(57)【要約】      （修正有）【課題】電力ケーブルの正常性の監視システム及び方法を提供する。【解決手段】電力ケーブル１２０では、シールド２１０が金属層であり、導体を取り囲み、接地ストリップに接続され電力ケーブルのシールドは漏れ電流をグランド２２０に逸らす。通常動作中、漏れ電流は安定している。漏れ電流の増加は、電力ケーブルの故障モードをもたらす可能性がある。漏れ電流に基づいて電流信号２３５を発生する電流変換器２３０によって漏れ電流を測定し、電力ケーブルの正常性の出力を提供するために電流信号を処理するシステムおよび方法が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブル正常性監視システムであって、
電力ケーブルを取り囲み、前記電力ケーブルからの漏れ電流をグランドに逸らすように構成されたシールドと、
前記漏れ電流を測定し、前記漏れ電流に対応する電流信号を出力するように構成された電流変換器と、
前記電流信号を受信し、前記電流信号に基づいて前記電力ケーブルの正常性の指示を出力するように構成されたプロセッサとを備える、システム。
【請求項２】
前記電流信号を前記電流変換器から受信し、前記電流信号を前記プロセッサに送信するように構成された入力／出力ボードをさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記漏れ電流がしきい値を超えることを前記電流信号が示すとき、警報を出力するように構成されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記しきい値はユーザ入力値である、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記しきい値は、前記電力ケーブルのパラメータに基づいて予め決められる値である、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記警報を可聴警報として出力する、請求項３記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセッサは、前記警報を可視警報として出力する、請求項３記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記漏れ電流がしきい値未満であることを前記電流信号が示すとき、前記電力ケーブルの正常性の指示を周期的に出力する、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
ガスタービンエンジンの始動システムであって、
三相電流を出力するように構成された静的始動器と、
前記静的始動器から前記三相電流を運ぶように構成された３本の電力ケーブルの組と、
各々が前記３本の電力ケーブルの組のうちの対応する１本を取り囲み、漏れ電流をグランドに逸らすように構成された３つのシールドの組と、
前記３つのシールドの組の各々を通る漏れ電流の測定値を得て、各漏れ電流測定値に対応する電流信号を出力するように構成された電流変換器と、
各漏れ電流測定値に対応する前記電流信号を受信し、前記３本の電力ケーブルの組からの対応するケーブルの正常性の指示を出力するように構成されたプロセッサと、
前記静的始動器から前記３本の電力ケーブルの組を介して前記三相電流を受け、前記ガスタービンエンジンのロータに電力を供給するように構成された同期発電機とを備える、システム。
【請求項１０】
前記プロセッサは、いずれかの電流信号がしきい値を超える漏れ電流に対応したとき、警報を出力する、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記警報は可聴警報である、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記警報は可視警報であり、前記警報は、前記３本の電力ケーブルの組のうちのどれが前記警報を発生した前記電流信号に対応するかを示す、請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
電力ケーブルの正常性を監視する方法であって、
前記電力ケーブルのシールドを通る漏れ電流を検出するステップと、
前記シールドを通る検出された前記漏れ電流に基づいて電流信号を発生するステップと、
前記電力ケーブルの正常性を決定するために前記電流信号を処理するステップと、
前記正常性を決定するために処理された前記電力信号に基づいて状態を出力するステップとを備える、方法。
【請求項１４】
前記漏れ電流を検出するステップは、前記シールドを通る電流を測定するように電流変換器を構成するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記状態を出力するステップは、前記漏れ電流がしきい値を超えることを前記電流信号が示すとき、警報を出力するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記しきい値は、前記電力ケーブルのパラメータに基づいて予め決定される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記しきい値はユーザによって入力される、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記状態を出力するステップは、前記漏れ電流の指示を周期的に出力するステップを含む、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、電力ケーブルの正常性の監視に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力ケーブルでは、シールドが金属層であり、導体を取り囲み、接地ストリップに接続される。シールドは、漏れ電流をグランドに逸らす。シールドを通る漏れ電流が特定の値を超えて増加すると、故障モードが電力ケーブルに発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０１３１２１５号明細書
