JP7560367B2 - Method and device for diagnosing insulation deterioration in a rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の絶縁劣化診断方法および絶縁劣化診断装置に関する。 The present invention relates to a method and device for diagnosing insulation deterioration in rotating electrical machines.
回転電機においては、絶縁体を介してコロナ放電が発生すると絶縁体が劣化する場合がある。そこで、従来、絶縁体の劣化を診断する絶縁劣化診断方法が知られている。例えば、回転電機内のオゾン濃度を回転電機内の温度および湿度を用いて補正して、補正後のオゾン濃度に基づいて絶縁性の劣化を診断する絶縁劣化診断方法がある。 In rotating electric machines, if corona discharge occurs through the insulator, the insulator may deteriorate. Conventionally, insulation deterioration diagnosis methods for diagnosing the deterioration of the insulator are known. For example, there is an insulation deterioration diagnosis method that corrects the ozone concentration inside the rotating electric machine using the temperature and humidity inside the rotating electric machine, and diagnoses the deterioration of the insulation based on the corrected ozone concentration.
この種の絶縁劣化診断装置では、コロナ放電の検出の精度の向上が図れれば有益である。 It would be beneficial for this type of insulation deterioration diagnosis device to improve the accuracy of detecting corona discharges.
そこで、本発明の課題の一つは、回転電機に対する絶縁性の劣化の診断の精度の向上を図ることである。 Therefore, one of the objectives of the present invention is to improve the accuracy of diagnosing insulation deterioration in rotating electrical machines.
本発明の実施形態の回転電機の絶縁劣化診断方法は、筐体と、前記筐体に収容された固定子と、前記筐体に収容され前記固定子に対して回転する回転子と、前記筐体に収容された絶縁体と、前記筐体内に気流を発生させるファンと、を備えた回転電機における前記筐体内の、オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速を取得する取得ステップと、前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断ステップと、を含み、前記診断ステップにおいて、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する。 A method for diagnosing insulation deterioration of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention includes an acquisition step of acquiring an ozone concentration, temperature, humidity, and wind speed of the airflow inside a housing of a rotating electric machine including a housing, a stator housed in the housing, a rotor housed in the housing and rotating relative to the stator, an insulator housed in the housing, and a fan that generates an airflow inside the housing, and a diagnosis step of diagnosing deterioration of the insulator based on the ozone concentration, temperature, humidity, and wind speed, wherein in the diagnosis step, an ozone generation rate, which is the number of ozone molecules generated per unit time in a specified volume, is calculated based on the ozone concentration, temperature, humidity, and half-life of ozone at the ozone concentration, temperature, humidity, and wind speed, and a discharge power of corona discharge generated inside the housing is calculated based on the ozone generation rate .
本発明の実施形態の回転電機の絶縁劣化診断方法によれば、回転電機に対する絶縁性の劣化の診断の精度の向上を図ることができる。 The method for diagnosing insulation deterioration of a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention can improve the accuracy of diagnosing insulation deterioration of a rotating electric machine.
以下、本発明の例示的な実施形態を開示する。以下に示される実施形態の構成(技術的特徴)、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、いずれも一例である。 The following describes exemplary embodiments of the present invention. The configurations (technical features) of the embodiments described below, as well as the actions and results (effects) brought about by the configurations, are all merely examples.
