JPH08501389A - 大形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信号を取出すための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、、電気巻線（１、２）を担持しかつ少なくとも１つの温度センサ（３、４）を備えた固定子（５）を有する大形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信号を取出すための方法に関する。本発明によれば、高周波誤り信号はアンテナとして利用される温度センサ（３、４）によって検出することができる。このようにして、誤り信号を取出すための装置上の費用が僅かにされ、多数の温度センサ（３、４）を使用すると誤り信号を発生した破損部（１５）の位置測定が可能になる。本発明によれば、特に簡単な手段を用いて大形電気機械内の破損部の検知及び位置測定が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】 大形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信号を取出すための方法 本発明は、電気巻線を担持した固定子を有する大形電気機械内の高周波電磁界 から高周波誤り信号を取出すための方法に関する。 本発明はその場合特に大形電気機械の運転監視、就中、破損部の検知及び位置 測定に関する。詳細には運転中に大形電気機械内に火花発生を生ぜしめる破損部 に関係する。 ここで、大形電気機械とは特に電力が５０ＭＶＡ以上である例えばタービン発 電機のような大形発電機を意味する。 大形電気機械を備えた設備内の破損部の検知及び位置測定は、装置のアベイラ ビリティを高めかつ破損部を出来る限り早期にしかも出来れば先見的にかつ特に 正規の運転中に検知できるようにするために、益々関心が高まっている。その際 、複雑な監視装置からの信号を評価するためのディジタル計算機は広範囲に亘っ て価格的に有利なものが入手できることが同様に重要である。 電気設備、特に大形電気機械を備えた設備内の破損部の検知及び位置測定を行 うための方法及び装置はドイツ連邦共和国特許第３４０８２５６号明細書、ドイ ツ連邦共和国特許出願公開第３５２６１４９号公報、ドイツ連邦共和国特許出願 公開第３９１８１１６号公報、ヨーロッパ特許第０２２８６１３号明細書及びヨ ーロッパ特許第０２４１７６４号明細書に記載されている。これらの刊行物によ り、高周波誤り信号を評価することによって電気設備内の破損部を検知して位置 測定するための全体構成、及び大形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信 号を取出すための詳細を知ることができる。米国特許第４９４９００１号明細書 は大形電力機械、特にタービン発電機の固定子内の部分放電の検出に関する。こ の特許明細書によれば、固定子上に、ストリップ導体技術により形成されて高周 波誤り信号を取出すためのアンテナとして作用する測定値検出器が方向性結合器 の態様にて取付けられ、適当なリード線を介して評価装置に接続される。引用さ れた全ての刊行物の内容は説明の繰返しを避けるためにここに参照する。 大形電気機械から高周波誤り信号を取出す際の重要な観点は、欠陥等により惹 き起こされた高周波電磁界を補助部品によって妨げることなく又は完全に遮蔽し ないようにするために、何れにせよ存在する部品及び装置を出来る限り利用する ことである。さらに、センサ部が極端に複雑な構成とならないように経済的な観 点にも配慮すべきである。最後に、大形電気機械の負荷容量及び効率を考慮する と、運転監視装置の所要空間を極端に大きくすることは許されない。 従って、本発明の課題は、広範囲に亘って専ら既存の装置を用いて、大形電気 機械から高周波誤り信号を取出すことのできる方法、及びこの方法を実施するた めの装置を提供することにある。 電気巻線を担持しかつ少なくとも１つの温度センサを備えた固定子を有する大 形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信号を取出すための本発明による方 法は、温度センサが誤り信号を取出すためのアンテナとして利用されることに基 づいている。 