JPH02114899A - 界磁巻線の地絡故障の検知および位置測定装置 - Google Patents

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、特に地絡故障の検知および位置測定の目的で
回転電機の界磁巻線をモニターする装置に関する。

同期機のような回転電機の界磁巻線は動作時アースから
実質的に完全に絶縁されるように設計されそのように設
置される。しかしながら、例えば絶縁破壊により時とし
て界磁巻線に地絡故障が生じることがある。この際電気
機械のオペレータはかかる地絡故障状態を直ちに検知し
て機械を停止させ適当な修理をすることが肝要である。

地絡故障がひとつ生じても損傷が発生しないこともある
が、第２の地絡故障が生じると極端に大きい電流が流れ
て機械に甚大な損傷が生じることがあるかかる地絡故障
を検知するための装置が種々知られている。その１つで
ある交流式検知装置はアースと１つの界磁巻線端子との
間に抵抗を介して交流電圧をかける。抵抗に有意な大き
さの電流が流れなければ界磁巻線の地絡故障は存在しな
いと結論することが出来る。しかしながら、界磁巻線の
長さに沿う任意の点に地絡故障が存在する場合、抵抗を
流れる電流によりこの故障状態が指示される。

公知の直流式検知法によれば、界磁巻線の両端間に２つ
の一定値の抵抗が直列に接続され、界磁巻線間の電圧降
下が抵抗の両端にも現われるようにする。２つの抵抗間
の接続点を別の抵抗と検流器を介してアースにつなぐ。

界磁巻線が付勢され地絡故障が存在しない常態時におい
ては、この別の抵抗と検流器には実質的に電流が流れな
い。

しかしながら、地絡故障が発生すると検流器に電流が流
れてその状態を指示する。しかしながら、常態時２つの
直列抵抗間の接続点の電位に相当する界磁巻線の領域に
地絡故障が生じた場合、この方法では故障の指示が得ら
れない。この問題に対処するため、回路に補助抵抗を設
けて、オペレータがブツシュボタンにより直列抵抗の１
つを両端間に接続して直列抵抗間の接続点の電位を一時
的に変化させるようにしたものがある。

−ヒ述の直流式検知法に匹敵する別の公知技術によれば
、直列抵抗の１つが電圧により非線形的に変化する抵抗
値を有し、界磁巻線の電圧が変動するにつれて直列抵抗
間の接続点の電位を変化させ、それによって界磁巻線の
長さに沿う任意の点における地絡故障の検知を可能にす
る。しかしながら、電気機械がベース負荷状態にあるよ
うな、巻線の電圧が長時間にわたって有意に変化しない
動作状態がある。

交流式検知法は界磁巻線に交流電圧を印加するため、こ
の電圧が界磁巻線とアースの間に通常の容量結合により
誘導する非地絡電流のレベルが変るという欠点がある。

公知の直流検知法によればこの欠点は解消出来るが、オ
ペレータの介入なしに界磁巻線の長さに沿う全ての点に
おける地絡故障を検知することは不可能である。

更に、これら公知の方法は何れも地絡故障の位置につい
ての情報を提供しない。これらの公知方法を用いて地絡
故障の存在を検知した場合、その故障地点を測定するた
めに機械を停止する必要がある。しかしながら、機械が
動作中は地絡故障の存在が明らかであるが機械を停止し
た後ではその位置を特定出来ないという事態が存在する
ため機械停止による地絡故障点の検知は常に可能である
というわけではない。

本発明の目的はこれらの公知装置に固有の欠点を回避す
る新規なモニター装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、電気機械がオンライン状態にある
間連続的に動作して地絡故障の存在だけでなく界磁巻線
の長さに沿う少なくともその大体の位置を直接指示する
装置を提供することにある。

本発明の更に別の目的は界磁巻線にかかる直流電圧によ
り給電される装置においてこれらの利点を提供すること
にある。

本発明の上記の目的および他の目的は、常態でアースか
ら絶縁され電気機械の動作時両端間に直流電位が存在す
る界磁巻線の地絡故障を検知しその位置を測定する装置
であって、巻線に並列に接続可能であり複数の離隔した
タップを有する分圧器と、それぞれが関連のタップとア
ース接続点との間に接続された複数の電流通路を画定す
る手段と、電流通路に接続されて各通路を流れる電流の
大きさを指示する検流手段と、検流手段に接続されて界
磁巻線の地絡故障に相当する大きさの電流が流れたこと
を指示し且つ巻線に沿う地絡故障の少なくとも大体の位
置を指示する信号処理手段とより成ることを特徴とする
装置により達成される。

以下、添付図面を参照して本発明をその実施例につき詳
細に説明する。

第１図は、界磁巻線２をモニターするための本発明によ
る故障検知Φ故障点測定回路の好ましい実施例を示す。

界磁巻線２の両端には普通直流電圧が存在する。界磁巻
線それ自体および界磁巻線の電位源は通常の動作状態で
はアースから隔離されているが、界磁巻線２とアースの
間には巻線の絶縁体を介して通常、有限の、しかしなが
ら非常に大きい抵抗が存在する。

