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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


(d)基準周囲温度
 機器の冷却媒体の温度を周囲温度、機器の温度上昇限度を定めるときの基準となる周囲温度を基準周囲温度といっている。この両者は必ずしも同じでない。周囲温度は次のように定める。
(i)開放形及び全閉形回転機(全閉外扇形を含み、全閉内冷形を除く)・静止誘導器では、機器に接近した空気の温度。
(ii)閉鎖風道循環形回転機では、空気冷却式又はガス冷却式を問わず、通風入口における冷却気体の温度。
(e)温度測定法の種類
(i)温度計法 棒状ガラス温度計・ダイヤル温度計・抵抗温度計又は熱電対によって温度を測定する方法で、これらの温度計素子を、外部から接近できる範囲で機器の最高温度とおもわれる箇所にパテなどで取り付ける。
(ii)抵抗法 温度を測定しようとする巻線の抵抗の増加を測ってその温度を測定する方法で、巻線の平均温度を測定することになる。
(iii)埋込温度計法 固定子鉄心スロット内巻線部分・軸受内部など機器内部の最高温度とおもわれる箇所で外部より測定できない場合、抵抗温度計素子・熱電対素子があらかじめ埋め込まれていて、電気的にその箇所の温度を測定する。
 以上の3つの方法が通常採用される。最近は、自己記録温度計を使って連続測定記録することが多い。
(f)抵抗法による温度換算法
 抵抗法による巻線の平均温度上昇は次の式から算出できるが、抵抗値の測定は十分に精密にし、測定用コードなどの外部抵抗は差し引くものとする。
 
 
ここに
R2 ;t2℃における巻線抵抗(Ω)
R1 ;t1℃における巻線抵抗(Ω)
t2 ;試験直後における巻線温度(℃)
t1 ;冷状態においてR1を測定したときの温度(℃)
ta ;試験の最後における周囲温度(℃)
(g)温度試験における注意事項
(i)電気機器に近接する空気温度を周囲温度とする場合には、機器から1〜2m離れた箇所で機器の床上のほぼ中央の高さに温度計数本を機器又は他からの熱や通風の影響を受けないようにして、各計測値の平均値をとる。
(ii)温度試験中、周囲温度に変化があった場合には、1時間以下の等間隔で測定した記録から全試験中最後の1/4の時間における平均値をとる。
(iii)棒状ガラス温度計の使用範囲は、次の値を超えないこと。
アルコール -70℃から120℃
水銀 -39℃から500℃
(iv)温度計球部は適量のパテなどにより、被測温体になるべくねかせて取り付けること。また抵抗、整流子、スリップリングなどのように表面温度の変化が大きい箇所の測定には熱電温度計によることが望ましい。
(v)水銀温度計は交番磁界のあるところは使わないこと。
(vi)周囲温度の変化と機械の温度の間には時間遅れがあるため、周囲温度はなるべく変化させないように注意し、できれば温度計の先端を油中に浸しておくとよい。油杯は直径25mm、高さ50mmぐらいの金属円筒がよい。
(vii)排気が吸気に直接回っているかどうかを調べ、ひどいときは対策をとること。
(viii)短時間定格機は温度試験開始時、各部温度が周囲温度と同じであること。
(ix)温度試験初期の温度上昇、異常音、振動の程度には十分な注意を払い、1分間に1℃以上の温度上昇がある場合には特に注意が必要である。
(x)温度上昇が一定となった場合、機器内部の発生損失と放熱される損失は同じ値であるから、空気や冷却水の奪う熱量を計算して、妥当であるかどうかを調べておくことが必要である。
(xi)抵抗法で停止後、温度を測定する場合は、停止するまでの時間を極力短かくするよう、電気的制動や機械的制動などの利用や他力通風形では冷却空気の遮断などをあらかじめ十分に考慮すること。
 なお、抵抗測定までの所要時間が次の値を超える場合、又は、定格出力が200kWを超える機器については、延長法により巻線抵抗の最高値を推定し、この抵抗値に応じた温度上昇を求めることが望ましい。
定格出力50kW以下 30秒
定格出力50kWを超え200kW以下 2分
 延長法とは、停止後、巻線抵抗の時間に対する変化を求め、これを延長して電源遮断時の巻線の抵抗を推定する方法である。抵抗値は電源遮断後に、最初に抵抗を測定するまでに要した時間の4倍以上の時間にわたってほぼ等間隔で4点以上求める。
 また、延長方法は、片対数方眼紙の横軸に等分目盛の時間を、縦軸に対数目盛の測定抵抗値を目盛り、測定点を含む直線を延長し、電源遮断時の抵抗を測定する。
(xii)可動部、回転部などで試験直後の温度を測定することが困難な場合は、試験後の温度低下曲線を画いて補外法にによって直後の温度を求める。
 このことは(f)にも適用されることがある。
 試験後測定温度が上昇を示す場合はその最高値をとる。
(2)温度試験方法の種類
 交流発電機の温度試験方法として次の種類がある。
(a)実負荷法
(i)水抵抗による場合
(ii)金属抵抗による場合
(iii)系列並列による場合
(iv)他の電気機器に負荷する場合
(b)零力率法
(c)等価温度試験法
 次にこれらの方法の概要を説明する。
(a)実負荷法
 電源設備の許す範囲内で、小中容量機では実負荷により温度試験を行うことができる。水抵抗による場合は図2・12のような接続とし、力率の調整はリアクトル又は同期機を力率調整用電動機(CM)として使用する。必要とする無効電力は次の式により算定することができる。
 
