JP2009294090A - 絶縁抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機に係る絶縁抵抗の測定を自動化して省力化を図ることができる絶縁抵抗測定装置を提供する。
【解決手段】この絶縁抵抗測定装置１００は、発電を開始する際に、回転子３を初期励磁するための初期励磁回路１７と、回転子３が回転して固定子巻線１に誘起された電力を降圧するトランス８と、トランス８から発生された交流電力を直流に整流する整流器７と、回転子巻線３に供給する界磁電力を停止する界磁遮断器６と、絶縁抵抗を測定するメガー１０と、メガー１０の測定端子１０ａをブラシ５に接続又は遮断するスイッチ（断接手段）９と、絶縁抵抗測定装置１００全体を制御する制御部１１と、を備えて構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁抵抗測定装置に関し、さらに詳しくは、スリップリングを介して回転子巻線に電力を供給して磁界を発生させるために、スリップリングと接触摺動する摺動ブラシを有する発電機の絶縁抵抗を自動的に測定する技術に関するものである。

従来から、発電機を構成する回転子の絶縁抵抗測定は、定期的に発電機の稼動を停止して運転員が絶縁抵抗測定器（メガー）を使用して測定するか、或いは、発電機の運転状況に合わせて発電機が停止する毎にメガーを使用して測定していた。
また、従来技術として特許文献１には、検査対象モータがＯＦＦのときに、巻き線に検査電圧を印加して絶縁抵抗を測定して判定するシステムについて開示されている。
特開２００４−２５１６８９公報

しかしながら、運転員が定期的に測定する従来の方法では、測定周期が長期に亘る場合、絶縁劣化を早期に発見することが困難であった。また、運転員が現場に出向いて測定しなければならないため、例えば、山間部等の発電所にある発電機を測定する場合、その場所に到着するまでに多大の時間を要するばかりでなく、そのために要する人件費等が嵩むといった問題がある。
また、特許文献１に開示されている従来技術は、巻き線に直接検査電圧を印加しなければならず、手間と測定に多大の時間を要していた。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、スリップリングを介して回転子巻線に電力を供給して磁界を発生させるために、スリップリングと接触摺動する摺動ブラシを有する発電機において、摺動ブラシに印加する界磁電力を検知する検知手段を備え、摺動ブラシに界磁電力が供給されていないことを検知すると、摺動ブラシと絶縁抵抗測定器をスイッチにより接続して絶縁抵抗の測定を開始することにより、発電機に係る絶縁抵抗の測定を自動化して省力化を図ることができる絶縁抵抗測定装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、回転子巻線に接続されたスリップリングと、該スリップリングと摺動する摺動ブラシを介して前記回転子巻線に電力を供給して磁界を発生させる発電機の絶縁抵抗を自動的に測定する絶縁抵抗測定装置であって、前記回転子巻線に供給する界磁電力を停止する界磁遮断器と、前記絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、前記絶縁抵抗測定器の測定端子と前記摺動ブラシを接続又は遮断する断接手段と、前記絶縁抵抗測定装置全体を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記摺動ブラシに供給された界磁電力の有無を検知する電力検知手段と、前記絶縁抵抗測定器の測定結果に基づいて評価結果を判定する判定手段と、を備え、前記電力検知手段により前記摺動ブラシに前記界磁電力が供給されていないことを検知したときに、前記断接手段を接続状態とし、前記絶縁抵抗測定器を稼働して測定を開始することを特徴とする。
発電機は、円筒状に構成された固定子巻線内を界磁された回転子巻線が回転することにより、固定子巻線に電力を誘起するように構成されている。このとき回転子を界磁するために、回転子巻線に所定の界磁電力を供給する必要があるため、スリップリングを介して摺動ブラシから界磁電力を供給して回転子を界磁する方法が採られている。また、発電機の故障、或いはメンテナンスのために、界磁電力を遮断する界磁遮断器が備えられているが、発電中は、摺動ブラシに界磁電力（約４００Ｖ）が供給されているので、そこに測定器を接続すると、測定器が破損する虞があるため絶縁抵抗を測定することができない。そこで本発明では、電力検知手段により摺動ブラシに界磁電力が供給されていないことを検知すると、断接手段を接続状態として摺動ブラシと測定器を接続して、摺動ブラシを介して測定電圧を印加して測定する。これにより、回転子巻線の絶縁抵抗を測定する測定器の破損を防止すると共に、測定の精度を高めるばかりでなく、発電機の絶縁抵抗の測定を自動化して省力化を図ることができる。
請求項２は、前記判定手段は、前記絶縁抵抗測定器の測定結果に基づいて正常又は異常信号を発生し、前記電力検知手段が前記摺動ブラシに界磁電力が供給されていることを検知したときに、測定禁止信号を出力することを特徴とする。
判定手段は、絶縁抵抗測定器から出力される絶縁抵抗の値を所定の閾値で正常か、又は異常かを判断している。例えば、絶縁抵抗が１００メグオーム以上であれば、正常、それ以下であれば異常と判断する。また、発電中は測定が不可能なので、測定禁止信号を出力する。これにより、外部装置が発電機の絶縁抵抗に係る測定結果を即座に認識することができる。

請求項３は、前記正常又は異常信号、及び測定禁止信号はコード化された信号であることを特徴とする。
判定結果を外部に転送する場合、各信号ごとにポートを対応させてそのポートが「１」か「０」かにより判定する方法がある。しかし、この方法の場合、信号の種類が多くなると、ポート数も増加するといった問題がある。そこで本発明では、ポート数を１つにして、各信号に対応するコードを生成するようにする。これにより、ポート数を最小限にすると共に、コンピュータにより処理することができる。
請求項４は、前記制御部は、発電を開始する場合には、前記断接手段を遮断状態にした後に、前記界磁遮断器を不動作状態として前記界磁電力を前記摺動ブラシに供給するように制御することを特徴とする。
発電を開始するには、摺動ブラシに界磁電力を供給する必要がある。しかし、測定器が摺動ブラシに接続されているときは、必ず界磁遮断器を動作状態として界磁電力が摺動ブラシに供給されないようにしておく必要がある。そこで本発明では、この手順を守るために、発電を開始する場合には、断接手段を遮断状態にした後に、界磁遮断器を不動作状態として界磁電力を摺動ブラシに供給するように制御する。これにより、発電中は必ず絶縁抵抗測定器には界磁電力が印加されないようにすることができる。

本発明によれば、摺動ブラシを備えた発電機の回転子巻線の絶縁抵抗を測定するために、摺動ブラシに界磁電力が供給されていないことを検知して、摺動ブラシと絶縁抵抗測定器を断接手段（例えばスイッチ等）により接続して絶縁抵抗を自動的に測定するので、絶縁抵抗測定器の破損を防止すると共に、測定の精度を高めるばかりでなく、発電機の絶縁抵抗の測定を自動化して省力化を図ることができる。
また、絶縁抵抗測定器から出力される絶縁抵抗の値を所定の閾値で正常か、又は異常か、測定禁止かを判断し、発電中は測定が不可能なので、測定禁止信号を出力することにより、外部装置が発電機の絶縁抵抗に係る測定結果を即座に認識することができる。
また、ポート数を１つにして、各信号に対応するコードを生成するようにするので、ポート数を最小限にすると共に、コンピュータにより処理することができる。
また、制御部は発電を開始する場合には、断接手段を遮断状態にした後に、界磁遮断器を不動作状態として界磁電力を摺動ブラシに供給するように制御するので、発電中は必ず測定器には界磁電力が印加されないようにすることができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗測定装置を模式化して示す構成図である。この絶縁抵抗測定装置１００は、スリップリング４を介して回転子巻線３に電力を供給して磁界を発生させるために、スリップリング４と接触摺動する摺動ブラシ（以下、単にブラシと呼ぶ）５を有する発電機１９の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定装置１００であって、発電を開始する際に、回転子３を初期励磁するための初期励磁回路１７と、回転子巻線３が回転して固定子巻線１に誘起された電力を降圧するトランス８と、トランス８から発生された交流電力を直流に整流する整流器７と、回転子巻線３に供給する界磁電力を遮断する界磁遮断器６と、絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器（以下、メガーと呼ぶ）１０と、メガー１０の測定端子１０ａをブラシ５に接続又は遮断するスイッチ（断接手段）９と、絶縁抵抗測定装置１００全体を制御する制御部１１と、を備えて構成されている。尚、制御部１１は、界磁遮断器６を駆動する遮断器駆動部２３（後述）から出力される遮断器制御信号１２と、スイッチ９をＯＮ／ＯＦＦ駆動するスイッチ駆動部２４（後述）からの駆動信号１４と、メガー１０の出力信号を許可するメガー制御信号１５とを出力し、ブラシ５に印加された界磁電力を検知する電力検知手段２０（後述）に界磁電力を入力する信号線１３と、メガー１０から出力される測定結果を入力する信号線１６とを入力する。また、発電機１９は、円筒状に構成された固定子巻線１内を界磁された回転子巻線３が回転することにより、固定子巻線１の出力端子２に電力を誘起する。

