Способ защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин

 

Использование: защита электрических машин от витковых замыканий и определение ухудшения изоляции с повышенной чувствительностью . Сущность изобретения: при измерении суммы магнитных потоков, созданных токами, протекающими в лобовых частях обмотки статора, фиксируют чис-л ло, порядковые номера и скольжение включенных машин Л в зависимости от этих чисел изменяют эталонную величину (уставку ) для каждой машины и мощность источника наложенных токов. 2 ил. чэ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4873410/07 (22) 11.10.90 (46) 07.07.92. Бюл. ¹ 25 (71) Павлодарский индустриальный институт (72) M.ß.Êëåöåëü (53) 621,316.925(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 458782, кл. G 01 R 31/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1045825, кл, Н 02 Н 7/08, 1983, Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты электрических машин от межвитковых замыканий в обмотке статора и определения ухудшения изоляции.

Известен способ защиты электрических .машин от витковых замыканий в обмотках, при котором в контролируемые обмотки подают оперативное напряжение повышенной частоты и напряжение рабочей частоты, измеряют токи оперативного сигнала и отключают электрическую машину в случае превышения им допустимых значений.

Недостатком способа является невозможность его использования одновременно для группы машин, находящихся в работе, ) поскольку не обеспечивается селективность выделения дефектной машины, а также трудность обеспечения развязки между источниками оперативного сигнала и рабочего напряжения.

Известен также способ защиты электрических машин от витковых замыканий, при котором в каждой машине измеряют сумму магнитных потоков, созданных наложенны„„5Q„„1746458 А1 (я)ю Н 02 H 7/08, G01 R 31/06 (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ОТ ВИТКОВЫХ 3АМЫКАНИЙ В ОБМОТКАХ ТРЕХФАЗНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН (57) Использование: защита электрических машин от витковых замыканий и определение ухудшения изоляции с повышенной чувствительностью, Сущность изобретения: при измерении суммы магнитных потоков, созданных токами. протекающими в лобовых частях обмотки статора, фиксируют число, порядковые номера и скольжение включенных машин и в зависимости от этих чисел изменяют эталонную величину (уставку) для каждой машины и мощность источника наложенных токов. 2 ил. ми токами, протекающими в лобовых частях обмотки статора, и отключают эту машину, если указанная сумма больше эталонной величины. При этом способе эталонная величина (уставка), . характеризующая чувствительность защиты, определяется суммой потоков Ф, создаваемых наложенными токами, протекающими в лобовых ча-. стях обмотки статора в безаварийных режимах. При одной и той же мощности наложенного сигнала Физменяется по вели ЧИне в зависимости от числа работающих машин и от того, какие из них работаю1..

Недостатком способа является низкая чувствительность, так как для правильной работы защиты по этому способу необходимо отстраиваться от наибольшего значения

Фйакс, которое при пуске может быть значительным.

Наиболее близким к предлагаемому является способ защиты от межвитковых замыканий в обмотках электрических машин, основанный на положении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных

1746458

20

55 машин, изменении уставок защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого .числа, сравнении с уставкой симметрии токов повышенной частотй каждой из защищаемых машин и формировании сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной . частоты поврежденной машины.

Недостатком известного способа является недостаточная чувствительность защиты, обусловленная необходимостью отстраиваться от режимов пуска и самозапуска электродвигателей, когда сопротивление обмоток электрических машин уменьшается ввиду увеличения скольжения. Величина наложенного тока и создаваемого им суммарного магнитного потока Ф при этом становится значительной, и чтобы защита не работала ложно, приходится выбирать в качестве порога срабатывания Ф =

=К т Фь ак, где К т = 1,3 1.5

Цель изобретения — повышение чувствительности, Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин, основанному на наложении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных машин, изменении уставок защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого . числа, сравнении с уставкой симметрии токов повышенной частоты каждой из защищаемых машин и формировании сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной частоты повреженной машины, дополнительно измеряют частоту вращения ротора для каждой электрической машины, сравнивают скольжение с рядом допустимых величин и в случае превышения соответствующего допустимого уровня формируют сигнал для изменения уставки защиты и мощности упомянутого источника.

Повышение чувствительности основывается на том, что при изменении скольжения электрической машины изменяются уставки защиты, На фиг. 1 представлена функциональная схема. устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — схема блока задания уста во к.

Устройства содержит генератор 1 напряжения переменного тока, фильтр 2, предназначенный для заграждения генератора 1 от рабочей частоты электрической машины, преобразователь 3 напряжения, например трансформатор напряжения, вторичные обмотки KQTopolo соединены в открытый треугольник, блок 4 задания уставок для каждой машины 5 с выключателем 6 (схема показана в однолинейном исполнении для одной машины, остальные машины подключены так же), датчик 7, измеряющий сумму магнитных потоков, созданных токами в лобовых частях всех фаз обмоток статора, внутри машины (например, датчик) измерительный орган 8, определяющий величину скольжения S (например, тахогенератор), орган 9 сравнения с фильтром, исполнительный орган 10, блок 4 имеет входы 11 — 14 и выходы 15 — 18.

