DE2621069A1 - Einrichtung zum pruefen der wellen/ lager-isolation - Google Patents
Einrichtung zum pruefen der wellen/ lager-isolationInfo
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Description
44/76 Ri/ho
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,Baden (Schwel-)
Einrichtung zum Prüfen der Wellen/Lager-Isolation
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Prüfen der Wellen/Lager-Isolation bei Maschinen mittels einer zwischen
Wellen und Erde anliegenden elektrischen Spannung und Mitteln zur Störungsanzeige.
Bei Turbomaschinen treten in allen Betriebszuständen elektrische Spannungen zwischen Welle und Lager auf, die allgemein
als "Wellenspannungen" bezeichnet werden. Die Ursachendieser
Wellenspannungen sind beispielsweise
- Reibungselektrizität aufgrund der Dampf- oder Gasströmung
- "Lenard-Effekt" bei Nassdampf
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- Scherung des Oelfilms im Gleitlager
- induzierte Gleich- & Wechselspannungen
- Isolationsfehler der Maschine.
Aufgrund der unterschiedlichen Ladungen von Welle und Lager kommt es häufig zum Ueberspringen von Funken und somit z_um
Stromfluss zwischen Welle und Langer. Die hauptsächlichsten Schäden, die von Wellenströmen verursacht werden können, treten
am Traglager, Wellenzapfen und den Antriebszahnrädern der Schmierstoffpumpe auf. Die beschädigten Maschinenelemente
müssen, sofern die Schäden nicht im Anfangsstadium entdeckt werden, gründlich überholt oder ersetzt werden oder führen
zu schweren Havarien. Die Polgen davon sind Leistungsausfall und hohe Reparaturkosten.
Zur Vermeidung der Wellenströme sind schon verschiedene Massnahmen
ergriffen worden, z.B. durch Ableiten des Stromes über eine Erdungsbürste und durch Isolierung der Lager gegen Erde.
Diese Ausführungen genügen jedoch in der Praxis nicht allein, da ein guter Kontakt der Erdungsbürste aufgrund schlechter
Wartung, Verschmutzung durch Strom-Markierung, oder bei unrund laufender Welle nicht gewährleistet ist. Auch eine eventuelle
Isolation zwischen Lagerschale und Erde muss in regelmässigen Abständen kontrolliert werden, was jedoch wegen erschwerter
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- r-
Zugänglichkeit besonders bei Nuklear—Siedewasser DT-Gruppen
häufig vernachlässigt wird.
Man ist deshalb dazu übergegangen, die Isolation mit Hilfe einer elektrischen Schaltung zu überwachen, die Isolationsfehler
sofort zur Anzeige bringt. Bei dieser Anordnung ist die Welle geerdet und die Wellen/Lager-Kapazität und die
Lager/Erde-Kapazität sind in Reihe geschaltet. Eine zwischen Lager und Welle geschaltete Messeinrichtung bringt die dort
auftretenden Spannungsänderungen zur Anzeige, beispielsweise durch das Aufleuchten einer Glühlampe. Eine derartige Einrichtung
ist beispielsweise in der US-PS 3'904'94O beschrieben,
Derartige Einrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass sie im Dauerbetrieb nur mit geringen Prüfspannungen arbeiten können,
wodurch aufkommende geringe Isolationsfehler nicht festgestellt werden. Ferner ist die Prüfspannung nicht konstant,
sondern abhängig von der jeweiligen Wellenspannung, die jedoch aufgrund der unterschiedlichen Ursachen starken Aenderungen
unterliegt. Ausserdem ist die Anordnung einer Bürste, zusätzlich zur Erdungsbürste und die Lager/Erde-Isolation sämtlicher
Radial- & Axiallager des Maschinensatzes sowie ev. Hilfsantriebe notwendig.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Prüfen
der Wellen/Lager-Isolation der eingangs genannten Gattung zu
schaffen, durch die auch geringe Isolationsfehler sicher angezeigt werden und bei der das Isolieren sämtlicher Lager gegen
Erde nicht notwendig ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Gattung, dadurch gelöst, dass eine erste Schaltanordnung zum
Unterbrechen der Wellenerdung, eine zweite Schaltanordnung zum Anlegen einer Prüfspannung während der Unterbrechung zwischen
einer Welle über mindestens eine Erdungsbürste und einem Lager und eine dritte Schaltanordnung zur Erfassung der über der
Unterbrechungsstelle anliegenden Spannung vorgesehen sind.
