(57)【特許請求の範囲】
【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及び発生頻度が共にそれぞれの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。
【請求項２】
上記零相変流器とパルス増幅ユニットの間にレアショートパルス電流を積分処理して放電電荷量パルスを得る積分回路を備え、上記パルス増幅ユニットが上記放電電荷量パルスを増幅させる増幅回路を含む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。
【請求項３】
上記零相変流器と積分回路の間に、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及びバンドパスフィルタの少なくとも１つを備えたことを特徴とする請求項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。
【請求項４】
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ないし３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。
【請求項５】
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４に記載の電機機器のための巻線レアショート監視装置。
【請求項６】
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５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。
【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、ｔａｎδ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、ｔａｎδ計２３の測定スイッチ（図示せず）を押してｔａｎδ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及び発生頻度が共にそれぞれの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、上記零相変流器とパルス増幅ユニットの間にレアショートパルス電流を積分処理して放電電荷量パルスを得る積分回路を備え、上記パルス増幅ユニットが上記放電電荷量パルスを増幅させる増幅回路を含むことを特徴とする。
また、上記零相変流器と積分回路の間に、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及びバンドパスフィルタの少なくとも１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３２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３４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３６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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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