(57)【要約】本発明は、動作中の電気機械を監視および／または分析するための装置および方法に関する。この場合、電気機械は、シャフト（２）を備えた少なくとも１つの発電機（４）と、シャフト（２）を駆動するための駆動手段を有している。シャフト（２）は発電機（４）の第１の側でアースされており、シャフト（２）において発電機（４）の第２の側に、シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ）を時間の関数として測定する測定ユニット（６）が設けられている。このような装置において、様々な障害状態を組み合わせて同時に測定することができる。その際、シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））の信号が分析ユニット（７）へ供給される。この分析ユニット（７）は、電気機械において発生する可能性のある少なくとも２つの障害状態について、同時に行われる組み合わせられた分析を実行できる。このような装置もしくはこのような方法によって、個々の障害状態の個々の測定結果の間における相互関係を求めることができ、したがって実際にクリティカルな状態を明確かつ高い信頼性をもって診断することができる。このことは個々の現象を別個に観測することでは実現できない。
2005538371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作中の電気機械を監視および／または分析する装置において、
電気機械は、シャフト（２）を備えた少なくとも１つの発電機（４）と該シャフト（２）を駆動する駆動手段（１）を有しており、
前記シャフト（２）は発電機（４）の第１の側でアースされており、
前記シャフト（２）において発電機（４）の第２の側で、シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））を時間の関数として測定する測定ユニット（６）が設けられており、
シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））のうち少なくとも１つの信号が分析ユニット（７）へ供給され、
電気機械において発生する可能性のある少なくとも２つの障害状態について、同時に行われる組み合わせられた分析が該分析ユニット（７）において実行されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記障害状態は、
ロータ巻線における巻線短絡；
シャフトアースの機能不良；
シャフト（２）の絶縁不良；  ロータ巻線の絶縁不良；
シャフト（２）におけるスパーク侵食；
ブラシスパーク；
スタータおよび／またはロータおよび／または励磁装置における部分放電；
シャフト（２）の危険な振動；  励磁装置および／またはロータ巻線におけるスパーク；
回転に同期した圧痕および／または条痕；
のグループから選ばれた少なくとも２つの異なる障害状態であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の装置において、
前記障害状態のうちの少なくとも１つは、高周波のスパーク活性たとえばシャフト（２）におけるスパーク侵食、または励磁装置および／またはロータ巻線におけるスパークであり、またはシャフト（２）の危険な振動たとえば横方向の曲げ振動、振り子運動またはねじれ振動であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の装置において、
発電機（４）の第１の側でシャフト（２）をアースするためにアースユニット（５）が設けられており、該アースユニット（５）自体はシャフト電圧（ＵＤＥ（ｔ）））および／またはシャフト電流（ＩＤＥ（ｔ）））を時間の関数として測定し、
該シャフト電圧および／またはシャフト電流（ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））の信号は分析ユニット（７）へ供給され、該分析ユニット（７）において測定ユニット（６）からの信号（ＵＲＣ（ｔ），ＩＲＣ（ｔ））と組み合わせられて同時に評価されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の装置において、
前記分析ユニット（７）は低周波信号領域も高周波信号領域も評価することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
たとえばフーリエ解析により巻線短絡および／またはシャフトの危険な振動を捕捉するために低周波領域が、スパーク活性を捕捉するために高周波領域が、同時に組み合わせられて使用されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項5または６記載の装置において、
前記分析ユニット（７）はたとえば、信号（ＵＲＣ（ｔ），ＩＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））を周波数選択的にフィルタリングする手段（２３，２４）を有することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項記載の装置において、
前記手段はローパスフィルタ（２４）および高周波バンドパスフィルタ（２３）であり、該フィルタを介して信号（ＵＲＣ（ｔ），ＩＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））が同時にまたはスイッチングされて択一的にフィルタリングされ、
たとえば前記ローパスフィルタ（２４）は２０ｋＨｚよりも低い周波数を通過させ、たとえば前記高周波バンドパスフィルタ（２３）は２０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの領域の周波数たとえば１ＭＨｚ〜４０ＭＨｚの領域の周波数を有利には調整可能に通過させることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の装置において、
前記分析ユニット（７）へ付加的に、シャフト電圧および／またはシャフト電流の測定に基づかない障害状態に関する別の信号が供給され、該信号はシャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ），UＤＥ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））と組み合わせられて同時に、障害状態に関して監視もしくは分析されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項記載の装置において、
前記分析ユニット（７）における評価はサンプリングとして行われ、たとえばアナログ／ディジタル変換器が用いられ、たとえば電源周波数に相応するサンプリング周波数または発電機の極ペア数で分周された電源周波数の整数倍に相応するサンプリング周波数が用いられることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項記載の装置において、
シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））を分析するため前記分析ユニット（７）において、対応する信号（ＵＲＣ（ｔ），ＩＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））が該信号に含まれている周波数変調成分および／または振幅変調成分および／またはたとえばベースバンドにおける周波数線について調べられることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の装置において、
スペクトラム中の過渡的な過程が前記分析ユニット（７）において評価されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１０、１１または１２記載の装置において、
搬送波周波数をもつ信号（ＵＲＣ（ｔ）、ＩＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））たとえば電源周波数（ＶＮｅｔｚ）および極ペア数で分周された整数倍の高調波をもつ信号（ＵＲＣ（ｔ）、ＩＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ））が必要に応じて復調またはダウンミキシングされた後、部分的にフーリエ変換され、結果として得られたスペクトルが線幅の広がりおよび／または側波帯について、および／またはベースバンドの周波数線について分析されることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１項記載の装置において、
前記信号が１〜２００ｋＨｚのサンプリングレートでサンプリングされ、たとえば５ｋＨｚの領域の低周波成分および２００ｋＨｚの領域の高周波成分についてサンプリングされ、ついで微細構造を求めるため、前記信号のうちそれぞれ０．５ｋ〜１０００ｋのデータポイントの領域たとえば６４ｋのデータポイントの領域においてフーリエ変換されることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項記載の装置において、
前記発電機（４）の第１の側にアースユニット（５）が設けられており、該アースユニット（５）は、シャフト（２）における接触装置（１０）に対する高オームの抵抗（１２）と、アース点（８）に対する低オームの抵抗を有しており、
前記高オームの抵抗（１２）に並列に安全装置（１４）が配置されており、
たとえばアース点（８）と低オームの抵抗（１３）との間に測定抵抗（１８）が配置されており、
前記シャフト電圧（ＵＤＥ（ｔ））が高オームの抵抗（１２）と接触装置（１０）とアース点（８）の間で取り出され、前記シャフト電流（ＩＤＥ（ｔ））は測定抵抗（１８）を介して取り出されることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか１項記載の装置において、
前記測定ユニット（６）は、シャフト（２）における接触装置（１１）に対する安全装置（１５）と、１つまたは複数の並列に配置されたキャパシタンス（１７）および該キャパシタンス（１７）に並列にアース点（９）に対する抵抗（１６）を有しており、アース点（９）とキャパシタンス（１７）または抵抗（１６）の間に測定抵抗（１８）が配置されており、前記シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））は安全装置（１５）とアース点（９）の間で取り出され、前記シャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））は前記測定抵抗（１８）を介して取り出されることを特徴とする装置。
【請求項１７】
動作中の電気機械を監視および／または分析する方法において、
電気機械は、シャフト（２）を備えた少なくとも１つの発電機（４）と該シャフト（２）を駆動する駆動手段（１）を有しており、
前記シャフト（２）は発電機（４）の第１の側でアースされており、
前記シャフト（２）において発電機（４）の第２の側で、シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））を時間の関数として測定する測定ユニット（６）が設けられていて、
シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））を表す信号を分析ユニット（７）へ供給し、
電気機械において発生する可能性のある少なくとも２つの障害状態について、同時に行われる組み合わせられた分析を該分析ユニット（７）において実行することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法において、
前記障害状態は、
ロータ巻線における巻線短絡；
シャフトアースの機能不良；
シャフト（２）の絶縁不良；
ロータ巻線の絶縁不良；
シャフト（２）におけるスパーク侵食；
ブラシスパーク；
スタータおよび／またはロータおよび／または励磁装置における部分放電；
シャフト（２）の危険な振動；
励磁装置および／またはロータ巻線におけるスパーク；
回転に同期した圧痕および／または条痕；
のグループから選ばれた少なくとも２つの異なる障害状態であり、
たとえば請求項１から１６のいずれか１項記載の装置を使用して実行することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作中に電気機械を監視および／または分析するための装置および方法に関する。この場合、電気機械はシャフトを備えた少なくとも１つの発電機およびこのシャフトを駆動する駆動手段を有しており、その際、シャフトは発電機の第１の側において実質的にじかにアースされており、発電機の第２の側においてシャフトに、シャフト電圧および／またはシャフト電流を時間の関数として測定するための測定ユニットが設けられている。ここでは発電所施設において利用される装置について論じる。
【０００２】
従来技術
電気機械殊に発電所施設で利用されるような大型の電気機械は、摩擦のない動作を保証する目的で連続的に監視すべきものであるし、および／または障害状態を適時に検出してコントロールできない故障が発生しないようにする目的で時折分析すべきものである。
【０００３】
この目的で、発生する可能性のある数多くの障害状態のための様々な方法および装置が存在しており、これについて以下で簡単に説明する。
【０００４】
たとえばUS 5,006, 769には、発電機のロータ巻線における巻線短絡を検出する装置について記載されている。この場合、専用のアースモジュールを介してシャフト電圧が測定され、フーリエ変換を用いて特別なかたちで分析される。
【０００５】
EP 0271678によれば、シャフトアースの機能正常性や機能安全性もしくはシャフトの絶縁に関する情報が得られるようにした装置が提案されている。ここで提案されている装置はもともとシャフト電圧低減のために設けられているものであるが、これによって電気機械におけるアース状態全体に関する情報が得られる。
