La présente invention concerne un procédé de détection et d'éva-luation du calage deq barres dans les encoches qtator d'une grande machine tournante à courant alternatif en charge.
Elle concerne également un dispositi~ de mise en oeuvre de ce procédé.
La présente invention peut s'appliquer à tous les types de machines tournantes à courant alternatif de grande puissance, comme par exemple, les alternateurs hydrauliques, les alternateurs thermiques ou nucléaires, les compensateurs synchrones, les groupes pompes, les grands moteurs synchrones ou asynchrones~
Dans les ~randes machines tournantes à isolation souple ou semi-rigide, il apparaît des décharges capacitives qui ont fait l'objet de nombreuses études dans tous les types de matériels électriques, et leurs origineq sont bien connues. Ces décharges capacitives transportent un courant en quadrature avec la tension qui leur donne naissance, et sont à
l'origine de pertes diélectriques.
Mais l'évolution récente des systèmes d'isolation haute tension devenus thermodurcissables donc rigides, et la montée en puissance uni-taire des grandes machines tournantes ont fait évoluer les techniques pour obtenir ur. bon serrage des barres dans les encoches, tandis que l'intensité du courart traversant l'encoche allait croissante. Il en résulte une plus grande susceptibilité des machines à l'apparition dans le temps de vibrations des barres dans les encoches, susceptlbles d'en-gendrer un phénomène de décharges d'encoches résistives conduisant, s'il n'est pas stoppé à temps, à l'électroérosion plus ou moins rapide du mur isolant.
On connaît, par le document IEEE "TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS
AND SYSTEMS" vol.PAS-98 n 4 (1979-07/08) pages 1167-1173, un dispositi~
de mesure des fréquences radio analogue à un dispositiP de mesure des décharges capacitives. Mais l'ob~ectiP unique de ce document, est de donner une méthode permettant de déteoter sur les machines tournantes les amoroes de ruptures de conducteurs élémentaires entraînant la créa-_l _ The present invention relates to a method for detecting and evaluation of the timing of q bars in the qtator notches of a large rotating alternating current machine under load.
It also relates to a dispositi ~ of implementation of this process.
The present invention can be applied to all types of high-powered alternating current machines, such as example, hydraulic alternators, thermal alternators or nuclear, synchronous compensators, pump groups, large synchronous or asynchronous motors ~
In the ~ revolving machines with flexible or semi-insulated rigid, there appear capacitive discharges which have been the subject of numerous studies in all types of electrical equipment, and their origineq are well known. These capacitive discharges carry a current in quadrature with the voltage that gives rise to them, and are at the cause of dielectric losses.
But the recent evolution of high voltage insulation systems become thermosetting therefore rigid, and the rise in power uni-shutting down large rotating machines have advanced techniques to get ur. good tightening of the bars in the notches, while the intensity of the courart crossing the notch was increasing. It results in a greater susceptibility of machines to the appearance in the vibration time of the bars in the notches, susceptible to generate a phenomenon of resistive notch discharges leading, if is not stopped in time, to the more or less rapid EDM of the wall insulating.
We know from the document IEEE "TRANSACTIONS ON POWER APPARATUS
AND SYSTEMS "vol.PAS-98 n 4 (1979-07 / 08) pages 1167-1173, a dispositi ~
for measuring radio frequencies analogous to a device for measuring capacitive discharges. But the sole purpose of this document is to give a method for rubbing off on rotating machines the amoroes of ruptures of elementary conductors causing the creation _l _
- 2 -tion d'arcs électriques par~iels sur le courant principal qui traverse l'enroulement.
Le but de la présente invention est fondamentalement difPérent dans la mesure où il consiste à détecter les vibrations de barres à
l'intérieur des encoches qui peuvent, lorsqu'elles ont atteint une cer-taine amplitude et qu'il se produit des ruptures de contact entre revê-tement conducteur des barres et paroi de l'encoche, initier des décharges d'encoches résistives assimilables à de petites arcs électri-ques situés à l'extérieur de la barre et interrompant partiellement le courant qui traverse le diélectrique.
