DE9210351U1

DE9210351U1 - Einrichtung zur Läufererdschlußüberwachung

Info

Publication number: DE9210351U1
Application number: DE9210351U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 1992-10-01
Anticipated expiration: 2002-08-01

Description

GR 92 G 4 O 8

Siemens Aktiengesellschaft

Einrichtung zur LäufererdschluQüberwachung 5

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Läufererdschlußüberwachung, insbesondere einer bürstenlos erregten Synchronmaschine, mit einer bürstenlosen Signalübertragung vom Läufer auf einen ortsfesten Empfänger.

Eine derartige Läufererdschlußüberwachung ist beispielsweise aus der DE-OS 30 33 491 bekannt. Bei der dort beschriebenen Einrichtung ist eine elektrische Sicherung mit der Wechselstromseite des Erregerkreises und mit der Läufermasse verbunden und mit einer als Lichtsender dienenden Lumineszenzdiode in Reihe geschaltet, wobei der über die Sicherung fließende kapazitive Ladestrom der Läuferisolation die Lumineszenzdiode anregt und das Lichtsignal durch einen ortsfesten Lichtempfänger aufgenommen wird.

Bei der bekannten Einrichtung ist lediglich die Übermittlung eines der beiden Zustände "Erdschluß vorhanden" oder "kein Erdschluß" vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Läufererdschlußüberwachung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine kontinuierliche Übermittlung von Meßwerten des Isolationswiderstandes in der Läuferisolation gewährleistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein ortsfestes Meßgerät mit einem Oszillator zur Erzeugung eines periodischen elektrischen Prüfsignals, durch eine,

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auf dem Läufer angeordnete Einrichtung zur Spannungserzeugung, die durch eine elektromagnetische Signalübertragung mit dem Oszillator synchronisiert und elektrisch mit der Läuferwicklung verbunden ist, sowie durch eine auf dem Läufer angeordnete Vorrichtung zur Erfassung des Meßwertes für den zwischen der Erregerwicklung und der Läufermasse fließenden Strom, und durch eine Einrichtung zur elektromagnetischen Signalübertragung dieses Meßwertes zu dem Meßgerät.

Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß das ortsfeste Meßgerät mit dem Oszillator in einem Schaltschrank auch während des Betriebs der elektrischen Maschine leicht zugänglich sind, und daß wesentliche Teile der Einrichtung auch während des Betriebs der Maschine eingestellt und überprüft werden können und nicht beschleunigungsfest auf dem Läufer aufgebaut werden müssen. Das elektrische Prüfsignal kann leicht auch für Testmessungen verändert werden. Die Einrichtung zur Spannungserzeugung ist durch den ortsfesten Oszillator gesteuert und somit können auch die an die Läuferwicklung gegebenen elektrischen Signale überwacht und gesteuert werden. Es braucht nur ein einziger Meßwert vom Läufer auf das ortsfeste Meßgerät übertragen zu werden, nämlich der Meßwert für den zwischen der Erregerwicklung und der Läufermasse fließenden Strom. Die verschiedenen Schwellen, bei denen das Meßgerät ein Warnsignal abgibt oder gegebenenfalls die elektrische Maschine abschaltet, sind in dem ortsfesten Meßgerät selbst einstellbar. Diese Informationen brauchen nicht über die elektromagnetische Signalübertragung übermittelt zu werden.

Das ortsfeste Meßgerät und der Osziallator sind in einem Gerät zusammengefaßt, das für sich auch als Einrichtung

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zur Läufererdschlußüberwachung mit galvanischem Kontakt zum Läufer verwendet werden kann.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einrichtung zur Spannungserzeugung durch einen Oszillator gebildet ist.

In diesem Fall ist dieser Osziallator mit dem ortsfesten Oszillator synchronisiert, um die Synchronisation zwischen dem abgegebenen Prüfsignal und dem an der Erregerwicklung gemessenen Leckstrom zu gewährleisten.

Die Erfindung kann vorteilhaft auch dadurch ausgestaltet werden, daß die Einrichtung zur Spannungserzeugung als Leistungsverstärker ausgebildet ist.

Es wird in diesem Fall nur der durch den ortsfesten Oszillator erzeugte und durch die elektromagnetische Signalübertragung übermittelte Spannungsverlauf durch den Leistungsverstärker verstärkt und auf das richtige Spannungsniveau angehoben. Der Leistungsverstärker arbeitet selbstverständlich auch mit dem ortsfesten Oszillator synchron.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einrichtung zur elektromagnetischen Signalübertragung vor, die aus mindestens zwei Sendern und zwei Empfängern für modulierte elektromagnetische Wellen besteht.

Die zu übertragenden elektrischen Prüf- und Meßsignale werden vor der Signalübertragung codiert und nach dem Empfang decodiert.

Die Erfindung kann auch dadurch vorteilhaft ausgestaltet

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werden, daß die Vorrichtung zur Erfassung des Meßwertes für den fließenden Strom einen Shuntwiderstand mit
Spannungsabgriff aufweist.