【０００６】
DE 19742622に記載されている装置によれば、高電圧が加わったときに発生する可能性がありたいていはそれに付随して妨害作用を引き起こすような（たとえば軸受けなどにおける）シャフトのスパーク侵食を、シャフトのシャフト電流とシャフト電圧の測定によって検出することができる。
【０００７】
多数の文献には、スリップリングにおけるブラシスパークを捕捉するために用いられる装置について記載されている。それらの文献として挙げられるのは、たとえばUS 3,653, 019, US 4,058, 804, US 4,163, 227, US 4,451, 786である。この場合、そのために特に設ける必要のある測定装置がブラシにじかに接続され、このことは上述の文献の主眼であって、ついでデータ処理が行われ、これによって妨害信号と有効信号とを区別することができる。この目的で主としてゲーティング法が利用され、これによって妨害信号が識別され、妨害信号が発生している間は検出が中断される（ブランキング blanking）。US 4,577, 151にはブラシスパークを検出するための別の方法が提案されており、これによれば特徴的な信号がそのために特に設ける必要のあるアンテナを介して捕捉され、ついで分析ユニットへと供給される。それ相応の高周波信号が受信できるよう、アンテナをスリップリング近くに配置しなければならない。ついで信号が専用の分析ユニットにおいて増幅されて復調され、その後、検出器へと導かれる。
【０００８】
US 4,814, 699には、他の障害状態を識別するための方法について記載されている。ここではステータ、ロータまたは励磁装置における部分放電の検出が行われる。この場合、シャフトがアンテナとして利用され、高周波パルスが（絶縁された）軸受けを介して、またはそのために特別に設ける必要のある結合コイルを介して取り出される。このためにシャフトの軸受けはアースに対し電気的に絶縁されていなければならない。また、この専用の信号における妨害信号を有効信号とどのように区別できるかについてもやはり言及されている。
【０００９】
同様に監視しなければならないさらに別の重大な障害状態は、機械たとえばターボ発電機アセンブリにおけるシャフトアセンブリの振動である。この振動は様々な特性をもっている可能性がある。そのような振動として曲げ振動もしくは横方向の振動を挙げることができ、これはシャフトに対し垂直方向に発生する。さらにいわゆるハンチングないしは振り子運動の発生する可能性もあり、つまりこれは一般にほぼ周期的に減衰するたいていは５０Ｈｚ（ないしは６０Ｈｚ）の電源周波数を中心としたシャフト回転周波数の変動であって、たとえば電源における衝撃的な妨害によって発生する。シャフト振動の第３のタイプとして知られているのは本来のねじれ振動であり、これはたとえば電源において負荷が急激に高まったときに発生する可能性がある。ここでねじれ振動とは、シャフトに沿って不均一な回転周波数（位相シフトまたは周波数シフト）として現れる振動であり、つまりこれによってシャフトのトーションすなわちねじれが引き起こされる。
【００１０】
ねじれ振動は非常に小さい振動であり、たいていは０．０１度の位相振幅範囲であるが、これによってシャフトに非常に強い負荷が加わる可能性があり、殊にこの種のねじれ振動の固有周波数がそれを励起する刺激と一致すると、この種のねじれ振動が危険なほど激しくなるおそれがあり、ひいてはシャフトが折れてしまうことにもなりかねない。ねじれ振動は数Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数をもつ可能性があり、その際に周波数は当然ながらシャフトの材料特性および厚さ、シャフトと結合されている装置の質量ならびにその大きさに依存する可能性がある。長いシャフトを備えた大きな装置であると殊に、このようなねじれ振動は極度にクリティカルなものになるおそれがある。
【００１１】
このような問題点の重要性ゆえに、すでに多くの特許明細書がこのような振動とも取り組んできた。つまりたとえばUS 3,934, 459には、タービン発電機システムのシャフトアセンブリ全体におけるねじれ振動を測定する測定装置または測定方法が記載されている。この場合、そのために特別に設ける必要のあるここで詳しくは説明しない１つまたは複数の専用のセンサを介して、シャフトの１つまたは複数の点におけるねじれ振動がセンシングされる。この文献の主要なテーマは、ねじれ信号の後続処理である。この後続処理はバンドパスフィルタを用いたフィルタリングと乗算によって行われ、その目的は最大ねじれトルクを求めることである。
【００１２】
さらに振動に関して特許文献としてUS 3,885, 420, US 4,148, 222, US 4,137, 780, US 4,317, 371を挙げておく。これらの特許文献にはおしなべて、上述の電気的な装置のねじれ振動を測定する測定装置もしくは測定方法が記載されている。ねじれ振動を捕捉するため、シャフトと結合されたそのために特別に設ける必要のある歯車が信号発生器として用いられ、これはセンサを介して電気信号を発生させる。この信号はバンドパスフィルタおよび乗算器等によって後続処理される。US 4,317, 371には、位相シフトを測定するための特別な復調方法について記載されている。この方法によれば、低い中間周波数の発生が行われ、ついでそれ自体無線技術において知られている周波数変調が行われる。別の方法（US 3,885, 420）によれば、復調のためにＰＬＬ（phase-locked-loop）が使用される。さらにUS 4,444を挙げておく。そこに記載された方法の場合、最初に磁気パターンをシャフトに特別に組み込む必要があり、これははあとでパルス発生器として使用される。ねじれ振動の測定に関するさらに別のコンセプトは、シャフトに結合されている永久磁石発電機の相巻線端子における電圧を上述のような振動の捕捉のために利用することである。相応の端子を介して取り出される発生電圧を評価することで、ねじれ振動が推定される。この評価はやはり周波数変調（ＰＬＬ技術）によって行われる。この装置の利点を挙げるとすれば、歯車による解決策と比べてコストが小さいことである。
【００１３】
場合によっては発生するさらに別の障害状態を挙げるとすれば、たとえばロータ巻線の不十分な絶縁ならびに回転数に同期した圧痕および／または条痕などであり、故障防止のためにこれらも検出しなければならない。
【００１４】
発明の開示
したがって本発明の課題は、十分な精度をもつ電気機械の障害状態を包括的に捕捉するための代案となる装置を提供することにあり、さらにその際にこれを構造的に簡単かつ安価、堅牢に実現し、かつ殊に通常同時に連続的な監視を行えるようにすることである。
【００１５】
ここで対象とするのは、動作中に電気機械を監視および／または分析するための装置であって、この電気機械はシャフトを備えた少なくとも１つの発電機およびこのシャフトを駆動する駆動手段を有しており、その際、シャフトは発電機の第１の側において実質的にじかにアースされており、有利には発電機の第２の側においてシャフトに、シャフト電圧および／またはシャフト電流を時間の関数として測定するための測定ユニットが設けられている。
