SE512713C2

SE512713C2 - Rotary synchronous machine and method of measuring the voltage in the stator winding of a rotating synchronous machine

Info

Publication number: SE512713C2
Application number: SE9703553A
Authority: SE
Inventors: Erland Soerensen; Mats Leijon
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 2000-05-02
Also published as: SE9703553D0; PL339570A1; WO1999019968A1; BR9812702A; EP1020010A1; AU9291998A; SE9703553L; JP2001520496A; CA2305421A1

Abstract

A synchronous machine is intended for direct connection to a distribution or transmission network. At least one stator winding (2) of the machine comprises at least one electric conductor, a first layer with semiconducting properties surrounding the conductor, a solid insulating layer surrounding the first layer, and a second layer with semiconducting properties surrounding the insulating layer. Measuring means (4) are also arranged to sense the voltage in the stator winding. In a method for measuring the voltage in the stator winding of such a machine, the phase of the measured signal is shifted to coincide with the phase position of the total voltage of the stator winding.

Description

fllllillll M N "M ü I \ FK". lit -H ll - l..j Illl .ll ill Éliiuiilﬁii. . i i ' PI' I ' lll 10 15 20 25 30 512 713 2 Syftet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en synkron- maskin, avsedd att anslutas direkt till kraftnät vid vilken mätning av den obelasta- de maskinens klämspänning är möjlig utan användning av externa mättransforma- torer. fllllillll M N "M ü I \ FK". lit -H ll - l..j Illl .ll ill Éliiuiil ﬁ ii. . i i 'PI' I ' lll 10 15 20 25 30 512 713 2 The object of the present invention is therefore to provide a synchronous machine, intended to be connected directly to the power grid at which the measurement of the the clamping voltage of the machine is possible without the use of external measuring transformers. torer.

Sammanfattning av uppﬁnningen Detta syfte uppnås med en synkronmaskin enligt patentkravet 1.Summary of the invention This object is achieved with a synchronous machine according to claim 1.

Med synkronmaskinen enligt uppﬁnningen åstadkoms således en maskin, vilken är anslutbar till vilket kraftnät som helst och vid vilken spänningsmätning på den obelastade maskinen möjliggörs utan användning av separata mättransforma- torer.With the synchronous machine according to the invention, a machine is thus provided, which is connectable to any power grid and at any voltage measurement on the unloaded machine is made possible without the use of separate measuring transformers torer.

Enligt en föredragen utföringsform av maskinen enligt uppﬁnningen är skikten anordnade att vidhäfta varandra även då den isolerade ledaren eller ka- beln böjs.According to a preferred embodiment of the machine according to the invention is the layers arranged to adhere to each other even when the insulated conductor or beln is bent.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform av maskinen enligt uppﬁnningen innefattar mätdonen för avkänning av spänningen en mätlindning per fas, anord- nade i maskinens statorlindning. Mätlindningen är isolerad från själva statorlind- ningen och kan realiseras på fördelaktigt sätt med en separat mätkabel per fas in- monterad i maskinen. Mätningen med en separat mätlindning är möjlig så länge maskinen ej är inkopplad på nätet, dvs. så länge den är obelastad.According to another advantageous embodiment of the machine according to the invention the measuring means for sensing the voltage comprise one measuring winding per phase, in the stator winding of the machine. The measuring winding is isolated from the stator winding itself. and can be realized advantageously with a separate measuring cable per phase mounted in the machine. The measurement with a separate measuring winding is possible as long as the machine is not connected to the network, ie. as long as it is unloaded.

Enligt ytterligare en annan fördelaktig utföringsform av maskinen enligt uppﬁnningen innefattar mätdonen minst en avtappning hos en statorlindning för bestämning av maskinspänningen ur en avtappad mätsignal. Denna utföringsform medger mätning av masklnspänningen även vid belastad maskin.According to yet another advantageous embodiment of the machine according to The device comprises at least one drain of a stator winding for determination of the machine voltage from a drained measuring signal. This embodiment allows measurement of the mesh voltage even when the machine is loaded.

Med maskinen enligt uppﬁnningen inbesparas sålunda dyra mättransfor- matorer genom att mätningen först sker med hjälp av en mätlindning, varpå sig- nalen på ett senare stadium kopplas över till transformator.With the machine according to the invention, expensive measurement transports are thus saved. by the measurement first taking place by means of a measuring winding, whereupon the channel at a later stage is switched to a transformer.

Enligt ytterligare en fördelaktig utföringsform av maskinen enligt uppﬁn- ningen är strömtransformatorer för låg spänning och utförda för kabelgenomföring anbringade på statorlindningarnas upp- och nedsida för strömmätning. På detta sätt kan fel i lindningen detekteras. Detta utförande är särskilt enkelt att realisera lO 15 20 25 30 512 713 vid maskinen enligt uppﬁnningen, vid vilken lindningen är bildad av en isolerad ledare såsom beskrivits ovan, vars ytteryta ligger på mycket låg potential.According to a further advantageous embodiment of the machine according to are transformers for low voltage and designed for cable glands mounted on the top and bottom of the stator windings for current measurement. On this manner, defects in the winding can be detected. This design is particularly easy to realize lO 15 20 25 30 512 713 at the machine according to the invention, at which the winding is formed by an insulated conductors as described above, the outer surface of which is at very low potential.