Durch eine solche Einrichtung wird eine sehr hohe Genauigkeit bei der Strommessung erreicht.

Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß das
Meßgerät eine Einrichtung zur Regelung der Frequenz des Oszillators aufweist.

Der Oszillator gibt ein Wechselspannungssignal ab, wodurch die Einflüsse der gleichzeitig an der Erregerwicklung anliegenden Erregergleichspannung auf die Messung ausge-

schlossen werden sollen. Da bei Anlegen einer Wechselspannung an die Erregerwicklung ein kapazitiver Strom zur Ladung und Entladung der elektrischen Kapazität der Erregerwicklung gegen die Läufermasse fließt, muß jeweils bei der Bestimmung des Leckstromes abgewartet werden, bis alle Kapazitäten aufgeladen sind. Erst nach dem

exponentionellen Abfall des Ladestromes wird jeweils der Leckstrom gemessen. Da die Zeit, die zum Abfallen des
Ladestromes benötigt wird, sowohl von der Kapazität der Erregerwicklung als auch von den im Stromkreis be-

findlichen Widerständen abhängt, wird keine feste

Frequenz an dem Oszillator eingestellt, sondern es wird durch eine Regelungschaltung festgestellt, ob der durch die Anordnung fließende Strom bereits annähernd konstant ist, oder noch weiter abfällt. Ist der Strom weitgehend konstant, so wird der Meßwert für den Strom registriert und die Spannung am Oszillator umgekehrt. Hierdurch werden die störenden Einflüsse bei der Strommessung weitgehend ausgeschaltet.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend beschreiben.

Dabei zeigt

Figur 1 schematisch den Aufbau der Einrichtung, Figur 2 drei verschiedene Diagramme von Spannungsverläufen.

Zwischen die Erregerwicklung W eines Läufers und die Rotormasse M wird mittels eines Spannungsgenerators G eine Spannung UH angelegt. Die Spannung UH wird über die zwei Ankopplungswiderstände RVl und RV2 an die Erregerwicklung W angeschlossen. Bei idealer Isolation der Erregerwicklung W fließt über den Widerstand RE der Wicklungsisolation kein Strom zur Masse M. Nach Anlegen der Spannung UH wird allerdings ein kapazitiver Strom über die Kapazität CE der Erregerwicklung W fließen, solange bis die Kapazität aufgeladen ist.

Liegt ein hochohmiger Erdschluß vor, so ist der Widerstandswert RE nicht mehr unendlich groß, sondern er nimmt eine endliche Größe an. Über den Widerstand RE fließt dann ein endlicher Strom von der Erregerwicklung W zur Masse M.

Über dem Shuntwiderstand RM fällt dann eine Spannung UM ab, die zu dem fließenden Erdstrom proportional ist. Diese Spannung wird abgegriffen und dient zur Bestimmung des Erdschlußwiderstandes RE.

Die Erregergleichspannung UE, die an der Erregerwicklung W anliegt, stört die beschriebene Messung des Erdschlußstromes durch zwei Effekte:

einerseits können der Erregergleichspannung UE Wechselspannungsanteile überlagert sein, die über den Widerstand

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RE einen Wechselstrom treiben. Dieser Wechselstrom verursacht an dem Shuntwiderstand RM eine überlagerte Wechselspannung. Diese wird durch einen Tiefpaß T weggefiltert. Andererseits ist im Fall eines Erdschlusses der Spannung UH ein Teil der Erregergleichspannung UE in Abhängigkeit von der Lage des Erdschlusses in der Erregerwicklung überlagert, der einen Gleichstrom über den Shuntwiderstand RM treibt, was ebenfalls die Messung der dort abfallenden Spannung und damit die Bestimmung des Erdschlußwider-Standes RE verfälscht.

Aus diesem Grund ist die Spannung UH als rechteckförmige Wechselspannung ausgebildet, die durch den Generator G erzeugt wird. Der durch die Wechselspannung UH getriebene Strom kehrt sich periodisch um und addiert bzw. substrahiert sich abwechselnd von dem durch die Erregergleichspannung UE getriebenen, Gleichstromanteil. Die halbe Differenz der beiden in unterschiedlichen Halbwellen der Spannung UH gemessenen Ströme entspricht dem tatsächlich durch die Spannung UH getriebenen Strom (vgl. Fig. 2c) . Entsprechend ergibt sich der Wert des Erdschlußwiderstandes RE aus der halben Differenz der gemessenen Spannungen UM in unterschiedlichen Halbwellen der Spannung UH.

Da bei dem Spannungsabgriff am Widerstand RM auch der über die Kapazität CE fließende kapazitive Strom gemessen wird, ist es zweckmäßig, bei jeder Spannungsmessung an RM den exponenteilen Abfall des Ladestromes an der Kapazität CE soweit abzuwarten, bis dieser Ladestrom im Verhältnis zum Erdschlußstrom vernachlässigbar ist.

