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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


3・2・4 負荷特性試験(漸変電圧変動特性試験2・2・112・3・11参照
(1)試験方法
 全負荷で定格電圧、定格回転速度(又は定格周波数)に調整後、ガバナ−調整装置、電圧調整器をそのままの位置に保ち、負荷を100%→75%→50%→25%→0→25%→50%→75%→100%に順次変化し、各負荷における電圧、電流、出力及び周波数を測定する。
(2)試験結果
 この場合の電圧変動率の規定値は、交流の場合無負荷から全負荷までにおいて、定格力率で定格電圧の±2.5%以内(非常発電機は±3.5%以内 NK規則)、4%未満(船舶設備規程)、直流複巻発電機の場合20%負荷から全負荷までにおいて定格電圧の±2.5%以内(NK規則)、6%未満(船舶設備規程)となっている。なお、このほかの規定値の詳細は、2・2・11及び2・3・11に記述されているので参照のこと。
(3)試験上の注意事項
 交流発電機で水抵抗負荷を使用した場合、陸上試験では、力率0.8で負荷特性が調整されている場合が多いので、この場合には規定値を超えても問題はないが、陸上試験で力率1.0の試験データを作成しておき、このデータと比較して特性の判定をする方がよい。また直流発電機の場合は、実際の原動機の速度特性が陸上試験の特性と違うと規定値を超えることがあるので、この場合には船内で再調整する必要がある。
3・2・5 速度変動率試験(ガバナーテスト)
(1)試験方法
 発電機を定格電圧、定格周波数(定格回転速度)の下に、全負荷で運転し、発電機用遮断器により全負荷から無負荷に急変させる。速度が整定した後引続き発電機の定格負荷の50%を急激に加え、速度が整定した後に残りの50%を更に急激に加え、各状態において、回転速度、周波数、電圧、整定までの時間を計測する。
 なお、船舶検査心得では負荷の除去に当たっては発電機の定格出力、投入に当たっては、最初に発電機の定格出力の50%、その後60秒以内に残りの出力とすると規定されている。
(2)試験結果
 負荷遮断時及び負荷投入時の瞬時速度変動率及び整定速度変動率は次の算定式により算定し、それぞれ10%及び5%以下であることを確認する。
 
負荷遮断時(100%→0)
 
 
負荷投入時(0→50%)
 
 
負荷投入時(50%→100%)
 
 
図3・1 速度変化の様相
Nr: 定格速度(全負荷)
Na: 瞬時速度(無負荷)
Na': 製定速度(無負荷)
Nb: 瞬時速度(50%負荷)
Nb': 整定速度(50%負荷)
Nc: 瞬時速度(100%負荷)
Nc': 整定速度(100%負荷)
 
3・2・6 瞬時電圧変動率試験 (2・2・11(2)参照
 この試験は、交流発電機に対しては製造工場において、JEM1274(船用交流発電機)に規定する第3特性(2・2・11(2)参照)の試験が一般に行われており、船内においても、その船に装備されている最大出力の電動機(又は、始動電流が最大となる電動機)の始動試験を行って瞬時電圧変動及びその回復時間を計測し、その結果が前述のJEM1274の第3特性、すなわち、瞬時電圧変動率が15%以内、回復時間が0.6秒以内に、適合することを確認する必要がある。
 この試験は、誘導電動機の始動特性に対する交流発電機の過渡特性を確認するためにも重要な試験であり、更に、第2、第3の電動機を順次に始動して見て発電機の電圧変動特性に支障がないかどうかも確認する必要がある。
 
3・2・7 並行運転試験(2・2・12参照
(1)並列投入・負荷移行試験
 1台の発電機を適宜の負荷において、定格電圧、定格周波数、定格力率(又は100%力率)で運転中、他の発電機をこれと並列に投入して負荷を移動し並列投入の難易及び任意の負荷分担において異常のないことを確認する。
 この試験は、発電機駆動原動機の調速機の動作性能と各発電機の負荷の調整機能を確認するために行うものである。
(2)負荷漸変試験
(a)試験方法
 発電機が2台以上あって並行運転を行う計画になっている場合にはこの試験を実施する。
 発電機は各2台づつ並行運転を行い各発電機に定格負荷の75%負荷をかけた状態で、電圧、周波数を定格値に、かつ負荷率を定格出力比になるように調整した後、総合負荷を〔75%→100%→75%→50%→20%→50%→75%→100%〕と順次変化させ、各総合負荷における両機の負荷分担状態及び安定度を計測し、負荷分担の不平衡値が規定値以内にあることを確認する。計測は電圧、電流、出力、周波数(回転速度)を測定する。
(b)試験結果
 船舶設備規程の規定値は交流機及び直流機共に各発電機の比例分担すべき負荷の変動がその発電機の定格負荷(kW)の±15%未満としている。なお、NK規則の場合は各機の定格出力による比例配分の負荷と各機の出力の差がそれぞれ最大機の定格出力(kW)の±10%以内(直流機)、15%以内(交流機)としている。
(注)この試験は、自動負荷分担装置が装備されている場合は外して行うこと。
 