<回転電機システム1>
図1は、実施形態の回転電機システム1の構成を例示的に示す図である。図1に示されるように、回転電機システム1は、全閉外扇形の回転電機100と、絶縁劣化診断装置200と、を備える。回転電機100は、例えば三相誘導電動機である。なお、回転電機100は、上記に限定されない。絶縁劣化診断装置200は、回転電機100の絶縁劣化の診断を行う。
<Rotating
Fig. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a rotating
<回転電機100の構成>
図1に示すように、回転電機100は、回転動作を行う回転電機本体2と、冷却器3と、筐体5と、を備える。筐体5は、回転電機本体2と冷却器3とに亘って設けられている。また、回転電機100の内部には、回転電機本体2と冷却器3とに亘って、冷却用気体(以下、単に気体と呼ぶ)で満たされた閉空間4が設けられている。気体は、例えば空気である。発熱体の一例である固定子13の発熱によって加熱された閉空間4の内部の気体が冷却器3にて外気と熱交換されることにより、回転電機本体2が冷却される。
<Configuration of rotating electric machine 100>
As shown in Fig. 1, the rotating electric machine 100 includes a rotating electric machine
回転電機本体2は、フレーム11aと、回転子12と、固定子13と、を有する。
The rotating
フレーム11aは、上端開口の箱型に形成されている。フレーム11aは、回転子12の一部と固定子13とを収容している。なお、フレーム11aの上端には、仕切板11cが設置されて、フレーム11aの上端は仕切板11cによって塞がれている。フレーム11aと仕切板11cとによって、第1の筐体5aが構成される。フレーム11aは、筐体部材とも称される。
The
回転子12は、ロータシャフト14と、回転子鉄心15と、を有する。ロータシャフト14のうち軸方向の両端部の間の部分には、回転子鉄心15が固定されている。
The rotor 12 has a
ロータシャフト14は、二つの軸受16を介してフレーム11aに回転可能に支持されている。二つの軸受16は、ロータシャフト14の軸方向において回転子鉄心15の両側に位置する。軸受16は、例えば、すべり軸受やころがり軸受等である。
The
ロータシャフト14の軸方向の両端部は、フレーム11aからフレーム11aの外部に突出している。ロータシャフト14の軸方向の一方の端部には、結合部14aが設けられている。結合部14aは、回転機械(不図示)と結合される。また、ロータシャフト14の軸方向の他方の端部には、外扇17が固定されている。外扇17は、ロータシャフト14と一体に回転する。また、ロータシャフト14における二つの軸受16と回転子鉄心15とのそれぞれの間には、内扇18が固定されている。内扇18は、ロータシャフト14と一体に回転する。内扇18は、回転することにより、固定子13および回転子12と冷却器3(より具体的には後述する熱交換器31)との間で気体を循環させる。すなわち、内扇18は、筐体5内に気流を発生させる。内扇18は、ファンの一例である。
Both axial ends of the
固定子13は、固定子鉄心19と、固定子巻線20と、を有する。固定子鉄心19は、ロータシャフト14の径方向における回転子鉄心15の外側に位置し、回転子鉄心15を囲む円筒状に形成されている。固定子巻線20は、ロータシャフト14の軸方向に延びるように固定子鉄心19の内周面19aに形成された複数のスロット23(図2参照)内を貫通して、くさび22(図2参照)によって、固定子鉄心19に固定されている。
The stator 13 has a stator core 19 and a stator winding 20. The stator core 19 is located outside the rotor core 15 in the radial direction of the
冷却器3は、熱交換器31と、外扇カバー32と、出口ガイド33と、を有する。
The cooler 3 has a heat exchanger 31, an
熱交換器31は、複数の冷却管41と、入口端板42と、出口端板43と、冷却器カバー45とを有する。複数の冷却管41は、互いに並列に配置されている。入口端板42と出口端板43とは、冷却管41の軸方向の両端部を支持している。冷却器カバー45は、入口端板42と出口端板43とに亘って設けられて、冷却管41を収納している。