Zu diesem Zweck wird die an RM abgegriffene Spannung in einer Verarbeitungseinheit V laufend gemessen und erst

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dann als Meßwert zur Bestimmung von RE gespeichert, wenn die zeitliche Änderung der gemessenen Spannung UM einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. Die Verarbeitungseinheit V ist ortsfest außerhalb des Läufers angeordnet und der Wert der abgegriffenen Spannung UM wird zur Verarbeitungseinheit mittels eines auf dem Läufer angeordneten Senders Sl und eines ortsfesten Empfängers El übertragen. Dazu wird das Spannungssignal zunächst codiert, dann gesendet, empfangen und wieder decodiert. Erst, nachdem der Ladestrom der Kapazität CE genügend abgeklungen ist, gibt die Verarbeitungseinheit V ein Signal an einen ortsfesten Oszillator 0, der mittels eines ortsfesten Senders S2 und eines auf dem Läufer angeordneten Empfängers E2 mit dem Generator G verbunden und mit diesem synchronisert ist. Der Oszillator 0 kehrt auf das Signal der Verarbeitungseinheit hin die Spannung um und gleichzeitig tut dies auch der Generator G.

Es entsteht eine durch den Generator G abgegebene Wechselspannung, deren Frequenz von der Größe der Kapazität CE und der im Stromkreis befindlichen Widerstände abhängt und sich im Normalfall etwa auf 1 Hz einstellt.

Bei Überschreiten einer festgelegten ersten Spannung, was dem Überschreiten eines bestimmten Wertes des Erdschlußstromes entspricht, gibt die Verarbeitungseinrichtung V ein erstes Signal an die Anzeigevorrichtung A, die daraufhin eine Warnung ausgibt. Bei Erreichen einer zweiten, oberhalb der ersten Spannung liegenden Schwelle, die einem zweiten Wert des Erdschlußstromes entspricht, leitet die Verarbeitungseinheit Maßnahmen zum Abschalten der Maschine ein und gibt eine entsprechende Information an das Anzeigegerät A.

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In der Figur 2 sind mit identischer Zeitskala drei verschiedene Spannungsverläufe über einen bestimmten Zeitraum dargestellt. Im Diagramm a ist der Verlauf der Spannung UH gezeigt, im Diagramm b ist der Verlauf der am Shuntwiderstand RM abgegriffenen Spannung UM für den Fall dargestellt, daß die Isolation ideal, d. h. der Isolationswiderstand RE unendlich groß ist. Die Spannung UM ist dann nur durch den Ladestrom der Kapazität CE bestimmt. Das Diagramm c zeigt den Spannungsverlauf für eine endliche Größe des Isolationswiderstandes RE. Jeweils nach Erreichen eines Spannungsplateaus, d. h. nach Abklingen des Ladestromes durch die Kapazität CE wird die Spannung umgekehrt. Der Spannungsverlauf ist insgesamt nicht symmetrisch zur Abszisse des Diagramms, sondern durch den Einfluß der Erregergleichspannung UE um einen konstanten Betrag verschoben. Die tatsächliche Meßgröße entspricht der Hälfte des Spannungsabstandes zwischen dem Plateau der obenen Halbwelle und dem Plateau der unteren Halbwelle. Aus diesem Wert wird die Größe des Isolationswiderstandes RE bestimmt und danach angezeigt.

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Claims

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Schutzansprüche

1. Einrichtung zur Läufererdschlußüberwachung, insbesondere einer bürstenlos erregten Synchronmaschine, mit einer bürstenlosen Signalübertragung vom Läufer auf einen ortsfesten Empfänger,

gekennzeichnet durch ein ortsfestes Meßgerät (A, V, 0) mit einem Oszillator (0) zur Erzeugung eines periodischen elektrischen Prüfsignals, durch eine, auf dem Läufer angeordnete Einrichtung (G) zur Spannungserzeugung, die durch eine elektromagnetische Signalübertragung mit dem Oszillator (0) synchronisiert und elektrisch mit der Läuferwicklung (W) verbunden ist, sowie durch eine auf dem Läufer angeordnete Vorrichtung (RM) zur Erfassung des Meßwertes für den zwischen der Erregerwicklung (W) und der Läufermasse (M) fließenden Strom, und durch eine Einrichtung (Sl, El) zur elektromagnetischen Signalübertragung dieses Meßwertes zu dem Meßgerät.

2. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (G) zur Spannungserzeugung durch einen zweiten Oszillator gebildet ist.
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3. Anordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (G) zur Spannungserzeugung als Leistungsverstärker ausgebildet ist.
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A. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur elektromagnetischen Signalübertragung, die aus mindestens zwei Sendern (Sl, S2) und zwei

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Empfängern (El, E2) für modulierte elektromagnetische Wellen besteht.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (RM) zur Erfassung des Meßwertes für den fließenden Strom einen Shuntwiderstand mit Spannungsabgriff aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (A, V, 0) eine Einrichtung zur Regelung der Frequenz des Oszillators aufweist.

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