Enligt ännu en fördelaktig utföringsform av maskinen enligt uppﬁnningen, varvid den är ansluten till nätet via en brytare, är en av signaler från brytare styrd växlingsmodul anordnad att i beroende av brytarens läge växla mellan ett läge för uppmätning av mätspänningen på statorlindningarna och ett läge för uppmätning av nätspänningen för vidareledning av ifrågavarande spänningar till efterföljande utrustningar. På detta sätt åstadkoms erforderlig anpassning mot efterföljande skydds- och reglerutrustningar.According to yet another advantageous embodiment of the machine according to the invention, wherein it is connected to the mains via a switch, one of the signals from the switch is controlled switching module arranged to switch between a position for depending on the position of the switch measuring the measuring voltage on the stator windings and a position for measuring of the mains voltage for forwarding the voltages in question to subsequent ones equipment. In this way, the necessary adaptation to subsequent ones is achieved protection and control equipment.

Kort beskrlvnincLav ritninqarna För att förklara uppﬁnningen närmare kommer nu såsom exempel valda utföringsformer av uppfinningen att beskrivas mera i detalj med hänvisning till bi- ogade ritningar, på vilka Figur 1 visar en tvärsnittsvy av en isolerad ledare avsedd att användas i lindingarna vid maskinen enligt uppﬁnningen, Figur 2 visar en utföringsform av uppﬁnningen illustrerande spänningsmät- ning på en synkronmaskins statorlindningar med hjälp av mätlind- ningar, Figur 3 visar en utföringsform av uppﬁnningen illustrerande spänningsmät- ning på en synkronmaskins statorlindningar via avtappningar på lindningarna, Figurerna 4 och 5 illustrerar två principer för realisering av rätt fasvinkel mellan statorlindningens och mätlindningens spänningar vid den i ﬁg. 2 illustrerade utföringsformen och Figurerna 6 och 7 illustrerar på motsvarande sätt två principer för realisering av rätt fasvinkel mellan statorlindningens spänning och mätspänningen vid den i ﬁgur 3 visade utföringsformen, Figur 8 visar en utföringsform i vilken spänningsmätning sker med hjälp av två spänningstransformatorer på vardera sidan om generatorbryta- TBH, l::'l::ﬁil:i:::::l: i- lO 15 20 25 30 512 713 4 Figur 9 visar en utföringsform vid vilken spänningsmätning sker med hjälp av tre spänningstransformatorer, en på den ena sidan om generatorbry- taren och två på den andra sidan, Figur 10 illustrerar bestämning av vinkelläget mellan två huvudspänningar vid utföringsformerna enligt ﬁgurerna 8 och 9, _ Figur 11 visar vinkelskillnaden mellan två huvudspänningar vid öppen genera- torbrytare och konstant frekvensskillnad, och Figur 12 illustrerar en fasningsfunktion vid maskinen enligt uppfinningen.Brief description of the drawings To explain the invention in more detail, examples are now selected embodiments of the invention to be described in more detail with reference to unbleached drawings, on which Figure 1 shows a cross-sectional view of an insulated conductor intended for use in the windings of the machine according to the invention, Figure 2 shows an embodiment of the invention illustrating voltage measurement on the stator windings of a synchronous machine by means of measuring windings , Figure 3 shows an embodiment of the invention illustrating voltage measurement on the stator windings of a synchronous machine via taps on the windings, Figures 4 and 5 illustrate two principles for realizing the correct phase angle between the voltages of the stator winding and the measuring winding at the i ﬁ g. 2 illustrated the embodiment and Figures 6 and 7 similarly illustrate two principles for realizing right phase angle between the voltage of the stator winding and the measuring voltage in the embodiment shown in Figure 3, Figure 8 shows an embodiment in which voltage measurement takes place by means of two voltage transformers on each side of the generator circuit TBH, l :: 'l :: ﬁ il: i ::::: l: i- lO 15 20 25 30 512 713 4 Figure 9 shows an embodiment in which voltage measurement takes place by means of three voltage transformers, one on one side of the generator circuit tar and two on the other side, Figure 10 illustrates determination of the angular position between two main stresses at embodiments according to Figures 8 and 9, Figure 11 shows the angular difference between two main voltages at open generation torque switch and constant frequency difference, and Figure 12 illustrates a phasing function of the machine according to the invention.

Beskrivning av föredragna utförinqsformer l ﬁgur 1 visas en tvärsnittsvy av en isolerad ledare 11, avsedd att använ- das i lindningarna vid maskinen enligt uppﬁnningen. Den isolerade ledaren 11 in- nefattar ett antal kardeler 35 med cirkulärt tvärsnitt av exempelvis koppar. Dessa kardeler 35 är anordnade i mitten av den isolerade ledaren 11. Runt kardelerna 35 är anordnat ett första halvledande skikt 13. Runt det första halvledande skiktet 13 finns anordnat ett isolationsskikt 37, t.ex. PEX-isolation. Runt isolationsskiktet 37 finns anordnat ett andra halvledande skikt 15. Den isolerade ledaren har en dia- meter i intervallet 20-250 mm och en ledningsarea i intervallet 80-3000 mmz.Description of Preferred Embodiments Figure 1 shows a cross-sectional view of an insulated conductor 11, intended to be used. das in the windings at the machine according to the invention. The insulated conductor 11 in- comprises a number of strands 35 with a circular cross-section of, for example, copper. These strands 35 are arranged in the middle of the insulated conductor 11. Around the strands 35 is arranged a first semiconducting layer 13. Around the first semiconducting layer 13 an insulating layer 37 is provided, e.g. PEX insulation. Around the insulation layer 37 a second semiconducting layer 15 is provided. The insulated conductor has a diameter meters in the range 20-250 mm and a cable area in the range 80-3000 mmz.

Vid den beskrivna isolerade ledaren 11 eller kabeln är de tre skikten 13, 37, 15 så utförda att de vidhäftar varandra även då kabeln eller den isolerade led- aren 11 böjs och böjligheten bibehåller den isolerade ledaren eller kabeln under sin livslängd. l figur 2 illustreras en princip för spänningsmätning på en synkronmaskins statorlindningar 2 med hjälp av tre mätlindningar 4 samt signalsnitt för skydds-, mät- och relgeringsändamål. Dessa separata mätlindningar 4 är inmonterade i maskinen enligt uppfinningen isolerade från statorlindningarna. Mätlindningarna kan realiseras t.ex. med en separat mätkabel per fas. Mätsignalerna kan spän- ningsanpassas med hjälp av lämplig efterföljande transformatorkoppling, jfr. ﬁgur 4 nedan. Med hjälp av en mättransformator 6 mäts även nätspänningen på gene- ratorbrytarens GB uppsida.In the case of the described insulated conductor 11 or cable, the three layers 13, 37, 15 so designed that they adhere to each other even when the cable or the insulated conductor the conductor 11 is bent and the flexibility maintains the insulated conductor or cable underneath its service life. Figure 2 illustrates a principle for voltage measurement on a synchronous machine stator windings 2 by means of three measuring windings 4 and signal sections for protective, measurement and regulation purposes. These separate measuring windings 4 are mounted in the machine according to the invention isolated from the stator windings. The measuring windings can be realized e.g. with a separate measuring cable per phase. The measurement signals can adapted by means of a suitable subsequent transformer connection, cf. . gur 4 below. With the aid of a measuring transformer 6, the mains voltage on the rator switch GB top.

Växling mellan mätmoder sker med hjälp av inväxlingsmoduler 8, 10 vilka styrs av generatorbrytarens GB TILL/FRÅN-signaler. En sådan inväxlingsmodul 8 15 20 25 30 512 713 är anordnad i ett reläskydd 12 och en annan inväxlingsmodul 10 för reglersyste- met 14 för maskinens magnetisering, varvid bla. systemets spänningsregulator 16 styrs i beroende av uppmätt statorspänning och uppmätt nätspänning.Switching between measuring modes takes place by means of switching modules 8, 10 which is controlled by the generator switch's GB ON / OFF signals. Such a shift module 8 15 20 25 30 512 713 is arranged in a relay protection 12 and another switching module 10 for the control system. met 14 for the magnetization of the machine, whereby i.a. system voltage regulator 16 controlled in dependence on measured stator voltage and measured mains voltage.

På analogt sätt kan fasningsutrustning/turbinregulator 18 styras i beroen- de av uppmätta stator- och nätspänningar. _ Alternativt kan separata skydd 20, 22 för obelastad respektive belastad maskin vara anordnade att blockeras respektive deblockeras av generatorns GB TILL/FRÅN-signaler.In an analogous manner, phasing equipment / turbine controller 18 can be controlled in those of measured stator and mains voltages. _ Alternatively, separate guards 20, 22 can be unloaded and loaded, respectively machine be arranged to be blocked or unblocked by the generator's GB ON / OFF signals.

Vid maskinen enligt uppfinningen ﬁnns vidare strömtransformatorer 24, 26 med kabelgenomföring för strömmätning på vardera sidan om statorlindningarna 2. Genom att framställa statorlindningarna 2 av den ovan, i anslutning till ﬁgur 1 beskrivna isolerade ledaren kan strömtransformatorerna 24, 26 på enkelt sätt träs på de isolerade ledarna eftersom potentialen på deras ytterytor ligger nära jord.In the machine according to the invention there are further current transformers 24, 26 with cable gland for current measurement on each side of the stator windings 2. By making the stator windings 2 from the one above, in connection with ﬁ gur 1 described insulated conductor, the current transformers 24, 26 can be easily threaded on the insulated conductors because the potential on their outer surfaces is close to ground.

Härigenom reduceras kostnaderna för dessa strömtransformatorer 24, 26 avse- värt. Med sådana Iågspända strömtransformatorer på statorlindningarnas upp- och nedsidor detekteras fel istatorlindningarna 2.This reduces the cost of these current transformers 24, 26 considerably. worth. With such low voltage current transformers on the stator windings and downsides are incorrectly detected in the stator windings 2.

