EA030914B1 - Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках - Google Patents

Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках Download PDF

Info

Publication number
EA030914B1
EA030914B1 EA201501138A EA201501138A EA030914B1 EA 030914 B1 EA030914 B1 EA 030914B1 EA 201501138 A EA201501138 A EA 201501138A EA 201501138 A EA201501138 A EA 201501138A EA 030914 B1 EA030914 B1 EA 030914B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
carbon brush
silver
metal
grounding
sliding contact
Prior art date
Application number
EA201501138A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201501138A1 (ru
Inventor
Манфред Фабер
Бернд Кинаст
Вольфганг Веспер
Дирк Уолтер
Original Assignee
Пантрак Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=51033198&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EA030914(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Пантрак Гмбх filed Critical Пантрак Гмбх
Publication of EA201501138A1 publication Critical patent/EA201501138A1/ru
Publication of EA030914B1 publication Critical patent/EA030914B1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/26—Solid sliding contacts, e.g. carbon brush
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof

Landscapes

  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Настоящее изобретение относится к устройству для отведения блуждающих токов, в частности, в воздушных турбинах, от электрических машин, которое содержит кольцо заземления, установленное на роторе электрической машины, и скользящий контакт, который соединён с землёй и находится в контакте с указанным кольцом заземления. Указанный скользящий контактный элемент имеет угольную щётку с объёмной плотностью в пределах от 1,1 до 1,4 г/см, при этом указанная угольная щётка содержит металлическую вставку, выполненную из серебра, причём содержание серебра находится в диапазоне от 1 до 8%.