本発明の回路は巻線２の両端に接続した好ましくは同一
抵抗値の直列抵抗４より成る分圧器を有する。抵抗４の
数Ｎは巻線２の長さと地絡故障の位置を指示する際の所
望の精度による。何れにしても、Ｎは２より実質的に大
きく、典型的には１０のオーダーである。

分圧器の各端子および２つの隣接する抵抗４の間の各接
続点はそれぞれ関連の直列抵抗６の一端に接続されてい
る。各抵抗８はその関連の電子制御可能な２極スイツチ
８に直列に接続され、各スイッチ８のもう一方の端子は
共通ライン１４を介して直流検流器１２の一方の端子に
接続されている。検流器１２はライン１４と回路のアー
ス１Ｂの間に接続されている。

検流器１２が発生する電流の読みはアナログ／デジタル
コンバータ２０に送られ、そのデジタル出力はスイッチ
８の数に等しい複数の記憶場所を有する記憶レジスタ２
２に送られる。

レジスタ２２の出力はプロセッサ２４に接続されプロセ
ッサにはアラーム出力ライン２６と読出しライン２８と
共にレジスタ制御バス３０およびスイッチ制御バス３２
が設けられている。

本発明の回路は界磁巻線が位置する電気機械の動作時界
磁巻線２を連続的にモニターするために用いる。上述し
たように、界磁巻線２に地絡故障が存在しないかぎり界
磁巻線はその接続ラインを含めてアースから木質的に隔
離されている。

モニターはプロセッサ２４の制御下に行なわれるが、ま
ずバス３２を介してプロセッサ２４が信号を各スイッチ
８に送ってスイッチを順次閉じる。この際−度に唯一つ
のスイッチ８が閉じられ、その閉鎖時間は検流器１２が
閉じたスイッチ８とその関連の抵抗６を介して流れる電
流の大きさを正確に指示出来るに充分な長さである。検
流器１２が発生する読みはコンバータ２０によりデジタ
ル信号に連続的に変換され、各スイッチ８の閉路時検流
器１２が発生した読みのデジタル表示がバス３０により
送られるアドレス信号の制御下にレジスタ２２の対応記
憶場所に書込まれる。

各スイッチ８が閉じられる上、レジスタ２２への入力が
一時的にブロックされて各レジスタの記憶場所がバス３
０により送られる読取り信号および記憶場所アドレス信
号の制御下にプロセッサ２４へ次々に読出される。電流
の読みはプロセッサ２４により処理されライン２８を介
して読出される。電流の読みの１つが地絡故障３４の存
在を指示した場合ライン２６にアラーム信号が発生する
。

地絡故障が存在せず巻線２とその電流リード線がアース
から隔離されている場合、スイッチ８を閉じても電流通
路は完成せず閉じたスイッチを流れる電流は非常に低い
レベルである。かかる低レベルの電流はプロッセサ２４
により地絡故障の不存在を指示するものとして解釈され
、アラーム信号は発生しない。

一方、地絡故障３４が存在する場合、各スイッチ８を閉
じると検流器１２を介する電流通路が完成してスイッチ
８の少なくとも幾つかを介して実質的に大きな電流が流
れる。この大きな電流がプロセッサ２４に供給されると
アラーム信号が発生する。更に、以下に詳細に説明する
ように、読取りライン２８に送られる電流の読みにより
界磁巻線２の長さに沿う地絡故障の少なくとも大体の位
置を測定出来る。

抵抗４より成る分圧器は、界磁巻線の両端間の電位差を
巻線２の長さに沿う電位増分に相当する複数の実質的に
同じ増分に分割する。２つの抵抗４の間の各接続点の電
位は従って巻線２の長さに沿うそれぞれの点の電位に相
当する。地絡故障３４が存在する場合、巻線２の長さに
沿う１つの点がアース電位になる。従って、抵抗４によ
り形成される分圧器の長さに沿う対応の点がほぼアース
電位になる。分圧器のそれ以外の点の電位はアース電位
と少なくともほぼアース電位にある分圧器の点を隔てる
抵抗器４の数に相当する大きさだけ異なる。従って、分
圧器の点がアース電位にある点から遠ざかれば遠ざかる
ほど、その分圧器の点に関連するスイッチ８を閉じると
その点から大きい電流が流れる。同様に、少なくともほ
ぼアース電位にある分圧器の点に接続されたスイッチ８
を閉じると、閉じたスイッチを流れる電流は最小の値を
取る。

従って、地絡故障３４が存在する場合、電流の最小の読
みに相当するレジスタ２２の記憶場所は巻線に沿う地絡
故障の場所に少なくともほぼ対応する。かくして、ライ
ン２８に送られる電流の読みを調べると地絡故障の場所
を特定することが出来るレジスタ２２に記憶された一組
の電流の読みを調べて地絡故障の存在だけでなくその位
置を特定する態様を、第２図のプログラミング・フロー
ダイヤグラムに示した。第２図はブロックト１乃至Ｆ２
０よりなり、Ｎ＋１個のスイッチ８を有する装置に関連
する。