I ﬁgur 3 illustreras principen för spänningsmätning på en synkronmaski- nens statorlindning med hjälp av tre avtappningar 28 samt signalsnitt för skydds- 30, mät- och reglerändamål 32, 34. På motsvarande sätt som vid utföringsformen enligt ﬁgur 2 innefattar mät- och reglerutrustningen ett reglersystem 32 med en spänningsregulator 36 för maskinens magnetiseringssystem samt en fasnings- utrustning/turbinregulator 34, vilka styrs i beroende av uppmätta stator- och mät- spänningsvärden.Figure 3 illustrates the principle of voltage measurement on a synchronous machine. stator winding by means of three taps 28 and signal sections for 30, measuring and control purposes 32, 34. In the same way as in the embodiment according to Figure 2, the measuring and control equipment comprises a control system 32 with a voltage regulator 36 for the magnetization system of the machine and a phasing equipment / turbine controller 34, which are controlled in dependence on measured stator and metering voltage values.

Begränsning av kortslutningseffekten vid fel sker med hjälp PCT-material och galvanisk separation från statorlindningarna 2 sker med hjälp av transforma- torkopplingar 38, vilka måste vara dimensionerade för att klara av de avtappade spänningarna. Alternativt skulle denna galvaniska separation kunna åstadkommas med luftgapsreaktorer i det fall att fasvinkelkompensering behövs. Även vid denna utföringsform är strömtransformatorer 24, 26 med kabel- genomföringar anordnade för strömmätning. m-linnhaﬂﬂlwliannn-ﬂl .i ii . lll Ii lä 'Elllil 1- 10 15 20 25 30 512 713 6 Medan mätning med en separat mätlindning enligt ﬁgur 2 endast är möjlig med obelastad maskin medför mätning via avtappningar enligt figur 1 den fördelen att mätning av maskinspänningen även är möjlig vid belastad maskin.Limitation of the short-circuit effect in the event of a fault is done with the help of PCT material and galvanic separation from the stator windings 2 takes place by means of transformer dryer couplings 38, which must be dimensioned to handle the drained ones the tensions. Alternatively, this galvanic separation could be achieved with air gap reactors in case phase angle compensation is needed. Also in this embodiment, current transformers 24, 26 with cable bushings arranged for current measurement. m-linnha ﬂﬂ lwliannn- ﬂ l .i ii. lll Ii lä 'Elllil 1- 10 15 20 25 30 512 713 6 While measurement with a separate measuring winding according to ﬁ figure 2 is only possible with an unloaded machine, measurement via taps according to Figure 1 entails that advantage that measurement of the machine voltage is also possible with a loaded machine.

Vid mätning genom avtappning från en eller flera härvgrupper, såsom be- skrivs närmare nedan, sker detta lämpligen via olinjära strömbegränsningsmot- stånd såsom en säkerhetsåtgärd.When measuring by tapping from one or more coil groups, such as described in more detail below, this is conveniently done via non-linear current limiting devices. as a precautionary measure.

För mätningen av statorspänningen med separata mätlindningar såsom illustreras i ﬁgur 2 måste fasläget vara detsamma för spänningen över statorlind- ningen och över mätlindningen. l figur 4, ALTERNATIV 1 visas ett exempel vid vilket en separat mätlindning är anordnad i fem härvgrupper, varvid en transforma- tor är anordnad för spänningsanpassning så att en mätsignal av lämplig storlek erhålls, representerande statorspänningen.For the measurement of the stator voltage with separate measuring windings such as illustrated in Figure 2, the phase position must be the same for the voltage across the stator winding. and over the measuring winding. Figure 4, OPTION 1 shows an example at which a separate measuring winding is arranged in five coil groups, wherein a transformer tor is arranged for voltage adjustment so that a measurement signal of suitable size obtained, representing the stator voltage.

För denna mätning måste fasläget för statorlindningens totala spänning, lika med Zfasavspänning i ﬁgur 5, ALTERNATIV 1, vilken således utgörs av sum- man delspänningarna över de fem härvgrupperna, överensstämma med mätsig- nalens resulterande fasläge, vilken mätsignal likaledes är sammansatt av fem delspänningar från var och en av de fem härvgrupperna, se ﬁgur 5. l ﬁgur 4, ALTERNATIV 2 illustreras ett alternativt mätförfarande, vid vilket mätlindningen är anordnad i endast en härvgrupp, härvgrupp 3, ivilken spänning- ens fasläge överensstämmer med fasläget hos statorlindningens totala spänning. Även i detta fall blir sålunda mätsignalens fasläge detsamma som fasläget hos statorlindningens totala spänning, såsom illustreras i ﬁgur 5, ALTERNATIV 2. I utföringsexemplet enligt figur 4, ALTERNATIV 2 är mätlindningen anordnad i den i mitten av statorlindningen anordnade härvgruppen 3.For this measurement, the phase position of the total voltage of the stator winding, equal to Z-phase relaxation in 5 gur 5, OPTION 1, which thus consists of sum- sub-voltages across the five coil groups, in accordance with the the resulting phase position of the channel, which measurement signal is likewise composed of five sub-voltages from each of the five coil groups, see Figure 5. Figure 4, OPTION 2 illustrates an alternative measurement procedure, in which the measuring winding is arranged in only one coil group, coil group 3, in which voltage even phase position corresponds to the phase position of the total voltage of the stator winding. Thus, even in this case, the phase position of the measuring signal becomes the same as the phase position of the total voltage of the stator winding, as illustrated in Figure 5, OPTION 2. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, OPTION 2, the measuring winding is arranged in the position shown in FIG arranged in the middle of the stator winding arranged the winding group 3.

Med detta utförande med en separat mätlindning kan samma fasläge mel- lan statorspänning och mätsignal endast åstadkommas så länge maskinen ej är belastad. En fördel med utföringsformen enligt ﬁgur 4 med enkla mätlindningar och efterföljande transformatorer för överkoppling av signalen är att kostnaderna för dyra mättransformatorer elimineras.With this embodiment with a separate measuring winding, the same phase position can be stator voltage and measurement signal are only provided as long as the machine is not loaded. An advantage of the embodiment according to 4 figure 4 with simple measuring windings and subsequent transformers for switching the signal are to the costs too expensive metering transformers are eliminated.

Figurerna 6 och 7 illustrerar motsvarande mätningar som i figurerna 4 och 5, utförda genom avtappning av mätsignal från statorlindningarna, jfr. ﬁgur 3. l ﬁ- 10 15 20 25 30 512 713 gur 6, ALTERNATIV 1 illustreras sålunda avtappning från en statorlindning med fem härvgrupper via Mätuttag 40, innefattande olinjära strömbegränsningsmot- stånd 42, anordnade av säkerhetsskäl, samt transformator 46. På detta sätt fås en total mätsignal, representerande statorspänningen över alla fem härvgrupperna. Även i detta fall måste den totala statorspänningens fasläge, Zfasspän- ning, vilken utgörs av summan av delspänningarna över härvgrupperna(-en), överensstämma med mätsignalens fasläge, varvid även mätsignalen är samman- satt av fem delspänningar från var och en av härvgrupperna 1-5, se ﬂgur 7, AL- TERNATIV 1. l ﬁgur 6 ALTERNATIV 2 visas ett utföringsexempel i vilken mätning genom avtappning utförs endast på en härvgrupp, härvgrupp 3, fast spänning av samma fasläge som fasläget hos statorlindningens totala spänning Zfasspänning, se figur 7 ALTERNATIV 2. l det i fig. 6, ALTERNATIV 2 visade utförandet utgörs härv- grupp 3 av den mellersta av härvgrupperna 1 - 5 och mätningen sker via ett mätut- tag 46 med strömbegränsningsmotstånd 48 och transformator 50 på samma sätt som ﬂgur 6, ALTERNATIV 1.Figures 6 and 7 illustrate corresponding measurements as in Figures 4 and 5, performed by draining a measurement signal from the stator windings, cf. 3. gur 3. l ﬁ- 10 15 20 25 30 512 713 Figure 6, OPTION 1 thus illustrates draining from a stator winding with five coil groups via measuring socket 40, including non-linear current limiting motors stand 42, arranged for safety reasons, and transformer 46. In this way a total measurement signal, representing the stator voltage across all five coil groups. Also in this case, the phase position of the total stator voltage, Zphase voltage, which is the sum of the sub-voltages across the coil groups, correspond to the phase position of the measuring signal, whereby the measuring signal is also set off five sub-voltages from each of the coil groups 1-5, see Figure 7, AL- TERNATIVE 1. Figure 6 OPTION 2 shows an embodiment in which measurement by tapping is performed only on a coil group, coil group 3, fixed voltage of the same phase position as the phase position of the total voltage of the stator winding Zphase voltage, see figure OPTION 2. In the embodiment shown in Fig. 6, OPTION 2, the group 3 of the middle of the coil groups 1 - 5 and the measurement takes place via a socket 46 with current limiting resistor 48 and transformer 50 in the same way as ﬂ gur 6, OPTION 1.

I ﬂgur 8 illustreras spänningsmätning med hjälp av två spänningstransfor- matorer 52, 54, en spänningstransformator på vardera sidan om generatorbryta- ren GB. Dessa uppmätta spänningarna jämte generatorbrytarens GB TILLIFRÅN- signal används för reläskydd, reglerings- och fasningsändamål 56, 58 på analogt sätt som beskrivits ovan i anslutning till ﬁgurerna 2 och 3.Figure 8 illustrates voltage measurement using two voltage transformers. 52, 54, a voltage transformer on each side of the generator circuit pure GB. These measured voltages together with the generator switch's GB OFF signal is used for relay protection, control and phasing purposes 56, 58 on analog methods described above in connection with Figures 2 and 3.

Med transformatorn 52 uppmäts huvudspänningen UB och med transfor- matorn 54 huvudspänningen UA. Med spänningarna UB och UA kända är även den tredje huvudspänningen UC känd, såsom illustrerats vid 60 i ﬂgur 8.With the transformer 52 the main voltage UB is measured and with the transformer the feeder 54 main voltage UA. With the voltages UB and UA are also known the third main voltage UC known, as illustrated at 60 in Figure 8.

Med sluten brytare GB åstadkoms en traditionell s.k. V-koppling, dvs. de två uppmätta spänningarna UB och UA är knytna till varandra, medan man med brytaren GB öppen mäter separat på vardera sidan om brytaren GB. I detta sena- re fall har man således endast tillgång till huvudspänningar på ömse sidor om ge- neratorbrytaren GB. TILL- och FRÅN-signalen från generatorbrytaren GB används således för växling mellan mätmoder. il :in 1311211' “i fi! 20 25 30 512 713 8 Vid 62 visas statorlindningarna med separata mätlindningar 64, med vilka statorspänningarna avkänns och motsvarande mätsignaler uttas via transformato- rer 65 såsom beskrivits ovan. l figur 9 visas en modiﬂering av den iﬁg. 8 visade utföringsformen, vid vil- ken spänningsmätning sker med hjälp av tre spänningstransform_atorer 66, 68, 70, en spänningstransformator 66 på den ena sidan av generatorbrytaren GB och två spänningstransformatorer 68, 70 på den andra sidan generatorbrytaren GB. Även i detta fall gäller att TILL-FRÅN-signaler från generatorbrytaren GB används för växling mellan mätmoder. Med sluten brytare GB åstadkoms en trefaskoppling för spänningsmätning, jfr vid 72 i figuren, och med öppen generatorbrytare GB åstad- koms en V-kopplad mätgrupp. Vid denna utföringsform utnyttjas således signalen från generatorbrytaren för växling mellan en V-kopplad mätmetod och mätmetod baserad på tre huvudspänningar.With closed switch GB a traditional so-called V-coupling, ie. the two measured voltages UB and UA are linked to each other, while with the GB open switch measures separately on each side of the GB switch. In this late- In such cases, main voltages are only available on both sides of the the generator switch GB. The ON and OFF signal from the generator switch GB is used thus for switching between measuring modes. il: in 1311211 '“i fi! 20 25 30 512 713 8 At 62, the stator windings are shown with separate measuring windings 64, with which the stator voltages are sensed and corresponding measurement signals are taken out via transformer 65 as described above. Figure 9 shows a modification of it in ﬁ g. 8, at which voltage measurement is performed by means of three voltage transformers 66, 68, 70, a voltage transformer 66 on one side of the generator switch GB and two voltage transformers 68, 70 on the other side of the generator switch GB. Also in this case, ON-OFF signals from the generator switch GB are used for switching between measuring modes. With closed switch GB a three-phase connection is achieved for voltage measurement, cf. at 72 in the figure, and with open generator switch GB comes a V-coupled measuring group. In this embodiment, the signal is thus used from the generator switch for switching between a V-coupled measuring method and measuring method based on three main voltages.

För övrigt överensstämmer denna utföringsform med utföringsformen i ﬁg. 8. l ﬁg. 10 visas tidsförloppet för de två huvudspänningarna UA och UB en- ligt figurerna 8 och 9. tp illustrerar vinkeln mellan dessa spänningar UA, UB och en vinkelskillnad på tp = 120 elektriska grader innebär att fasspänningarna på ömse sidor om generatorbrytaren GB har likartade faslägen och fasning, dvs. slutning av generatorbrytaren GB, kan ske. q> bestäms lämpligen genom tidmätning, t.ex. genom pulsräkning med an- vändning av kristallstyrd Mz-klocka. Tidmätningen aktiveras t.ex. vid nollgenom- gång och positiv flank på spänningen UA och upphör vid nollgenomgång och posi- tiv flank på spänningen UB. Den uppmätta tiden, mätt i antal pulser enligt ovan, relateras till antalet pulser för hela periodtiden för UA, varpå omräkning till elektris- ka grader eller radianer sker. l figur 11 visas vinkelskillnaden (p som funktion av tiden vid öppen brytare, konstant frekvensskillnad mellan spänningarna UA och UB och med UA som mät- referens. Frekvensen för spänningen UA betecknas med fa och frekvensen för UB med fb. För fa större än fb ökar vinkeln cp inom svävningstiden T, medan för fa mindre än fb vinkeln (p minskar inom svävningstiden T, såsom visas i ﬁguren. För lO 15 20 25 30 512 713 kompensering av brytarens gångtid, td, bör brytartillslag ske vid en beräknad in- kopplingsvinkel, (pinkopp. för att ta hänsyn till ovan relaterade förhållanden. l ﬁgur 12 illustreras fasningsfunktionen, baserad på mätsignaler represen- terande huvudspänningarna UA och UB, fasförskjutna 120 elektriska grader. De uppmätta huvudspänningarna UA och UB tillförs sålunda ett ingångssteg 74, i vilket frekvenserna fa, fb och fasvinkeln lan UA och UB. l blocket 76 jämförs frekvenserna fa och fb och storheten xtd för kompen- sering av brytartillslagstiden td beräknas med hjälp av enkel trigonometrisk propor- ﬁonenng.Incidentally, this embodiment corresponds to the embodiment in ﬁ g. 8. l ﬁ g. 10 shows the time course of the two main voltages UA and UB Figures 8 and 9. tp illustrate the angle between these voltages UA, UB and a angular difference of tp = 120 electrical degrees means that the phase voltages on each other sides of the generator switch GB have similar phase positions and phasing, ie. end of generator switch GB, can be done. q> is suitably determined by time measurement, e.g. by pulse counting with reversal of crystal-controlled Mz clock. The time measurement is activated e.g. at zero positive edge on the voltage UA and ceases at zero crossing and position tive edge on the voltage UB. The measured time, measured in number of pulses as above, is related to the number of pulses for the entire period of time for UA, after which conversion to degrees or radians occur. Figure 11 shows the angular difference (p as a function of time at open switch, constant frequency difference between the voltages UA and UB and with UA as the reference. The frequency of the voltage UA is denoted by fa and the frequency of UB with fb. For fa greater than fb the angle cp increases within the hovering time T, while for fa less than the fb angle (p decreases within the floating time T, as shown in ﬁ guren. For lO 15 20 25 30 512 713 compensation of the switch's running time, for example, switch on should take place at a calculated coupling angle, (pin) to take into account the above related conditions. Figure 12 illustrates the phasing function, based on measurement signals main voltages UA and UB, phase-shifted 120 electric degrees. The measured main voltages UA and UB thus, an input stage 74 is applied, in which the frequencies fa, fb and the phase angle lan UA and UB. In block 76, the frequencies fa and fb and the magnitude xtd of the compensation are compared. The switch-on switch-on time, for example, is calculated using simple trigonometric proportions. ﬁ onenng.