【００１６】
上述の課題は以下のことにより解決される。すなわちシャフト電圧信号および／またはシャフト電流信号が分析ユニットへ供給され、その際、分析ユニットは、電気機械において発生する可能性のある少なくとも２つの障害状態について、同時に行われる組み合わせられた分析を実行できる。
【００１７】
本発明の核となる着想は、シャフト電圧および／またはシャフト電流の測定によって電気機械における様々な挙動もしくは障害状態に関する情報を提供することができる点にある。
【００１８】
それ相応に分析ユニットを変形して、様々な障害状態に特有の信号を組み合わせて同時に記録できるようにすれば、組み合わせ形測定装置が実現され、この装置はすでに一般に設けられている部材（発電機の一方の側におけるアースユニット、発電機の他方の側に設けられているシャフト電圧測定ユニット）を用いて駆動させることができる。
【００１９】
１つの測定に基づきつまりはいわばただ１つのデータセットに基づき複数の障害状態を同時に捕捉できるようにしたこの種の組み合わせ型の測定装置によって、信号を著しく詳細に分析することができ、それに伴い様々な作用をいっ組み合わせていっそう良好に解釈することができる。したがって従来技術のように各々の障害状態のために個々の測定装置を設ける状況とは異なり、このような１つの装置において個々の現象／測定結果の間における同時発生の相互関係を確立して調べることができ、このことを種々の装置間の整合をとることなく行うことができる。したがって、それ自体だけを見れば場合によってはまだクリティカルな状況を呈していないが、付加的に他の別の障害状態が発生するとクリティカルな状態に対する指標となり得る多数の障害状態および異常性が存在している。つまり個々の障害状態が互いに配慮されずに観測される慣用の方法の場合には、施設の停止がまだ実際には必要ではないのに停止されてしまうことが起こる可能性がある。これに対して本発明による組み合わせ型の測定装置によれば、著しく信頼性の高められた障害状態の診断が実現される。
【００２０】
この種の組み合わせ型の測定装置はとりわけ大きな利点を有しており、すなわち種々の障害状態間の相関を自動化して行うことができ、所期の警告メッセージ（アラート）を出すことができる。従来技術とは異なり、ピーク値や平均値を用いることができるだけでなく、信号のスペクトル全体にわたり、すなわち低周波領域でも高周波領域でも、周波数領域および時間領域における測定を実際に同時に行うことができる。
【００２１】
その際に観測されるシャフト電圧またはシャフト電流は殊に、発電機シャフト周囲の磁気的非対称性に起因して、発電機シャフトの静電的な帯電に起因して、またはシャフト電圧を発電機シャフトに容量的に入力結合させる外部電界に起因して、あるいはたとえばシャフトの残留磁化など回転軸における残留磁気に起因して発生する。
【００２２】
シャフト電圧およびシャフト電流は基本的に発電機の様々なコンポーネントにとって潜在的な危険性を成すものであって、許容できる尺度まで低減されなかったり、あるいはシャフトアセンブリのアース設計が適切なものでなかったりすると、発電機において損傷が引き起こされるおそれがある。これに対処するため従来、発電機シャフトにおいて特別な安全措置がとられてきており、たとえば発電機の非駆動側に絶縁区間を組み込み、駆動側では発電機シャフトがブラシを介してアース電位と接続されるよう構成されてきた。電圧ピークを小さくする目的で、発電機シャフトを非駆動側において摺動接点を用い容量を介して交流電圧的にアース電位と結合することがしばしば行われている。
【００２３】
本発明のさらに別の核となるまったくもって驚くべき着想は、シャフトアースの機能正常性や機能安全性に関するEP-A1-0 271 678による上述の情報、あるいはこれ以外にも挙げておくべきEP-A2-0 391 181によるロータ巻線短絡に関する情報が、シャフト電流またはシャフト電圧に含まれていることだけでなく、それらの信号にはさらに別の障害状態に関して広範囲にわたる情報も隠されており、それらをただ１つの分析ユニットにおいて同期して評価できる、という点にある。したがってたとえば、一般的に振動の測定のために特別に設けなければならない装置を省くことができ、機能正常性またはロータ巻線短絡を監視するためシャフト電圧またはシャフト電流を場合によってはすでに設けられている装置を用いて測定することができ、その際に含まれているデータからシャフトの振動に関する推定を他の障害状態と同時に行うことができる。この場合、シャフト電流および／またはシャフト電圧の測定は、障害状態を捕捉するための十分に精確であり殊に長期間監視にきわめて適した方法である。
【００２４】
シャフト電圧および／またはシャフト電流の測定を介して分析装置により扱うことのできる障害状態は、以下のグループから選択された少なくとも２つのそれぞれ異なる障害状態である：
ロータ巻線における巻線短絡、シャフトアースの機能不良ならびにシャフトの絶縁不良；
ロータ巻線の絶縁不良；
シャフトのスパーク侵食；
たとえばスリップリングにおけるブラシスパーク；  ステータおよび／またはロータおよび／または励磁装置における部分放電；
シャフトの振動たとえばねじれ振動および／または曲げ振動および／または振り子運動；
励磁装置および／またはロータ巻線におけるスパーク；  回転に同期した圧痕および／または条痕。
【００２５】
驚くべきことに、これらのすべての障害状態を上述のような測定によって扱うことができ、上述の障害状態のうちたとえばそれぞれペアを、あるいはグループすべてを、同期させ互いに配慮させながら観測することができる。
【００２６】
上述の障害状態のうちの少なくとも１つは、高周波のスパーク活性たとえばシャフトにおけるスパーク侵食、または励磁装置および／またはロータ巻線におけるスパークであり、あるいはシャフトの危険な振動たとえば横方向の曲げ振動、振り子運動またはねじれ振動である。これらの組み合わせによって、殊に情報の信頼性の高い共通の分析が可能となる。
【００２７】
本発明による装置の有利な実施形態の特徴によれば、発電機の第１の側にシャフトをアースするためにアースユニットが設けられており、このアースユニット自体はシャフト電圧および／またはシャフト電流を時間の関数として測定することができる。この信号（測定値）も分析ユニットへ供給され、この分析ユニットにおいて測定ユニットからの信号と組み合わせられて同時に評価される。測定ユニットを用いて発電機の第２の側で（あるいは複数の発電機が設けられているケースでは各発電機の間の種々の個所で）付加的な測定を行うことによって、シャフトに沿って障害状態を効率的に位置特定することができる。したがってたとえばこのようにすれば、どの個所において実際にスパーク侵食が発生したのかを突き止めることができる。それというのもアースユニットと測定ユニットの両方の測定値の特異な挙動から対応する推定を行うことができる。
【００２８】
本発明による装置のさらに別の有利な実施形態によれば、分析ユニットは低周波信号領域でも高周波信号領域でも評価を行う。この場合、分析ユニットはたとえば有利には、対応する信号を周波数選択的にフィルタリング可能な手段を有している。種々の障害状態によって、種々の周波数領域において信号成分が発生する。
【００２９】
さらにたとえば有用となる可能性があるのは、有利にはフーリエ解析により巻線短絡および／またはシャフトの危険な振動を捕捉するために低周波領域が、スパーク活性を捕捉するために高周波領域が、同時に組み合わせられて使用される。
【００３０】
したがって有利であると判明したのは、殊に種々の現象の分離を向上させるため、およびＳＮ比を高めるため、分析ユニットに到来する信号をフィルタリングすることである。この場合、上述の手段はローパスフィルタおよび高周波バンドパスフィルタであり、このフィルタを介して到来する信号（測定ユニットもしくはアースユニットからのシャフト電圧もしくはシャフト電流の信号）が同時に、あるいは切り替えによって択一的にフィルタリングされる。この手段を受動型フィルタとして構成することができるし、周波数選択型増幅器を用いることも可能である。有利にはローパスフィルタは２０ｋＨｚよりも低い周波数を通過させるように構成されており、高周波バンドパスフィルタは２０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚまでの領域の周波数殊に有利には１ＭＨｚ〜４０ＭＨｚまでの領域の周波数を通過させるように構成されている。
【００３１】
本発明のさらに別の有利な実施形態によれば、分析ユニットへ付加的に、シャフト電圧および／またはシャフト電流の測定に基づかない障害状態に関する別のデータまたは信号が供給され、それらはシャフト電圧および／またはシャフト電流と組み合わせられて同時に、障害状態に関して監視もしくは分析される。このような付加的なデータまたは信号をたとえば、ステータ相巻線における部分放電の測定信号あるいはスリップリングブラシにおけるスパーク活性の測定に基づくものとすることができる。別のメカニズムを介して捕捉されるこれらの付加的なデータまたは信号を同様に分析ユニットへ供給すれば、複数の障害状態間の相関を突き止めて、診断に利用することができる。
【００３２】
本発明のさらに別の実施形態によれば、分析ユニットにおける評価はサンプリングとして行われ、殊に有利にはアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）を用い、有利には電源周波数に相応するサンプリングレートまたは発電機の極ペア数で分周された電源周波数の整数倍に相応するサンプリングレートによってこれが行われる。分析ユニットにおいて、シャフト電圧および／またはシャフト電流を分析するため対応する信号を、それらの信号中に含まれる周波数変調および／または振幅変調および／またはたとえばベースバンドにおける周波数線に関して調べることができる。この場合、スペクトル中の過渡的な過程も評価することができる。有利には信号評価はフーリエ変換を用いて行われる。このことは、場合によってはたとえば電源周波数および／または極ペア数で分周された電源周波数の整数の高調波をもつ搬送波周波数によって信号を復調またはダウンミキシングした後、部分的にフーリエ変換し、その結果として得られたスペクトルを線幅および／または側波帯および／またはベースバンドにおける周波数線について分析することによって行われる。その際、一般に信号は１〜２００ｋＨｚのサンプリングレートでたとえば５ｋＨｚの範囲にある低周波成分のために、および２００ｋＨｚの領域にある高周波成分のためにサンプリングされる。ついで信号の微細構造を求めるために、それぞれ０．５ｋ〜１０００ｋのデータポイントの領域たとえば６４ｋのデータポイントの領域にある区間がフーリエ変換される。
【００３３】
本発明のさらに別の有利な実施形態の特徴によれば、発電機の第１の側にアースユニット（ドライビングエンドモジュール Driving end module）が設けられており、このアースユニットは、シャフトにおける接触装置に対する高オームの抵抗と、アース点に対する低オームの抵抗を有しており、高オームの抵抗に並列に安全装置が配置されており、殊に有利にはアース点と低オームの抵抗との間に測定抵抗が配置されており、シャフト電圧が高オームの抵抗と接触装置とアース点の間で取り出され、シャフト電流は測定抵抗を介して取り出される。測定ユニット自体は有利には以下のように構成されている。すなわちこの測定ユニットは、シャフトにおける接触装置に対する安全装置と、並列に配置された１つまたは複数のキャパシタンスならびにこれに並列にアース点に対する抵抗を有している。この場合、アース点とキャパシタンスもしくは抵抗の間に測定抵抗が配置されており、シャフト電圧は安全装置とアース点との間で取り出され、測定抵抗を介してシャフト電流が取り出される。このような測定によれば、妨害がなくかつ安全装置が設けられていることから電圧ピークおよび電流ピークに対して保護された観測が実現される。
【００３４】
従属請求項には本発明による装置の別の有利な実施形態が示されている。
【００３５】
ここで対象とするのは、動作中に電気機械を監視および／または分析するための方法であって、この電気機械はシャフトを備えた少なくとも１つの発電機およびこのシャフトを駆動する駆動手段を有しており、その際、シャフトは発電機の第１の側において低抵抗でアースされており、発電機の第２の側においてシャフトに、シャフト電圧および／またはシャフト電流を時間の関数として測定するための測定ユニットが設けられている。この場合、シャフト電圧および／またはシャフト電流の信号が分析ユニットへ供給され、電気機械において発生する可能性のある少なくとも２つの障害状態について、組み合わせられた同時の分析が分析ユニットにおいて行われる。有利にはさらに別の障害状態も扱われ、本発明による方法は有利には上述の装置を利用して実行される。
【００３６】
従属請求項には、本発明による方法のさらに別の有利な実施形態が示されている。
【００３７】
図面の簡単な説明
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。ただ１つの図面には、シャフト電圧ＵＲＣ（ｔ）および／またはＵＤＥ（ｔ）もしくはシャフト電流ＩＲＣ（ｔ）および／またはＩＤＥ（ｔ）を時間（ｔ）に依存して測定する装置が略示されている。
【００３８】
実施例
この図にはガスタービン装置の概略図が描かれており、これによれば駆動手段として２つのタービン１が発電機４の両側に配置されており、これら両方のタービン１は発電機４と同様、共通のシャフト２ないしはシャフトアセンブリに配置されている。ここで２つのタービンは例として挙げたにすぎず、１つのタービンのみを配置することも可能である。たとえばタービン１の始動時に発電機４を切り離すことができるようにする目的で一般にクラッチが設けられており、これによってタービン１を発電機４から機械的に分離することができる。
【００３９】