The heat exchanger 31 has a plurality of
入口端板42と、出口端板43と、冷却器カバー45とは、フレーム11bを構成している。フレーム11bは、回転電機本体2の上端部に固定されている。フレーム11bの下端には、仕切板11cが設置されて、フレーム11bの下端は、仕切板11cによって塞がれている。フレーム11bと仕切板11cとによって、第2の筐体5bが構成される。即ち、筐体5は、冷却器3を収容する第2の筐体5bと、回転電機本体2を収容する第1の筐体5aと、によって構成される。第1の筐体5aと第2の筐体5bとは仕切板5cによって仕切られている。フレーム11bは、筐体部材とも称される。
The
冷却管41、入口端板42、出口端板43、冷却器カバー45、およびフレーム11aは、互いに接続されて、閉空間4を形成している。閉空間4におけるフレーム11a内の空間4aと冷却器カバー45内の空間4bとは、いずれも仕切板11cに形成された入口10aおよび二つの出口10bで互いに連通している。入口10aは、フレーム11aにおける、固定子13の上方の部分に形成されている。二つの出口10bは、フレーム11aにおける内扇18の斜め上方の部分に形成されている。即ち、入口10aは、二つの出口10bの間に位置している。
The
また、冷却器カバー45内には、二つのガイド板44が設けられている。二つのガイド板44は、入口端板42と出口端板43との間で、冷却管41の軸方向に互いに間隔を空けて並べられている。二つのガイド板44は、冷却器カバー45内の空間4bの底部から上方に延びて、冷却器カバー45内の空間4bのうち上部連通空間4cを除く空間を冷却管41の軸方向に仕切っている。
Two
外扇カバー32は、入口端板42に固定され、外扇17を収納している。外扇カバー32には、吸込口37が設けられており、外扇17が回転することにより、外気が吸込口37から外扇カバー32内に流入する。また、外扇17により外扇カバー32内に流入した外気が複数の冷却管41の内側に流入するように、外扇カバー32が入口端板42と接続されている。また、外扇カバー32内には、吸込口37から外扇カバー32内に流入した外気が外扇17を通過して複数の冷却管41に流れるように外気をガイドするガイド部材46が設けられている。
The
出口ガイド33は、出口端板43に固定されている。出口ガイド33は、複数の冷却管41から流出する外気が所定の方向に流れるようにガイドする。
The
また、回転電機100は、オゾン濃度計211と、温度計212と、湿度計213と、風速計214と、を備える。オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214は、筐体5のうち第1の筐体5aに収容されている。オゾン濃度計211、温度計212、および湿度計213は、例えば、固定子鉄心19から突出した固定子巻線20の端部の近傍に設置されている。オゾン濃度計211は、例えば、第1の筐体5a内のオゾン濃度を計測する。温度計212は、第1の筐体5a内の温度を計測する。湿度計213は、第1の筐体5a内の湿度を計測する。風速計214は、第1の筐体5a内の気流の風速(気体の速度)を計測する。風速計214は、例えば、内扇18の下流側に配置されている。ここで、第1の筐体5a内の風速は、回転電機100の定速回転運転時には、略一定の値となる。なお、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214の設置位置は、図1に示される位置に限定されない。また、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214は、一例として、測定対象の測定時のみ第1の筐体5aに収容(設置)される。すなわち、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214は、第1の筐体5aに常時収容(設置)されていなくてもよい。なお、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214は、第1の筐体5aに常時収容(設置)されていてもよい。
The rotating electric machine 100 also includes an
<回転電機100における気体の流れ>
次に、回転電機100の内部における気体の流れについて説明する。
<Gas Flow in Rotating Electric Machine 100>
Next, the flow of gas inside the rotating electrical machine 100 will be described.