En effet, si les décharges capacitives peuvent se produire à
l'arrêt en appliquant une haute tension alternative sur l'enroulement 7 en revanche, les décharges d'encoches résistives ne peuvent se produire que lorsque la machine fonctionne et que les barres vibrent, c'e~t-à-dire en charge. Or, il est très important de pouvoir porter un diagnostic sur l'apparition de ces décharges et ceci dès l'origine et si possible sans arrêter la machine et sans examens visuels ou manuels quelconques qui sont toujours subjectifs.
La présente invention a pour objet un procédé de détection et d'évaluation du calage des barres dans les encoches stator d'une grande machine tournante à courant alternatif en charge, consistant à connecter une capacité sur le neutre de la machine, cette capacité étant suivie d'un élément basse tension et d'un adaptateur d'impedance, oaractérisé
en ce que - on connecte un transformateur de potentiel sur une phase quelconque de la machlne, - on rentre dans un oscilloscope à fenêtre un signal global sortant de l'adaptateur d'impédance et un signal de repère de phase sortant du transformateur de potentiel, - on repère sur la fenêtre de l'oscilloscope les décharges électriques, - on agrandit la fenêtre de l'oscilloscope pour différencier les déchar-ges électriques en décharges capacitive~ et en décharges d'encoches résistives, - on mesure sélectivement les différentes décharges.
Le dispo itif selon l'invention, branché sur une machine présen-tant une impédance d~ensemble de liaison à la terre et un trans~ormateur de potentiel branché sur une phase quelconque, et comportant une capa~
cité de mesure connectée au neutre de la machine, cette capacité étant suivie d'un élément basse tension et d'un adaptateur d'impédance, est caractérisé en- ce qu'il comporte un oscilloscope à fenetre et un mesu-reur.
De préférence, la capacité a une valeur comprise entre 0,1 et 0,3 ~ F.
Avantageusement, l~oscilloscope à ~enêtre permet de n'appliquer une mesure qu'à une ~raction ~aible du signal global.
Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif selon l'inventionO
La figure 1 représente une vue d'ensemble d'une machine munie d'un dispositi~ selon l'invention.
La figure 2 représente plus en détail certains éléments du dispo-sitif.
La ~igure 3 représente des courbes de repérage de phase en ~onction du temps.
La figure 4 représente un signal global lu sur l'oscilloscope.
La figure 5 représente une vue agrandie d'une partie du signal global de la ~igure 4.
Dans la figure 1, représentant une vue d'ensemble d'une machine 1 munie d'un dispositi~ 10 selon l'invention, chaque enroulement A, B, C
de la machine est couplé séparément à une phase A', B', C' du réseau d'utilisation R, la machine 1 ~onctionne donc en charge. Une impédance 2 d'une valeur de quelques dizaines à quelques centaines d'ohms représente une impédance d'ensemble de liaison à la terre de la machine en ~onction-nement, et un transformateur de potentiel 3 mesure la tension de sortie d'une phase.
Le dispositif 10 comporte ~
- une capacité haute tension 4, branchée sur le neutre du générateur, et de valeur comprise par exemple entre 0,1 et 0,3 ~ F (1. à 3.10 7 Farad~.
Cette capacité doit être dépourvue de déoharges capacitives, c'est-à-dire que celles-ci doivent être inférieure~ à 10-18 coulomb-carré par seconde ~usqu'à une tension de 15 kilovolts. Cette capacité assure donc un niveau de protection au moins égal à la tension simple de la machine, tension induite entre phase et masse, pour toutes les machines de tension assignée, inférieure ou égale à 26 kV, un élément basse tension 5 relié au point basse tension de la capa-cité 4, et comportant une mise à la terre 5', ~ un adaptateur d'impédance 6 relié à l'élément basse tension 5, - un oscilloscope 7 à large bande d'entrée relié à l'adaptateur d'impé-dance 6 et au transformateur de potentiel 3, - un mesureur de décharges partielles 8 disponible dans le commerce par exemple, le mesureur type arc en ciel de la marque "RVE".
La figure 2 représente plus en détail, deux éléments du dispo sitif 10, à savoir, 17 élément basse tension 5 et l~adaptateur d'impé-dance 6.
L'élément basse tension 5 est un filtre passe-haut destiné à éli miner la fréquence fondamentale du courant. Il comprend une self d'écou-lement 12 de o,8 millihenry environ et pouvant supporter une intensité
d'au moins 2 ampères avec en parallèle sur cette self deux parafoudres de protection 11, 11'. Le parafoudre 11 est un parafoudre néon amorçant en dessous de 200 volts et le parafoudre 11' est un parafoudre mica-charbon ou d'un autre type pouvant écouler un courant de plusieurs dizaines d'ampères pendant un temps limité en cas de défaut provoquant une surten-sion de neutre et un amorçage ou claquage sur la capacité 4.
L'adaptateur d'impédance 6 est destiné à ramener à 50 ohms l'impé-dance de mesure aux bornes de l'oscilloscope. Il comporte d'abord un circuit bouchon pour l'harmonique 3 de la fréquence fondamentale, 50 ou 60 Hz, composé d'une self 13 de 5 millihenry et d'une capacité 14 de 225 ou 156 microfarad suivant le cas, 50 ou 60 Hz. Il comporte ensuite un transformateur d'impédance 16 à noyau ferromagnétique et deux enroule-ments 16A, 16B. L'enroulement primaire 16A côté prise de signal est court-circuité par une résistance 15 de valeur voisine de 5 ohms.
L'enroulement secondaire 16B côté mesure, est court-circuité par une résistance 17 de valeur voisine de 100 ohms.
L'élément basse tension 5 et l'adaptateur d'impédance 6 sont interconnectés par leur blindage 6' (représentés schématiquement) et reliés à la mise à la terre 5'.
La figure 3 représente les courbes de repérage de phase A', B', C' en fonction du temps, ce repérage étant ef~ectué par le transformateur de potentiel 3.
La ~igure 4 représente une courbe lue sur l'oscilloscope 7 pouvant être par exemple un oscilloscope de 100 mégahertz à 2 ou 3 voies, et muni d'un dispositif à surbrillance. Cet oscilloscope permet de découper le signal et de n'appliquer la mesure qu'à une fraction aussi faible qu'on le désire du signal global, 1/10 à 1/200 ou moins, et d'étudier ainsi les caractéristiques d'un foyer de décharges capacitives ou de décharges d'encoche résistives à l'aide d'un mesureur classique.
Dans les grandes machines moderne~, les excitations statiques à
thyristors et diodes engendrent des signaux importants, souvent 20 décibels plus élevés que les niveaux des plus grandes décharges électri-ques. La référence 20 représente un signal engendré par un thyristor, et la ré~érence 21 par une diode.
La référence 22 représente alors une fraction seulement du signal global, et en se plaçant de telle façon que leq signaux importants dus aux thyristors ou diodes ne soient pas pris en compte.
Les deux caractéristiques de la capacité 4, c'est à dire une capa-cité de très forte valeur branchée sur le neutre du générateur, permet-tent un abaissement sensible du niveau parasite ambiant et une bonne linéari~ation du signal ~ondamental.
La figure 5 représente donc la fraction du signal global 22, agrandie par exemple 10 fois, permettant de visualiser les décharges capacitives 23 et les décharges d'encoches résistives 24, et de mesurer sélectivement et à l'aide du mesureur 8 les grandeurs caractéristiques des impulsions provenant de ces décharges capacitives 23 et de ces décharges d'encoches résistives 24 soit :
- le débit quadratique moyen des décharges, - l'amplitude maximale de la plus grande décharge apparente en picocou-lombs ou en millivolts, - l'énergie moyenne des décharges, - ou tout autre grandeur permettant de caractériser les décnarges, de les compter ou de les classer en décharges capacitives ou en décharges d'encoches résistives.
Sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif selon l'inven-tion peut par exemple~ être installé rapidement ou même sans arrêt obli-gatoire de la machine moyennant certaines mesures de sécurité, et ainsi équiper une ou plusieurs machines en permanen¢e. Certaines grandeurs peuvent donc etre soit enregistrées, soit mesurées périodiquement avec un appareillage portatif et ce sans aucune modification du programme d'exploitation, réalisant ainsi un dispositif de surveillance permanent qui permet un diagnostic sur l'état du calage de l'enroulement dans les encoches et sur son évolution dans le temps, par la distinction visuelle du type des décharges électriques observées ou par la comparaison des mesures en un point donné du signal à courant fort et à courant faible en Paisant varier la charge de la machine.
3o - 2 -tion of electric arcs by ~ iels on the main current which crosses winding.
The object of the present invention is fundamentally different insofar as it consists in detecting the vibrations of bars at the inside of the notches which can, when they have reached a certain taine amplitude and that there is a break in contact between coating conductor of the bars and wall of the notch, initiate resistive notch discharges similar to small electric arcs located outside the bar and partially interrupting the current flowing through the dielectric.
Indeed, if the capacitive discharges can occur at stopping by applying a high alternating voltage to the winding 7 however, resistive notch discharges cannot occur when the machine is running and the bars vibrate, that is to say in charge. However, it is very important to be able to wear a diagnosis on the appearance of these discharges and this from the start and if possible without stopping the machine and without visual or manual examinations which are always subjective.
The subject of the present invention is a method for detecting and for assessing the setting of the bars in the stator notches of a large rotating alternating current machine under load, consisting in connecting a capacity on the machine neutral, this capacity being monitored a low voltage element and an impedance adapter, characterized in that - a potential transformer is connected to any phase of the machine, - a global signal coming out of the impedance adapter and a phase cue signal coming out of the potential transformer, - the electric discharges are identified on the oscilloscope window, - we enlarge the oscilloscope window to differentiate the discharges-electrical management in capacitive discharges ~ and notch discharges resistive, - the different discharges are selectively measured.
The device according to the invention, connected to a machine presented both a ground connection assembly impedance and a transformer potential connected to any phase, and having a capa ~
measurement city connected to the machine neutral, this capacity being followed by a low voltage element and an impedance adapter, is characterized in that it comprises a window oscilloscope and a measurement laugh.
Preferably, the capacity has a value between 0.1 and 0.3 ~ F.
Advantageously, the ~ being oscilloscope makes it possible to apply a measure that at a weak ~ reaction ~ of the global signal.
It is described below, by way of example and with reference to Figures of the accompanying drawing, a device according to the invention FIG. 1 represents an overall view of a machine provided with a dispositi ~ according to the invention.
Figure 2 shows in more detail some elements of the provision.
sitive.
The ~ igure 3 represents phase tracking curves in ~ anointing time.
FIG. 4 represents a global signal read from the oscilloscope.
FIG. 5 represents an enlarged view of part of the signal overall of the ~ igure 4.
In Figure 1, showing an overview of a machine 1 provided with a dispositi ~ 10 according to the invention, each winding A, B, C
of the machine is separately coupled to a phase A ', B', C 'of the network of use R, the machine 1 ~ therefore operates under load. Impedance 2 worth a few tens to a few hundred ohms represents an impedance of the earth connection of the machine in ~ anointing-and a potential transformer 3 measures the output voltage of a phase.
The device 10 comprises ~
- a high voltage capacity 4, connected to the generator neutral, and with a value for example between 0.1 and 0.3 ~ F (1. to 3.10 7 Farad ~.
This capacity must be devoid of capacitive discharges, that is, these must be less than ~ 10-18 coulomb-square per second ~ up to a voltage of 15 kilovolts. This capacity therefore provides a level of protection at least equal to the voltage simple machine, induced voltage between phase and ground, for all machines with rated voltage, less than or equal to 26 kV, a low voltage element 5 connected to the low voltage point of the capa-cited 4, and comprising a 5 'earthing, ~ an impedance adapter 6 connected to the low voltage element 5, - a wideband input oscilloscope 7 connected to the impedance adapter dance 6 and potential transformer 3, a commercially available partial discharge meter 8 by example, the rainbow type meter from the brand "RVE".
Figure 2 shows in more detail, two elements of the dispo sitive 10, namely, 17 low voltage element 5 and the ~
dance 6.
The low-voltage element 5 is a high-pass filter intended to eli undermine the fundamental frequency of the current. It includes a listening self lement 12 de o, 8 millihenry approximately and able to support an intensity at least 2 amps with two surge arresters in parallel on this choke protection 11, 11 '. The arrester 11 is a neon arrester which below 200 volts and the 11 'arrester is a mica-carbon arrester or of another type which can flow a current of several tens amperes for a limited time in the event of a fault causing an over-voltage neutral and a strike or breakdown on capacity 4.
The impedance adapter 6 is intended to reduce the impedance to 50 ohms.
measurement dance across the oscilloscope. It first includes a plug circuit for harmonic 3 of the fundamental frequency, 50 or 60 Hz, composed of a self 13 of 5 millihenry and a capacity 14 of 225 or 156 microfarad as appropriate, 50 or 60 Hz. It then has a impedance transformer 16 with ferromagnetic core and two windings 16A, 16B. The primary winding 16A on the signal socket side is short-circuited by a resistor 15 with a value close to 5 ohms.
The secondary winding 16B on the measurement side is short-circuited by a resistor 17 with a value close to 100 ohms.
The low voltage element 5 and the impedance adapter 6 are interconnected by their 6 'shield (shown diagrammatically) and connected to earth 5 '.
Figure 3 shows the phase identification curves A ', B', C ' as a function of time, this location being effected by the transformer of potential 3.
The ~ igure 4 represents a curve read on the oscilloscope 7 which can be for example a 100 megahertz oscilloscope with 2 or 3 channels, and provided of a highlighted device. This oscilloscope cuts the signal and only apply the measurement to a fraction as small as desire the overall signal, 1/10 to 1/200 or less, and to study the characteristics of a focus of capacitive discharges or discharges resistive notch using a conventional measurer.
In large modern machines ~, static excitations at thyristors and diodes generate important signals, often 20 decibels higher than the levels of larger electric shocks ques. Reference 20 represents a signal generated by a thyristor, and the re ~ erence 21 by a diode.
Reference 22 then represents only a fraction of the signal global, and placing itself in such a way that the important signals due thyristors or diodes are not taken into account.
The two characteristics of capacity 4, i.e. a capacity cited as a very high value connected to the generator neutral, allows attempt a significant reduction in the ambient parasite level and a good linearity ~ ation of the ondamental signal.
FIG. 5 therefore represents the fraction of the global signal 22, enlarged for example 10 times, allowing to visualize the discharges capacitive 23 and resistive notch discharges 24, and to measure selectively and with the aid of the meter 8 the characteristic quantities pulses from these capacitive discharges 23 and these resistive notch discharges 24 either:
- the average quadratic discharge rate, - the maximum amplitude of the largest apparent discharge in picocou-lombs or millivolts, - the average energy of landfills, - or any other quantity allowing to characterize the décarges, to count or classify them as capacitive landfills or landfills resistive notches.
Without departing from the scope of the invention, the device according to the invention tion can for example ~ be installed quickly or even without obli-gatory of the machine by means of certain safety measures, and so equip one or more machines permanently. Some sizes can therefore be either recorded or measured periodically with portable equipment without any modification of the program operating system, thus creating a permanent monitoring system which allows a diagnosis on the state of the timing of the winding in the notches and its evolution over time, by visual distinction of the type of electric discharges observed or by comparing the measurements at a given point of the high current and low current signal in Can vary the load of the machine.
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