RU132630U1

RU132630U1 - DEVICE FOR REDUCING SPARK FORMATION IN A NODE OF SLIDING CURRENT SOCKET

Info

Publication number: RU132630U1
Application number: RU2013109623/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Николаевич Исаков; Игорь Владимирович Плохов; Александр Викторович Ильин; Оксана Игоревна Козырева
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-09-20

Abstract

Настоящее устройство относится к схемам защиты электрических генераторов, а именно к устройствам для уменьшения искрообразования в узлах скользящего токосъема. Устройство содержит электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины. Электрическая емкость состоит из двух групп параллельно соединенных конденсаторов: полярных и неполярных, одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность, между выводами группы полярных конденсаторов подключен диод анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов. Техническим результатом является увеличение надежности, снижение стоимости и габаритов. The present device relates to protection schemes for electric generators, and in particular to devices for reducing sparking in the nodes of the sliding current collector. The device contains an electric capacitance connected between parallel electrically connected groups of brushes of one contact ring of the slip collector assembly, one group of brushes connected to the power bus, the second group of brushes isolated from the power bus. The electric capacitance consists of two groups of parallel-connected capacitors: polar and non-polar, some of the terminals of the group of capacitors are connected directly, and the second through inductance, between the terminals of the group of polar capacitors an diode is connected by an anode to the positive terminal of the group of polar capacitors. The technical result is an increase in reliability, a decrease in cost and size.

Description

Настоящее устройство относится к схемам защиты электрических генераторов, а именно к устройствам для уменьшения искрообразования в узлах скользящего токосъема.The present device relates to protection schemes for electric generators, and in particular to devices for reducing sparking in the nodes of the sliding current collector.

В узлах скользящего токосъема турбогенераторов искрение вызывает повышенный износ и разрушение щеток, износ поверхности контактных колец, а также может привести к круговому огню и выходу из строя всего щеточно-контактного аппарата и длительному простою турбогенератора. По данным Департамента Генеральной инспекции эксплуатации и финансового аудита РАО ЕЭС России за 1998-2003, на долю щеточно-контактного узла приходится до 25% всех поломок турбогенераторов (Плохов И.В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов: дис.… докт. техн. наук: 17.05.02. - СПб., 2001. - 362 с.).In the nodes of the sliding current collector of turbogenerators, sparking causes increased wear and destruction of the brushes, wear of the surface of the contact rings, and can also lead to circular fire and failure of the entire brush-contact device and prolonged shutdown of the turbogenerator. According to the Department of the General Inspectorate for Operation and Financial Audit of RAO UES of Russia for 1998-2003, the share of the brush-contact unit accounts for up to 25% of all breakdowns of turbo-generators (I. Plokhov. Complex diagnostics and forecasting of the technical condition of sliding current collector units of turbo-generators: dis .... Doctor of Technical Sciences: 05.17.02. - SPb., 2001. - 362 p.).

Из существующего уровня техники известно устройство для искрогашения в узле скользящего токосъема, состоящее из группы электрических емкостей, одним выводом подключенных к узлу скользящего токосъема электрической машины, а другим выводом соединенных в общей точке, описанное в патенте Визе Хинриха «Электродвигатель с колоколообразным якорем и устройством для искрогашения» RU №2195756 от 27.12.2002.From the current level of technology there is known a device for spark suppression in a sliding current collector unit, consisting of a group of electric capacitors, one terminal connected to a sliding current collector node of an electric machine, and the other terminal connected at a common point, described in the Hinrich Vis patent “An electric motor with a bell-shaped anchor and a device for spark suppression ”RU No. 2195756 dated 12/27/2002.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема, содержащее электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины (Плохов И.В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов: дис.… докт. техн. наук: 17.05.02. - СПб., 2001. - С.75, рис.2.33).Closest to the claimed one is a device for reducing sparking in a sliding current collector assembly, comprising an electric capacitance connected between parallel electrically connected brush groups of one contact ring of the sliding current collector assembly, one brush group being connected to the power bus, the second group of brushes isolated from the power bus (Plohov I.V. Comprehensive diagnostics and forecasting of the technical condition of the nodes of the sliding current collector of turbogenerators: dis. ... Doctor of Engineering Sciences: 05.17.02. - SPb., 2001. - S.75, Fig. 2.33).

Недостатками данного технического решения являются: 1) низкая надежность устройства в связи с отсутствием защиты конденсаторов от обратного напряжения, а также от критической скорости нарастания тока через конденсаторы; 2) высокая стоимость и габариты устройства в связи с необходимостью использования только неполярных конденсаторов, которые имеют большие габариты и высокую стоимость на единицу емкости.The disadvantages of this technical solution are: 1) low reliability of the device due to the lack of protection of the capacitors from reverse voltage, as well as from the critical slew rate of the current through the capacitors; 2) the high cost and dimensions of the device in connection with the need to use only non-polar capacitors, which are large and high cost per unit capacity.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности работы устройства и снижение стоимости и габаритов устройства.The task to which the claimed technical solution is directed is to increase the reliability of the device and reduce the cost and dimensions of the device.

Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема содержит электрическую емкость, подключенную между параллельно электрически соединенными группами щеток одного контактного кольца узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток соединена с силовой шиной, вторая группа щеток изолирована от силовой шины. Новым является то, что электрическая емкость состоит из двух групп параллельно соединенных конденсаторов: полярных и неполярных, одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность, между выводами группы полярных конденсаторов подключен диод анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов.This problem is solved due to the fact that the claimed device for reducing sparking in the sliding current collector assembly comprises an electric capacitance connected between parallel electrically connected brush groups of one contact ring of the sliding current collector assembly, one brush group being connected to the power bus, the second group of brushes isolated from the power bus tires. What is new is that the electric capacitance consists of two groups of parallel-connected capacitors: polar and non-polar, some of the terminals of the capacitor group are connected directly, and the second through the inductance, between the terminals of the group of polar capacitors an diode is connected by an anode to the positive terminal of the group of polar capacitors.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение надежности за счет применения групп конденсаторов: неполярных и полярных, и индуктивности между группами конденсаторов, обеспечивающей защиту полярных конденсаторов от критической скорости нарастания тока, а также быстродействующего диода для защиты группы полярных конденсаторов от обратного напряжения. Кроме того достигается снижение стоимости и габаритов за счет использования полярных конденсаторов, обладающих более низкими габаритами и стоимостью на единицу емкости.The technical result provided by the given set of features is to increase reliability due to the use of groups of capacitors: non-polar and polar, and inductance between groups of capacitors, which protects the polar capacitors from the critical slew rate of the current, as well as a high-speed diode to protect the group of polar capacitors from reverse voltage. In addition, a reduction in cost and dimensions is achieved through the use of polar capacitors having lower dimensions and cost per unit capacity.

На фиг.1 представлена электрическая схема устройства для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема с указанием его подключения к узлу скользящего токосъема.Figure 1 presents the electrical circuit of the device to reduce sparking in the node of the sliding current collector indicating its connection to the node of the sliding current collector.

Устройство подключено между параллельно электрически соединенными группами щеток 1, 2 одного контактного кольца 3 узла скользящего токосъема, причем одна группа щеток 1 соединена с силовой шиной 4, вторая группа щеток 2 изолирована от силовой шины 4. Например, за счет установки щеток этой группы в щеткодержателях, изолированных от силовой шины и отсоединения токопроводящих проводников данных щеток от силовой шины. Устройство содержит электрическую емкость 5, состоящую из двух групп параллельно соединенных конденсаторов 6, 7. Первая группа конденсаторов 6 - неполярные, вторая группа 7 - полярные. Одни выводы группы конденсаторов соединены непосредственно, а вторые - через индуктивность 8. Между выводами группы полярных конденсаторов 7 подключен диод 9 анодом к положительному выводу группы полярных конденсаторов 7.The device is connected between parallel electrically connected groups of brushes 1, 2 of one contact ring 3 of the slip collector assembly, with one group of brushes 1 connected to the power bus 4, the second group of brushes 2 isolated from the power bus 4. For example, by installing brushes of this group in the brush holders isolated from the power bus and disconnecting the conductive conductors of these brushes from the power bus. The device contains an electric capacitance 5, consisting of two groups of parallel connected capacitors 6, 7. The first group of capacitors 6 are non-polar, the second group 7 are polar. Some conclusions of the group of capacitors are connected directly, and the second through the inductance 8. Between the conclusions of the group of polar capacitors 7 is connected a diode 9 anode to the positive terminal of the group of polar capacitors 7.

Работает устройство следующим образом. При работе группы щеток 1, подключенных к силовой шине 4, на них воздействуют неровности контактной поверхности вращающегося контактного кольца 3, при этом щетки вибрируют, и происходит глубокая модуляция переходного сопротивления скользящего контакта. Вследствие наличия паразитных индуктивностей в токоведущей шине 4 и подводящих проводниках, а также вследствие наличия емкостной составляющей в переходном сопротивлении скользящего контакта, в электрической цепи образуется резонансный контур напряжений. Модуляция переходного комплексного сопротивления «щетка-кольцо» приводит к возникновению высокочастотного параметрического резонанса напряжений и, как следствие, к значительным выбросам амплитуды тока через щетку, превышающим среднее значение в десятки и сотни раз, что приводит к усиленному искрению. Для снижения влияния модуляции переходного сопротивления «щетка-кольцо» на резонансные процессы в электрическую цепь узла скользящего токосъема турбогенератора вводится предлагаемое демпфирующее устройство. За счет электрической емкости 5, входящей в состав устройства, достигается существенное уменьшение амплитуды резонансных токов. Для проверки вывода о наличии в цепях узла скользящего токосъема высокоамплитудных токов высокой частоты, вызванных резонансными явлениями в LC-контурах, было проведено прямое измерение переменной составляющей тока щетки с помощью пояса Роговского (Плохов И.В. Комплексная диагностика и прогнозирование технического состояния узлов скользящего токосъема турбогенераторов: дис.… докт. техн. наук: 17.05.02. - СПб., 2001. - С.243). Пояс был надет на канатик щетки, напряжение на его выходе фиксировалось с помощью осциллографа. При отсутствии демпфирующей цепи и токе щетки 30 А на экране осциллографа наблюдали пакеты затухающих синусоидальных колебаний частотой более 1 МГц, достигающих в амплитуде 3,5 В. Это соответствует току 700-875 А. После подключения демпфирующей цепи амплитуда пакетов уменьшилась до 200 мВ (ток 40-50 А).The device operates as follows. During the work of the group of brushes 1 connected to the power bus 4, they are affected by irregularities of the contact surface of the rotating contact ring 3, while the brushes vibrate, and the transition resistance of the sliding contact is deeply modulated. Due to the presence of stray inductances in the current-carrying bus 4 and supply conductors, as well as due to the presence of a capacitive component in the transition resistance of the sliding contact, a resonant voltage circuit is formed in the electric circuit. Modulation of the transitional complex resistance “brush-ring” leads to the appearance of high-frequency parametric resonance of voltages and, as a result, to significant surges in the amplitude of the current through the brush, exceeding the average value by tens or hundreds of times, which leads to increased sparking. To reduce the effect of the brush-ring transient resistance modulation on resonance processes, the proposed damping device is introduced into the electrical circuit of the sliding collector assembly of the turbogenerator. Due to the electric capacitance 5, which is part of the device, a significant decrease in the amplitude of the resonant currents is achieved. To verify the conclusion about the presence of high amplitude high-frequency currents caused by resonant phenomena in LC circuits in the circuits of the sliding current collector unit, a direct measurement of the variable component of the brush current was carried out using the Rogowski belt (I. Plokhov Complex diagnostics and prediction of the technical condition of the sliding current collection nodes turbogenerators: dis. ... doctor of technical sciences: 05.17.02. - SPb., 2001. - P.243). The belt was worn on the cord of the brush, the voltage at its output was recorded using an oscilloscope. In the absence of a damping circuit and a brush current of 30 A, packets of damped sinusoidal oscillations with a frequency of more than 1 MHz reaching an amplitude of 3.5 V were observed on the oscilloscope screen. This corresponds to a current of 700-875 A. After connecting the damping circuit, the amplitude of the packets decreased to 200 mV (current 40-50 A).

Диод 9, подключенный к группе полярных конденсаторов 7, защищает ее от обратного напряжения и предотвращает выход полярных конденсаторов 7 из строя. Подключенная между группами конденсаторов индуктивность 8 защищает группу полярных конденсаторов 7 от критической скорости нарастания тока. Разделение электрической емкости на группы позволяет добиться существенного уменьшения стоимости и габаритов устройства, так как полярные конденсаторы имеют более низкую стоимость на единицу емкости, чем неполярные.A diode 9 connected to a group of polar capacitors 7 protects it from reverse voltage and prevents the failure of the polar capacitors 7. The inductance 8 connected between the groups of capacitors protects the group of polar capacitors 7 from the critical slew rate. Dividing the electric capacitance into groups allows you to achieve a significant reduction in the cost and dimensions of the device, since polar capacitors have a lower cost per unit capacitance than non-polar.

Claims

A device for reducing sparking in a slip collector assembly comprising an electric capacitance connected between parallel electrically connected brush groups of one slip ring of the slip collector assembly, wherein one brush group is connected to the power bus, the second brush group is isolated from the power bus, characterized in that the electric capacitance consists of two groups of parallel-connected capacitors, polar and non-polar, some outputs of the capacitor group are connected directly, and the second - black of the inductance between the terminals of the group of polar capacitors diode anode connected to the positive terminal of the polar group of capacitors.