まず、閉空間4内の冷却用気体(気体)について説明する。閉空間4におけるフレーム11a内の空間4aの気体は、ロータシャフト14と一体に回転する二つの内扇18により圧送されて、回転子12および固定子13に沿って流れて回転子12および固定子13を冷却した後、固定子鉄心19の径方向外側に流出する。このとき、気体は、回転子12および固定子13のそれぞれに設けられた通風路を通過する。固定子鉄心19の径方向外側に流出した気体は、気流F1を形成して、入口10aを経由して冷却器3内の空間4bに流入する。冷却器3の空間4bに流入した気体は、冷却管41の外側を通過する過程で、冷却管41内を流れる外気と熱交換し冷却されながら、二つのガイド板44の間を上昇して上部連通空間4cに流出する。
First, the cooling gas (gas) in the closed space 4 will be described. The gas in the space 4a in the
上部連通空間4cの気体は、冷却管41の軸方向に互いに反対方向に分流して、入口端板42とガイド板44との間と、出口端板43とガイド板44との間とを、それぞれ冷却管41内の外気と熱交換し冷却されながら下降する。その後、気体は、気流F2,F3を形成して、出口10bを介してフレーム11a内の空間4aに戻り、再びそれぞれ内扇18に流入する。
The gas in the
次に、外気の流れを説明する。外気は、ロータシャフト14と一体に回転する外扇17により吸込口37から外扇カバー32内に流入し、外扇カバー32内を通過して入口端板42に到達する。入口端板42に到達した外気は、入口端板42で開口している各冷却管41内に流入し、冷却管41内で冷却管41外側の気体から熱を受けて温度上昇しながら冷却管41内を通過した後、出口端板43側の開口から冷却器3の外部に流出する。このように、冷却管41の内側の外気と冷却管41の外側の気体との間で熱交換が行われることにより、回転子12および固定子13の冷却が行われる。
Next, the flow of outside air will be explained. Outside air flows into the
<固定子13の巻線構造>
次に、図2を用いて、固定子13の巻線構造を説明する。図2は、実施形態の回転電機100における固定子13の固定子巻線20を例示的に示す断面図である。
<Winding Structure of Stator 13>
Next, the winding structure of the stator 13 will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example of the stator winding 20 of the stator 13 in the rotating electric machine 100 of the embodiment.
図2に示すように、固定子13を構成する固定子鉄心19には、内周面19aに沿って、複数のスロット23が形成される。スロット23の内部には、固定子巻線20が上下2層に巻回される。固定子巻線20の表面は、絶縁被膜21によって被覆されている。絶縁被膜21は、絶縁体の一例である。
As shown in FIG. 2, the stator core 19 that constitutes the stator 13 has
固定子巻線20の上方には、くさび22が嵌合される。くさび22は樹脂部材等の絶縁部材で形成される。くさび22は、回転電機100が回転した際の振動によって、固定子巻線20が、スロット23から脱落するのを防止する。
A
<絶縁劣化診断装置200の構成>
次に、図3を用いて、絶縁劣化診断装置200を説明する。図3は、実施形態の絶縁劣化診断装置200の構成を例示的に示すブロック図である。
<Configuration of insulation
Next, the insulation
図3に示されるように、絶縁劣化診断装置200は、演算部201と、記憶装置202と、通信部203と、入出力部204と、を備える。演算部201と、記憶装置202、通信部203、および入出力部204は、情報および信号を授受可能に接続されている。
As shown in FIG. 3, the insulation
記憶装置202は、各種の情報を記憶する。記憶装置202は、公知の記憶媒体である。
The
通信部203は、他の装置と通信するための通信インターフェースである。例えば、通信部203は、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214と有線通信する。なお、通信部203は、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214と無線通信してもよい。
The communication unit 203 is a communication interface for communicating with other devices. For example, the communication unit 203 communicates by wire with the
入出力部204は、作業者等の操作者からの操作指示を受け付ける入力部と、画像を表示する表示部と、を備える。入力部は、例えば、キーボード、マウス、などである。表示部は、例えば、液晶表示装置や、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイなどである。入出力部204は、入力部と表示部とを一体に備えたタッチパネル付ディスプレイであってもよい。 The input/output unit 204 includes an input unit that receives operation instructions from an operator such as a worker, and a display unit that displays images. The input unit is, for example, a keyboard, a mouse, etc. The display unit is, for example, a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display, etc. The input/output unit 204 may be a touch panel display that has an input unit and a display unit integrated together.
演算部201は、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)と、を有する。すなわち、演算部201は、コンピュータである。CPUは、ROM等に記憶されたプログラムを読み出して実行する。また、CPUは、各種演算処理を並列処理可能に構成されている。RAMは、CPUがプログラムを実行して種々の演算処理を実行する際に用いられる各種データを一時的に記憶する。演算部201は、演算部や情報処理部とも称される。
The
演算部201は、機能的構成として、取得部201aと、診断部201bと、を有する。これらの機能的構成は、CPUがROM等に記憶されたプログラムを実行した結果として実現される。なお、上記の機能的構成の一部または全部が専用のハードウェア(回路)によって実現されてもよい。
The
取得部201aは、各種情報や信号を取得する。例えば、取得部201aは、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214から、第1の筐体5a内の、オゾン濃度、温度、湿度、および風速を取得する。
The
診断部201bは、取得部201aによって取得された情報(オゾン濃度、温度、湿度、風速)に基づいて、絶縁被膜21の劣化を診断する。
The diagnosis unit 201b diagnoses the deterioration of the insulating
<劣化診断方法>
以下に、絶縁被膜21の劣化の診断方法である劣化診断方法を説明する。
<Deterioration diagnosis method>
A deterioration diagnosis method for diagnosing deterioration of the insulating
(オゾンの発生と分解)
まずは、オゾンの発生と分解とについて説明する。オゾンの自然分解において、単位体積あたりのオゾン分子(オゾン濃度)の時間経過にともなう変化は、微分方程式として記述することができる。まず、オゾンの分解定数(以後、オゾン分解定数とも称する)をλとし、時刻をtとし、t=0のときのオゾン分子数をN0とすると、時刻tにおけるオゾン分子数N(t)は、次の微分方程式(式(1))に従う。
一方、オゾン分子が、単位時間、単位体積あたりにq個生成され、オゾン分解定数λで分解されると考えると、オゾンの発生と分解は、次の微分方程式(式(3))で与えられる。なお、筐体5からのオゾンの漏れを考慮する場合は(λ)に替えて(λ+α)とすればよい。αは、所定の定数である。
First, the generation and decomposition of ozone will be explained. In the natural decomposition of ozone, the change in the number of ozone molecules per unit volume (ozone concentration) over time can be described as a differential equation. First, if the decomposition constant of ozone (hereinafter also referred to as the ozone decomposition constant) is λ, the time is t, and the number of ozone molecules at t=0 is N0 , then the number of ozone molecules N(t) at time t follows the following differential equation (Equation (1)).
On the other hand, if it is considered that q ozone molecules are generated per unit time and unit volume and are decomposed with an ozone decomposition constant λ, the generation and decomposition of ozone is given by the following differential equation (Equation (3)). Note that when considering the leakage of ozone from the
(オゾン分解定数の推定)
オゾン分解定数については文献(Half-life time of ozone as a function of air movement and conditions in a sealed container)に示される次式(11)を用いる。
Y=2274.4+0.483×x1-8.49×x2-51.64×x3-12.01×x4 ・・・(式11)
ここで、上記式(11)においては、Y=オゾン半減期、x1=初期オゾン濃度、x2=風量、x3=温度、x4=湿度である。
上記文献では、様々な環境条件(温度、湿度、風量)の下でのオゾンの自然分解の半減期が求められている。オゾンの自然分解については先に示した式(2)にしたがうので、(式11)の半減期の定義から、
したがって、オゾンの半減期(t1/2)の測定結果(算出結果)からλを求めることができる。上記文献では様々な環境条件の下でオゾンの半減期(t1/2)が測定されているので、それを用いてλに対する温度、湿度および風量の影響を検討することができる。すなわち、回転電機100の筐体5内の温度、湿度および風量が分かれば、λが求まる。ここで、本実施形態では、風量として内扇18の風量が用いられる。内扇18の風量は、風速および内扇18の羽根の径から求めることができる。
(Estimation of ozone decomposition constant)
The ozone decomposition constant is calculated using the following formula (11) shown in the literature (Half-life time of ozone as a function of air movement and conditions in a sealed container).
Y=2274.4+0.483×x1-8.49×x2-51.64×x3-12.01×x4 (Formula 11)
Here, in the above formula (11), Y = ozone half-life, x1 = initial ozone concentration, x2 = air volume, x3 = temperature, and x4 = humidity.
In the above document, the half-life of natural decomposition of ozone under various environmental conditions (temperature, humidity, air volume) is calculated. Since the natural decomposition of ozone follows the above-mentioned formula (2), the definition of the half-life in formula (11) is as follows:
Therefore, λ can be obtained from the measurement (calculation) results of the half-life (t 1/2 ) of ozone. In the above-mentioned document, the half-life (t 1/2 ) of ozone is measured under various environmental conditions, and the influence of temperature, humidity, and air volume on λ can be considered using the measurements. That is, λ can be obtained if the temperature, humidity, and air volume inside the
(コロナ放電によるオゾンの発生)
大気中での放電によるオゾン生成反応は次のようになると考えられる。ここで、「k」
は反応速度定数を表す。
The reaction of ozone generation by discharge in the atmosphere is considered to be as follows: where, "k"
represents the reaction rate constant.
さらに、
式(31)は、式(22)と同じオゾン生成過程で第三物体がN2(窒素)の場合であり、k2とk´2との比は、1:0.89となり、第三物体としての酸素と窒素との効果には大差がない。式(32)は、電子によるN2からからN2
*への励起であり、式(33)は、N2
*によるO2(酸素)の解離であり、式(34)および式(35)は、N2
*の脱励起であり、式(36)は、N2
*によるにO3の分解反応である。ここで、kN1は、E/nで決まり、kN2、kN3、k´N3およびkN4は主に気体温度で決まる。ここで、E/nは換算電界であり、Eは電界であり、nは空気密度である。オゾン生成の初期過程では、式(21),(22)に式(31)~(35)を加えればよい。したがって、最大オゾン収率(Yo3/W)maxは、次式(37)のようになる。ここで、Yo3は、オゾン発生量、Wは放電電力を表す。
したがって、
すなわち、オゾン濃度が低濃度の場合、単位時間当たりのオゾン収量(=オゾン発生量)は放電電力Wに比例する。上記のオゾン発生速度と合わせて考えると、
therefore,
That is, when the ozone concentration is low, the ozone yield (= amount of ozone generated) per unit time is proportional to the discharge power W. Considering this together with the above ozone generation rate,
以上から、筐体5内のオゾン濃度、温度、湿度、および風速から、コロナ放電の放電電力Wを求めることができる。ここで、放電電力Wと絶縁体(絶縁被膜21)の放電面積との関係は、例えば実験で取得され、それらの関係を示す関係式が記憶装置202に記憶される。これにより、算出された放電電力Wと絶縁体の劣化状態との関係が求まる。また、以上から分かるように、コロナ放電の放電電力Wの算出においては、気体(酸素、窒素)の反応速度係数が使用される。
From the above, the discharge power W of the corona discharge can be calculated from the ozone concentration, temperature, humidity, and wind speed inside the
なお、オゾン濃度は、回転電機100の運転中に計測される。オゾンは、熱分解されやすいので、オゾン濃度は、回転電機100内においてできるだけ低い温度の部位で計測した方が望ましい。なお、運転停止中に、運転中のオゾン濃度を推定してもよい。例えば、オゾン濃度の測定時の筐体5内の温度および湿度と、運転時の温度、湿度、流速および運転停止からオゾン測定までの時間の情報と、を用いて、温度、湿度の減衰特性を考慮して、測定オゾン濃度から、運転中のオゾン濃度を推定してよい。
The ozone concentration is measured while the rotating electric machine 100 is in operation. Because ozone is easily decomposed by heat, it is desirable to measure the ozone concentration at a location in the rotating electric machine 100 where the temperature is as low as possible. The ozone concentration during operation may be estimated while the machine is stopped. For example, the ozone concentration during operation may be estimated from the measured ozone concentration, taking into account the attenuation characteristics of temperature and humidity, using the temperature and humidity inside the
<絶縁劣化診断処理>
次に、絶縁劣化診断装置200の演算部201が実行する絶縁劣化診断処理を図4および図5に基づいて説明する。絶縁劣化診断処理は、上記の絶縁劣化方法を用いて劣化診断を行う。
<Insulation Deterioration Diagnosis Processing>
Next, the insulation degradation diagnosis process executed by the
図4は、実施形態の絶縁劣化診断装置200の演算部201が実行する絶縁劣化診断処理を例示的に示すフローチャートである。図5は、実施形態の回転電機100におけるコロナ放電の放電電力と絶縁被膜21の劣化状態との関係を示す図である。
Figure 4 is a flowchart showing an example of the insulation deterioration diagnosis process executed by the
まず、図4に示されるように、取得部201aが、オゾン濃度計211、温度計212、湿度計213、および風速計214から、第1の筐体5a内の、オゾン濃度、温度、湿度、および風速を取得する(S101:取得ステップ)。ここで、取得される第1の筐体5a内の気流の風速は、風速計214が設置された場所の風速である。
First, as shown in FIG. 4, the
次に、診断部201bが、取得部201aによって取得された第1の筐体5a内の温度、湿度、および風速に基づいてオゾン分解定数λを算出する(S102)。オゾン分解定数λは、式(14)から求まる。次に、診断部201bが、オゾン濃度およびオゾン分解定数λに基づいてオゾン発生速度Qを算出する(S104)。オゾン発生速度Qは、式(5)から求まる。次に、診断部201bが、オゾン発生速度Qに基づいてコロナ放電の放電電力を算出する(S104)。放電電力Wは、式(40)および式(5)を用いて求めることができる。
Next, the diagnosis unit 201b calculates the ozone decomposition constant λ based on the temperature, humidity, and wind speed inside the
次に、診断部201bが、算出された放電電力Wに基づいて、絶縁体の劣化状態、具体的には絶縁被膜21の劣化状態を判定する(S105)。このとき、診断部201bは、図5に示されるコロナ放電の放電電力Wと絶縁被膜21の劣化状態との関係から絶縁被膜21の劣化状態を判定する。すなわち、診断部201bは、コロナ放電の放電電力が大きい程、絶縁被膜21の劣化が激しい、すなわち劣化度合いが大きいと判定する。診断部201bは、判定結果すなわち診断結果を入出力部204から出力する(S106)。また、診断部201bは、絶縁被膜21の劣化が規定の状態を超えた場合には、入出力部204から警告を出力する。S102~S106は、診断ステップを構成する。
Next, the diagnostic unit 201b judges the deterioration state of the insulator, specifically the deterioration state of the insulating
ここで、上述のとおり、本実施形態では、一例として、第1の筐体5a内の風速は、回転電機100の定速回転運転時には、略一定の値となる。このため、回転電機100の定速回転運転時における絶縁劣化診断処理においては、第1の筐体5a内の風速の計測は、少なくとも1回行われればよい。このとき、例えば、風速計214による第1の筐体5a内の風速の測定が1回行われ、その測定結果(風速)が記憶装置202に記憶される。これにより、S101において、取得部201aは、記憶装置202に記憶された風速を取得(読み出し)することができる。この場合、取得部201aは、1回目の絶縁劣化診断処理においては、S101にて、風速を風速計214から取得するとともに記憶装置202に記憶させ、2回目以降の絶縁劣化診断処理においては、S101にて、風速を記憶装置202から取得してよい。また、別例として、取得部201aは、絶縁劣化診断処理の前に、風速計214から取得した風速を記憶装置202に記憶させ、1回目を含む毎回の絶縁劣化診断処理において、風速を記憶装置202から取得してもよい。なお、取得部201aは、1回目を含む毎回の絶縁劣化診断処理において、風速計214から風速を取得してもよい。
Here, as described above, in this embodiment, as an example, the wind speed in the
<実施形態の効果>
以上のように、本実施形態の絶縁劣化診断方法は、筐体5と、筐体5に収容された固定子13と、筐体5に収容され固定子13に対して回転する回転子12と、筐体5に収容された絶縁被膜21(絶縁体)と、筐体5内に気流を発生させる内扇18(ファン)と、を備えた回転電機100に対する絶縁劣化診断方法である。絶縁劣化診断方法は、取得ステップと、診断ステップと、を含む。取得ステップでは、取得部201aが、回転電機100における筐体5内の、オゾン濃度、温度、湿度、および気流の風速を取得する。診断ステップでは、診断部201bが、オゾン濃度、温度、湿度、および気流の風速に基づいて、絶縁被膜21の劣化を診断する。よって、絶縁被膜21の劣化の診断に、オゾン濃度、温度、湿度の他に筐体5内の気流の風速も用いられるので、絶縁被膜21の劣化の診断をオゾン濃度、温度、湿度だけで行う場合に比べて、診断の精度を向上させることができる。
Effects of the embodiment
As described above, the insulation deterioration diagnosis method of the present embodiment is an insulation deterioration diagnosis method for a rotating electric machine 100 including a
また、本実施形態では、診断ステップにおいて、診断部201bが、筐体5内で発生するコロナ放電の放電電力Wを、オゾン濃度、温度、湿度、および風速に基づいて算出し、放電電力Wに基づいて絶縁被膜21絶縁体の劣化を診断する。よって、診断の精度を一層向上させることができる。
In addition, in this embodiment, in the diagnosis step, the diagnosis unit 201b calculates the discharge power W of the corona discharge generated inside the
