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船舶電気装備技術講座 〔試験・検査編〕 (中級)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導等
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


2・2・6 三相短絡特性試験
 三相短絡特性は、発電機の端子で三相短絡を行い、ほぼ定格回転速度における界磁電流に対する短絡電流を求めるものである。接続例を図2.10に示す。
(1)発電機法
 発電機端子を短絡し、他の駆動機で運転しながら、界磁電流に対する短絡電流の値を測定し、グラフにすると図2・4の三相短絡特性曲線が得られる。
(2)電動機法
 発電機を同期電動機として始動し、同期速度近くなった後、電動機を電源から切り離す。電動機の界磁電流を素早くいったん零にした後、電動機端子を短絡する。短絡が終ったら、界磁電流を数点変化し、短絡電流を測定する。(図2.11参照)
 GD2の小さい機械は早く減速するので、素早く測定しなければならない。測定中に回転速度が変化するが、回転速度による短絡電流の変化はない。
 
図2.10 短絡特性測定回路(発電機法)
 
図2.11 短絡特性測定回路(電動機法)
CB1; 電源用遮断機
CB2; 短絡用遮断機
 
2・2・7 界磁電流・短絡比及び電圧変動率の算定
(1)界磁電流の算定
 負荷時の界磁電流は小容量の発電機では実負荷をとり実測することができるが、大容量機では不可能な場合が多い。このようなときは、無負荷特性及び短絡特性から負荷時の界磁電流i3を算定する。算定式はここでは図2・4の特性曲線例から定格界磁電流を算定してみる。図からi1、i2が求まるとi3は次のようにして算定する。
 
力率1.0の場合
 
力率0.8の場合(kは係数で、突極機の場合k=1.25)
 
なお、短絡比が1.0近くでは、力率0.8の時のi3
i3=i1+i2・・・(2・8)
として近似的に求まる。
(2)短絡比の算定
 短絡比Sは、無負荷定格電圧発生時の界磁電流i0と、三相短絡時、定格電流を流すに要する界磁電流i2との比で表す。
 
S=i0/i2・・・(2・9)
 
本図ではi0=19.0A、i2=10.6Aであるから
 
S=19.0/10.6=1.8
 
 短絡比はディーゼル発電機で1.0前後、タービン発電機で0.8程度である。特に電圧変動率が小さいことを要求する場合は1.5以上のものもある。
(3)電圧変動率の算定
 負荷時の界磁電流を求めると、電圧変動率は無負荷飽和特性曲線図2・4から次の式により求められる。
 
力率1.0の電圧変動率
 
力率0.8の電圧変動率
 
 ここに、
E0;定格電圧(V)
E; i3(1.0)における電圧(V)
E'; i3(0.8)における電圧(V)
 なお電圧変動率は別名、固有電圧変動率と称し、AVRを使用した電圧変動率と区別している。
2・2・8 温度試験
(1)温度試験一般
(a)目的
i)電気機器の絶縁物は、一般に、温度が高くなると絶縁特性が劣化し、寿命が短くなったり(10℃ごとに寿命が半減するといわれている)焼損したりする。
 それ故、定格負荷状態で使われる絶縁物が、その絶縁種類に応じた温度上昇限度内にはいっているかどうかを調べる。
ii)巻線だけでなく、軸受、整流子、スリップリング、鉄心、接触片、接続部なども、温度がある限度を超えるといろいろの障害を起こすので、その温度上昇を調べる。
iii)温度上昇過程中における熱時定数を求めて、機器の熱的特性を調べることもある。
iv)各試験のうちでは最も長時間定格負荷をかけて行うので、その間に各部の異常(例えば、整流状態、異常過熱部分、油、水漏れ、異常音、振動の増加など)、特に時間とともに変化してくる要素について十分調査する。
(b)各種絶縁物の許容最高温度
 絶縁物の種類に応じて許容される温度がJIS C 4003-98(電気絶縁の耐熱クラス及び耐熱性評価)に規定されている。表2・4はそれを示したものである。
 
表2・4 各種絶縁物の温度
耐熱クラス Y A E B F H 200 220 250
温度〔℃〕 90 105 120 130 155 180 200 220 250
 
 なお、この表に示す温度は、機器の中の最高温度の部分に許されるべき温度であって、実際に測定できる温度はこの表より低いのが普通である。
(c)温度上昇限度
 温度上昇限度とは、温度上昇と基準周囲温度との和が絶縁物の許容最高温度以下になるよう定められた温度上昇の限度をいう。つまり、各機器の温度上昇限度は、絶縁物の許容最高温度から基準周囲温度を減じた温度以下に定められているので、当該機器の設置場所の周囲温度が基準周囲温度を上回っている場合は、その超過する温度を規定の温度上昇限度から減じた値がその機器の温度上昇限度となる。
 各電気機器の温度試験において、合否の判定基準になる温度上昇限度は、一般に、回転機に対しては表2・5及び表2・6に示す値以下と規定されている。ただし、船舶設備規程とNK規則とでは基準周囲温度が相違していることに注意すること。
 
表2・5 回転機器の温度上昇限度表(船舶設備規程)
機器の部分 型式 温度上昇限度(摂氏・度)
A種絶縁のもの B種絶縁のもの
温度計法による 抵抗法による 温度計法による 抵抗法による
交流機回転子巻線 全閉形以外のもの 50 60 70 80
全閉形 55 65 75 85
整流子をもつ 全閉形以外のもの 50 - 70 -
電機子の巻線 全閉形 55 - 75 -
絶縁を施した 全閉形以外のもの 50 60 70 80
回転子巻線 全閉形 55 65 75 85
直流を通じる界磁巻線 一般のもの 全閉形以外のもの 50 60 70 80
全閉形 55 65 75 85
露出した平打巻 全閉形以外のもの 60 60 80 80
全閉形 65 65 85 85
円筒回転子形交流タービン発電機 - - - 90
鉄心その他の部分で絶縁巻線に近接した部分 全閉形以外のもの 50 - 70 -
全閉形 55 - 75 -
絶縁されない短絡巻線、鉄心その他の機械的部分で絶縁巻線に近接しない部分、ブラシ及びブラシ保持器 機械的支援なく、かつ、附近の絶縁物に損傷を起こさない温度
整流子及び集電環 65 - 85 -
備考
1. 周囲温度が摂氏40度をこえる場所で使用するものには、その超過する温度をこの表の温度上昇限度から減ずるものとする。
2. 整流子又は集電環にB種絶縁を施した場合であって、A種絶縁を施したものがこれに極めて接近しているときは、その温度上昇限度は摂氏65度とする。
 
表2・6 回転機の温度上昇限度(℃)(NK規則)
(基準周囲温度の限度45℃)
回転機の部分 A種絶縁 E種絶縁 B種絶縁 F種絶縁 H種絶縁
温度計法 抵抗法 埋込温度計法 温度計法 抵抗法 埋込温度計法 温度計法 抵抗法 埋込温度計法 温度計法 抵抗法 埋込温度計法 温度計法 抵抗法 埋込温度計法
1a 出力5,000kW(kVA)以上の回転機の交流巻線 - 55 60 - - - - 75 80 - 95 100 - 120 125
1b 出力が200kW(kVA)を超え、5000kW(kVA)未満の回転機の交流巻線 - 55 60 - 70 - 75 85 - - 100 105 - 120 125
1c 出力が200kW(kVA)以下の回転機の交流巻線で1d又は1eに規定する以外のもの *1 - 55 - - 70 - - 75 - - 100 - - 120 -
1d 出力が600kW(kVA)未満の回転機の交流巻線 *1 - 60 - - 70 - - 80 - - 105 - - 125 -
1e ファンを持たない場合、及び(又は)巻線が容器内に入れられる場合の自冷式回転機の交流巻線 *1 - 60 - - 70 - - 80 - - 105 - - 125 -
2 整流子を有する電機子巻線 45 55 - 60 70 - 65 75 - 80 100 - 100 120 -
3 直流励磁形の回転機の界磁巻線で4に規定する以外のもの 45 55 - 60 70 - 65 75 - 80 100 - 100 120 -
4a スロット内に埋込まれた直流励磁巻線を持つ円筒形回転子の同期機(誘導同期電動機を除く)の界磁巻線 - - - - - - - 85 - - 105 - - 130 -
4b 直流機の多層固定界磁巻線 45 55 - 60 70 - 65 75 85 80 100 105 100 120 130
4c 回転機の抵抗抗界磁巻線及び直流機の多層補償巻線 55 55 - 70 70 - 75 75 - 95 95 - 120 120 -
4d 回転機の露出した裸の又はワニス処理された単層巻線及び直流機の単層補償巻線 *2 60 60 - 75 75 - 85 85 - 105 105 - 130 130 -
5 恒久的に短絡される巻線 機械的に支障なく、かつ、付近の絶縁物に損傷を与えない温度
6 ブラシを含む整流子及びスリップリング 機械的に支障なく、かつ、付近の絶縁物に損傷を与えない温度 
ブラシと整流子スリップリングの組合せが十分に作動できる温度
7 直接絶縁物に接触するか否かにかかわらず、鉄心及びその他の部分(軸受は除く) 機械的に支障なく、かつ、付近の絶縁物に損傷を与えない温度
(備考)1. 出力が200kW(kVA)以下の回転機(*1で示したもの)のA、E、B及びF種絶縁の巻線の抵抗を、負荷電流を切ることなく微弱な直流電流を流すことにより計測する場合、抵抗法による温度上昇より5℃高くとることができる。
2. 下部層巻線がそれぞれ循環一時冷媒と接触する場合の多層巻線(*2で示したもの)を含む。







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