Выходы генератора 1 подключены к входам фильтра 2, выходы которого подключены к преобразователю 4, а последний — к трем фазам электрической сети.

Входы датчика 7 электромагнитно связаны с токами, протекающими в каждой фазе электрической машины 5, а выход датчика 7 подключен к фильтру, настроенному на частоту генератора, выход фильтра -" к одному иэ входов органа 9 сравнения, Выход измерительного органа 8 подключен к входу 11 блока 4, а входы 12 — 14 блока 4 подключены к выходам (например, через вспомогательные контакты) включателей 6 машин 1, 1, и (где i принимает значения

2, 3,,..., (и — 1); выходы 15 — 17 — к входу органа

9 сравнения для соответствующей машины, выход 18 — к входу генератора I, Блок 4 задания уставок может быть выполнен на основе ЭВМ, с помощью дешифратора, в виде диодной сетки.

Блок 4 на диодной сетке для 3 машин (фиг. 2) содержит промежуточные реле 1926, контакты 27-29 реле положения "Отключено" (разомкнуты при включенном положении выключателей первой, второй и . третьей машин), контакты 30-32 реле положения "Включено" этих выключателей, контакты 33 — реле положения "Включено" первой машины; контакты 34 — 37— реле 19, 20, 22, 23; источник 38 напряжения; контакты 54 — 56 измерительных органов 8 первой, второй и третьей машин (замкнуты, когда $ < $кр); резисторы 39-53. Резисторы

39 — 42 и 51 — 53 имеют разное сопротивление. Реле 19 выдает сигнал о том, что все машины включены, реле 20 — что отключена третья машина, реле 21 — первая, реле 22— вторая, реле 23 — первая и вторая, реле 24— вторая и третья, реле 25 — первая и третья, реле 26 — все машины, Устройство работает следующим образом, Если в работе находятся все три машины, то генератор 1 вырабатывает налагае1746458

35

45

55 мый ток заданной частоты, например

100 Гц, мощностью Р1, При этом на выходе датчиков 7 машин имеются соответственно

ЭДС E> = К Ф1, Е2 = К Фг. Ез - К Ô, где

Ф1-Ф вЂ” суммарные магнитные потоки, созданные наложенным током в соответствующих машинах, а на выходах соответствующих органов 9 сравнения— эталонные величины напряжения U>-0з, выданные блоком 4 задания уставок. 01-0з являются расчетными(0 = KpTg Е1; 02 = KoTcx х Е2) или замеря ются опытным путем (например, для АД вЂ” 41-4, когда в качестве датчика используется известный датчик, Е1 = 0,1 Ц, u> = 0,15 В), При отсутствии пуска и самозапуска, короткого замыкания исправной изоляции в обмотках машин 01 > E1, 02 > E2, 0з > Ез и органы 9 сравнения сигналов не выдают.

Величины Ф1-% обусловлены в этих режимах собственной несимметрией машины и тем больше, чем больше мощность генератора 1.

При ухудшении изоляции или коротком замыкании, например, в обмотке статора первой машины уменьшается ее сопротивление, ток вней увеличивается,,что вызывает значительную несимметрию и увеличение потока Ф1 без изменения эталона 01. Поэтому Е1> 0> и исполнительный орган 9 отключает выключатель 6 первой машины. На входе блока 4 появляется сигнал об ее отключении (например, от вспомогательных контактов выключателя). Блок 4 задания уставок выдает соответствующие сигналы на входы органов 9 сравнения и генератора 1 в виде новых значений напряжений U 2, 0 з и мощности Р2, при этом и 2>

>E z 0 з > Е з, где Е z и Е з — новые значе1 1 1 1 1 ния ЭДС на входе датчиков 7 второй и третьей машин, оставшихся в работе.

При пуске и самозапуске, например, первой машины сопротивление ее обмотки уменьшается, ток в ней увеличивается, увеличивая величину магнитного потока Ф1.

Измерительный орган 8 при скольжении S>, превышающем заданную величину, например S<>, подает на вход блока 4 сигнал ($кр рассчитывается по известной формуле) и для двигателя АД 41 — 4 SKP = 0,1, а

$ = 0,12), в соответствии с которым блок 4 перестраивает уставки и выдает на входы органов 9 сравнения и генератооа 1 новые значения напряжений 0 1, u(2, u(з и (4 мо(цности P8i при этом 1Р1 > Е1; О()2> Е2;

U з > Ез. Далее устройство работает аналогично.

Переключение уставок в блоке 4 осуществляется в соответствии со следующими алгоритмами. Если имеются сигналы А1-Аз о том, что включены выключатели первой, второй и третьей машин, генератор 1 вырабатывает мощность Р1, а на входы соответствующих органов сравнения подаются эталонные напряжения 0>-0з.

Если имеются сигналы Az и Аз о том, что включены выключатели второй и третьей машин, и сигнал А1 о том, что первая машина отключена, то генератор 1 выдает мощность

Pz. а на входы органов сравнения соответственно для второй и третьей машин подаются напряжения 0®2 и 0 3.

При наличии сигналов А1-А4 о том, что включены выключатели 1-3-й машин и происходит пуск (самозапуск) первой машины, причем скольжение превышает заданную величину,.генератор 1 вырабатывает мощность Р8. а на входы органов 9 сравнения подаются соответственно значения напряжения 0(4 1 > 0Ж2 и 0(4)з

Аналогичным образом формулируются остальные словесные алгоритмы управления, которые могут быть записаны в виде функций алгебры логики.

Тогда под А1 — A8 (при включенных выключателях) порнимаются логические переменные, принимающие при наличии сигнала "1", а при отсутствии -"0".

А1 А2 Аз характеризуют отклоненное положение выключателей первой, второй и третьей машин. а А4 А5 А8 — то, что скольжение этих машин меньше заданной величины. а А4 Аь А8 — больше заданной величины.

Таким образом, фиксируют число и порядковые номера включенных машин, а также их скольжение.

В таблице показаны значения мощностей, вырабатываемых генератором 1, и напряжения. выдаваемые на входы органов 9 сравнения для трех машин. Нижние индексы у напряжений U указывают номера машин, для которых устанавливается данная величина, Изменение уставок по напряжению на входе органа 9 сравнения, например первой машины, осуществляется следующим образом„

Когда включены все три машины, реле

20 — 28 не обтекаются током, так как они зашунтированы замкнутыми контактами 30—

32, резисторы 40 — 42 закорочены, контакты измерительных органов 8 замкнуты и на орган 9 сравнения первой машины подается напряжение 01 через резистор 39 (контакты

34 разомкнуты, так как сработало реле 19).

При отключении второй машины контакт 31 размыкается и реле 22 срабатывает, размыкая контакт 36 и изменяя напряжение

01 wa 0 1 (см. таблицу).

1746458

В

«)n

Напряжение, пода еае" мое на органы 9 сра знания

Режим ра6оты ЭД

Наличие сигналов

Нот<ность генератора 1

При отсутствии пуска (самозапуска) . А4АаАа

А4АтАа

А4АтАа

А4АтАа

А4АтАа

А4АаАа

X4Ag А<;

А4АтАс

1 Включен 1,2,3"й

2 Отключен 1-й ЭД

А<А Ат

А< А2А з

А<А Ат

А<И Ат

"< "2А а

А<А4АЗ . А<А2А4 А<А2 <

Р, Р

Ра

Р4 т

Р

P>, U< U2 Ugg

2 < о) <л () „(() (4) (Z)

U(<)

"<

«) ч <1)

3 Отключен 2-й Эд

4 Отключен 3-й ЭД

9 Отключен 1-й и 2-й

6 Отключен 1-й и 3-й

1 Отключен 2-й и 3-й

В Отключен 1,2 и 3-й эд

ЭД эд эд пуске (самозапуске)

А<А2Аа А4Атяа

А<А<АЗ А4АаАа

А<А2Аа (4АтА4

A

А< А2А4 А4АуА4

А<А2А4 А4АтА4

А<А2А4 А4А<А<, При

9 Пуск 1 "го. ЭД

10 Пуск 2-ro ЭД

11 Пуск 3"ro ЭД

12 Пуск1 и 2 roЭД

13 Пуск 1 и 3-ro Эд

14 Пуск 2 и 3-ro 3ll

15 Пуск 1,2 и 3-го ЭД (41 (4) (41 ((< Uz "з

„Е< ((<@ „(41

4 З

u(4) ((<4) и (4, 4

u", ие(< v "

u " (<(4) ц(а)

< 2

u(4 u " "v 1 (<4! (кф (<4)

2 2

Э

Р, Ры, Рн

Р<2

Р, !

При пуске (самозапуске) первой машины, когда ее 3 > Якр, а вторая и третья машины тоже находятся в работе, контакты 30, 31, 32, 56 и 55 замкнуты, а 54 разомкнуты, резисторы 41, 42, 52 и 53 закорочены и на орган 9 сравнения первой машины подается напряжение 0 1 через резисторы 51, 40, 39.

Аналогично изменяются уставки по напряжению и мощности для других машин, Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает высокую чувствительность и селективность защиты.

Формула изобретения

Способ защиты от витковых замыканий в обмотках трехфазных электрических машин, основанный wa наложении напряжения повышенной частоты на все фазы электрической сети, фиксации числа включенных машин, изменении уставок симметрии токов их защит и мощности источника напряжения повышенной частоты в зависимости от этого числа, сравнении с уставкой

5 симметрии токов повышенной частоты каждой из защищаемых машин и формирова- . нии сигнала защиты в случае превышения уставки при нарушении симметрии токов повышенной частоты поврежденной маши10 ны, от л и ча ю щи и с я тем, что, с целью повышения чувствительности, дополнительно измеряют частоту вращения ротора для каждой электрической машины, сравнивают скольжение с рядом допустимых вели15 чин, и в случае превышения соответствующего допустимого уровня формируют сигнал для изменения уставок защиты и мощности упомянутого источника.

1746458

1746458

Составитель Т. Щеголькова

Редактор 8. Петраш Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Заказ 2400 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101