なお、上記実施形態では、絶縁体の一例として固定子鉄心19の絶縁被膜21の例が示されたが、これに限定されない。例えば、回転子12に巻線としての回転子巻線が設けられている場合には、回転子巻線の絶縁被膜が絶縁体の一例であってもよい。
In the above embodiment, the insulating
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
5…筐体、12…回転子、13…固定子、18…内扇(ファン)、21…絶縁被膜(絶縁体)、100…回転電機、200…絶縁劣化診断装置、201a…取得部、201b…診断部。 5...Housing, 12...Rotor, 13...Stator, 18...Inner fan, 21...Insulation coating (insulator), 100...Rotating electric machine, 200...Insulation deterioration diagnosis device, 201a...Acquisition unit, 201b...Diagnostic unit.
Claims (2)
前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断ステップと、
を含み、
前記診断ステップにおいて、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する、
回転電機の絶縁劣化診断方法。 an acquisition step of acquiring an ozone concentration, a temperature, a humidity, and a wind speed of the airflow in a housing of a rotating electric machine including a housing, a stator housed in the housing, a rotor housed in the housing and rotating relative to the stator, an insulator housed in the housing, and a fan that generates an airflow in the housing;
a diagnosis step of diagnosing deterioration of the insulator based on the ozone concentration, the temperature, the humidity, and the wind speed;
Including,
In the diagnosis step, an ozone generation rate, which is the number of ozone molecules generated per unit time in a predetermined volume, is calculated based on the ozone concentration, the temperature, the humidity, and a half-life of ozone at the wind speed, and a discharge power of a corona discharge generated in the housing is calculated based on the ozone generation rate.
A method for diagnosing insulation deterioration in rotating electrical machines.
前記オゾン濃度、温度、湿度、および前記気流の風速に基づいて、前記絶縁体の劣化を診断する診断部と、
を備え、
前記診断部は、前記オゾン濃度、前記温度、前記湿度、および前記風速でのオゾンの半減期に基づいて、所定の容積での単位時間あたりのオゾン分子の発生個数であるオゾン発生速度を算出し、前記オゾン発生速度に基づいて、前記筐体内で発生するコロナ放電の放電電力を算出する、
絶縁劣化診断装置。 an acquisition unit that acquires an ozone concentration, a temperature, a humidity, and a wind speed of the airflow in a housing of a rotating electric machine including a housing, a stator housed in the housing, a rotor housed in the housing and rotating relative to the stator, an insulator housed in the housing, and a fan that generates an airflow in the housing;
a diagnosis unit that diagnoses deterioration of the insulator based on the ozone concentration, the temperature, the humidity, and the wind speed of the airflow;
Equipped with
the diagnostic unit calculates an ozone generation rate, which is the number of ozone molecules generated per unit time in a predetermined volume, based on the ozone concentration, the temperature, the humidity, and a half-life of ozone at the wind speed, and calculates a discharge power of a corona discharge generated in the housing based on the ozone generation rate.
Insulation deterioration diagnostic device.
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