Zweckmässigerweise wird als Spannungsquelle für die Prüfspannung ein Kondensator zwischen das Lager und die Erdungsbürste
geschaltet. Dieser leitet hochfrequente Wechselspannungen zur Erde ab. Es ist von Vorteil eine Schaltanordnung vorzusehen,
durch welche die Prüfspannung verändert werden kann. Zur Veränderung
der Prüfspannung ist ein Impulsgenerator oder ein Sägezahngenerator zum Laden des Kondensators besonders geeignet.
Es ist von Vorteil, die Prüfspannung zu begrenzen, beispielsweise mittels eines Grenzwertsehalters und eines von
diesem gesteuerten Ausschalters. Zweckmässigerweise werden
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Schaltanordnungen vorgesehen, die ein selbständiges vorzugsweise periodisches Einleiten des Prüfvorgangs und ein selbständiges
Abbrechen bzw. Beendigen des Prüfvorganges bei Störungen und/oder bei Erreichen der maximalen Prüfspannung ermöglichen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem nachstehend anhand der Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und Fig. 2 jeweils eine Einrichtung
zum selbständigen, periodischen Prüfen der Wellen/ Lager-Isolation.
In Fig. 1 ist eine Welle (Rotor) 1 in einem Gleitlager 2 gelagert,
wobei sich zwischen der Welle 1 und dem Gleitlager ein Schmiermittel 3 befindet. Die Welle 1 ist mit einer Erdungsbürste
4 versehen, die über einen Oeffnungskontakt 5 eines Relais 6 mit der Erde verbunden ist. Parallel zu der
aus der Welle 1, dem Lager 2 und dem dazwischen befindlichen Schmiermittel 3 gebildeten Kapazität ist ein Kondensator 7
geschaltet. Die Erdungsbürste 4 ist mit der Kathode einer Diode 8 verbunden. Ein Impulsgenerator 9 ist ausgangsseitig
mit der Anode der Diode 8 verbunden, der Signaleingang ist
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über einen Schliesskontakt 10 eines Zeitrelais 11 und einen Oeffnungskontakt 12 eines Relais 13 an eine Gleichspannungsquelle 14 geschaltet. Die Spule des Relais 6 ist zwischen die
Verbindungsleitung des Schliesskontaktes 10 zum Impulsgenerator 9 und Erde, die Spule des Zeitrelais 11 zwischen die Verbindungsleitung
des Schliesskontaktes 10 zum Oeffnungskontakt 12 und Erde geschaltet. Ein Vorwahlzähler 15 mit Grenzwertsohalter
ist eingangsseitig mit der Anode der Diode 8 und ausgangsseitig mit einem Eingang eines Oder-Schaltgliedes 16 verbunden.
Ein Digital-Analog-Wandler 17 ist eingangsseitig mit der Anode der Diode 8 und ausgangsseitig mit einer Eingangsklemme eines Spannungsvergleichers 18 verbunden. Die andere
Eingangsklemme des Spannungsvergleichers 16 ist an die Erdungsbürste 4 geschaltet..Die Ausgangsklemme ist mit einer
Signallampe 19 und mit einem zweiten Eingang des Oder-Schaltgliedes
16 verbunden. Der Ausgang des Oder-Schaltgliedes 16 ist an die Spule des Relais 13 geschaltet. Ein Voltmeter 20
mit Grenzwertanzeiger ist zwischen die Erdungsbürste 4 und Erde geschaltet.
Zum Prüfen der Wellen/Lager-Isolation schliesst zunächst das
Zeitrelais 11 nach Ablauf der eingestellten Zeit den Kontakt 10, wodurch das Relais 6 betätigt, d.h. der Kontakt 5 geöffnet
und somit die Erdung unterbrochen wird. Gleichzeitig wird der Impulsgeber 9 gestartet, der eine Reihe von Impulsen auf den
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Kondensator 7 gibt, dessen Gleichspannung dadurch stufenweise ansteigt. Der Vorwahlzähler 15 zählt die Anzahl der Impulse.