即ち、発電機１９の基本構成は、円筒状に構成された固定子巻線１内を界磁された回転子巻線３が回転することにより、固定子巻線１に電力を誘起する。このとき回転子を界磁するために、回転子巻線３に所定の界磁電力を供給する必要がある。そこでスリップリング４を介してブラシ５から界磁電力を供給して回転子を界磁する方法が採られている。また、発電機１９の故障、或いはメンテナンスのために、界磁電力を遮断する界磁遮断器６が備えられている。また、発電中は、ブラシ５に界磁電力（約４００Ｖ）が供給されているので、そこにメガー１０を接続すると、メガー１０が破損する虞があるため絶縁抵抗を測定することができない。そこで本実施形態では、電力検知手段２０によりブラシ５に界磁電力が供給されていないことを検知すると、スイッチ９を接続状態として、ブラシ５とメガー１０を接続する。これにより、回転子巻線３の絶縁抵抗を測定するメガー１０の破損を防止すると共に、測定の精度を高めるばかりでなく、発電機１９の絶縁抵抗の測定を自動化して省力化を図ることができる。

次に、本実施形態に係る絶縁抵抗測定装置１００の概略動作について説明する。発電中は、界磁遮断器６は制御部１１の遮断器制御信号１２により不動作状態（遮断器が回路を遮断していない状態）に制御され、トランス８から供給された電力を整流器７により整流して界磁遮断器６を通過してブラシ５に供給される。ブラシ５はスリップリング４に接触して摺動される構成であるので、回転子３が回転しても常に界磁電力を供給することができる。その結果、界磁電力(電流)は点線の矢印Ａのように、整流器７から界磁遮断器６を通過して回転子巻線３を流れ整流器７に戻るループが形成される。これにより、回転子巻線３により図示しない回転子が磁化され、固定子巻線１内を回転することにより電力が発電される。このとき、制御部１１は信号線１３により界磁電力が供給中であることを検知するので、現在発電中であると判断してスイッチ９をＯＦＦのままにする。

次に、制御部１１が回転子巻線３の絶縁抵抗を測定する場合について説明する。発電機１９を停止するには、出力端子２側を無負荷状態にして、制御部１１から遮断器制御信号１２をＯＮとして、界磁遮断器６を動作させる。これにより界磁遮断器６は回路を開放する。その結果、ループＡは遮断されて回転子巻線３には界磁電力が供給されなくなり、信号線１３には界磁電力が０となる。制御部１１は電力検知手段２０によりブラシ５に界磁電力が供給されていないことを検知すると、スイッチ９を接続状態として、ブラシ５とメガー１０を接続するように構成する。この状態では、メガー１０の入力端子１０ａは、スイッチ９を介してブラシ５に接続されたことになる。次に制御部１１は、メガー制御信号１５をＯＮとして絶縁抵抗の測定を開始する。メガー１０はこの信号を受信すると、メガー１０から絶縁抵抗を測定するために、例えば５００Ｖの測定電圧を発生させる（この測定電圧は、機器の耐圧により決定される）。この測定電圧は、点線の矢印Ｂのようにブラシ５からスリップリング４を介して回転子巻線３に印加される。もし、回転子巻線３の絶縁が正常であれば、メガー１０から印加された測定電圧はメガー１０に戻ってこないため、大きな絶縁抵抗値を示す。しかし、例えば、回転子巻線３内部のＰ点から絶縁破壊を起こしている場合は、測定電圧ＢがＰ点からグランドＧに漏洩するので、メガー１０は低い絶縁抵抗値を示す。その値は、信号線１６として制御部１１に入力される。制御部１１はメガー１０からの測定値に基づいて判定手段２２により合否を判定する。尚、絶縁抵抗の判定基準は、機器の耐圧によって異なるので、機器毎に設定する。

図２は制御部１１内部の機能を示す機能ブロック図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。この制御部１１は、ブラシ５に供給された界磁電力の有無を検知する電力検知手段２０と、メガー１０の測定結果に基づいて評価結果を判定する判定手段２２と、界磁遮断器６を駆動するための電力を発生する遮断器駆動部２３と、スイッチ９を駆動するための電力を発生するスイッチ駆動部２４と、これらを制御するＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１を駆動するプログラムを格納するＲＯＭ２５と、ワークメモリとして動作するＲＡＭ２６と、を備えて構成されている。また、メガー１０から絶縁抵抗値の結果が信号線１６からＣＰＵ２１に入力され、メガー１０による絶縁抵抗測定の指示を与えるメガー制御信号１５がＣＰＵ２１から出力される。尚、図２では、電力検知手段２０、及び判定手段２２がＣＰＵ２１の外部に配置されているが、ＣＰＵ２１内部に存在しても構わない。即ち、電力の検知、及びメガー１０から受信した測定結果の合否判定は、ソフトウェアにより行なわれるため、特にブロックとして備える必要はないが、説明を簡略化するためにブロックとして独立しているものとして説明する。また、判定手段２２の判定結果２７は、例えば通信装置を介して遠隔のセンターサーバに送信するようにしても構わない。これにより、遠隔操作により発電機の絶縁抵抗を測定することができる。
即ち、判定手段２２は、メガー１０から出力される絶縁抵抗の値を所定の閾値で正常か、又は異常かを判断している。例えば、絶縁抵抗が１００メグオーム以上であれば、正常、それ以下であれば異常と判断する。また、発電中は測定が不可能なので、測定禁止信号を出力する。これにより、外部装置が発電機１９の絶縁抵抗に係る測定結果を即座に認識することができる。

図３は界磁遮断器６、スイッチ９、メガー１０、及び制御部１１の関係を示すタイミングチャートである。界磁遮断器６が接続状態のときブラシ５には界磁電力が印加されているため、スイッチ９は遮断状態であり、制御部１１の制御信号１５はメガー１０を不動作とする。従って、制御部１１の判定結果２７は非測定である信号を出力する。制御部１１は絶縁抵抗を測定するために、遮断器駆動部２３から界磁遮断器６に対して界磁遮断器６を動作(遮断動作)させる信号１２を出力する。その結果、界磁遮断器６はＡ点で遮断状態となり、制御部１１に入力されている信号線１３の界磁電力が０となる。制御部１１は界磁電力が０であることを電力検知手段２０により検知すると、スイッチ９を接続状態とするために、スイッチ駆動部２４に信号を供給する。その結果、スイッチ９は接続状態（Ｂ点）となる。また、制御部１１は、制御信号１５をＯＮとして、メガー１０を動作状態とする。即ち、メガー１０から所定の測定電圧を発生させる。その結果、メガー１０からは回転子巻線３の絶縁抵抗値１７が得られる。このとき、絶縁抵抗値１７がスレッシュ１８を超えていれば正常として判定結果２７から出力される。一方、回転子巻線３に絶縁破壊が存在すると、絶縁抵抗値がスレッシュ１８以下となるので、異常として判定結果２７から出力される。
測定が終了すると、制御部１１は、スイッチ駆動部２４からスイッチ９をＯＦＦする信号を出力する。それにより、スイッチ９はＯＦＦとなり（Ｃ点）、メガー１０の入力端子１０ａはブラシ５から切り離される。その後、遮断器駆動部２３に界磁遮断器６をＯＦＦとする（遮断器を不動作）信号を出力する（Ｄ点）。これにより、整流器７とブラシ５が界磁遮断器６により接続される。その結果、制御部１１の判定結果２７は測定禁止である信号を出力する。

尚、判定結果を外部に転送する場合、各信号ごとにポートを対応させてそのポートが「１」か「０」かにより判定する方法がある。しかし、この方法の場合、信号の種類が多くなると、ポート数も増加するといった問題がある。そこで本実施形態では、ポート数を１つにして、各信号に対応するコードを生成する方法がある。これにより、ポート数を最小限にすることができる。
また、発電を開始するには、ブラシ５に界磁電力を供給する必要がある。しかし、メガー１０がブラシ５に接続されているときは、必ず界磁遮断器６を動作状態として界磁電力がブラシ５に供給されないようにしておく必要がある。そこで本実施形態では、この手順を守るために、発電を開始する場合には、スイッチ９を遮断状態にした後に、界磁遮断器６を不動作状態として界磁電力をブラシ５に供給するように制御する。これにより、発電中は必ずメガー１０には界磁電力が印加されないようにすることができる。