本発明によれば、高周波誤り信号を取出すために、何れにしても大抵存在する 監視装置、つまり、少なくとも１つの温度センサを備えた運転温度監視装置が用 いられる。その場合、温度センサが高周波信号に対するアンテナとして適さなけ ればならないならば特殊な種類の温度センサが問題となる。このことは、特に、 温度センサは少なくとも部分的に十分な導電率を有しかつ極端に小さい寸法を有 してはならないことを意味している。このことは何れにせよ通常使用される温度 センサに当てはまる。つまり、何ｃｍもの長さのリード線を備え温度依存性電気 抵抗を持つ温度センサがしばしば利用されている。同様に、金属被覆管又は同等 の部品を有するかそうでなければ殆ど任意の方法で駆動され得る全ての温度セン サがそのまま使用され得る。温度センサは大形電気機械の固定子内において常に （高温度を発生する）電気巻線の近辺、すなわち火花発生に対する臨界部分の近 辺に配置されるので、温度センサはそれゆえ特に有利である。従って、通常の温 度センサによって検出可能である高周波信号の強さは同様に問題ない。というの は、起こるかも知れない欠陥源に接近することによって大抵の場合温度センサの 周囲の実際に強い高周波電磁界、従って温度センサによって得られる誤り信号の 十分な強さが保証されるからである。さらに、いずれにせよ、温度センサによっ て測定された大形電気機械内の温度は、時間的に非常に僅かしか変化せずかつ非 常に低周波の信号、実際上周波数ゼロの信号によって表される量であり、それゆ え温度信号と高周波誤り信号との分離は問題なく行うことができる。 本発明の枠内で電気的に良好に駆動される温度センサ、特に、直流電圧又は直 流電流で駆動される温度センサが使用されることは既に述べた通りである。特に 、大形電気機械の固定子内に位置するセンサ素子とこのセンサ素子に接続されて 固定子から導出されるリード線とを有する温度センサが適する。このような温度 センサの場合、リード線は直接アンテナとして、特に四分の一アンテナとしての 機能を果たすことができる。同様にかかる温度センサを用いて、温度信号の形成 に使われるセンサ素子によって影響されない高周波誤り信号を得ることができる 。例えば、センサ素子からは、高周波誤り信号を導出するために同相でつながれ て互いに撚り合わされた２本のリード線が引出される。その場合リード線は単一 アンテナのように作用し、センサ素子は形状に応じて誤り信号に絶対に寄与しな いか又は非常に僅かしか寄与しない。例えば、温度依存性電気抵抗を有する体積 的に小さい抵抗素子だけから成るようなセンサ素子が寄与しない。いずれこの場 合でも誤り信号を温度センサによって温度信号と共に検出し、その後この温度信 号から分離することは有利である。このことは、温度信号が低周波信号、特に直 流電流信号又は直流電圧信号である場合には、特に簡単に可能になる。 本発明による方法の特に好ましい実施態様によれば、大形電気機械内に存在す る多数の温度センサがアンテナとして利用される。多数の温度センサが固定子に ほぼ均等に分散配置され、それにより、大形電気機械内において誤り信号を発生 した個所を検知するために温度センサの誤り信号が互いに相互関係を持たされ得 ることは有利である。このような構成は、大形電気機械内の高周波電磁界が伝播 する際相当減衰され、それゆえ所定の個所から発せられる高周波電磁界により得 られる誤り信号の強さは取出しのために用いられた温度センサの位置にほぼ依存 する、という事実を有利に使用している。従って、十分に多くの温度センサを用 い、得られた誤り信号の強さ（及び必要に応じて同様に位相位置）を評価するこ とによって、その誤り信号を生じた個所を推定することができる。 電気巻線を担持する固定子を有する大形電気機械内の高周波電磁界から高周波 誤り信号を取出すための本発明による装置は、固定子内に配置されてアンテナと して利用されそしてその固定子から導出されるリード線を有する少なくとも１つ の温度センサと、そのリード線が接続された入力端、温度信号を出力する第１出 力端及び誤り信号を出力する第２出力端を有し温度信号から誤り信号を分離する ためのダイプレクサとを有する。 本発明による装置は、固定子内に配置された温度センサによって検出されて同 様に温度センサから出された温度信号から分離される誤り信号を出力する。