シャフト２は少なくとも２つの軸受け３に支承されている。軸受け３に存在する油膜に
よって、シャフト２はアースされた軸受け３から電気的に絶縁されている。ただしこの絶縁は特定のレベルを超えた電圧ピークが発生すると破壊される可能性があり、それによって電食に係わる問題点が引き起こされるおそれがある（シャフトのスパーク侵食）。
【００４０】
冒頭で述べたように、発電機４のこのようなシャフトにおいて様々な原因に起因して、直流値から発電機の回転周波数および発電機の静止形励磁システムの周波数と倍数の関係にある周波数に及ぶシャフト電圧とシャフト電流が発生する。この場合、数ＭＨｚに及ぶ周波数が発生する可能性がある。
【００４１】
このようなシャフト電圧もしくはシャフト電流は殊にシャフト２の周囲における磁気的な非対称性やシャフト２の静電帯電に起因して引き起こされ、またはシャフト電圧をシャフト２に容量的に入力結合させる外部電界に起因して、あるいは回転中のシャフト２の残留磁気ならびにシャフト２の（製造に起因する）残留磁化が原因となって引き起こされる。
【００４２】
以下の記載においてＵ（ｔ）として表されるシャフト電圧と、以下の記載においてＩ（ｔ）として表されるシャフト電流は、原則的には発電機の様々なコンポーネントにとって危険なものであり、それらによって発電機を損傷させてしまうおそれがある。しかしながら本発明によれば、電気機械の様々な障害状態を所期のように分析し捕捉する目的で、シャフト電圧もしくはシャフト電流が利用される。
【００４３】
この目的で、発電機４の一方の側で低抵抗のアースユニットたとえばいわゆるＤＥモジュール５（Driving End Module）がシャフト2に接続され、これによれば実質的にシャフト2が確実に保護されながらアースされるようになる。ＤＥモジュールは分析ユニット７と接続されている。
【００４４】
発電機４の他方の側には、シャフト電圧（ＵＲＣ（ｔ））および／またはシャフト電流（ＩＲＣ（ｔ））を時間の関数として測定する測定ユニットとして、高抵抗のアースユニットいわゆるＲＣモジュール６（抵抗のＲ、キャパシタのＣ）が一方の側ではシャフト２と接続され、他方の側ではアース点９と接続されており、さらにこのＲＣモジュール６は分析ユニット７と接続されている。
【００４５】
ＤＥモジュール５（Driving End Module）は接触装置１０を介してシャフト２と接続されている。接触装置がＣｕメッシュ体であると有利であり、これは摺動しながらシャフト２と電気的に接触接続した状態におかれる。ＤＥモジュール５はアース点８に対して低抵抗に形成されており、これは接触装置１０とアース点８との間にまずは高オームの抵抗１２が接続され、さらにこの高オームの抵抗１２に並列に安全装置１４が接続されることによって実現される。これは過度に大きい電流が発生するのを防止するためである。このようにしてＤＥモジュール５によって、まずはシャフト２が確実に低抵抗でアースされるようになる。この高オームの抵抗１２もしくはアース点に対する安全装置１４に直列に、低オームの抵抗１３が接続されている。典型的には、抵抗13は１〜１０Ωの範囲にある値Ｒを有している。さらに高周波の電圧ピーク（典型的には１５０〜２００ｋＨｚ）を短絡できるようにする目的で低オームの抵抗に並列に、３〜１０μＦの領域にある容量Ｃをもつコンデンサ１７が配置されている。さもないと、この種の電圧ピークが軸受けシャーレを介して受けとめられて、そこにおいてスパークが形成されてしまうおそれがある。
【００４６】
さらに高オームの抵抗１２と接触装置１０もしくはアースとの間で、シャフト電圧ＵＤＥ（ｔ）が時間の関数として取り出され、同軸ケーブル１９を介して分析ユニット７へ転送される。安全装置１４の状態を監視する目的で、抵抗１２と抵抗１３もしくはアースとの間の電圧を同時に監視することも可能である。さらにアース点と低オームの抵抗１３との間に測定抵抗１８（シャント抵抗）が設けられており、そこに発生する電圧降下を介してシャフト電流ＩＤＥ（ｔ）を計算してこれをいっしょに表すことができる。この情報も同軸ケーブル１９を介して分析ユニット７へ転送される。
【００４７】
発電機４の他方の側には一般に、電圧ピークを導くためにＲＣモジュール６が配置されている。これもシャフト２に対し接触装置１１を有しており、これはやはり有利にはＣｕメッシュ体として構成されていて、シャフト２と電気的に接触接続状態におかれている。
【００４８】
ＲＣモジュール６は第１にシャフトに対し安全装置１５を有しており、これは一般にタイプ２ＡＴの安全装置であり（ここでも安全装置は高電流から保護するために用いられる）、これに対し直列に抵抗１６が接続されており、さらにこの抵抗１６に対し並列にコンデンサとして構成されたキャパシタンス１７が配置されている。ごく一般的に、キャパシタンス１７に並列に接続された抵抗１６は１００〜１００００Ωの範囲の値Ｒを有しており、４００〜１０００Ωであると有利である。さらにキャパシタ１７は典型的には1〜３０μＦの範囲の値Ｃを有している。
【００４９】
さらに安全装置１５とアース点９との間でシャフト電圧ＵＲＣ（ｔ）が時間の関数として取り出され、同軸ケーブル２０を介して分析ユニット７へ転送される。さら抵抗１６とキャパシタンス１７から成る並列接続体とアース点９との間にやはり測定抵抗１８（シャント抵抗）が設けられており、そこに発生する電圧降下を介してシャフト電流ｌＲＣ（ｔ）を計算してこれをいっしょに表すことができる。この情報も同軸ケーブル２０を介して分析ユニット７へ転送される。
【００５０】
測定されたシャフト電圧には時間の関数ＵＲＣ（ｔ），ＵＤＥ（ｔ）として、もしくは測定されたシャフト電流には時間の関数ＩＲＣ（ｔ），ＩＤＥ（ｔ）として、電気機械における様々な障害状態に関する情報が含まれており、以下、これについてリストアップして例示する。
Ａ）ロータ巻線における巻線短絡：
この種の巻線短絡により、US 5,006, 769に記載されているようにシャフト電圧もしくはシャフト電流の信号において特徴的な高調波成分が生じる。この信号は１ｋＨｚよりも低い領域つまり低周波領域において変動し、これはロータ回転周波数の整数倍で発生する。回転周波数が５０Ｈｚであればそれに応じて、ロータ巻線に巻線短絡が実際に存在しているならば１００Ｈｚ、２００Ｈｚにおいて特徴的な信号が観測される。巻線短絡が存在していないならば、このような周波数ではごく弱い信号しか観測されない。
Ｂ）シャフトのアース状態もしくはシャフトの絶縁状態：
この周波数の存在が時間領域において観測され、これは一般に１〜６ｍｓの領域における信号の特徴的な中断として現れる。EP 271678 A1には発生する特徴的な信号について記載されており、そこにもやはりそのような信号からどのようにして所期の診断を行えるかについて記載されている。たとえばＤＥモジュール５とＲＣモジュール６を介したシャフト電圧の測定値組み合わせによって、対応する障害個所の位置をいっそう精確に特定できるようになる。
Ｃ）ロータ巻線の絶縁状態：