Sålunda ges xw av x,,,=seo°xr,,rr=seoxidx l fa-fb I varvid T = frekvensberoende svävningstid = 1/( |fa-fb |). lnkopplingsvinkeln tpinkopp, bestäms sålunda och uppdateras kontinuerligt för anpassning mot variationer i frekvens och därmed också variationer i sväv- ningstiden T. ljämföraren 78 jämförs den i enheterna 80 fortlöpande uppdaterade (pmkopp, med den i ingångssteget 74 uppmätta vinkeln (p mellan spänningarna UA och UB.Thus xw is given by x ,,, = seo ° xr ,, rr = seoxidx l fa-fb I where T = frequency-dependent hovering time = 1 / (| fa-fb |). The connection angle tpinkopp, is thus determined and updated continuously for adaptation to variations in frequency and thus also variations in ningstiden T. the comparator 78 is compared with that which is continuously updated in the units 80 (pmcup, with the angle p measured in the input stage 74 between the voltages UA) and UB.

Till en OCH-grind 82 tillförs, förutom utsignalen från jämföraren 78, en sig- nal från en krets 84 för övervakning av derivatan av fa, fb och tp samt från en krets 86 för övervakning av i ingångssteget 74 uppmätta frekvens- och spänningsnivå- er. Med signalerna inom tillåtna gränser uppfylls villkoren för brytarslag cp = (Dankoppi- Med föreliggande uppﬁnning möjliggörs en reducering av antalet spän- ningstransformatorer, nödvändiga för skydd, styrning (= infasning) och reglering av en synkronmaskin.To an AND gate 82, in addition to the output of the comparator 78, a signal is applied. nal from a circuit 84 for monitoring the derivatives of fa, fb and tp and from a circuit 86 for monitoring the frequency and voltage levels measured in the input stage 74 your. With the signals within permissible limits, the conditions for switching stroke cp = are met (Dankoppi- The present invention makes it possible to reduce the number of voltages transformers, necessary for protection, control (= phasing) and regulation of a synchronous machine.

Talrika modiﬁkationer och variationer av de ovan beskrivna utföringsexem- plen är självfallet möjliga inom uppﬁnningens ram. Sålunda kan tex. mätning ske på en godtycklig härvgrupp, tex. den första härvgruppen, och nödvändig fasvrid- 512 713 10 ning av mätsignalen åstadkommas t.ex. med hjälp av reaktorer eller elektronik- ﬁlter.Numerous modifications and variations of the embodiments described above lawn are of course possible within the scope of the invention. Thus, e.g. measurement take place on an arbitrary tangle group, e.g. the first coil group, and the necessary phase shift 512 713 10 the measurement signal is achieved e.g. by means of reactors or electronics ter lter.

Claims

10 15 20 25 30 512 713 ll PATENT REQUIREMENTS

Rotary synchronous machine intended to be directly connected to a distribution or transmission network, characterized in that at least one stator winding of the machine comprises at least one electrical conductor (35), a conductor enclosing first layer (13) with semiconducting properties, a solid layer enclosing the first layer insulating layer (37) and a second layer (15) enclosing the insulating layer with semiconducting properties and that measuring devices are arranged to sense the voltage in the stator winding.

Machine according to claim 1, characterized in that the potential of the first layer is substantially equal to the potential of the conductor.

Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the second layer is arranged to form substantially an equipotential surface, surrounding the conductor.

Machine according to claim 3, characterized in that the second layer is connected to a predetermined potential.