図3・2 原動機の速度特性曲線が一致した場合の負荷分担
(注) 両機の原動機の速度特性が上図のように完全に一致していれば負荷〔%〕がobからodに変化しても両機の速度〔%〕が同一であるから両機ともod〔%〕の負荷を分担し、負荷分担の変動は零となる。
 
(解説)交流発電機の並行運転について
 並行運転をしている交流発電機の負荷分担の調整は、原動機の速度を調整することにより行われる。
 すなわち、ガバナースイッチにより負荷を増加させようとする発電機の原動機速度を増加するように調整するか、又は負担を軽くしようとする発電機の原動機速度を減ずるように調整する。
 これは手動による負荷分担の調整であるが、並行運転にある発電機の負荷が変動したときの各発電機の負荷分担は原動機の速度特性によって定まる。
(1)両原動機の速度特性が一致している場合
 百分率負荷を横軸、百分率速度を縦軸とした両機の原動機の速度特性が図3.2のように完全に一致していれば、いかなる場合でも両機の定格負荷に比例した負荷〔%〕を分担する。
(2)両原動機の速度特性が一致していない場合
 図3・3において曲線A及びBを並行運転にある各発電機用原動機の速度特性曲線とする。これは両原動機の速度特性曲線が一致していない例である。
 両機がそれぞれabの百分率速度でobの負荷を分担しているものとする。そこで負荷が減少すると原動機の速度は、それぞれ曲線A及びBに沿って上昇する。このとき、両機の速度〔%〕が同一となるcd=efで新しい負荷分担となり、A機の方はof、B機の方はodの負荷を分担する。
 図3・3のように速度特性が異なるときは、負荷が減少した場合、速度が大きくなるB機の方がA機より多く負荷を分担する。逆にob〔%〕より負荷が増大した場合、速度が大きくなるA機の方がB機より多く負荷を分担する。
 従って、発電機の並行運転中、負荷が増減しても発電機定格負荷に比例した負荷分担を自動的に行わせるためには、原動機の速度特性を完全に一致させる必要がある。実際にはこの条件を満足するのは難しいので、原動機の速度特性の不揃いによる負荷分担の不均衡について一定の余裕が認められている。
 図3・3によって負荷がob〔%〕からoh〔%〕に変化した場合、分担すべき負荷oh〔%〕に対する変動はA機で-fh〔%〕、B機で+hd〔%〕となる。
 この負荷分担の変動〔同図の-fh及び+hd〕の制限値は船舶設備規程では発電機の定格負荷の±15〔%〕未満と定められている。
 並行運転試験では各発電機の負荷が75〔%〕となるよう調整し、(図3・3のobの負荷)、あとは調整しないで負荷を20〔%〕から100〔%〕の間に順次増減させて負荷分担の状況を確認し、負荷分担の変動の制限値を超える場合は、ガバナーの調整等の措置が必要となる。
 
図3・3 原動機の速度特性曲線が一致しない場合の負荷分担
(注)hf=hd
 
(3)皮相電力の比例配分の確認(NK規則)
 交流発電機を並行運転する場合、ほぼ定格力率において運転したとき、各機の皮相電力の不平衡は、有効電力を平衡させた状態において、各機の定格出力による比例配分の負荷と各機の出力の差がそれぞれ最大機の定格皮相電力の5%を超えることなく運転できることを確認する。
 この試験は船内負荷を用い、海上運転時等に確認する。
 
3・2・8 原動機の安全装置・警報装置試験
 原動機の種類(ディーゼル、蒸気タービン)に応じ、次の安全装置、警報装置が設けられている場合には、それぞれの検出器(センサ)が実際に動作する条件、例えば、加速度、LO圧力低下について実際の設定した値で原動機を停止させ、かつ警報動作も確認することが望ましい。ただし、船内の状況いかんによっては、安全装置の実動作は危険を伴なうことがあるので原動機関係業者と十分協議したうえで決定すべきである。その結果、実行困難となった場合は、設定値を下げて実際に作動させるか、更に、それも困難な場合は、検出器に模擬信号(電気信号に変換)を与えて作動したことの確認を行うこともやむをえない。
 
表3・2 安全装置・警報装置試験項目
項目 警報 危急停止 備考
加速度(r.p.m、%) 周波数上昇警報
LO圧力低下(kg/cm2
冷却水出口温度上昇(℃) ディーゼルのみ
〃 入口圧力低下(kg/cm2 ディーゼルのみ
タービン排気圧力上昇(kg/cm2 タービンのみ
LO温度上昇(℃) -
排ガス温度上昇(℃) - ディーゼルのみ
異常振動 - タービンのみ







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