Description

Изобретение относится к устройству для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках, от электрических машин, включающему размещенное на роторе электрической машины заземляющее кольцо и соединенный с массой элемент скользящего контакта, находящийся в контакте с заземляющим кольцом.
Известны устройства схожего типа.
У крупных электрических машин с работой от сети и у электрических машин при работе с частотным преобразователем возникает напряжение на валу. Когда это напряжение превысит определенный пороговый уровень в области около 4 В (пиковое напряжение), то в гидродинамическом, имеющем толщину в несколько микрометров изолирующем масляном слое подшипников происходит электрический пробой. Данный электрический пробой повреждает рабочую поверхность и ведет к электрической эрозии, которая может значительно сократить продолжительность службы подшипников.
При работе машин с частотным преобразователем возникновение напряжения на валу вызывается помимо этого так называемым синфазным напряжением. В отличие от сети переменного тока на выходе преобразователя частоты векторы напряжения трех фаз не компенсируются в любой момент времени до нуля. Данное технологически обусловленное остаточное напряжение называется синфазным напряжением. Через колебательный контур из индуктивности проводки и мощностей машины импульсы синфазного напряжения закладывают напряжение на валу в виде сильно демпфированных электрических колебаний. Частоты указанных колебаний находятся в пределах от 30 до 50 кГц, а частота отдельных пиков напряжения соответствуют тактовой частоте преобразователя в пределах от 2 до 3 кГц.
У ветросиловых асинхронных генераторов, запитывающих ротор, частотный преобразователь через контактные кольца расположен непосредственно на роторе.
Для отведения образующихся в подшипнике токов, то есть чтобы они не пропускались через подшипник, из патента DE 102010039065 А1 известно так называемое заземление вала. Для этого на валу располагается заземляющее кольцо, которое связано со скользящим контактным элементом, находящимся в контакте с землей. Скользящий контактный элемент образуется, как известно, металло графитовой щеткой или расслоенной щеткой из металлографита - природного графита.
Практика показала, что при применении металлографитовой щетки или расслоенной щетки из металлографита - природного графита имеет место довольно быстрый износ устройства для отвода токов заземления. При этом на поверхности заземляющих колец и на контактных поверхностях регулярно возникают пятна, а также подгорание заземляющих колец и контактных поверхностей. Между заземляющим кольцом и скользящим контактным элементом возникают микроскопические электрические дуги, приводящие к эрозии заземляющих колец. Связанный с этим механический износ заземляющих колец и контактирующих с ними скользящих контактных элементов ведет к усилению падения электрического напряжения через контактные элементы. Из-за этого возникает опасность отвода токов с вала не через устройство для отвода токов заземления, а через подшипники, в результате чего последние подвергаются износу, которое, вообще-то, можно предотвратить.
Поэтому в основе изобретения лежит задача создать сходное устройство для отвода токов заземления, отличающееся простой конструкцией, являющееся менее подверженным износу и обеспечивающее надежный отвод высокочастотных токов.
В соответствии с настоящей заявкой данная задача решается на основании признаков, указанных в п.1 формулы изобретения. Скользящий контактный элемент включает щетку из углерода объемной плотностью от 1,1 до 1,4 г/см3, а щетка имеет металлические включения из серебра, причем доля серебра составляет от 1 до 8%. Тем самым возможно придание щетке высокой эластичности. Благодаря данной объемной плотности, более низкой по сравнению с известными металлографитными щетками, достигнуто то, что углерод с включением металла обеспечивает хороший электрический и механический контакт скользящих контактных элементов с заземляющим кольцом и обладает долговечностью работы с весьма постоянным коэффициентом трения по всему спектру нагрузок. Коэффициент трения, например, находится в пределах от 0,15 до 0,20. Величина коэффициента трения остается постоянной при различных условиях окружающей среды.
Износ заземляющего кольца, то есть его контактной поверхности скольжения, вступающей в контакт со скользящим контактом, сокращается до абсолютного минимума.
Благодаря добавке серебра устанавливается равномерное и незначительное падение напряжения при различных режимах эксплуатации и условиях окружающей среды. Углерод с металлическими добавками, имеющими объемную плотность в соответствии с настоящей заявкой, также показывает описанные выше преимущества. Благодаря найденному в соответствии с настоящей заявкой соединению графита, обладающему низкой плотностью и постоянным высоким коэффициентом трения, а также незначительной доли серебра в его структуре, достигается сохранение эластичности и показателя коэффициента трения графитового материала, причем незначительное количество серебра влияет на плотность также лишь незначительно, однако одновременно обуславливает явное сокращение пиков напряжения. Тем самым может осуществляться надежный отвод высокочастотных токов от вала. Вследствие этого подшипники надежно защищены и имеют высокий статический срок службы.
В общей сложности интервал технического обслуживания для проверки или замены скользящих
- 1 030914 контактных элементов и/или заземляющего кольца существенно увеличен. В частности, при использовании асинхронных генераторов, запитываемых через ротор, в ветросиловых установках, установленных, например, в зоне шельфа, достигается значительная экономическая выгода из-за того, что до них сложно добраться.
В предпочтительном исполнении изобретения предусмотрено, что объемная плотность щетки из углерода с включением металла составляет от 1,15 до 1,30 г/см3, в частности от 1,2 до 1,28 г/см3. Выяснилось, что при данной объемной плотности достигается очень стабильный коэффициент трения с упомянутыми преимуществами.
Задача решается, кроме этого, применением щетки из углерода с металлическими включениями, обладающей указанными в п.7 патентной формулы признаками. Вследствие того, что щетка из углерода с включением металла для скользящего контактного элемента, который контактирует с заземляющим кольцом электрической машины в ветросиловой установке, обладает объемной плотностью от 1 до 1,4 г/см3, предпочтительно от 1,15 до 1,30 г/см3, в частности от 1,2 до 1,28 г/см3, становится возможным, получая при этом выгоду, оборудовать уже имеющиеся в ветросиловых установках устройства для отвода заземляющих токов представленными в настоящей заявке щетками из углерода с металлическими включениями. Тем самым будет значительно продлен статистический срок службы подшипников электрических машин. Интервалы технического обслуживания могут быть существенно увеличены, а связанные с этим работы могут быть упрощены.
Другие предпочтительные виды исполнения изобретения видны из других признаков, названных в производных притязаниях формулы изобретения.
Изобретение подробнее поясняется ниже на приведенном примере исполнения с помощью соответствующего чертежа, схематически изображающего устройство для отвода заземляющих токов.
Чертеж изображает устройство для отвода заземляющих токов, обозначенное 10. Устройство 10 включает заземляющее кольцо 12, расположенное на валу 14. Вал 14 является составной частью ротора электрической машины, в частности запитывающего через ротор асинхронного генератора ветросиловой установки. Конструкция и способ действия запитывающего через ротор асинхронного генератора общеизвестны, поэтому в рамках настоящего описания они не будут разъясняться подробнее.
К заземляющему кольцу 12 присоединен скользящий контактный элемент 16, включающий щетку из углерода с включением металла 18. Щетка из углерода с включением металла 18 соединена через показанную здесь проводку 20 с потенциалом земли.
Щетка из углерода с включением металла 18 контактирует с заземляющим кольцом 12. Такое расположение является известным.
В соответствии с заявкой предусмотрено, что щетка из углерода с включением металла 18 имеет объемную плотность от 1,2 до 1,28 г/см3. Кроме этого металлографитовая щетка 18 имеет импрегнирование серебром с долей содержания серебра от 2,5 до 5%.
Из-за невысокой плотности и содержания серебра наряду с постоянным коэффициентом трения достигается незначительное падение напряжения, то есть низкое переходное сопротивление между щеткой из углерода с включением металла 18 и заземляющим кольцом 12.
Для осуществления импрегнирования серебром раствор серебра инъецируется в щетку из углерода с включением металла 18 с низкой объемной плотностью, а затем с помощью химико-технических процессов серебро выводится в осадок. Серебро для этих целей не расплавляют. Для уровня электропроводимости щетки из углерода с включением металла 18 доля серебра играет только второстепенную роль. Содержание серебра в металлографитовой щетке 18 в объеме 5% приводит к уменьшению падения напряжения через устройство 10 на 50%, содержание в 2,5% приводит к уменьшению падения напряжения через устройство 10 на 25% по сравнению со щеткой из углерода с металлическими включениями, не импрегнированной серебром.
Импрегнирование серебром ведет, таким образом, кроме уже предусмотренной настоящим изобретением низкой объемной плотности щетки из углерода с включением металла 18, к дополнительным преимуществам.
В частности, достигается высокая устойчивость к импульсному току. На холостом ходу она составляет, например, 0 А/см2, а при нагрузке 20 А/см2. Благодаря низкой плотности щетка из углерода с включением металла 18 обладает высокой эластичностью, которая ведет к сохранению стабильного коэффициента трения. Низкая плотность достигается, например, из-за низкого содержания в щетке из углерода с включением металла 18 золы, например 0,8%.
Обобщая, можно сделать вывод, что благодаря высокоэластичному материалу у щетки из углерода с включением металла 18 с низкой плотностью достигается стабильный коэффициент трения в комбинации с невысоким содержанием серебра в щетке, а также незначительное падение напряжения. Тем самым обеспечивается не требующая особого ухода эксплуатация устройства для отвода токов заземления с низким износом щетки из углерода с включением металла 18 и низким износом заземляющего кольца 12.
Список обозначений.
- Устройство,
- заземляющее кольцо,
- 2 030914
- вал,
- скользящие контактные элементы,
- щетка из углерода с включением металла,
- проводка.

