船舶用発電機の低電圧障害：包括的な試験、原因分析、トラブルシューティングの実践

船舶電気電子士官（ETO）徹底実践ガイド

I. 船舶発電機の低電圧故障の概要

発電機が他のユニットと並列運転している場合、励磁システムの故障により、故障した発電機が部分的または完全に励磁を失うことがあります。このとき、発電機は系統に過剰な無効電流を流したり、非同期運転に入ったりする。部分的な励磁喪失の故障は、次のように呼ばれる。インポテントすべての励磁が失われる故障は、次のように知られている。消磁.これら2つの故障を総称して発電機の減磁と呼ぶこともある。単独運転では、励磁不足による現象は電圧不足であり、減磁による現象は電圧損失である。

船舶発電所の発電機が電源として互いに並列運転されている場合、1台の発電機で励磁不足または減磁故障が発生すると、発電機間で無効循環電流が発生する。無効循環電流の値が過電流保護装置の設定値を超えると、故障した機械と故障していない機械が同時にトリップし、系統への電力供給が失われる可能性があります。低電圧保護は、主に並列運転される発電機のためのものですが、非同期モーターなどの負荷のためのものでもあります。

📜 CCS Classification Code for Classification of Steel Seagoing Ships（鋼製船舶の船級に関するCCS船級コード）は、次のように規定している。

船舶の発電機の不足電圧保護は、船内の自動空気回路遮断器によって行われる。圧力ディテントの喪失具体的な設定値と動作時間は以下の通り：

プロテクションの種類	電圧作用閾値	アクションタイム	保護目的
時間遅延付き低電圧保護	定格電圧以下 70%〜80%	レイテンシー 1～3秒ムーブメント	過渡変動の誤操作を避け、並列ユニットの安定性を確保する。
時間遅延なしの低電圧保護	定格電圧以下 35%～70%	瞬間的ムーブメント	激しい電圧降下に対応し、故障を素早く遮断

船舶用発電機の低電圧故障の原因分析

(i) 加振システムの故障

励磁電流不足：励磁調整器の故障やパラメータ設定の誤りにより、磁界強度が低下し、電圧が低下する。
励磁巻線が短絡または断線している：その結果、励磁電流がうまく伝わらず、磁場強度が弱まり、電圧が低下する。
ダイオードまたはブラシの故障（回転励磁システムの場合）：整流ダイオードの損傷またはカーボンブラシの接触不良により、励磁回路が遮断される。

ケーススタディ：AVRの故障による電圧低下
ある外航貨物船の航海中、船内電源システムが突然アラームを発し、主発電機の電圧が320V（定格電圧は400V）まで低下したため、一部の機器が正常に作動しなくなった。点検の結果、AVRの励磁出力に異常があり、励磁電流が正常値を大幅に下回っていた。さらに点検したところ、AVRの内部回路が損傷しており、その結果、励磁電流を調整できないことが判明した。AVRを交換した後、発電機の電圧は正常に戻った。

(ディーゼルエンジンの回転数異常

燃料供給不足：燃料系統の詰まりやインジェクターノズルの故障により、ディーゼルエンジンの出力が不足し、発電機の回転数に影響を及ぼす。
ガバナーの故障：ディーゼルエンジンの回転数が低下し、発電機の出力周波数と電圧が低下する。

ケーススタディ：周波数と電圧に影響するガバナーの異常
ドッキング前の点検で、あるタンカーが発電機の電圧が370Vまで低下し、周波数が47Hz（定格50Hz）まで低下していることを発見した。ディーゼルエンジンを点検したところ、ガバナーのフィードバック信号に異常があり、ディーゼルエンジンの回転数が低下していることが判明。発電機の回転数が低下し、出力電圧が低下した。解決策：ガバナパラメータを調整し、燃料供給システムを清掃することで、ディーゼルエンジンの通常運転速度が定格速度に戻り、電圧も正常に戻った。

(iii) 電気的接続の問題

配線の緩み：バスバー端子が緩むと抵抗が増加し、電圧降下を引き起こす。
接触が悪い：サーキットブレーカー、リレー、コンタクターの接点が焼損し、電圧出力が不安定になる。

ケーススタディ：端子の緩みが低電圧を引き起こす
コンテナ船の定期検査で、発電機の電圧が長期間380Vを下回っていることが判明した。点検の結果、発電機から主配電盤への接続端子が緩んでおり、抵抗が増加して電圧が低下していることが判明した。端子を締め直すと、電圧は400Vに回復した。

(iv) 過大な負荷または三相アンバランス

過負荷：船舶の系統負荷が発電機の定格電力を超え、発電機の負荷容量が不足し、電圧が低下する。
ハイパワー機器に突然負荷がかかる：例えば、大型冷凍コンプレッサーや推進モーターなどの大電力機器が突然始動し、短時間に大量の電気エネルギーを吸収するため、電圧が急激に低下する。
三相アンバランス：過度の単相負荷により、相間電圧の不均衡が生じ、一部の相電圧が安全範囲を下回る。

ケーススタディ：冷凍コンプレッサーの始動時の衝撃と電圧変動
ある漁船が沖合で操業中、主発電機の出力電圧が400Vから360Vに低下していることに突然気づいた。点検の結果、冷凍コンプレッサーが始動するたびに電圧が約10%低下していることが判明した。冷凍コンプレッサーの過大な始動電流により、瞬間的な衝撃が発電機の電圧変動を引き起こしていた。解決策：負荷配分を最適化し、コンプレッサー起動時の他の大電力機器の運転を減らし、無効電力補償装置を追加して電圧変動を抑える。

III.船舶発電機の低電圧故障の判断と除去

(i) 予備的判断と治療

発電機の低電圧保護トリップは、主にガバナーや燃料系統、レギュレーターの故障で発生します。現象を観察することで予備的な判断が可能です：

🚩 ガバナーおよび燃料系統の故障による圧力不足： 判断基準は以下の通りである。回転数低下が最初に起こる (ディーゼルエンジンの音でわかる）。
🚩 レギュレータの故障による電圧不足： 判断基準は以下の通りである。電圧降下が最初に起こる (これはライトの明るさの変化でわかる）、その後トリップが発生する。

初期処理の流れ： 回答（消音、点滅）、トリップしたユニットのメインスイッチをリセットする。待機機を起動し、待機機の電圧、周波数が正常値になったらゲートを閉じる。故障ユニットの原動機を停止させ、故障を取り除くためのメンテナンスを行う。修理したユニットを待機ユニットとして使用する。

(ii) 具体的な判断とトラブルシューティングの手順

不足電圧故障の原因を正確に特定するために、以下の手順に従って詳細な調査を行うことができる：

1 ステップ1：不足電圧の確認

主配電盤の電圧表示計をチェックし、定格値以下であることを確認する。
マルチメータまたはパワーアナライザを使用して発電機の端子電圧を測定し、メータの故障や誤報を除外します。
電圧変動が一過性のものか、継続的な不足電圧かを観察する。
電圧不足、励磁不良、負荷過負荷などのアラームが発生していないか、アラームシステムをチェックする。

2 ステップ2：励磁装置が正常かどうかをチェックする

励磁電流測定：励磁電流を測定し、低すぎる場合は、励磁システムが故障している可能性がある。
AVR（自動電圧レギュレータ）検出：パラメータ設定を確認し、出力に安定した電流が流れているかテストしてください。
励磁巻線と整流ダイオードをチェックする：回転励磁システムの絶縁抵抗試験と整流管の点検。

トラブルシューティングAVR または破損したダイオードを交換する。

3 ステップ3：異常負荷のチェック

ハイパワー機器：低電圧時にモーターが大きく始動しないように注意してください。
定格荷重：負荷が定格値を超えていないかどうかを計算する（例えば、1000kWの発電機は900kWを超えてはならない）。
バランスだ：三相電流を測定し、高すぎる単相負荷のトラブルシューティングを行う。

4 ステップ4：ディーゼルエンジンの運転状態のチェック

周波数検出：周波数が低下した場合（例えば47Hz）、ディーゼルエンジンの出力不足を意味し、その結果電圧不足になる。
燃料供給：フィルターが詰まっていないか、インジェクターが正常に作動しているかを確認する。
ガバナースピードがスムーズに調整できるかどうかを観察する。

5 ステップ5：電気系統の接触不良をチェックする

端末チェック：電圧降下と赤外線温度測定を行い、オーバーヒートとアブレーションをチェックする。
ブレーカー接点に酸化や火傷がないか点検する。

IV.船舶発電機の低電圧故障の予防策

✅ 定期的に励磁装置をメンテナンスすること：AVR、巻線、ダイオードをチェックする。

✅ 負荷を賢く管理する：過負荷を避け、始動順序を最適化し、三相負荷のバランスをとる。

✅ ディーゼルの安定性を確保する：燃料系統とガバナを整備する。

✅ 電気接続を維持する：定期的に端子を締め、サーキットブレーカの接点をチェックする。

✅ 監視システムの設置：リアルタイム電圧監視とトレンド警告

V. 船舶発電機低電圧保護試験実習操作

(i) 低電圧保護試験原理

低電圧保護のパラメータ調整を行う場合、低電圧保護動作試験回路を図6-4に示す。まず、調整器をゼロ位置に戻し、ゲートスイッチを閉じ、出力電圧を発電機の定格電圧まで徐々に上昇させ、電圧コイルの損失を電気的に吸引し、発電機の主スイッチを閉じ、出力電圧が不足電圧作用値まで降下するように調整器を連続的に調整すると、主スイッチがトリップするはずです。不足電圧作用値と作用遅延時間は、UVT整流器のポテンショメーターで調整します。