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様によれば、電力ケーブル正常性監視システムは、電力ケーブルを取り囲み、電力ケーブルからの漏れ電流をグランドに逸らすように構成されたシールドと、漏れ電流を測定し、漏れ電流に対応する電流信号を出力するように構成された電流変換器と、電流信号を受信し、電流信号に基づいて電力ケーブルの正常性の指示を出力するように構成されたプロセッサとを含む。
【０００５】
本発明の他の態様によれば、ガスタービンエンジン用始動システムは、三相電流を出力するように構成された静的始動器と、静的始動器から三相電流を運ぶように構成された３本の電力ケーブルの組と、各々が３本の電力ケーブルの組のうちの対応する１本を取り囲み、漏れ電流をグランドに逸らすように構成された３つのシールドの組と、３つのシールドの組の各々を通る漏れ電流を測定し、漏れ電流の測定値の各々に対応する電流信号を出力するように構成された電流変換器と、漏れ電流測定値の各々に対応する電流信号を受信し、対応する電流信号に基づいて３本の電力ケーブルの組の各々の正常性の指示を出力するように構成されたプロセッサと、静的始動器から３本の電力ケーブルの組を介して三相電流を受け、ガスタービンエンジンのロータに電力を供給するように構成された同期発電機とを含む。
【０００６】
本発明のさらに他の態様によれば、電力ケーブルの正常性を監視する方法は、電力ケーブルのシールドを通る漏れ電流を検出するステップと、シールドを通る検出された漏れ電流に基づいて電流信号を発生するステップと、電力ケーブルの正常性を決定するために電流信号を処理するステップと、正常性を決定するために処理された電力信号に基づいて状態を出力するステップとを含む。
【０００７】
これらおよび他の利点および特徴は、図面と併せて行われる以下の説明からより明らかになるであろう。
【０００８】
本発明と見なされる主題は、明細書の末尾の特許請求の範囲で具体的に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述のおよび他の特徴および利点は、添付図面と併せて行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によるガスタービン発電プラントの始動システムのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による図１に示す始動システムの電力ケーブル正常性監視システムのブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による電力ケーブルの正常性を監視する方法に含まれるプロセスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
詳細な説明は、本発明の実施形態を、利点および特徴とともに、例として、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本発明の実施形態は、故障状態に達する前に措置をとることができるように、電力ケーブルの正常性を監視するためのシステムおよび方法を含む。典型的なシステム（ガスタービン発電プラントの始動システム）を以下に詳述するが、本発明の実施形態は、漏れ電流およびケーブルの正常性を監視することから利益を得るどのようなシステムにも適用可能であることを理解されたい。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態によるガスタービン発電プラントの始動システム１００のブロック図である。通常動作中、ガスタービン１７０は、機械的エネルギー１７２を同期発電機１７０に供給する。ガスタービン１７０はその機能を行うことができる前に、まずその必要な動作速度に達する必要がある。ガスタービン１７０は、典型的には、負荷なしで最高速度に達するのに３０分かかる。動作の開始時に、同期発電機１５０は、静的始動器１１０を用いてガスタービン１７０がその必要な速度に達するのを支援する。ガスタービン１７０の速度は、０ｒｐｍから必要な速度（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの周波数に応じて３０００ｒｐｍまたは３６００ｒｐｍ）まで上昇する。静的始動器１１０は、可変周波数ドライブとして機能する。静的始動器１１０は、交流（ＡＣ）を同期発電機１５０の固定子巻線１５２に供給する。固定子巻線１５２を通る静的始動器１１０からのＡＣの流れは、磁束を発生する。同時に、回転子巻線１５５に流れる大きい直流（ＤＣ）も磁束を発生する。固定子巻線１５２および回転子１５５で発生される磁束の鎖交磁束１５７は、ガスタービン１７０がその必要な速度を得るのを助ける。静的始動器１１０から固定子巻線１５２へのＡＣの供給は、電力ケーブル１２０を介する。
【００１３】
電力ケーブル１２０の正常性は、ガスタービン１７０をその必要な速度にする動作を完了するために維持されなければならない。典型的な始動システム１００では、電力ケーブル１２０は、３本の電力ケーブル１２０の組で構成される。具体的には、三相電力ケーブル１２０は、静的始動器１１０から同期発電機１５０の固定子巻線１５２に延びる。このように、ガスタービン１７０をうまく始動させるために、各電力ケーブル１２０の正常性を監視し、維持しなければならない。
【００１４】
図２は、本発明の一実施形態による図１に示す始動システム１００の、電力ケーブル１２０の正常性監視システム２００のブロック図である。図示のように、正常性監視システム２００は、図１の始動システム１００内の静的始動器１１０の一部である。静的始動器１１０は、ＡＣ入力２１３を直流（ＤＣ）に変換するためのコンバータ回路２１５と、ＤＣを所望の周波数のＡＣに変換し戻すためのインバータ回路２１７とを含む。インバータ回路２１７のＡＣ出力は、三相電流として、三相電力ケーブル１２０を経て同期発電機１５０に供給される。正常性監視システム２００は、各電力ケーブル１２０に対応するシールド２１０と、電流変換器２３０と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ボード２４０と、プロセッサ２５０とを含む。各シールド２１０は、接地ストリップ２２０に接続され、その対応する電力ケーブル１２０の漏れ電流をグランドに逸らす。シールド２１０は、例えば、銅の層で構成されてもよい。
【００１５】
シールド２１０を通って流れる漏れ電流は、電力ケーブル１２０の正常状態の間、安定した値を維持する。故障状態中、シールド２１０を流れる漏れ電流は増加する。電流変換器２３０は、シールド２１０を流れる漏れ電流を測定し、電流信号２３５をＩ／Ｏボード２４０に送信する。単一の電流変換器２３０が図２によって示されているが、１つまたは複数の電流変換器２３０を、複数の電力ケーブル１２０およびそれらの個々のシールド２１０と共に使用してもよい。電流変換器２３０からの電流信号２３５は、例えば、４〜２０ｍＡ電流信号であってもよい。電流信号２３５は、配線２４５を介してプロセッサ２５０に転送される。配線２４５は、例えば、リボンケーブルであってもよい。プロセッサ２５０は、電流変換器２３０によって送信される電流信号２３５を検出し、出力部２６０を介してユーザに情報を知らせる。
【００１６】
電流変換器２３０、Ｉ／Ｏボード２４０、プロセッサ２５０および出力部２６０を、一緒にまたは別々に収容してもよい。Ｉ／Ｏボード２４０の機能は、プロセッサ２５０に組み込まれてもよい。プロセッサ２５０は、１つまたは複数のメモリ装置を含んでもよく、１つまたは複数のプロセッサ２５０で構成されてもよい。出力部２６０は、可聴出力または視覚出力、あるはその両方を提供してもよい。出力部２６０は、予め決められたしきい値漏れ電流を超えた場合に視覚および／または可聴警報を提供してもよく、あるいは、変換器２３０からの電流信号２３５の指示によって、電力ケーブル１２０の連続的な正常性のチェックを可能にしてもよい。電力ケーブル１２０のうちの１つで一定の漏れ電流を超える場合、オペレータは、静的始動器１１０を停止することを促され、電力ケーブル１２０の整備を行ってから、ガスタービン１７０がその必要な速度に引っ張られるまで、静的始動器１１０を再始動することができる。
【００１７】
指摘したように、図１を参照して説明したガスタービン１７０の典型的な始動システム１００では、変換器２３０、Ｉ／Ｏボード２４０、プロセッサ２５０および出力部２６０は、すべて静的始動器１１０の一部であってもよい。しかしながら、別のシステムでは、電流変換器２３０、Ｉ／Ｏボード２４０、プロセッサ２５０および出力部２６０は、すべて別々にまたは一緒に収容されてもよく、正常性監視システム２００を使用するシステムの他の部分とは別個であってもよく、あるいはこの部分と一体化してもよい。さらに、三相電流が静的始動器１１０から３本の電力ケーブル１２０によって同期発電機１５０に供給されているが、別のシステムは、１ないし異なった数の電力ケーブル１２０を備えてもよい。このようなシステムでは、各電力ケーブル１２０は対応するシールド２１０を依然として有し、１つまたは複数の電流変換器２３０が、各電力ケーブル１２０に関する漏れ電流を感知する。
【００１８】
図３は、電力ケーブル１２０の正常性を監視する方法に含まれるプロセスを示す。ブロックＳ３１０では、漏れ電流を感知するステップは、電力ケーブル１２０ごとに、その電力ケーブル１２０に関するシールド２１０の電流（漏れ電流）を測定するように電流変換器２３０を構成するステップと、電流信号２３５を発生するステップとを含む。Ｓ３２０で電流信号２３５をプロセッサに供給するステップは、電流変換器２３０が電流信号２３５をＩ／Ｏボード２４０に送信するステップと、Ｉ／Ｏボード２４０が電流信号２３５を配線２４５によってプロセッサ２５０に渡すステップとを含む。プロセッサでは電流信号２３５が処理され、Ｓ３３０での情報／警報を出力するステップは、視覚および／または可聴出力を出力部２６０でユーザに提供するステップを含む。
【００１９】
本発明を限られた数の実施形態のみに関して詳細に説明してきたが、本発明はこのような開示された実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、本発明は、前述されていないが本発明の趣旨および範囲に相応しい任意の数の変形、変更、置換、または同等の構成を組み込むように修正することができる。加えて、本発明の種々の実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含んでもよいことを理解されたい。したがって、本発明は、上記説明によって限定されるものと見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００２０】
１００  始動システム
１１０  静的始動器
１２０  電力ケーブル
１５０  同期発電機
１５２  固定子巻線
１５５  回転子巻線
１５７  鎖交磁束
１７０  ガスタービン
１７２  機械的エネルギー
２００  正常性監視システム
２１０  シールド
２２０  グランド
２１３  ＡＣ入力
２１５  コンバータ回路
２１７  インバータ回路
２３０  電流変換器
２３５  電流信号
２４０  Ｉ／Ｏボード
２４５  配線
２５０  プロセッサ
２６０  出力部
Ｓ３１０  漏れ電流を感知する
Ｓ３２０  電流信号をプロセッサに供給する
Ｓ３３０  情報／警報を出力する
【図１】
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【図２】
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【図３】
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