Claims (2)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках, от электрических машин, включающее расположенное на роторе электрической машины заземляющее кольцо и связанный с массой скользящий контактный элемент, контактирующий с заземляющим кольцом, отличающееся тем, что скользящий контактный элемент (16) содержит щетку из углерода с объемной плотностью от 1,2 до 1,28 г/см3, а щетка из углерода имеет металлические включения (18) из серебра, причем доля серебра составляет от 2,5 до 5% от веса щетки из углерода.
  2. 2. Щетка из углерода с включениями металла (18) для скользящего контактного элемента (16), который может приводиться в контакт с заземляющим кольцом (12) электрической машины в ветросиловой установке, отличающаяся тем, что ее объемная плотность составляет от 1,2 до 1,28 г/см3, а доля серебра составляет от 2,5 до 5% от веса щетки из углерода.
EA201501138A 2013-06-25 2014-06-25 Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках EA030914B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013212062.1A DE102013212062B4 (de) 2013-06-25 2013-06-25 Vorrichtung zur Ableitung von Erdungsströmen, insbesondere in Windkraftanlagen
PCT/EP2014/063414 WO2014207047A1 (de) 2013-06-25 2014-06-25 Vorrichtung zur ableitung von erdungsströmen, insbesondere in windkraftanlagen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201501138A1 EA201501138A1 (ru) 2016-05-31
EA030914B1 true EA030914B1 (ru) 2018-10-31

Family

ID=51033198

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201501138A EA030914B1 (ru) 2013-06-25 2014-06-25 Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10109969B2 (ru)
EP (1) EP3014712B1 (ru)
JP (1) JP2016525329A (ru)
CN (1) CN105340139B (ru)
DE (1) DE102013212062B4 (ru)
EA (1) EA030914B1 (ru)
WO (1) WO2014207047A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015005859A1 (en) * 2013-07-10 2015-01-15 Ge Healthcare Bio-Sciences Ab Mutated immunoglobulin-binding polypeptides
EP3255276B1 (en) * 2016-06-09 2019-02-27 Siemens Aktiengesellschaft Lighting protection system for a wind turbine
DE102016213653A1 (de) * 2016-07-26 2018-02-01 Schunk Hoffmann Carbon Technology Ag Ableiteinrichtung zur Ableitung elektrischer Störungen
JP7250337B2 (ja) * 2019-11-25 2023-04-03 トライス株式会社 銀を主成分とする金属黒鉛質アースブラシ及びその製造方法
CN111129797A (zh) * 2020-01-06 2020-05-08 珠海优特电力科技股份有限公司 智能接地环装置、智能接地装置、智能接地环系统及监测方法
EP4210203A1 (en) 2022-01-08 2023-07-12 General Electric Renovables España S.L. Electrical machines and methods to mitigate bearing currents
DE102022205412A1 (de) * 2022-05-30 2023-11-30 Trelleborg Sealing Solutions Germany Gmbh Wellenstromableiter und Wellenanordnung
CN116717439B (zh) * 2023-08-11 2023-11-17 威海亨策新能源科技有限公司 一种带有防雷保护装置的风力发电机组