Der Digital-Analog-Wandler 17 liefert eine Vergleichsspannung für den Spannungsvergleicher. Bei Erreichen der Anzahl von
Impulsen, die der maximalen Prüfspannung von beispielsweise 100 V entsprechen, gibt der Vorwahlzähler 15 ein Signal auf>
das Oder-Schaltglied 16, dieses schaltet das Relais 13, dass durch Oeffnen des Kontaktes 11 den PrüfVorgang beendet. Erfolgt
vor Erreichen der maximalen Prüfspannung ein Durchschlag z.B. durch den Schmierstoff 3>
so entlädt sich der Kondensator 7i wodurch die Spannung absinkt. Aufgrund der Differenz
zwischen der vom Digital-Analog-Wandler 17 gelieferten Vergleichsspannung und der tatsächlichen Spannung schaltet
der Spannungsvergleicher 18 die Signallampe 19 und über das Oder-Schaltglied 16 das Reilais 13 ein, wodurch der Prüfvorgang
abgebrochen wird. Das Voltmeter 20 mit Grenzwertgeber zeigt die Höhe der Prüfspannung an, bzw. bei welcher Spannung
der Durchschlag durch den Schmierfilm erfolgte.
In Fig. 2 ist eine Welle 1 in einem Gleitlager 2 gelagert, wobei sich zwischen der Welle 1 und dem Gleitlager 2 ein Schmiermittel
3 befindet. Die Welle 1 ist mit einer Erdungsbürste h
versehen, die über einen Oeffnungskontakt 5 eines Relais 6 mit der Erde verbunden ist. Parallel zu der aus der Welle 1, dem
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Lager 2 und dem Schmiermittel 3 gebildeten Kapazität ist ein Kondensator 7 geschaltet. Die Erdungsbürste 4 ist mit der Kathode
einer ersten Diode 8 verbunden, deren Anode an die Ausgangsklemme eines Sägezahngenerators 21 geschaltet ist. Die
Anode einer zweiten Diode 22 ist mit der Anode der ersten Diode 8, die Kathode über einen zweiten Oeffnungskontakt 23
des Relais 6 mit Erde verbunden. Zwischen die Kathode der zweiten Diode 22 und Erde .ist ein Kondensator 24 und parallel
zu diesem ein Voltmeter 18 mit Vorwiderstand 25 geschaltet. Die Kapazität des Kondensators 24 ist gleich der Gesamtkapazität
des Kondensators 7 und der aus der Welle, dem Lager 2 und dem Schmierstoff 3 gebildeten Kapazität. Das Voltmeter
verfügt über einen Grenzwertschalter 26, der bei Erreichen
eines vorher bestimmten Spannungswertes betätigt wird. Der Signaleingang des Sägezahngenerators 21 ist über einen Schliesskontakt
10 eines Zeitrelais 11 und einen Oeffnungskontakt eines Relais 13 an eine Gleichspannungsquelle 14 geschaltet.
Die Spule des Relais 6 ist zwischen die Verbindungsleitung des Schliesskontaktes 10 zum Sägezahngenerator 21 und Erde,
die Spule des Zeitrelais 11 zwischen die Verbindungsleitung
des Schliesskontaktes 10 und des Oeffnungskontaktes 12 und Erde geschaltet. Ein Spannungsvergleicher 18 ist mit einer
Eingangsklemme an die Erdungsbürste 4 und mit der anderen
Eingangsklemme an die Kathode der zweiten Diode 22 geschaltet.
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Zwischen die Ausgangsklemme des Spannungsvergleichers 18 und Erde ist eine Signallampe 19 geschaltet. Eine Eingangsklemme
eines Oder-Schaltgliedes 16 ist mit der Ausgangsklemme des
Spannungsvergleichers 18, die andere Eingangsklemme über den Grenzwertschalter 26 mit dem Signaleingang des Sägezahngenerators
21 verbunden. Die Spule des Relais 13 ist zwischen die
/ Ausgangsklemme des Oder-Schaltgliedes 16 und Erde geschaltet.