ここでは障害状態によって、１ｋＨｚよりも低い領域において低周波信号が引き起こされる。ロータ巻線における巻線短絡と同様、ロータ巻線の絶縁に障害が発生すると、電源周波数の特徴的な倍数が現れる。電源周波数が５０Ｈｚであれば、３００Ｈｚ、６００Ｈｚ、９００Ｈｚ等で特有の帯域が観測され、６極の電圧であれば１５０Ｈｚ、３００Ｈｚ等である。
Ｄ）シャフトのスパーク侵食：
この障害状態が発生すると、高周波領域すなわち５００ｋＨｚを超えた領域で特徴的な信号が観測される。シャフト電圧もしくはシャフト電流の時間信号において鋭いスパイクが観測され、これは典型的には１．５ＭＨｚまたは４０ＭＨｚ等である。この場合、スパイクは部分放電の場合に発生するパルスと類似している。
Ｅ）スリップリングにおけるブラシスパーク：
この場合も障害状態が存在すると、信号において特徴的な高周波のスパイクが発生する（これについては冒頭で挙げた従来技術の文献を参照されたい、シャフト電圧もしくはシャフト電流に関して観測される相応の信号はこの文献中で挙げられているものと類似している）。ただし観測される信号は、スパーク侵食において観測されるものとは異なる帯域にある。
Ｆ）ステータ／ロータ／励磁装置における部分放電：
この種の部分放電が発生すると、５００ｋＨｚよりも実質的に高い周波数領域においてスパイクが観測される。実質的にシャフト電圧もしくはシャフト電流に関して観測される信号は、冒頭で挙げたUS 4,814, 699に記載されるものと類似している。
Ｇ）シャフト振動：
ここでシャフトの運動とは、シャフト２の横方向の曲げ振動（タイプＩの運動）のような振動、シャフト２の振り子運動（タイプＩＩの運動）、あるいはシャフト２のねじれ運動（タイプＩＩＩの運動）である。この関連で振り子運動ないしはハンチングとは、本来の定格周波数を中心としたロータの回転速度の変動である。これが発生するのはたとえば、一般に５０Ｈｚまたは６０Ｈｚで駆動される電源に妨害が発生したときであり、このような妨害はロータの運動に入力結合され、たとえばその速度を遅くする。そしてこれによってやはり定格周波数を中心としたロータ周波数の振り子運動が引き起こされ、この振り子運動がシステムの固有周波数であると殊にクリティカルなものとなるおそれがある。なぜならば、そのときには振動が激しくなってしまう可能性があるからである。ねじれ振動が発生するのは、電源において突発的に負荷が高まったとき、およびこのような負荷の上昇によって発電機が短期間いくらか制動されたときである（これによってもやはり振り子運動が引き起こされる）。
【００５１】
シャフト電流もしくはシャフト電圧の評価によって、上記の３つの運動タイプＩ，ＩＩもしくはＩＩＩのすべてを診断することができる。その際、ねじれ振動（タイプＩＩＩ）と振り子運動（タイプＩＩ）を測定するために、振幅変動に対し不感の周波数変調方法を利用するのが有利である。曲げ振動（タイプＩ）を測定するためには、振幅復調方法を用いることができる。両方のケースともに、シャフト信号の多数の高調波を使用することができる。
【００５２】
曲げ振動（タイプＩ）は対応するスペクトルにおいて、シャフト電圧／電流の高調波の側波帯として表され、その際、側波帯は変調周波数を中心に隔てられている。その結果、この種の振動によって信号Ｕ（ｔ）もしくはＩ（ｔ）の振幅変調が引き起こされ、その際、変調周波数は約１〜３００Ｈｚとなる可能性があり、このような変調はシャフト電圧もしくはシャフト電流の基本波においても、対応する高調波においても現れる。したがって曲げ振動は、線またはその側波帯の簡単な観測もしくは分析によって行うことができる。この分析は視覚的に行えるが、自動化も可能である。さらに曲げ振動は、ベースバンドすなわ０Ｈｚを中心とした「側波帯」における周波数線としても表される。
【００５３】
振り子振動（タイプＩＩ）は通常、ロータの基本周波数を中心に発生する。この振動は回転周波数の急激な変化であり、つまり１秒よりも僅かなタイムスケールでの変化である。フーリエスペクトルにおいてはこれによって、回転周波数の線および高調波の上で線の幅が広がることになる。この場合、幅の広がりつまりは周波数のシフトは３〜４パーミルの範囲である。同様に、振り子運動の発生をこの種の線の幅の広がりから視覚的にまたは自動的に識別することができ、たとえばその発生を時間順序で分析することができる。
【００５４】
ねじれ振動（タイプＩＩＩ）によれば、一般に周波数が高いことからスペクトルにおいて微細な構造が発生する。ねじれ振動は一般に１００〜２００Ｈｚの範囲にあり、これによってきわめて速い周波数シフトないしは位相シフトがこのタイムスケールにおいて引き起こされる。これもやはりスペクトルにおいて視覚的にまたは自動的に識別することができ、分析することができる。
Ｈ）励磁装置またはロータ巻線におけるスパーク：
この場合も高周波の特徴的な信号が観測される。
Ｉ）回転に同期した圧痕および／または条痕跡
このような圧痕が発生するのは、たとえば軸受けシェルが接触したときである。条痕とは電気的な接触個所のことである。このような障害状態は、低周波領域の信号としても高周波領域の信号としても現れる。接触個所はたとえば低周波領域において観測される一方、周期的なスパークは高周波領域の特定の領域で観測される可能性がある。
【００５５】
ここで重要であるのは、従来技術によれば様々な測定装置や結合ユニットにより測定されるこれら種々の現象を、ただ１つの分析ユニット７においてまずはシャフト電圧に基づき分析することができ、そのようにして個々の測定結果の間における相互の関係を簡単に確立して調べることができる。その際、シャフト電圧は低周波信号領域でも高周波信号領域でも測定される。このことが殊に有利である理由は、多くの現象は他の現象と結びついてはじめて明確な情報を与えるからであってて、組み合わさってはじめて機械の危険性が現れるようになるからである。たとえば巻線短絡は、かなり強い振動が同時に発生してはじめて動作を妨害するようになる。したがって同時測定は、相関を識別できることからきわめて有利であると判明した。
【００５６】
分析のためには、上述の障害状態を検出するためにアルゴリズムが用いられる。いくつかのアルゴリズムは（たとえば接触個所、シャフト絶縁の検出のため）低周波信号領域からも高周波信号領域からも信号を利用する。しかも多くのアルゴリズムは別の測定アルゴリズムの結果も利用し、診断情報力を高める目的でそれらを互いに関連づける。（複数の）測定方法を同時に組み合わせることによって、すべての単独の方法だけを合わせるよりも良好で情報信頼度の高い結果が得られる。たとえばこのために以下で挙げる独特の組み合わせが用いられる：
・同一装置内での振動分析と巻線短絡の同時分析との組み合わせ。これはが有利である理由は、巻線短絡はそれが振動を引き起こすときにはじめて動作を妨害するからである。
・振動分析とシャフトの接触個所についての分析の組み合わせ。振動により振動個所が発生するかまたはその逆のことが起こり、そのことが双方の特徴的な信号が同時に発生したことから識別できるのであれば、動作の危険性を見込むことができる。
・シャフトにおける高周波活性（スパーク侵食）の測定と接触個所測定との組み合わせ。接触個所それ自体だけではたいていはクリティカルなものではない。同様に、スパーク侵食それ自体だけでもクリティカルなものにはなり得ない。しかしこれら両方の兆候が同時に発生したならば、やはりクリティカルな動作状態であると推定できる。
・シャフトにおける振動測定とステータ巻線の部分放電測定との組み合わせ。強い振動はやはり部分放電と因果関係をもっている可能性があり、同時に発生したならばクリティカルな状態に対する指標とすることができる。
【００５７】
組み合わせで発生するこれら特徴的な障害状態は、１つの分析ユニット７において同期して利用されるので、やはりきわめて簡単に識別プロセスを行うことができ、組み合わせられた値に基づきそれ相応の警告メッセージを著しく高められた信頼性を伴って発生させることができる。
【００５８】
本来の分析ユニット７は２つの入力段すなわち高周波入力段２３と低周波入力段２４を有している。高周波入力段２３は高周波バンドパスフィルタ（受信帯域は急峻な側縁をもち、約２０ｋＨｚ〜ＭＨｚの領域であり、有利には周波数の幅で調整可能）。たとえば周波数選択性の増幅器を介して実現されるバンドパスフィルタ２３によって、妨害信号（たとえばサイリスタパルス）と有効信号（たとえばスパークの信号）とが分離される。この場合、通過帯域内に存在する有効信号が検出され、フィルタの阻止帯域内に存在する妨害信号が抑圧される。これによれば、サイリスタスイッチング信号はブラシスパークのスパーク信号よりも低い周波数である、ということが利用される。ごく一般的に言えば、種々の現象はそれぞれ異なる周波数帯域での受信ということによって互いに区別することができる。
【００５９】
低周波入力段２４は、約２０ｋＨｚまでの周波数のために設計されている。この場合、やはり受動型ローパスフィルタであってもよいし、あるいは選択性をもつ低周波増幅器であってもよい。これによって低周波信号が準備処理される。
【００６０】
ついで入力段の信号が組み合わせられた分析ユニット２２へ転送される。周波数領域における分析のために殊に適していると判明したのは、時間信号ＵＲＣ（ｔ）もしくはＵＤＥ（ｔ）あるいはｌＲＣ（ｔ）もしくはＩＤＥ（ｔ）をフーリエ変換により評価することである。測定精度を高めるために、もしくは入力データのフィルタリングを簡単にするために、搬送波信号（キャリア）もしくはπ／２だけシフトされた相応の搬送波信号をもつ対応する時間信号を、直交検出の目的で混合することができ、別々に実部と虚部を格納してフーリエ変換（ＦＦＴ）することができる。搬送波としてたとえば電源周波数またはその整数倍の周波数が適しており、これは場合によっては電源または適切な他の場所から直接取り出すことができるし、あるいはローカルに発生させることができる。
【００６１】
到来した信号ＵＲＣ（ｔ）もしくはＵＤＥ（ｔ）（典型的には１５Ｖよりも低い領域）あるいはｌＲＣ（ｔ）もしくはＩＤＥ（ｔ）は最初に、アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）において典型的には５ｋＨｚ（電源周波数入力段２４からの低周波信号）もしくは２００ｋＨｚ（高周波入力段２３からの高周波信号）というサンプリングレートでディジタル化され、次にディジタル化されたこの時間信号Ｕｄｉｇ（ｔ）もしくはＩｄｉｇ（ｔ）が部分的にフーリエ変換される。その際、たとえばねじれの分析のために有用であると判明したのは、たとえばそれぞれ６４ｋのデータポイントから成る窓をフーリエ変換することであり、たとえば曲げ振動の検査であれば一般に１ｋのデータポイントから成る窓であればすでに十分であって、その理由は対応するスペクトル特性が著しく粗いからである。
【００６２】
さらに信号を、電源周波数に相応するサンプリングレートでサンプリングすることができ、あるいは発電機の極ペア数で分周された電源周波数の整数倍に相応するサンプリングレートでサンプリングすることができる（電源の相に同期した分析）。これにより、このサンプリング周波数を中心とした周波数シフトが発生する。したがってたとえば、著しく簡単な回転数に同期した圧痕または条痕を検出することができる。
【００６３】
さらに別の実施形態によれば、シャフトにおける測定がたとえばUS 4,814, 699に記載されているような部分放電測定と組み合わせられる。これによれば、ステータ巻線における部分放電のパルスをシャフトにおけるスパーク活性と区別することができるし、あるいは部分放電測定を補うことができる。
【００６４】
さらに別の実施形態によれば、スリップリングブラシから依然としてじかに取り出されている信号（これについてはUS 3,653, 019を参照）が高周波信号および低周波信号について分析され、シャフト電圧もしくはシャフト電流から得られたデータといっしょに組み合わせられたアルゴリズムが評価される。
【００６５】
ただし基本的に、シャフトにおいてじかに取り出すことの利点は、シャフトにおけるすべてのスパーク活性の測定たとえば軸受けシェルを介した放電の測定が可能になることである。さらに発電機４の両側で測定を行うことによって、発生する現象を良好に位置特定することができる。
【００６６】
さらにこれに関連して留意しておきたいのは、本発明による方法はシャフトアセンブリの挙動を長期間にわたり観測するのにきわめて適していることである。なぜならば装置のコストがかなり僅かであり、また、センサすなわちシャフトは必ず存在しているからである。つまり、電気機械の障害状態が徐々にゆっくりと変化していくことから、場合によっては点検の必要性があると判定することができ、所期のように適切な点検を計画して実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】シャフト電圧ＵＲＣ（ｔ）および／またはＵＤＥ（ｔ）もしくはシャフト電流ＩＲＣ（ｔ）および／またはＩＤＥ（ｔ）を時間（ｔ）に依存して測定する装置の概略図
【符号の説明】
【００６８】
１  タービン、駆動手段
２  シャフト
３  軸受け
４  発電機
５  アースユニット（ＤＥモジュール、Driving End Unit）
６  ＲＣモジュール（高抵抗）、測定ユニット
７  分析ユニット
８  ＤＥモジュールのアース点
９  ＲＣモジュールのアース点
１０  ＤＥモジュールの接触装置
１１  ＲＣモジュールの接触装置
１２  高オームの抵抗
１３  低オームの抵抗
１４  安全装置
１５  安全装置
１６  抵抗
１７  キャパシタ
１８  測定抵抗（シャント抵抗）
１９  ＲＣモジュールから分析ユニットへの同軸ケーブル
２０  ＲＣモジュールから分析ユニットへの同軸ケーブル
２１  スリップリング
２２  組み合わせられた分析ユニット
２３  高周波バンドパスフィルタ（高周波入力段）
２４  ローパスフィルタ（低周波入力段）
【図１】
2005538371.tif 000003
【国際調査報告】
2005538371.tif 000004
2005538371.tif 000005
2005538371.tif 000006
2005538371.tif 000007
2005538371.tif 000008
2005538371.tif 000009