図４は本発明に係る絶縁抵抗測定装置の一実施例の動作を説明するフローチャートである。制御部１１は絶縁抵抗の測定を開始しない場合（Ｓ１でＮＯ）は何もしないが、絶縁抵抗の測定を開始する場合（Ｓ１でＹＥＳ）は、発電機１９の負荷を無負荷状態として、界磁遮断器６を動作(遮断動作)させる信号１２を出力する。その結果、界磁遮断器６は界磁電力の回路を遮断する（Ｓ２）。それにより、界磁電力はブラシ５に印加されなくなるので、回転子巻線には界磁電流が流れなくなり発電機１９は発電を停止する（Ｓ３）。しかし、回転子は軸の重量が重いため、完全に停止すると軸が歪む虞があるので常時回転しておく必要がある。次に、制御部１１は、信号線１３に界磁電力（約４００Ｖの電圧）が供給されているか否かをチェックし、界磁電力が０であることを検出すると（Ｓ４でＮＯ）、スイッチ駆動部２４を駆動する信号を出力することにより、スイッチ９をＯＮとする（Ｓ５）。その結果、メガー１０の入力端子１０ａとブラシ５が接続される。メガー１０からはスイッチ９とブラシ５を介してスリップリング４に測定電圧を印加して絶縁抵抗の測定を開始する（Ｓ６）。ここで、回転子巻線３の絶縁が正常であれば、メガー１０から印加された測定電圧はメガー１０に戻ってこないため、大きな絶縁抵抗値を示す。しかし、例えば、回転子巻線３内部のＰ点から絶縁破壊を起こしている場合は、測定電圧ＢがＰ点からグランドＧに漏洩するので、メガー１０は低い絶縁抵抗値を示す。その値は、信号線１６として制御部１１に入力される。制御部１１は判定手段２２により絶縁抵抗の判定を行い（Ｓ７）、所定の絶縁抵抗値以下の場合は（Ｓ７でＮＯ）、異常であることを外部装置に通報する（Ｓ１４）。ステップＳ７で所定の絶縁抵抗値以上の場合は（Ｓ７でＹＥＳ）、正常であることを外部装置に通報する（Ｓ８）。測定を終了する場合は（Ｓ９でＹＥＳ）、スイッチ駆動部２４を駆動する信号を停止することにより、スイッチ９をＯＦＦとする（Ｓ１０）。その後、所定の時間経過後に（Ｓ１１でＹＥＳ）、遮断器駆動部２３に駆動信号を出力して界磁遮断器６をＯＦＦして、界磁電力がブラシ５に印加されるように界磁回路を接続する（Ｓ１２）。そして、発電を開始するのであれば、初期励磁回路１７を動作させて回転子巻線３を励磁して、回転子巻線３を外部動力（火力又は水力）により回転することにより発電を開始する（Ｓ１３）。

本発明の一実施形態に係る絶縁抵抗測定装置を模式化して示す構成図である。 制御部１１内部の機能を示す機能ブロック図である。 界磁遮断器６、スイッチ９、メガー１０、及び制御部１１の間の関係を示すタイミングチャートである。 本発明に係る絶縁抵抗測定装置の一実施例の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 固定子巻線、２ 出力端子、３ 回転子巻線、４ スリップリング、５ ブラシ、６ 界磁遮断器、７ 整流器、８ トランス、９ スイッチ、１０ メガー、１１ 制御部、１２、１３，１４，１５，１６、２７ 信号線、１７ 初期励磁回路、１９ 発電機、２０ 電力検知手段、２１ ＣＰＵ、２２ 判定手段、２３ 遮断器駆動部、２４ スイッチ駆動部、２５ ＲＯＭ、２６ ＲＡＭ、１００ 絶縁抵抗測定装置

Claims (4)

1. 回転子巻線に接続されたスリップリングと、該スリップリングと摺動する摺動ブラシを介して前記回転子巻線に電力を供給して磁界を発生させる発電機の絶縁抵抗を自動的に測定する絶縁抵抗測定装置であって、
   前記回転子巻線に供給する界磁電力を停止する界磁遮断器と、
   前記絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定器と、
   前記絶縁抵抗測定器の測定端子と前記摺動ブラシとを接続又は遮断する断接手段と、
   前記絶縁抵抗測定装置全体を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記摺動ブラシに供給された界磁電力の有無を検知する電力検知手段と、前記絶縁抵抗測定器の測定結果に基づいて評価結果を判定する判定手段と、を備え、
   前記電力検知手段により前記摺動ブラシに前記界磁電力が供給されていないことを検知したときに、前記断接手段を接続状態とし、前記絶縁抵抗測定器を稼働して測定を開始することを特徴とする絶縁抵抗測定装置。
2. 前記判定手段は、前記絶縁抵抗測定器の測定結果に基づいて正常又は異常信号を発生し、前記電力検知手段が前記摺動ブラシに界磁電力が供給されていることを検知したときに、測定禁止信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の絶縁抵抗測定装置。
3. 前記正常又は異常信号、及び測定禁止信号はコード化された信号であることを特徴とする請求項２に記載の絶縁抵抗測定装置。
4. 前記制御部は、発電を開始する場合には、前記断接手段を遮断状態にした後に、前記界磁遮断器を不動作状態として前記界磁電力を前記摺動ブラシに供給するように制御することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の絶縁抵抗測定装置。

Images