Zum Prüfen der Welle/Lager-Isolation mit Hilfe der Prüfeinrichtung
gemäss Fig. 2 schliesst zunächst das Zeitrelais 11 nach Ablauf der eingestellten Zeit den Kontakt 10, wodurch
das Relais 6 betätigt, d.h. die Kontakte 5 und 23 geöffnet werden. Gleichzeitig wird der Sägezahngenerator 21 gestartet,
der mit allmählich ansteigender Spannung den Kondensator 7 und den Kondensator 24 lädt. Die an den Kondensatoren 7 und
24 anliegenden Spannungen werden vom Spannungsvergleicher 18 verglichen. Die Spannung des Kondensators 24 wird vom Voltmeter
20 gemessen und bei Erreichen der maximalen Prüfspannung der GrenzwerteschaIter 26 geschlossen. Dadurch wird über das
Oder-Schaltglied 16 das Relais 13 betätigt und der Prüfvorgang beendet. Erfolgt vor Erreichen der maximalen Prüfspannung
ein Durchschlag durch den Schmierstoff 3, so entlädt sich der Kondensator 7, wodurch die Spannung absinkt» Aufgrund der
Differenz der Spannungen des Kondensators 7 und des Konden sators 24 schaltet der Spannungsvergleicher 18 die Signallampe
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19 und über das Oder-Schaltglied 16 das Relais 13 ein, welches
somit den PrüfVorgang abbricht.
Die erfindungsgemässe Einrichtung hat nicht nur den Vorteil, dass nur noch wenige Lager eines Maschinensatzes isoliert
werden müssen, was eine erhebliche Kostenersparnis bedeutet,
/ sondern ermöglicht auch eine frühest mögliche Anzeige sich anbahnender Isolationsfehler, wodurch Schäden infolge von
wiederholten Stromdurchschlägen vermieden werden. Die Einrichtung gestattet ferner, dass jede betriebsgefährdende Reduktion
alle Isolationsabstände von Schaufeln, Labyrinth-Wellendichtungen und Lagern angezeigt wird.
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Claims (10)
1. ) Einrichtung zum Prüfen der Wellen/Lager-Isolation bei Maschinen
mittels einer zwischen Welle und Erde anliegenden elektrischen Spannung und Mitteln zur Störungsanzeige, dadurch
gekennzeichnet, dass eine erste Schaltanordnung (5, 6) zum Unterbrechen der Wellenerdung, eine zweite Schaltanordnung
(5,6,9) zum Anlegen einer Prüfspannung während
der Unterbrechung zwischen einer Welle (1) über mindestens eine Erdungsbürste (4) und einem geerdeten Lager (2) und
eine dritte Schaltanordnung (18) zur Erfassung der über der Unterbrechungsstelle (5) anliegenden Spannung vorgesehen
sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen das Lager (2) und die Erdungsbürste (4) ein Kondensator
(7) geschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Schaltanordnung (9» 21) zur Veränderung der
Prüfspannung vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schaltanordnung (9;21) einen Impulsgenerator
(9) zum Laden des Kondensators (7) umfasst.
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ORIGINAL INSPECTED
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5· Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die vierte Schaltanordnung (9;21) einen Sägezahngenerator (21) zum Laden des Kondensators (7) umfasst.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
eine fünfte Schaltanordnung (12,13,15,16; 12,13,16,26) zur
/ Begrenzung der Prüfspannung vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Schaltanordnung (10,11) zum selbständigen,
vorzugsweise periodischen Einleiten des Prüfvorganges vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine siebente Schaltanordnung (12,13,15,18; 12,13,18,20,
24,26) zum selbständigen Abbrechen bzw. Beendigen des Prüf-Vorganges
bei Störungen und/oder bei Erreichen der maximalen Prüfspannung vorgesehen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die fünfte Schaltanordnung einen Grenzwertschalter (15; 20, '26) und einen von diesem gesteuerten Ausschalter (12,
13) umfasst.
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10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die siebente Schaltanordnung einen Spannungsvergleicher
(18) zum Vergleich der Prüfspannung mit einer Vergleichsspannung, einen Grenzwertschalter (15J 20, 26) und einen
von diesem gesteuerten Ausschalter (12, 13) umfasst.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
709845/058?
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |