Opublikowano dnia 15 stycznia 1958 r.HOlh % POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY - ^ W' i: Nr 40179 ^JiU5l-er377U7 Inz. mgr Jerzy Stanislaw Winkler Wroclaw, Polska Automatyczne urzadzenie do kontroli stanu izolacji generatorów i wysokonapieciowych maszyn elektrycznych, zabezpieczajace Je przed awaria powstala wskutek pogorszenia sie izolacji Patent trwa od dnia 11 lipca 1956 r.Wynalazek dotyczy automatycznego urzadze¬ nia kontrolno-zabezpieczajacego, sluzacego do zabezpieczania wielkich turbogeneratorów sto¬ sowanych w energetyce, jak równiez duzych wysokonapieciowych maszyn elektrycznych pra¬ du zmiennego przed awariami wynikajacymi wskutek uszkodzenia izolacji.Przyczyna uszkodzen izolacji bywa niejedno¬ rodnosc materialu izolacyjnego, miejscowa mniej- sza grubosc' izolacji, zmiany struktury materialu izolacyjnego pod wplywem starzenia sie elek¬ trycznego, termicznego itp.W przypadkach mniejszej grubosci czy wtra¬ cen materialu o mniejszej wytrzymalosci diele¬ ktrycznej powstaja wyladowania niezupelne wywolane zbyt wielkim lokalnym naprezeniem elektrycznym izolacji. Wyladowania niezupelne niszcza stopniowo izolacje, powodujac tworzenie sie dróg dla pcadów pelzajacych w warstwie lakieru lub lepiszcza pomiedzy warstwami miki, a z biegiem lart kanaly dla przebicia elektrycz¬ nego.Wytrzymalosc dielektryczna izolacji wysoko¬ napieciowej preta lub cewki zmniejsza za¬ tem stopniowo swoja wartosc w miejscach wzmozonych wyladowan niezupelnych az do chwili, kiedy nie moze juz wytrzymac nawet napiecia znamionowego pracujacej maszyny.Wtedy nastepuje przebicie izolacji.Równiez lokalne przegrzania izolacji (wskutek nadpekniecia przewodów, zlego kontaktu, luto¬ wania itp.) powoduja stopniowe zweglanie orga¬ nicznych materialów izolacyjnych, prowadzac w krótkim czasie, np. kilku tygodci^ do przebicia.Dlaw wielkich maszyn elektrycznych jest to polaczone z duza awaria stratami^wyniklymi a czesciowego uszkodzenia uzwojenia a czasem i aktywnego zelaza maszyny, koniecznoscia dluz¬ szego przestoju maszyny dla zlikwidowania skutków awarii Wcelu unikniecia groznych w skutkach i powo¬ dujacych duze straty dla gospodarki narodowej awarii wielkich jednostek maszyn elektrycznych, wprowadzono w ostatnim czasie (np. w ZSRR)profilaktyczne badania izolacji agregatów pod¬ wyzszonym napieciem zmiennym i stalym. aMaja one .zabezpieczyc wysokonapieciowe ma- Szyny elektryczne przed przebiciem izolacrji w okresach miedzy kapitalnymi remontami.Jak jednak wykazuje doswiadczenie (Zwiezd- kin, Izrajelit — Elektriczestwo Nr 2/1954, Elek- triczeakije Stancji Nr 8/1954) badania profila¬ ktyczne, aczkolwiek bardzo zmniejszyly dawna awaryjnosc maszyn, nie moga jej wyeliminowac w 10 Nawet bardzo czule i dokladne urzadzenia przeciwzwarciowe generatorów nie moga wye¬ liminowac w zupelnosci awarii.Np. Marinow („Wozgoranie izoliacji obmotki turbogenieratora ot diejstwia jemkostnych to¬ ków" — Elektriczeskije Stancji Nr 9/1965) opi¬ suje ciezke awarie i pozar uzwojenia tak zabez¬ pieczonego turbogeneratora 100 MW, 15,75 kV, 1500 obr/min. W czasie pracy tego generatora pod dzialaniem intensywnych pradów pojemno, sciowych rozwijali sie miejscowy defekt izolacji.Powstaly z czasem wyladowania iskrowe, które powodowaly miejscowe wypalenie sie wierzch¬ nich warstw izolacyjnych w czesciach czolo¬ wych i wreszcie pozar calego uzwojenia.Poniewaz awaria nie byla zwiazana ze zwar¬ ciem w uzwojeniu maszyny, to zadne z zainsta¬ lowanych zabezpieczen przekaznikowych me za¬ dzialalo, pomimo ich nalezytego stanu.Z powyzszego wynika, ze ani badania profi¬ laktyczne, ani zabezpieczenia przekaznikowe nie sa w stanie calkowicie i na czas rozeznac poste¬ pujacego uszkodzenia w izolacji i zapobiec awa¬ rii przez ostrzezenie dozorujacego personelu i ewentualne wylaczenie agregatu.Najczulsza z metod dotychczas poznanych i wprowadzanych do pomiarów stanu izolacji wy¬ sokonapieciowej jest metoda pomiaru wylado¬ wan niezupelnych za1 pomoca wskaznika zakló¬ cen wielkiej czestotliwosci (np. B. Koske — „Hochspannungs-Isolations-Prueftechnik" VEB Verlag, Berlin — 1954).Pomiary metoda wskaznika zaklócen, doko¬ nywane sporadycznie na róznych elektrycznych urzadzeniach wysokonapieciowych, nie daja jednak zwykle wyraznego kryterium, poniewaz zmierzona wartosc bezwzgledna zaklócen zalezy od stopnia sprzezenia i wielu ubocznych czyn- ników. Szukanym kryterium natomiast moze iliyc zmiana poziomu zaklócen elektrycznych w czasie.Ciagly pomiar poziomu zaklócen pozwala na biezaca kontrole stanu izolacji i stopnia jej ewentualnego pogarszania sie nawet w pojedyn¬ czych punktach prowadzacego nieuchronnie do przebicia.W ten sposób otrzymuje sie cenne rozpoznanie, które mozna wykorzystac do zupelnego wyeli¬ minowania awarii duzych wysokonapieciowych maszyn elektrycznych przez odpowiednie poin¬ formowanie 4ub zaalarmowanie personelu nad¬ zorujacego, w krancowym zas przypadku przez automatyczne wylaczenie agregatu, który w nie¬ dlugim czasie móglby ulec awarii wskutek uszkodzenia sie izolacji elektrycznej.. Istota wynalazku jest to, ze wykorzystujac me¬ tode pomiaru poziomu zaklócen wielkiej czestotli¬ wosci do ciaglej kontroli stanu izolacji maszyny energetycznej uzyskuje sie na biezaco informa¬ cje o stanie jej izolacji, a w przypadkach groz¬ nych automatycznie informuje sie droga odpo¬ wiedniej sygnalizacji personel, który moze sie przygotowac do uruchomienia agregatu rezer¬ wowego, w przypadkach zas szczególnie niebez¬ piecznych nie dopuszcza do alwarii, wylaczajac zagrozona jednostke. W ten sposób moga byc w 100°/o wyeliminowane awarie maszyn powodo¬ wanie przez uszkodzenia izolacji.Przyklad wynalazku przedstawia rysunek, którego fig. 1 przedstawia schemat automatycz¬ nego urzadzenia kontrolno-zabezpieczajacego dla generatora synchronicznego pradu zmiennego.Na schemacie uwidoczniony jest generator chroniony wraz ze wzbudnica gaszenia [pola (odwzbudzania generatora) oraz sprzezony z przewodem uziemiajacym wskaznik poziomu zaklócen wielkiej czestotliwosci, pola¬ czony z woltomierzem samopiszacym z nastaw¬ nymi kontaktami sterujacymi, wlaczany perio¬ dycznie przez nastawne urzadzenie zegarowe oraz przekazniki, sterujace sygnalizacje i wylacz¬ nik glówny.Na fig. 1 zastosowano nastepujace oznaczenia: G — generator chroniony, W — wzbudnica generatora1, U — przewód uziemiajacy uzwojenie stojana generatora, A — antena wskaznika poziomu zaklócen, P — wskaznik poziomu zaklócen wielkiej cze- . stotliwosci, a — zaciski do przylaczania anteny, b — „ zasilania sieciowego, c — „ wyjsciowego napiecia mie¬ rzonego, S — woltomierz samopiszacy z napedem ele¬ ktrycznym i z wbudowanymi nastawny¬ mi, zwieranymi kontaktami sterujacymi:d — zaciski do przylaczenia napiecia mierzonego, e — zaciski do zasilania napedu elek¬ trycznego z sieci, / — zaciski sterujace sygnalizacje, g — zaciski sterujace wylacznik genera¬ tora, Z — wylacznik czasowy zegarowy, wlaczajacy periodycznie zasilanie przyrzadów po¬ miarowych w okresach nastawnych, scisle ustalonych: j— zaciski zasilajace uklad pomiarowy, k — zaciski zasilania1 sieciowego 220 V, 1 — wylacznik glówny generatora, 2 — wylacznik wlaczajacy zasilanie ukladu pomiarowego, 3 — przekaznik elektromagnetyczny, steruja¬ cy sygnalizacje l, l, — kontakty przekaz¬ nika 3, T — przycisk, wylaczajacy w razie potrzeby sygnalizacje, 4 — przekaznik elektromagnetyczny, sterujacy wylaczanie: m, n — kontakty przekazni¬ ka 4, 5 — sygnalizacja swietlno-dzwiekowa, 6 — przekaznik elektromagnetyczny, wyzwala¬ jacy wylaczenie wylacznika glównego, 7 — przekaznik elektromagnetyczny, odwzbu- dzajacy generator: p, r, s — kontakty przekaznika 7.Urzadzenie przedstawione na fig. 1 stosuje sie równiez do zabezpieczania silnika synchroniczne¬ go. W przypadku zastosowania go do silnika asynchronicznego odpada przekaznik 7.Fig. 2 rysunku przedstawia uklad wskaznika poziomu zaklócen P. Wskaznik ten zawiera: wstepny stopien wzmocnienia wielkiej czestotli¬ wosci I, oscylator II, mieszacz III, wzmacniacz posredniej czestotliwosci IV, prostownik V, regu¬ lator wzmocnienia VI, wzmacniacz malej czesto¬ tliwosci VII i woltomierz lampowy VIII.Fig. 3 przedstawia woltomierz samopiszacy S, który zawiera: naped elektryczny IV, mechanizm pomiarowy M, ruchoma tatóme papierowa R, na¬ stawny kontakt h, sterujacy przekaznikiem sy¬ gnalizacji oraz nastawny kontakt i, sterujacy przekaznikiem wylacznika.Automatyczne urzadzenie kontrolno-zabezpie- czajace moze zawierac nizej podane przyrzady (fig. 1).Z przewodem, uziomowym U chronionego gene¬ ratora G sprezona jest antena A wskaznika po- ziomu zaklócen wielkiej czestotliwosci P. Zasila¬ nym z sieci przez wylacznik zegarowy Z wskaz¬ nikiem poziomu zaklócen P moze byc czuly lam* powy odbiornik superheterodynowy nastrojony na czestotliwosc rzedu 1,9 -f. 2 MHz z przyla¬ czonym do wyjscia woltomierzem lampowym.Czulosc wskaznika powinna byc lepsza od okolo. 5 mV/m. Powinien on byc zaopatrzony w regula¬ cje wzmocnienia1 wchodzacych sygnalów (zakló¬ cen) z mozliwoscia nieduzych zmian zakresu na¬ stawionej czestotliwosci oraz w urzadzenie sta¬ bilizujace napiecie zarzenia i napiecie anodowej, co jest konieczne do otrzymywania porównywal-, nych pomiarów. Napiecie mierzone przez przy¬ rzad wskazówkowy woltomierza lampowego jest doprowadzone poprzez zaciski c i d do wolto-, mierza samopiszacego S o odpowiednim zakresie* Mierzone napiecie jest rejestrowane na tasmie.Zapis ten daje obraz zmian* poziomu zaklócen.Przy uruchamianiu urzadzenia po raz pierwszy poziom zaklócen ustawia sie na okreslona dzialke przy poczatku skali. W przyrzad samopiszacy wbudowane sa dwa nastawne na skali przyrzadu ograniczniki, których kontakty zwiera wska¬ zówka, g!dy osiagnie ich polozenie Pierwszy ogra¬ nicznik przylaczony do zacisków f sluzy do wla¬ czania poprzez przekaznik 3 sygnalizacji swietlno- sluchowej 5, drugi zas ogranicznik przylaczony do zacisków g w razie zwarcia jego kontaktów i steruje poprzez przekaznik 4 wyzwalaczem 6 wylacznika glównego 2 oraz przekaznikiem 7, który poprzez swoje kontakty p, r, s powoduje odwzjbudzenie generatora.Najwazniejszym zadaniem jest odpowiednie nastawienie ograniczników (nastawnych kontak¬ tów h oraz i) w oparciu o wyniki badan rozwoju uszkodzen w izolacji w ten sposób, zeby sygna¬ lizacja byla wlaczana na kilka tygodni przed ewentualnym uszkodzeniem izolacji, wylaczanie zas nastepowalo w okresie od kilku dni do tygod¬ nia przed majacym powstac uszkodzeniem.Poniewaz dokladne ustalenie tych czasów jest bardzo trudne i oczywiscie nie zawsze mozliwe, nalezy uwzgledniac pewna rezerwe.Poniewaz zmiany w stanie izolacji zachodza poczatkowo bardzo powoli, aby uniknac trzy¬ mania calego urzadzenia pomiarowo-kontrol¬ nego stale pod napieciem (przez wiele lat jego pracy) i zuzywania przez to lamp, w siec wla¬ cza sie na stale tylko automatyczny zegairowy wylacznik czasowy Z, pozwalajacy zaleznie od potrzeby na * periodyczne wlaczanie urzadzenia pomiarowego np. jeden raz na dobe na okres rzedu kilku minut w celu dokonania i zareje¬ strowania pomiaru.Sprzezenie anteny wskaznika P jako przy. rzadu odbiorczo-pomiarowego z maszyna chro- — 3 —niona odbywa sie albo w podany wyzej sposób przez przewód uziomowy uzwojenia maszyny, albo przez przewód uziomowy przekladnika napieciowego.Pomiaru nie wolno dokonywac bezposrednio na generatorze, poniewaz iskry na kolektorze wzbudnicy bardzo znieksztalcilyby pomiar.Przedstawione na fig. 1 "urzadzenie moze byc zestawione z elementów dotychczas znanych, wymagajacych jedynie pewnych przeróbek, jak np. wbudowanie odpowiednich ograniczników do przyrzadu pomiarowego i dopasowania wol¬ tomierza lampowego do odbiornika. Niezaleznie od tego moze to byc specjalnie skonstruowany przyrzad w jednolitej obudowie, wykonujacy funkcje wszystkich podanych wyzej elementów. PL