることが知られている。これらのブラシの間に接続
される回路はフィードバック電流を必要なレベルに維持
するように働く。この回路は回転軸の電圧の変動に応答
してフィードバック電流を変化させるように構成されて
いる。
かかる回転軸能動接地装置は実用上満足に動作するが、
フィードバックブラシが躍り状態になると回転軸の電圧
が一時的に潜在的に有害なレベルに増加し、フィードバ
ックブラシと回転軸表面の間の接触が一時的に失われる
場合がある。かかる場合、回転軸能動接地装置は有効に
動作しないため、回転軸の電圧が上昇する。大型のター
ビン発電機につき測定を行なったところ、回転軸の電圧
はブラシの躍りインターバル1.7■Sの間に50Vと
高い値に上昇することが解っている。
既存の装置では、かかるブラシ躍り状態を検知すること
が出来ず、かかる状態が繰返し発生すると最終的には発
電機が損傷を受けるおそれがある。
もしこの状態を確実に検知することが出来れば、重大な
損傷の発生前にブラシの交換あるいは調整のような補正
処置を取ることが出来るであろう。
かかる装置の動作時断続的に起こる可能性のあるもう1
つの状態は、回転軸がアース電位にある発電機の静止部
分と擦れ合うことである。この状態が発生すると回転軸
とアースの間に短絡電流が流れる。この状態により回転
軸の電圧は零に低下するため、フィードバック電流もそ
れに応じて零になる。この回転軸の擦れ合い状態は容易
に補正出来ないため、通常発電機の完全なオーバーホー
ルが必要となる。
しかしながら、ブラシの躍りは容易に補正可能であるた
め、これら2つの状態を判別出来ることが望ましい。
本発明は回転軸能動接地装置においてブラシの躍りの発
生を確実に検知する0本発明の実施例はかかる装置を備
えた発電機においてブラシの輩りとブラシの擦れ合いを
弁別出来る。本発明の実施例はかかる装置を備えた発電
機においてブラシの擦り合いを検知出来る。
本発明は、広義には、発電機の回転軸に結合されアース
に対する回転軸の電圧をモニターする回路手段と、該回
路手段に結合され回転軸に接触して回転軸の電圧を実質
的にアース電位に維持するよう調整された振幅および極
性の補償電流を回転軸へ導通させるブラシとを有する1
発電機の回転軸を実質的にアース電位に維持する回転軸
能動接地装置を備えた回転式発電機であって、前記回路
1段に結合されてアースに対する回転軸表面の電圧をモ
ニターし且つブラシと回転軸の間を澄れる1を流をモニ
ターしてブラシを流れる電流が実質的に零に等しくなる
と同時にアースに対する回転軸の電圧が所定の範囲を外
れるとブラシが躍り状態にある、即ち回転軸との接触が
失われた状態にあることを指示する故障信号を発生する
検知手段を設けてなることを特徴とする発電機に関する
本発明のEF要な特徴は、状態の指示が回転軸の電圧だ
けでなくフィードバック電流のレベルに応じて発生され
ることである。フィードバックブラシの鯉りと回転軸の
擦り合いは共にフィードバック電流を普通零か零に近い
値に低下させるためこの方式によるとこれら2つの状態
を容易に弁別出来る。
かくして、本発明の好ましい実施例によればフィードバ
ック電流の実質的な消滅とともに回転軸の電圧が上昇す
る時はブラシの躍りを指示する信号が発生され、一方フ
イードバック電流の消滅に回転軸の電圧の減少が付随す
る時はブラシの躍り警報信号は発生されずブラシの擦り
合いを指示する信号が発生される。
以下、惰行図面を参照して本発明を好ましい実施例につ
き詳細に説明する。
添付図面は1本発明の好ましい実施例のモニター回路を
備えた、発電機の動作時回転軸4をアース電位に維持す
る回転軸能動接地装置を示す。
回転軸接地装置は回転軸4の周面に摺動導電接触する3
つの炭素ブラシ6.8.10を有する。ブラシ6は電流
フィードバック・ブラシであり、ブラシ8および10は
回転軸の電圧を感知するブラシである。ブラシ8は高利
得演算増幅器14の反転入力に接続され、その非反転入
力は回転軸4を備えた発電機のフレームの接地点に接続
されている。演算増幅器14は回転軸4の電圧vSに相
当する入力電圧を受イ11シてその増幅信号である出力
電圧Vfを発生する0本発明の代表的な実施例では、演
算増幅器14の電圧利得は110dBであり、0−3k
Hzの周波数範囲で動作する。増幅器14の出力はフィ
ードバック電流Ifを発生するが、この電流は測定抵抗
16を介してフィードバック・ブラシ6に導かれ、抵抗
16の両端間にフィードバック電流Ifに比例する電圧
Vlfが発生する。
Ifに比例する電圧はモニター装置18に加えられ、該
装置はIfの絶対値を表わす出力信号を発生する。この
出力信号は第1のコンパレーター20に加えられ、該コ
ンパレーターはその絶対値をノ、(亭主1Irefを表
わす信号Vlrefと比較する。
■「の絶対値がI refより小さい場合、回路20は
出力信号を発生しこの信号はANDゲート24の1つの
入力に加えられてそのゲートにより論理“1・とじて解
釈される。
更に、ブラシ8の電圧Vsは第2のモニター装置28に
加えられ、該装置はVsの絶対値に比例する出力信号を
発生する。この出力信号は基準信号Vsrl と共に第
2のコンパレータ28に加えられ該コンパレータ28は
Vsの絶対値がV srlより大きいと出力信号を発生
する。この出力信号はANDゲート24の第2の入力に
加えられそこで論理″1”として解釈される。論理“l
”信号がゲート24の両方の入力に同時に加えられると
、出力端子30にブラシ6と回転軸4の間の導電接触が
失われたことを示す警報信号が発生される。
モニター装置2Bの出力は更に第3のコンパレーター3
4の信号入力にvi続され、該コンパレーターはまた基
準信号V sr2を受信する。コンパレーター34の出
力は別のANDゲート36の一方の入力に接続され、V
sの絶対値がV sr2より小さいと論理“1”信号を
その入力に加える。コンパレーター20の出力はゲート
3Bの第2の入力に接続されている。出力端子38はゲ
ート36に接続され、ゲート3Gの両方の入力が論理“
1”を形成する信号を受信すると警報信号を発生する。
基準信号V Irefはコンパレーター20がブラシ6
と回転軸4の間を流れるフィードバック電流が実質的に
零の場合出力信号を発生するように、零より僅かに大き
いIfの値に相当するよう選択されている。基準信号V
 srlは、vSが回転軸能動接地装置の通常動作時に
発生する値よりも明らかニ大きい場合、コンパレーター
28が出力信号を発生するように選択されている。従っ
て、ブラシ8が踊り状態にあると端子30には警報信号
が現われる。
逆に、Vsr2の値は、コンパレーター34がvSが零
に等しいかそれに近い場合出力信号を発生するように零
より僅かに大きい電圧値に相ちするよう選択されている
。従って、出力端子38は回転軸4が擦り合い状態にあ
る時警報信号を発生する。
感知ブラシ8はフィードバックブラシ6と同時に躍り状
態になることが時々ある。感知ブラシ8が躍り状態にな
ると、そのブラシの電圧はこのシステムに固有の容量の
作用により、また回転軸4とブラシ8の間に存在する静
電誘導により、またブラシ8が高イ゛ンピーダンスの入
力に接続されているため、必ずしも零に減少しない、こ
の状態では、ブラシ8の電圧の絶対値はV srl と
Vsr2により決る限界内にあり、そのため端子32お
よび38のいずれにも警報信号は現れない、この可能性
を考慮して、フィードバック電流Ifの絶対値がVlr
efにより表される値以下に低下すると必ず暫定的な警
報信号を発生する別の出力端子40を設ける。
回転軸能動接地装置が継続して作動されるとブラシに摩
耗が発生しまたその表面に光沢が生じてその接触抵抗が
増加する。フィードバック−ブラシ6の接触抵抗が増加
すると1回転軸の電圧Vsをそれに応じて補償する電流
を発生するために必要なフィードバック電圧vfのレベ
ルが増加する。従って、vfの平均値をモニターすると
ブラシの補修が必要か否かが解る。この状態をモニター
するため演算増幅器14の出力電圧VfをV「の絶対値
に比例する出力電圧を発生する別のモニター装置44に
供給する。この信号は平均値形成回路46に印加され、
これは典型的には5QO+ssのオーグーの時定数を有
して、所定の時間にわたりvfの絶対値のモ均値を表す
出力信号を発生する。この信号は基準値信号Vfrとと
もにコンパレーター48に送られる。Vfの平均絶対値
がVfrより大きい場合、コンパレーター48の出力に
接続された出力端子52にブラシ補修信号が発生する。
Vfrの値はブラシの補修が必要な摩耗の程度を考慮し
て選択される。
これまでに述べた本発明の装置の種々の電子素子をモニ
ターするために、感知ブラシ10に現れる電圧に基すき
回転軸電圧モニター動作を別個に実行出来る。この目的
のためにブラシ10が別のモニター装置54の入力に接
続され、該装置はブラシ!Oが受ける電圧Vsの絶対値
を表す出力信号を発生する。この信号は平均値形成回路
56に送られ、該回路の出力はコンパレーター58の一
方の入力に送られ、該コンパレーターはまたV srl
の比較値を表す信号を受信する。ff通、平均値形成回
路56は120層Sのオーダーの時定数を持つことが出
来るVsのモ均絶対値がV srlより大きくなって回
転軸4の電圧が所定の時間以上所定の閾値を越えたこと
が指示されると、コンパレーター58の出力に接続され
た端子62に電子素子故障指示信号が発生される。この
信号は回転軸能動接地装置の動作を停止させ、警報信号
を発生して、各ブラシ6および8を適当なリレーを介し
て発電機のフレームの接地点に直接自動的に接続するた
めに利用出来る。
【図面の簡単な説明】
添付図面は、本発明によるモニター回路を備えた回転軸
能動接地装置のブロー2り回路図である8、lO・・回
転軸電圧感知ブラシ 14・・・演算増幅器 18.2B、44.54  ・・・モニター装置20.