Machine according to claim 4, characterized in that said predetermined potential is ground potential.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that at least two adjacent layers of the winding of the machine have substantially equal coefficients of thermal expansion.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor comprises a number of strands, at least some of which are in electrical contact with one another. , i -l Ei ii ziällll; Ta 10 15 20 25 30 512 713 12

Machine according to any one of the preceding claims, characterized in that each of said three layers is fixedly connected to adjacent layers along substantially the entire abutment surface.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the layers are arranged to adhere to one another even when the insulated conductor or cable is bent.

Rotary synchronous machine, intended to be directly connected to a distribution or transmission network, characterized in that at least one stator winding of the machine is formed by a cable comprising one or more current conducting conductors, each conductor having a number of strands, an inner semiconductor layer arranged around each conductor, an insulating layer of solid insulating material arranged around said inner semiconducting layer, and an outer semiconducting layer, arranged around the insulating layer, and that measuring devices are arranged to sense the voltage in the stator winding.

Machine according to claim 10, characterized in that said cable comprises a metal shield or sheath.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring devices comprise one measuring winding per phase, arranged in the stator winding of the machine.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring devices are connected to signal sections for protection, measuring and control equipment for the machine.

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring devices comprise at least one drain of a stator winding for determining the machine voltage from a drained measuring signal.

Machine according to claim 14, characterized in that a drain is provided for each phase. 10 15 20 25 30 512 713 13

Machine according to claim 14 or 15, characterized in that the taps are connected to signal sections for protection, measuring and control equipment for the machine, wherein transformer connections or air gap reactors are arranged to galvanically separate the taps from said equipment.

Machine according to one of Claims 14 to 16, characterized in that in order to turn the phase of the measuring signal to correspond to the phase position of the total voltage of the stator winding, a reactor is connected to each tap.

Machine according to one of Claims 14 to 16, characterized in that electronic filters are arranged to rotate the phase of the measuring signal in accordance with the phase position of the total voltage of the stator winding.

Machine according to one of Claims 14 to 18, characterized in that the taps comprise non-linear current limiting resistors.

Machine according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring devices comprise a measuring winding arranged to measure the voltage across all coil groups of the stator winding, the measuring winding being connected to a transformer for voltage adaptation of the measuring signal.

Machine according to one of Claims 1 to 19, characterized in that the measuring devices comprise a measuring winding, arranged to measure the voltage across one of the coil groups of the stator winding, the voltage of which has the same phase position as the total voltage of the stator winding.

Machine according to one of Claims 14 to 19, characterized in that the tapping is arranged to drain the voltage across all the coil groups of the stator winding,

Machine according to one of Claims 14 to 19, characterized in that the tapping is arranged to drain the voltage across one of the coil groups of the stator winding, the voltage of which has the same phase position as the total voltage of the winding. 10 15 20 25 30 512 713 14

Machine according to one of the preceding claims, characterized in that low-voltage current transformers and designed for cable entry are mounted on the up and down sides of the stator windings for current measurement.

Machine according to one of the preceding claims, wherein it is connected to the mains via a switch, characterized in that a switching module controlled by signals from the switch is arranged to switch between a position for measuring the measuring voltage on the stator windings and a position for measuring the mains voltage for forwarding the voltages in question to subsequent equipment.

Machine according to claim 25, characterized in that the measuring devices comprise a measuring transformer, connected between different main voltages on each side of the switch.

Machine according to one of Claims 25 or 26, characterized in that the switching module is arranged to switch the measuring mode of the protection and control equipment connected to the measuring transformers between a V-connected measuring mode and a main voltage-based measuring mode, depending on the ON / OFF signal of the switch.

Machine according to one of Claims 25 to 27, characterized in that the measuring devices comprise three measuring transformers, connected between different main voltages for measuring them, two measuring transformers being arranged on one side of the switch and the third measuring transformer on the other side of the switch.

Machine according to Claim 28, characterized in that a switching module is arranged to switch the measuring mode of the protection and control equipment connected to the measuring transformers between a V-coupled measuring mode and a measuring mode based on a switch-on ON / OFF signal. at three main voltages. 10 15 20 25 30 512 713 15

Machine according to one of Claims 26 to 29, characterized in that means are arranged for determining the angular position between two main voltages for determining the switching angle for switch-on.

A machine according to claim 30, characterized in that said means comprises time measuring means for determining the time between a predetermined point of the two main voltages.

A machine according to any one of claims 26 to 31, characterized in that a unit is arranged to determine from two measured main voltages a connection angle (stroke time, which unit is arranged to adaptively adjust the connection angle cpm cup, by trigonometric proportioning.

A method of measuring the voltage in the stator winding of a rotating synchronous machine intended to be directly connected to a distribution or transmission network, the at least one stator winding of the machine comprising at least one electrical conductor (35), a conductor enclosing the first layer (13) with semiconducting properties, a solid insulating layer (37) enclosing the first layer and a second layer (15) enclosing the insulating layer with semiconducting properties and measuring devices being arranged to sense the voltage in the stator winding, characterized in that the phase of a measuring signal is rotated to conform to the phase position of the total voltage of the stator winding.

Method according to Claim 33, characterized in that the voltage is measured across all the winding groups of the stator winding.

Method according to Claim 34, characterized in that the voltage is measured across one of the coil groups of the stator winding, the voltage of which has the same phase position as the total voltage of the winding.