第２図において、ｉは分圧器へのそれぞれの抵抗８の接
続点に対応するレジスタの記憶場所の数であり、Ｉ（ｉ
）は記憶場所ｉにおける電流；　Ｉ（０）は記憶場所０
における電流；およびｌｍ１ｎはレジスタの記憶場所を
順次アクセスした際に検知される最小の電流値である。

第２図に示すように、各スイッチ８ｉ（ｉ＝０．１，２
、、、、Ｎ）は次々に閉じられ、閉じたスイッチを流れ
る電流が測定されてレジスタ２２のそれぞれの記憶場所
に記憶される。このプロセスを全てのスイッチ８につい
て完了すると、レジスタの各記憶場所にアクセスして記
憶された電流の読みが所定の閾値に等しいかそれよりも
大きい電流値に相当するか否かを決定する。レジスタ２
２に記憶された値が何れもこの条件を満足しない場合、
読取リサイクルが完了して新しい測定サイクルが始まる
。

地絡故障の存在が指示されると、サブルーチンにおいて
レジスタの各記憶場所が再びアクセスされ、最小電流振
幅の読みを含む記憶場所が特定される。その記憶場所が
地絡故障の位置を指示する。

抵抗６は抵抗４より実質的に大きい抵抗値を有し、抵抗
６の抵抗値は地絡故障状態が発生すると検流器１２の好
ましい動作範囲の電流を発生するように基本的に選択さ
れている。

以上、本発明を特定の実施例について説明したが、本発
明の精神から逸脱することなく種々の変形例が考えられ
る。頭書した特許請求の範囲はかかる変形例が本発明の
真の範囲および精神の範鴎に入るかぎり、かかる変形例
を包含するものと意図されている。

以上において開示した実施例は全ての点において例示的
で、限定的なものでなく、本発明の範囲は上記の説明で
なくて頭書した特許請求の範囲によって規定されるべき
であり、特許請求の範囲の均等の意味および範囲内に入
る全ての設計変更および変形例は従って本発明の範囲に
包含されるものであると理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による地絡故障検知および位置測定回
路の好ましい実施例を示す回路図である。 第２図は、第１図の回路を用いてモニターを行なう手順
を示すプログラミング・フローダイヤグラムである。 ２４・・−プロセッサ 出願人：ウエスチングノ＼ウス・エレクトコーポレーシ
ョン 代理人：加藤紘一部（ほか１名） ２　・ ４　・ ６　　・ ８　　・ ２０・ ２２・ ・界磁巻線 ・分圧器 ・抵抗 ・制御可能スイッチ ・検流器 Φアナログ／デジタルコンバータ ・レジスタ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）常態でアースから絶縁され電気機械の動作時両端
   間に直流電位が存在する界磁巻線の地絡故障を検知しそ
   の位置を測定する装置であって、巻線に並列に接続可能
   であり複数の離隔したタップを有する分圧器と、それぞ
   れが関連のタップとアース接続点との間に接続された複
   数の電流通路を画定する手段と、電流通路に接続されて
   各通路を流れる電流の大きさを指示する検流手段と、検
   流手段に接続されて界磁巻線の地絡故障に相当する大き
   さの電流が流れたことを指示し且つ巻線に沿う地絡故障
   の少なくとも大体の位置を指示する信号処理手段とより
   成ることを特徴とする装置。
2. （２）信号処理手段は、電流通路に作動的に接続されて
   検流手段に各電流通路を流れる電流の大きさを次々に指
   示させる制御手段と、各電流通路につき検流手段の読み
   を記憶する信号記憶手段とより成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の装置。
3. （３）信号処理手段は更に、信号記憶手段に記憶された
   読みを受信して界磁巻線の地絡故障に相当する大きさの
   電流の読みを受信すると故障信号を発生する信号評価手
   段を含んで成ることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載の装置。
4. （４）信号記憶手段はそれぞれが関連の電流通路に対応
   する複数の記憶場所を有し、信号評価手段は故障信号の
   発生に応答して最小電流の読みを記憶した記憶場所を同
   定するように動作することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載の装置。
5. （５）各電流通路は直列に接続した制御可能スイッチを
   有し、制御手段はスイッチと信号記憶手段に作動的に接
   続されてスイッチをそれぞれ独立且つ順次閉じることに
   よって各スイッチが閉じた時記憶場所に記憶された読み
   を検流手段により発生された読みに対応させることを特
   徴とする特許請求の範囲第４項に記載の装置。
6. （６）検流手段はアナログ検流器よりなり、信号記憶手
   段および信号評価手段がデジタル装置よりなり、信号処
   理手段は更に検流手段と信号記憶手段の間に接続したア
   ナログ／デジタルコンバータを含んで成ることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項に記載の装置。
7. （７）分圧器は実質的に同一の抵抗値を有して直列に接
   続され抵抗間にそれぞれタップを有する複数の抵抗より
   なり、電流通路はそれぞれ分圧器の各抵抗の抵抗値より
   実質的に大きい抵抗値を持つ別の抵抗を含んで成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装置。