既に 述べたように、温度センサは特に電気的に駆動可能であり、温度信号として低周 波信号、特に直流電流信号を供給する。この場合、ダイプレクサは第１出力端に 対しては低域通過フィルタとして作用し、第２出力端に対しては高域通過フィル タとして作用するように構成されると有利である。このことは、ダイプレクサが 入力端に供給された低周波信号を第１出力端から出力し、入力端に供給された高 周波信号を第２出力端から出力することを意味する。ダイプレクサの出力端には 必要ならば他のフィルタ、特に高域通過フィルタ、低域通過フィルタ又は帯域通 過フィルタを後置接続することができることは自明である。同様に増幅器及び他 の信号処理装置を含むことも勿論可能である。 本発明による装置の特に好ましい実施態様によれば、巻線は固定子の溝内に挿 入された巻線棒を含み、温度センサは溝内に配置される。このようにして温度セ ンサは火花発生等を最初に生ずるかも知れない巻線に直接隣接し、これによって 温度センサの周囲における実際に強い高周波電磁界、従って温度センサによって 検出されるべき誤り信号の十分な強さが保証される。特に、１つの溝内にそれぞ れ２つの巻線棒が上下に位置し、その場合両巻線棒間には電気絶縁性中間層が配 置され、温度センサがその中間層内に位置するようにすると有利である。このよ うにして温度センサは溝内の両巻線棒から発せられた高周波電磁界に感応し、そ して温度センサは高周波電磁界の伝播が比較的良好に可能である電気絶縁層内に 位置せしめられる。 温度センサが温度信号を形成するための本来のセンサ素子として温度依存性電 気抵抗を持つ抵抗素子を有することも好ましい。 装置内に温度信号及び誤り信号を供給するために多数の温度センサが設けられ 、 その温度センサが固定子上に特に均等に分散配置されることは特に好ましいこと である。 本発明は特に好ましい方法で大形電気機械内の火花発生の検出を可能にし、そ の場合温度センサでの誤り信号の発生から火花発生が推定される。特に、本発明 は破損部の特に良好な検知及び位置測定を可能にする。 本発明により取出されるべき高周波誤り信号は１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、特に ３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数範囲に位置するのが有利である。このような周 波数を持つ高周波誤り信号を検出するためには、標準サイズの温度センサが特に 適する。 次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。特定の特徴を明らかにするた めに図面は一部分が概略的に示されたり及び／又は寸法通りには示されていない 。特に図面では公知であったりまた本発明にとって重要ではない構成要素は部分 的に省略されている。 図１は本発明により用いられた温度センサを備えた大形電気機械の概略軸線方 向縦断面図である。 図２は図１に示された電気機械の概略半径方向横断面図である。 図３及び図４は本発明において用いられたそれぞれ異なる温度センサを示す概 略図である。 図１は固定子５とこの固定子５の空所内に配置されて軸線１３を中心にして回 転可能である回転子１２とを備えた大形電気機械の軸線１３に沿った縦断面図を 示す。固定子５は溝１０（図２参照）を有しており、この溝１０内には２つの電 気巻線棒１、２が電気巻線の構成要素として配置されている。各巻線棒１、２は 溝１０内に位置する直線状セグメント１と、この直線状セグメント１の各端部に それぞれ続いている２つの湾曲部２とを有している。湾曲部２は溝１０の外に延 在し、異なった巻線棒相互を結合する。直線状セグメント１間には絶縁材料から 成る中間層１１が位置している。固定子５の各端部では中間層１１内に、センサ 素子（特に温度依存性電気抵抗を有する抵抗素子）３と、固定子５から導出され て温度信号及び誤り信号を評価するために信号処理装置に接続されるリード線４ とを備えた温度センサ３、４が位置している。その信号処理装置は図１には示さ れていない。２つの温度センサ３、４は大形電気機械を運転する際に例えば部分 放電の形態の火花発生を生じる破損部１５の位置測定を行うために利用すること ができる。破損部１５が右側に示されている温度センサ３、４より左側に示され ている温度センサ３、４に著しく接近していることによって、左側の温度センサ ３、４に現れる誤り信号は右側の温度センサ３、４により検出される誤り信号よ り著しく大きい。このような単純な例から分かるように、破損部１５の位置測定 が可能である。誤り信号のためのこのような位置測定装置は他の温度センサ、特 に例えば固定子５のほぼ中央部に配置された温度センサによって有利に補うこと ができる。 なお、図１は大形電気機械の通常の全ての構成を示していない。例えば、固定 子５はコンパクトなブロックとして示されているが、これは通常の実施形態に必 ずしも一致していない。同様に、巻線棒１、２が位置する溝を閉鎖する手段も示 されていない。さらに、図示された寸法は尺度通りではない。図１及びその他の 図から引出される示唆を補うために、当業者の一般的な専門知識が必要である。 図２は図１に示された電気機械の軸線に垂直に切断された横断面図を示す。固 定子５は巻線棒１、２の直線状セグメント１が挿入された溝１０を有している。 ３つの溝１０は大形電気機械においては通常もっと多数存在する溝１０の代表と して示されている。各溝１０内には２つの直線状セグメント１が上下に位置して おり、そしてこれらの間には中間層１１が挿入されている。各中間層１１内には リード線４を備えたセンサ素子３が配置されている。 図３及び図４は、センサ素子（特に、温度に応じて変化する電気抵抗を有する 抵抗素子）３と、リード線４と、温度信号から誤り信号を分離するためのダイプ レクサ６とから構成されてアンテナとして利用可能である温度センサのための２ つの実施例を示す。図３によれば、リード線４は同軸ケーブル１６に接続されて おり、その場合一方のリード線４は内部導体に接続され、他方のリード線４は一 端部が接地された外部導体に接続されている。同軸ケーブル１６から、温度セン サによって得られた温度信号と誤り信号との混合信号がダイプレクサ６の入力端 ７へ導かれる。ダイプレクサ６では温度信号から誤り信号の分離が行われる。温 度信号は入力端７から、低周波信号を通過させる低域通過フィルタを形成するコ イル１８を介してダイブレクサ６の第１出力端８へ導かれ、誤り信号は入力端７ からコンデンサ１７を介してダイプレクサ６の第２出力端９へ到達する。コンデ ンサ１７は高周波信号だけを通過させることのできる高域通過フィルタを形成す る。ダイプレクサ６の第２出力端９から誤り信号は図示されていない評価装置へ 導かれ得る。高周波誤り信号に対するアンテナとしてセンサ素子３とリード線４ とから形成された温度センサの正確な機能は、勿論、誤り信号の周波数と温度セ ンサの幾何学的寸法とに強く依存する。しかしながら、図３の温度センサによっ て大形電気機械内の高周波電磁界との容量結合がほぼ達成される。 図４はセンサ素子３を備えたリード線４が高周波信号に対して誘導的に作用す るアンテナとして主として用いられている温度センサの他の実施例を示す。図４ によれば、温度センサは接地された外部導体を有する２つの同軸ケーブル１６に 接続されている。すなわち、リード線４は同軸ケーブル１６の内部導体に接続さ れる。ダイプレクサ６の入力端７は両同軸ケーブル１６に接続するために形成さ れている。温度信号からの誤り信号の分離は変圧器１９によって行われる。入力 端７に接続されている変圧器１９の一次巻線は中間タップを有するか、又は二本 巻きに巻回され、その場合中間タップに相当する接続部が設けられる。一次巻線 の中間タップには低周波温度信号を導出するための第１出力端８が接続されてい る。高周波誤り信号は変圧器１９内において二次巻線に伝送され、この二次巻線 からダイプレクサ６の第２出力端９へ導かれる。この第２出力端９には、他のフ ィルタを含むことができかつ誤り信号を評価可能である評価装置１４が接続され ている。評価の方法は個々のケースの要求に応じる。特に、電気機械内の擾乱に 関する評価が可能である。かかる擾乱を表示するために、、評価装置１４は例え ばランプとして示されている表示素子２０を備えている。 本発明は特に簡単かつ信頼できる方法で大形電気機械内の高周波電磁界から高 周波誤り信号を取出すことを可能にし、しかも特に火花発生を伴う破損部の検知 及び位置測定を可能にする。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コチール、ラインホルト ドイツ連邦共和国 デー‐45475 ミユー ルハイム アン デア ルール ツエーン トヴエーク 215