28,34,48,58・・コンパレーター48.56
 ψ・・平均値形成回路 24.36  ・−−ANDゲート 出廓人:ウェスチングハウスーエレクトリック・コーポ
レーション 代理人:加藤紘一部(ほか1名) 411・・回転軸 6・・・電流フィードバック・ブラシ 手 続 補 正 書(方式) %式% 発明の名称 回転軸能動接地装置を有する発電機 3、補正をする者 事件との関係 名称(711)

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)発電機の回転軸に結合されアースに対する回転軸
    の電圧をモニターする回路手段と、該回路手段に結合さ
    れ回転軸に接触して回転軸の電圧を実質的にアース電位
    に維持するよう調整された振幅および極性の補償電流を
    回転軸へ導通させるブラシとを有する、発電機の回転軸
    を実質的にアース電位に維持する回転軸能動接地装置を
    備えた回転式発電機において、前記回路手段に結合され
    てアースに対する回転軸表面の電圧をモニターし且つブ
    ラシと回転軸の間を流れる電流をモニターしてブラシを
    流れる電流が実質的に零に等しくなると同時にアースに
    対する回転軸の電圧が所定の範囲を外れるとブラシが躍
    り状態にある、即ち回転軸との接触が失われた状態にあ
    ることを指示する故障信号を発生する検知手段を設けて
    なることを特徴とする発電機。
  2. (2)検知手段は、ブラシを流れる電流が実質的に零に
    なると同時にアースに対する回転軸の電圧が所定の範囲
    の上端部を構成する所定の値を越えるとブラシと回転軸
    の間の接触が瞬間的に失われたことを示すブラシ躍り状
    態指示手段を備えてなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の発電機。
  3. (3)ブラシ躍り状態指示手段は、フィードバック電流
    の大きさが零より僅かに大きい電流比較値より小さいと
    出力を発生するよう接続された第1のコンパレーターと
    、アースに対する回転軸の電圧の大きさが所定範囲の上
    端部に相当する電圧比較値より大きいと出力を発生する
    よう接続された第2のコンパレーターと、第1および第
    2のコンパレーターに接続されてその両者が同時に出力
    を発生するとブラシ躍り状態指示信号を発生する信号発
    生手段とよりなることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項に記載の発電機。
  4. (4)信号発生手段はANDゲートよりなることを特徴
    とする特許請求の範囲第3項に記載の発電機。
  5. (5)回転軸の状態を検知する検知手段は、第1のコン
    パレーターに接続されて第1のコンパレーターが出力を
    発生すると暫定的なブラシ躍り状態指示信号を発生する
    出力信号発生手段よりなることを特徴とする特許請求の
    範囲第3項に記載の発電機。
  6. (6)回転軸の状態を検知する検知手段は、ブラシを流
    れる電流が実質的に零になると同時にアースに対する回
    転軸の電圧が所定範囲の下端部を構成する所定の値以下
    になると回転軸が発電機の接地された静止部分と接触し
    ていることを示す回転軸/アース短絡指示手段よりなる
    ことを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の発電機
  7. (7)回転軸/アース短絡指示手段は、アースに対する
    回転軸の電圧の大きさが所定範囲の下端部に相当する電
    圧比較値より小さいと出力を発生するように接続された
    第3のコンパレーターと、第1および第3のコンパレー
    ターに接続されてそれらが同時に出力を発生するとブラ
    シ躍り状態指示信号を発生する第2の信号発生手段とよ
    りなることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の
    発電機。
  8. (8)第2の信号発生手段はAHDゲートよりなること
    を特徴とする特許請求の範囲第7項に記載の発電機。
  9. (9)回転軸の状態を検知する検知手段は、ブラシを流
    れる電流が実質的に零になると同時にアースに対する回
    転軸の電圧が所定範囲の下端部を構成する所定の値以下
    になると回転軸が発電機の接地された静止部分と接触し
    ていることを指示する回転軸/アース短絡指示手段より
    なることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の発
    電機。
  10. (10)回転軸の状態を検知する検知手段は、ブラシを
    流れる電流が実質的に零になると同時にアースに対する
    回転軸の電圧が所定範囲の下端部を構成する所定の値以
    下になると回転軸が発電機の接地された静止部分と接触
    していることを指示するように接続された回転軸/アー
    ス短絡指示手段よりなることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の発電機。
JP1149296A 1988-06-13 1989-06-12 回転軸能動接地装置を有する発電機 Expired - Lifetime JP2632215B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US205,695 1988-06-13
US07/205,695 US4851949A (en) 1988-06-13 1988-06-13 Brush bounce detection in active shaft ground system

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JPH02106149A true JPH02106149A (ja) 1990-04-18
JP2632215B2 JP2632215B2 (ja) 1997-07-23

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IT (1) IT1232808B (ja)

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ES2013550A6 (es) 1990-05-01
IN171549B (ja) 1992-11-14
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