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2640944A (en) * 1949-06-04 1953-06-02 Union Carbide & Carbon Corp Electrical contact brush
EP0212666A2 (en) * 1985-08-27 1987-03-04 Intercal Company Electrical contact containing intercalated graphite
EP1662640A1 (en) * 2003-09-04 2006-05-31 Totan Kako Co., Ltd. Carbon brush for electrical machine
DE102010039065A1 (de) * 2010-08-09 2012-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Erdungsvorrichtung zur Erdung einer Welle

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB804688A (en) * 1957-05-09 1958-11-19 Nobrac Carbon Ltd Improvements in or relating to dynamo electric machines
US2989490A (en) * 1958-02-19 1961-06-20 Union Carbide Corp Electrical contact brush for high altitude use
US3284371A (en) * 1964-01-14 1966-11-08 Stackpole Carbon Co Electrographitic brush
DE4403433A1 (de) * 1994-02-04 1995-08-10 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Metallimprägnierter Kohlenwerkstoff
US5634800A (en) * 1994-04-29 1997-06-03 The B. F. Goodrich Company Sliding contact for a propeller ice protection system
JP4091024B2 (ja) * 2004-07-26 2008-05-28 東炭化工株式会社 カーボンブラシ
WO2007073793A1 (en) * 2005-12-24 2007-07-05 Pyongyang Technical Trading Centre Flexible natural graphite material and flexible manufacturing method (process) and use thereof
JP5825705B2 (ja) * 2010-03-26 2015-12-02 東洋炭素株式会社 カーボンブラシ
CN102806511A (zh) * 2011-05-31 2012-12-05 江国军 一种精密修磨机
CN202710201U (zh) * 2012-08-19 2013-01-30 中国船舶重工集团公司第七一二研究所 一种永磁电机永磁体温度在线检测装置
JP6539018B2 (ja) * 2014-04-23 2019-07-03 東炭化工株式会社 樹脂結合炭素質ブラシおよびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2640944A (en) * 1949-06-04 1953-06-02 Union Carbide & Carbon Corp Electrical contact brush
EP0212666A2 (en) * 1985-08-27 1987-03-04 Intercal Company Electrical contact containing intercalated graphite
EP1662640A1 (en) * 2003-09-04 2006-05-31 Totan Kako Co., Ltd. Carbon brush for electrical machine
DE102010039065A1 (de) * 2010-08-09 2012-02-09 Siemens Aktiengesellschaft Erdungsvorrichtung zur Erdung einer Welle

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013212062A1 (de) 2015-01-08
US10109969B2 (en) 2018-10-23
CN105340139B (zh) 2019-06-07
WO2014207047A1 (de) 2014-12-31
EA201501138A1 (ru) 2016-05-31
EP3014712B1 (de) 2019-02-27
DE102013212062B4 (de) 2017-05-11
EP3014712A1 (de) 2016-05-04
CN105340139A (zh) 2016-02-17
JP2016525329A (ja) 2016-08-22
US20160134072A1 (en) 2016-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA030914B1 (ru) Устройство для отведения токов заземления, в частности, в ветросиловых установках
Oliver et al. Ceramic bearings for electric motors: eliminating damage with new materials
GB2531442A (en) Generator rotor ground bushing
JPWO2011114371A1 (ja) インバータ駆動回転電機，そのシステム，その軸受及びそのエンドブラケット
Kozjaruk et al. Currents in bearings of induction motors of electric drives with semiconductor converter
Stone et al. Monitoring of shaft voltages and grounding currents in rotating machines
Oliver et al. Ceramic bearings for electric motors
WO2001014614A2 (en) Solid state cathodic protection systems, methods for making and using same
Egorov et al. Counter-rotating electric generator for wind power plants with liquid metal energy transfer
US9670906B2 (en) Bearing arrangement for a wind turbine
CN212435538U (zh) 一种发电机大轴接地装置
CN201985667U (zh) 充水式变频潜水电机
Kozyreva et al. Reducing sparking in the transient layer of the sliding electrical contact unit
CN209170154U (zh) 一种能够消除轴电流的高压柴油发电机组
JP5622373B2 (ja) 電器機器
Utegulov et al. Development of method to improve efficiency of residual current device under 1000 V on excavators of mining enterprises
JP6334745B2 (ja) 転がり軸受
Willwerth To Be Considered “True Inverter-Duty”, Motors Need Bearing Protection
CN210075042U (zh) 一种高压异步电动机
RU2579754C1 (ru) Индукторный синхронный генератор
Edomah Economic implications of poor power quality
Takanezawa et al. Study of carbon brush characteristic of turbine generator (2 nd report)
EP3923423A1 (en) Electric circuit and wind turbine
Heino Bearing currents and their mitigation in frequency converter-driven induction motors
Belza et al. Consequences of higher current harmonics in power supply networks

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM