CS260492B1 - Zapojení pro měření proudů v izolaci statorového vinutí elektrických strojů chlazených vodou - Google Patents

Description

Elektrické stroje s vodním chlazením vinutí, zejména alternátory, jsou konstruovány tak, že je chladicí voda přiváděna do vodičů statorového vinutí trubicemi z plastu, jež spolu s vodním obsahem představují svodový odpor, který je připojen paralelně k izolační Impedanci Zj fázového vinutí, která- při stejnosměrném měření je rovna izolačnímu odporu R,. Podle dosud obvyklé praxe se před měřením proudů v izolaci statorového vinutí vypustí voda z chladicích kanálů, které se potom vyfoukávají stlačeným vzduchem.

Tato operace je jednak zdlouhavá, jednak nespolehlivá, protože v chladicích kanálech zůstává neurčitá vlhkost a vlivem ní při měření izolace fázových vinutí protéká proud neznámé hodnoty. Následkem toho měření izolačních proudů se stává neurčité, protože získané hodnoty proudů popisují spíše stupeň vysušení systému chladicích kanálů nežli izolační stav statorového vinutí.

Použití ochranné uzemněné elektrody, jako je obvyklé při tříelektrodovém měření izolačních proudů, je v případě velkého elektrického .stroje, tedy alternátoru zabudovaného v elektrárně, technicky neproveditelné.

Dokonalejší způsob měření spočívá v tom, že se vyloučí vliv paralelního svodu tím, že se měří proud v přívodu měřicího napětí k vodiči statorového vinutí alternátoru, přičemž rozvodu chladicí vody se využije jako ochranné elektrody, což je možné vlivem toho, že rozvod chladicí vody je u elektrických strojů vyráběných v tuzemsku izolován od kostry na úrovni, která postačuje pro napětí obvyklá při měření izolačního odporu.

U strojů, které teprve budou vyráběny, bude možno záměrně vytvořit ochranné elektrody v obvodu vodního chlazení nebo upravit izolaci rozvodu vody tak, aby měřicí napětí nebylo omezeno přeskokovým napětím na izolaci rozvodu vody. To umožní provádět při novém zapojení také kombinované zkoušky zvýšeným přiloženým napětím, jež umožňují měřit také nabíjecí a vybíjecí proud.

Vpředu zmíněný dokonalejší způsob měření spočívá v následujícím zapojení: stejnosměrný zdroj a paralelně připojený volt-. metr mají první póly uzemněny, zatímco druhé, spolu spojené póly jsou připojeny k první vstupní svorce měřiče proudu, jehož druhá vstupní svorka je připojena k vodiči statorového vinutí alternátoru. Tento vodič je od uzemněných částí alternátoru oddělen izolační impedancí Z, fázového vinutí, která při stejnosměrném měření je rovna izolačnímu odporu Rj.

První vstupní svorka měřiče proudu je zároveň připojena k armatuře rozvodu chladicí vody nebo k jinému bodu nebo bodům na přívodech chladicí vody, které jsou od kostry alternátoru izolačně odděleny svodovým odporem R_s.

Výraz armatura přitom znamená nejen vlastní armaturu, případně armatury, jichž je v systému rozvodu chladicí vody celá řada, ale je .třeba uvážit, že v ideálním případě — pokud by to bylo z technických důvodů možné — měl by být zmíněný bod, k němuž je připojena první vstupní svorka měřiče proudu, reprezentován systémem spojek namontovaných na přerušené hadice, jež by byly vzájemně propojeny.

.Mezi druhou vstupní svorkou měřiče proudu a armaturou rozvodu chladicí vody nebo· jinými body na přívodech chladicí vody je tedy zapojen svodový odpor R_v vodních trubic, jehož hodnota musí být alespoň 100 x větší, nežli vstupní odpor měřiče proudu, aby byla splněna podmínka přesného měření.

Pokud .tato podmínka není splněna, je nutno přivést na. rozvod vody měřicí napětí zmenšené o úbytek napětí na svorkách měřiče proudu. Toto. napětí, které je malé, lze vytvořit pomocným zdrojem, zapojeným mezi první vstupní svorku měřiče proudu a armaturou rozvodu chladicí vody nebo jinými body na přívodech chladicí vody.

Hlavní výhodou popsaných, dosud známých a užívaných způsobů měření izolačního. odporu vodou chlazeného statorového vinutí alternátorů je skutečnost, že se měří proud v uzemňovacím vodiči zdroje vysokého napětí, takže v měřeném proudu jsou zahrnuty všechny parazitní svody celého obvodu. Z těchto parazitních svodů bývá dominantní — i po vyfoukání chladicího potrubí — svod vodními cestami, jehož hodnota neposkytuje žádnou informaci o stavu izolačního systému.

