JP2003270284A - 電機機器のための巻線レアショート監視装置 - Google Patents

電機機器のための巻線レアショート監視装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 予防保全の観点から、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。 【解決手段】 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９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３
１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３２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３３と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、ｔａ
ｎδ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、ｔ
ａｎδ計２３の測定スイッチ(図示せず)を押してｔａｎ
δ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
ト監視装置にある。
【００１２】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。
【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
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３
２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３
４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３
６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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G014 AA03 AA15 AA16 AB04 AB07 AB49 AC15 2G016 BA03 BA04 BB03 BC02 BD07 BD08 BD09 BD13 5G004 AA02 AB02 BA01 CA02 DA01 5H575 AA03 AA06 BB06 DD03 LL22 MM02 MM11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 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。
  2. 【請求項２】 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
    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。
  3. 【請求項３】 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する
    請求項１または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。
  4. 【請求項４】 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３に記載の電機
    機器のための巻線レアショート監視装置。
  5. 【請求項５】 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４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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