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気巻線（１、２）を担持しかつ少なくとも１つの温度センサ（３、４）を 備えた固定子（５）を有する大形電気機械内の高周波電磁界から高周波誤り信号 を取出すための方法において、前記温度センサ（３、４）は誤り信号を取出すた めのアンテナとして利用されることを特徴とする大形電気機械内の高周波電磁界 から高周波誤り信号を取出すための方法。 ２．温度センサ（３、４）は温度信号を得るために電気的に駆動されることを特 徴とする請求項１記載の方法。 ３．温度センサ（３、４）は温度信号を得るために直流電圧又は直流電流を与え られることを特徴とする請求項２記載の方法。 ４．温度センサ（３、４）は固定子（５）内に位置するセンサ素子（３）と、こ のセンサ素子に接続されて固定子（５）から導出されたリード線（４）とを有す ることを特徴とする請求項２又は３記載の方法。 ５．誤り信号は温度センサ（３、４）によって温度信号と共に検出され、温度信 号から分離されることを特徴とする請求項２乃至４の１つに記載の方法。 ６．温度信号は低周波信号、特に直流電流信号であることを特徴とする請求項５ 記載の方法。 ７．多数の温度センサ（３、４）によって誤り信号が検出されることを特徴とす る請求項１乃至６の１つに記載の方法。 ８．ａ）温度センサ（３、４）は固定子（５）上にほぼ均等に分散配置され、 ｂ）温度センサ（３、４）の誤り信号は大形電気機械内において誤り信号を 発生した個所（１５）を検知するために互いに相関関係を持っていることを特徴 とする請求項７記載の方法。 ９．ａ）電気巻線（１、２）を担持する固定子（５）を有する大形電気機械と、 ｂ）前記固定子（５）内に配置され、前記固定子（５）から導出されるリー ド線（４）を有する少なくとも１つの温度センサ（３、４）と、 ｃ）前記リード線（４）が接続ざれた入力端（７）、温度信号を出力する第 １出力端（８）及び誤り信号を出力する第２出力端（９）を有し、温度信号から 誤り信号を分離するためのダイプレクサ（６）とを含む ことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法を実施するための装置。 １０．ａ）温度センサ（３、４）は電気的に駆動されて、低周波信号、特に直流 電流信号又は直流電圧信号である温度信号を供給し、 ｂ）ダイプレクサ（６）は第１出力端（８）に対しては低域通過フィルタ として作用し、第２出力端（９）に対しては高域通過フィルタとして作用する ことを特徴とする請求項９記載の装置。 １１．ａ）巻線（１、２）は固定子（５）の溝（１０）内に挿入された巻線棒（ １）を含み、 ｂ）温度センサ（３、４）は溝（１０）内に位置する ことを特徴とする請求項９又は１０記載の装置。 １２．ａ）それぞれ２つの巻線棒（１）が１つの溝（１０）内に上下に位置し、 その場合両巻線棒（１）間には電気絶縁性中間層（１１）が配置され、 ｂ）温度センサ（３、４）はその中間層（１１）内に位置する ことを特徴とする請求項１１記載の装置。 １３．温度センサ（３、４）は温度依存性電気抵抗を有する抵抗素子（３）であ ることを特徴とする請求項９乃至１２の１つに記載の装置。 １４．特に固定子（５）上に均等に分散配置された多数の温度センサ（３）を有 することを特徴とする請求項９乃至１３の１つに記載の装置。 １５．大形電気機械内での火花発生を検知するために使用され、高周波誤り信号 から火花発生が推定されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法 。 １６．大形電気機械内における破損部の検知及び位置測定を行うために使用され ることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。 １７．１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ、特に３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を有する 高周波誤り信号を検出するために使用されることを特徴とする請求項１乃至８の １つに記載の方法。