Uvedené nedostatky a nevýhody dosud známých a užívaných zapojení pro měření proudů v izolaci vodou chlazeného statorového vinutí alternátoru jsou podstatně zmírněny nebo zcela odstraněny zapojením, podle něhož je ke zdroji stejnosměrného napětí v souhlasné polaritě paralelně připojen stejnosměrný voltmetr, přičemž spolu spojené první póly zdroje a voltmetru jsou uzemněny a druhé póly zdroje a. voltmetru jsou připojeny ke druhému kontaktu přepínače, jehož první přepínací kontakt je v první poloze propojen s druhým kontaktem přepínače a zároveň s první vstupní svorkou elektronického měřiče proudu, zatímoo třetí kontakt přepínače je uzemněn, a druhá vstupní svorka elektronického měřiče proudu je připojena k vývodu statorového vinutí, odděleného od uzemněných částí alternátoru izolačním odporem, ‘k němuž je paralelně připojen svodový odpor vodních trubic, spojený v sérii se svodovým odporem armatury rozvodu chladicí vody.

Podstata vynálezu je v tom, že výstupní svorka elektronického měřiče proudu spojena se vstupní svorkou převodníku, jehož první výstupní svorka je spojena s první vstupní svorkou elektronického měřiče proudu a druhá výstupní svorka převodníku je spojena s armaturami rozvodu chladicí vody statorového vinutí alternátoru navzájem galvanicky spojenými a cd kostry alternátoru oddělenými svým svodovým odporem R₃.

Podle vynálezu je vstupní svorka převodníku spojena se vstupem prvního stejnosměrného zesilovače, jehož vstupní odpor je větší, nežli 100 'kiloohmů, zesílení je rovno 1: p a výstup je přes dělič napětí v poměru p : 1 spojen se vstupem druhého stejnosměrného zesilovače, jehož první výstup je spojen s první výstupní svorkou převodníku a druhý výstup je spojen se druhou výstupní svorkou převodníku.

Vyšší účinky vynálezu se projevují vyloučením vlivu paralelního svodu tím, že měření proudu je prováděno v přívodu měřicího napětí k vývodu statorového vinutí alternátoru a že jako ochranné elektrody je využíváno rozvodu chladicí vody, který je u všech strojů vyráběných v tuzemsku izolován od kostry na úrovni postačující pro napětí obvyklá pří měření izolačního odporu.

Při výrobě nových typů alternátorů bude možno ochranné elektrody v obvodu chladicí vody záměrně vytvořit nebo upravit izolaci rozvodu chladicí vody takovým způsobem, aby měřicí napětí nebylo omezeno přeskokovým napětím na izolaci rozvodu vody. Takto by bylo možno provádět při novém zapojení podle vynálezu také kombinované zkoušky zvýšeným přiloženým napětím, při kterých se .měří také .nabíjecí a vybíjecí proud.

Podstata vynálezu je dále objasněna pomocí výkresů, na nichž je znázorněno:

na obr. 1 — základní realizace zapojení pro měření proudů v izolaci statorového vinutí alternátorů chlazených vodou, na obr. 2 — alternativní realizace zapojení podle obr. 1, ;na obr. 3 — zapojení podle obr. 2 zdokonalené způsobem podle vynálezu, na obr. 4 — blokové schéma zapojení elektronického měřiče proudu a převodníku, na obr. 5 — příklad praktického zapojení převodníku.

Na obr. 1 je ke zdroji 1 stejnosměrného napětí připojen voltmetr 3; první póly zdroje a voltmetru 3 jsou uzemněny, druhý pól zdroje 1 a voltmetru 3 je spojen s druhým kontaktem 5 přepínače 4, jehož první, přepínací kontakt 6 je v první poloze propojen s druhým kontaktem 5 a zároveň s první vstupní svorkou 9 měřiče 8 proudu.

Přepínací kontakt 6 je ve druhé poloze spojen se třetím kontaktem 7, který je uzemněn. Druhá vstupní svorka 10 měřiče 8 proudu je připojena k vývodu 15 statorového vinutí, odděleného· od uzemněných částí alternátoru izolační impedancí 16 o hodnotě Zj, která při stejnosměrném měření je rovna izolačnímu odporu R; a k níž je paralelně připojen svodový odpor 12 vodních trubic o hodnotě R_v, spojený v sérii se svodovým odporem 13 armatury 14 rozvodu chladicí vody, o hodnotě R_s. První vstupní svorka 9 měřiče 8 proudu je spojena s armaturou 14 rozvodu chladicí vody.

Podmínkou přesného měření při zapojení podle obr. 1 je, aby svodový odpor R_v vodních trubic byl alespoň lOOkrát větší, nežli vstupní odpor měřiče 8 proudu.

Na obr. 2 je zapojení vcelku stejné jako na obr. 1 až na to, že první vstujpní svorka 9 měřiče 8 proudu je přes druhý zdroj 17 stejnosměrného napětí spojena s armaturou 14 rozvodu chladicí vcdy.

Tato úprava se používá v případě, že svodový odpor R_v vodních trubic není alespoň 100 krát větší, nežli vstupní odpor měřiče 8 proudu. Aby se dosáhlo požadovaného účinku, přivádí se místo neupraveného měřicího napětí na armaturu 14 měřicí napětí, které je zmenšeno o úbytek napětí na měřiči 8 proudu. Toto malé napětí lze nastavit na druhém zdroji 17 stejnosměrného napětí podle údajů měřiče 8.

Na obr. 3 je zapojení vcelku stejné jako na obr. 1 a 2 až na to, že výstupní svorka ll elektronického měřiče 31 proudu je spojena se vstupní svorkou 19 převodníku 18, jehož první výstupní svorka 20 je spojena s první vstupní svorkou 32 elektronického měřiče 31 proudu a druhá výstupní .svorka 21 převodníku 18 je spojena s armaturou 14 rozvodu chladicí vody statorového vinutí alternátoru.

Z obr. 3 je patrné, že se zapojením dosahuje žádaného účinku, tedy vyloučení vlivu paralelního svodu, protože proud se měří v přívodu měřicího napětí k vývodu 15 statorového vinutí alternátoru a armatury 14 je využito jako ochranné elektrody, což je umožněno tím, že armatura 14 rozvodu chladicí vody je od kostry alternátoru dostatečně napěťově izolována, jak to odpovídá napětí obvyklému při měření izolačního odporu, což bývá 5 000 V.

Velikost napětí, které kompenzuje úbytek napětí na svorkách 32, 33 elektronického měřiče 31 proudu, je automaticky řízena napětím na výstupu 11 elektronického měřiče 31 proudu prostřednictvím převodníku 18, jehož výstupní svorky 20, 21 jsou spojeny s první vstupní svorkou 32 elektronického měřiče 31 proudu a s armaturou 14 rozvodu chladicí vody.

Na obr. 4 je podrobněji znázorněno blokové schéma zapojení elektronického měřiče 31 proudu a převodníku 18. Na místě elektronického měřiče 31 proudu je blokově znázorněn jako příklad přístroj Tesla typ BM 518. Stejně tak by .bylo možno použít i jiného výrobku, jelikož principiální řešení tohoto druhu přístrojů je velice podobné.

0 49,2

Vstupní svorky 32, 33 elektronického měřiče 31 proudu jsou připojeny ke vstupnímu obvodu 22, jehož výstup je spojen se vstupem měřicího zesilovače 23 a jeho výstup je spojen jednak se vstupem obvodu 24 indikace měřeného proudu na elektronickém měřiči 31 proudu, jednak se vstupem obvodu 25 zpětné vazby, jehož první výstup je zaveden do měřicího zesilovače 23 a druhý výstup je spojen s výstupní svorkou 11 elektronickéhc· měřiče 31 proudu. Tato svorka 11 bývá obvykle použita pro připojení zařízení pro záznam měřeného proudu.

Dále je na obr. 4 znázorněno blokové schéma zapojení převodníku 18 podle vynálezu. Vstupní svorka 13 převodníku 18 je spojena s výstupní svorkou 11 elektronického měřiče 31 proudu a je připojena ke vstupu prvního stejnosměrného zesilovače 28, jehož výstup je spojen s děličem 27 napětí v poměru p : 1, přičemž hodnota p bývá například rovna 10. K výstupu děliče 27 napětí je připojen vstup druhého stejnosměrného zesilovače 28, jehož výstup je připojen k první výstupní svorce 20 a ke druhé výstupní svorce 21 převodníku 18. Vstupní odpor prvního stejnosměrného zesilovače 28 je větší, nežli 100 kiloohmů a zesílení je rovno hodnotě 1 : p.

Činnost elektronického měřiče 31 proudu je nasnadě. Napětí na vstupních svorkách 32, 33 se zavádí do vstupního obvodu 22 a z něhO' po zesílení v měřicím zesilovači 23 se zpracovává v obvodu 24 indikace měřeného proudu. Zároveň však přes obvod 25 zpětné vazby uvnitř elektronického měřiče 31 proudu řídí zesílení měřicího zesilovače 23 a výstupní napětí, které se objevuje na výstupní svorce 11 elektronického měřiče 31 proudu a je zavedeno na vstup 19 pře-¹ vodníku 18. Účelem převodníku je úprava velikosti napětí na jeho výstupních svorkách 20, 21 na hodnotu potřebnou pro automatickou kompenzaci úbytku napětí na vstupních svorkách 32, 33 elektronického měřiče 31 proudu.

Na obr. 5 je znázorněn příklad praktického provedení převodníku 18. Oba stejnosměrné zesilovače 26 a .28 jsou realizovány použitím operačních zesilovačů typu Tesla MAA

741 C, které jsou zapojeny podle katalogu Tesla, včetně kompenzátorů 29, 30 napěťové nesymetrie vstupů. Dělič 27 napětí je znázorněn ve zjednodušeném provedení. Ve skutečnosti je vytvořen řetězem odporů. Na obr. 5 jsou označeny kromě vstupní svorky 19 a výstupních svorek 20, 21 také svorky plus a minus napájecího obvodu. Svdrka 20 z hlediska napájení má neutrální potenciál označený nulou.

Až dosud používaný způsob a zapojení pro měření Izolačního odporu statorového vinutí alternátorů chlazených vodou je založen na měření proudu v uzemňovacím vodiči zdroje vysokého napětí, takže v měřeném proudu jsou zahrnuty všechny parazitní svody celého obvodu. Z nich dominantní bývá — a to i po vyfoukání chladicího potrubí —· svod vodními cestami, jehož hodnota neposkytuje o stavu izolačního systému žádnou informaci.

Při použití zapojení podle vynálezu nezáleží na velikosti tohoto svodového odporu, takže dokonce ani není nutné vypouštět chladicí vodu, pokud je zdroj stejnosměrného nezvlněného proudu dostatečně výkonný, a přesto lze spolehlivě změřit hodnotu izolačního odporu Rj, která má pro posuzování stavu izolace statorového vinutí velký význam.

Zapojení podle vynálezu bylo již prakticky realizováno; byl dohotoven prototyp měřicího zařízení a úspěšně proběhly ověřovací zkoušky. Realizované zařízení je vytvořeno ze zdroje stejnosměrného napětí 5 kV; zdroj obsahuje transformátor a jednoduchý usměrňovači ventil s filtrační kapacitou. Jako elektronického měřiče 31 proudu je použito multimetru Tesla BM 518, jehož výetup pro zapisovač je doplněn převodníkem pro generování kompenzačního napětí. Měřicí systém s přepínacími prvky, a převodníkem 18 a zapisovač Vareg jsou umístěny ve chráněném a stíněném prostoru. Zapisovač je napájen oddělovacím transformátorem, multlmetr Tesla BM 518 a převodník 18 jsou napájeny z baterií. Spojení s objektem je provedeno dvěma stíněnými vysoikonapěťovými kabely. Celé zařízení může pracovat v zapojení podlé obr. 1 nebo obr. 3.

Claims (2)

1. PREDMET

   1. Zapojení pro měření proudů v izolaci alternátoru se statorovým vinutím chlazeným vedou, podle něhož je ke zdroji stejnosměrného napětí v souhlasné polaritě paralelně připojen stejnosměrný voltmetr, přičemž spolu spojené první póly zdroje a voltmetru jsou uzemněny a druhé póly zdroje a voltmetru jsou připojeny ke druhému kontaktu přepínače, jehož první, přepínací kontakt je v první poloze propojen s druhým kontaktem přepínače a zároveň s první vstupní svorkou elektronického měřiče proudu, zatímco třetí kontakt přepínače je uzemněn, a druhá vstupní svorka elektronického měřiče proudu je připojena k vývodu statorového vinutí odděleného od uzemněných částí alternátoru izolačním odporem R„ k němuž je paralelně připojen svodový odpor R_v vodních trubic, spojený v sérii se svodovým odporem R_s armatury rozvodu chladící vody, vyznačené tím, že výstupní svorka (11) elektronického měřiče (31) proudu je spojeVYNÁLEZU na se vstupní svorkou (19) převodníku (18), jehož první výstupní svorka (20) je spojena s první vstupní svorkou (32) elektronického měřiče (31) proudu a druhá výstupní svorka (21) převodníku (18) je spojena s armaturami (14) rozvodu chladicí vody statorového vinutí alternátoru navzájem galvanicky spojenými a od kostry alternátoru oddělenými svým svodovým odporem R_s (13).
2. 2. Zapojení podle bodu 1 vyznačené tím, že vstupní svorka (19) převodníku (18) je spojena se vstupem prvního stejnosměrného zesilovače (26), ]ehož vstupní odpor je větší nežli 100 kiloohmů, zesílení je rovno .1: p a výstup je přes dělič (27) napětí v poměru ρ : 1 spojen se vstupem druhého stejnosměrného zesilovače (28), jehož první výstup je spojen s první výstupní svorkou (20) převodníku (18) a druhý výstup je spojen se druhou výstupní svorkou (21) převodníku (18).