 
ここに、
PN ;必要とする無効電力(kVar)
P ;発電器定格出力(kVA)
cosθ ;発電機定格力率
(電流×同期インピーダンス)=(発電機電圧)なる条件が必要であるのでCMの同期インピーダンスがあまり大きいと、無効電力は取りにくい。
 
図2・12 実負荷試験回路例
AG; 被試験機 W.L; 水抵抗
DM; 直流電動機 R; 放電抵抗
CM; 力率調整用電動機 CT; 計器用変流器
CB1、CB2; 遮断器 VT; 計器用変圧器
 
(b)零力率法
 同期機を無負荷で発電機として運転し、定格周波数で殆ど零力率の電流を流し温度上昇を推定する方法である。同期調相機ではそのまま適用し得るが、同期発電機又は同期電動機の場合は、界磁電流の不足から定格出力に対するkVAが得られない場合がある。従って下記のいずれかの方法で温度を推定する。
(i)定格出力に対するkVAに近い値が得られるように、できるだけ大きい界磁電流で試験を行い、その結果を下記要領で補正すれば、定格状態の温度上昇が算出できる。
(イ)まず、定格電圧無負荷(電機子電流が最小の状態)で温度試験を行い、各部の温度上昇を測定する。
電機子巻線;t0
電機子鉄心;tCO
(ロ)零力率試験を行い、各部の温度上昇を測定する。
電圧V'、電流I'の時の巻線;t'
電圧V'、電流I'の時の鉄心;t'C
界磁電流I1'の時の界磁巻線;t1'
(ハ)定格電圧をV、定格電流をI、定格界磁電流をIfとすると、定格状態の温度上昇は(イ)(ロ)の温度を使用し次のように求めることができる。
電機子巻線;t=t0+(t'-t0)×(I/I')2・・・(2・12)
電機子鉄心;tC=tCO+(t'C-tCO)×(I/I')2・・・(2・13)
界磁巻線;tf=t'f×(If/I'f)2・・・(2・14)
 上記の試験電圧V'及び試験電流I'は、できるだけ定格値に近い値であることが必要であるので90%以上が望ましい。
(ii)電機子電流及び界磁電流が、定格値になるような電圧V'で、零力率試験を行い、この時の電機子巻線の温度上昇t'、電機子鉄心の温度上昇tC'、界磁巻線の温度上昇tfを求める。その結果を下記要領で補正すれば、定格状態の温度上昇が算出できる。
(イ)定格電圧Vの時の鉄損と、前記試験電圧V'の時の鉄損との差に等しい鉄損を生じるような電圧にて、無負荷(電機子電流が最小な状態)で温度試験を行い、電機子巻線の温度上昇t0、電機子鉄心の温度上昇tCOを求める。
(ロ)定格状態に補正した温度上昇は、
電機子巻線;t=t'+t0
電子機鉄心;tC=tC'+tCO
磁界巻線;tf
(iii)電機子電圧及び界磁電流が、定格値になるような電流I'で零力率試験を行い、この時の電機子巻線の温度上昇t'、電機子鉄心の温度上昇tC'、界磁巻線の温度上昇tfを求める。その結果を下記要領で補正すれば、定格状態の温度上昇が算出される。
(イ)端子を短絡しておき、定格周波数で定格電流Iの2乗とI'の2乗の差の平方根に等しい電流を流した状態にて、無負荷の温度試験を行い、電機子巻線の温度上昇t=0、電機子鉄心の温度上昇tCOを求める。
(ロ)定格状態に補正した温度上昇は、
電機子巻線;t=t'+t0
電子機鉄心;tC=tC'+tCO
界磁巻線;t1
(c)等価温度試験による温度推定法
 実負荷法又は零力率法によらないで、温度上昇を推定する方法で、鉄損温度上昇試験及び抵抗温度上昇試験により行う。
(i)鉄損温度上昇試験
 発電機を定格電圧で無負荷運転を行い、各部の温度上昇を求める。この時の上昇値を下記の値とする。
電機子巻線;t0
電機子鉄心;tCO
界磁巻線 ;tf'(界磁電流If')
(ii)抵抗損温度上昇試験
 発電機の端子で三相短絡を行い、定格電流を流し、定格速度で運転し各部の温度を測定する。
 この時の温度上昇値を下記の値とする。
電機子巻線;t'
電機子鉄心;tC'
界磁巻線 ;tf"(界磁電流I"f
(iii)(i)、(ii)の温度上昇値を得ると、全負荷時の温度上昇は次のように推定する。
電機子巻線;t0+t'
電機子鉄心;tCO+tC'
界磁巻線 ;tf'×(If/If')2
 ただし風損による温度上昇値が無視できない場合は、上記の和による温度上昇から、風損による温度上昇を引き、界磁巻線に対しては、測定値から風損による温度上昇を引いたものを、電流の2乗で補正し、その値に風損による温度上昇を加えればよい。なお上記で算出した界磁巻線の温度上昇値は、磁極表面損の影響で、一般に高く算出される。このため界磁巻線の温度上昇値をさらに正確に求めるには、次のようにするとよい。
 定格電圧のほかに、定格電圧の20〜30%高い電圧(全負荷界磁電流に相当する、無負荷誘起電圧近くの値)で鉄損温度試験を行い、次の式で全負荷時の界磁巻線温度上昇値t3を算出する。
 
 
ここに、
t1、t'1;界磁電流i1、i'1による鉄損温度試験時の界磁巻線の温度上昇
W1、W1'; 界磁電流i1、i'1による鉄損
t2;短絡時の界磁電流i2による温度上昇







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