Устройство защиты синхронной электрической машины от витковых и двойных на землю замыканий обмотки ротора

(51) 02 К 7/00 (2006.01) 02 11/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ электрических машин от витковых и двойных на землю замыканий обмотки ротора. Достигаемый технический результат- повышение надежности устройства защиты синхронной электрической машины и снижение затрат на установку и эксплуатацию. Технический результат достигается тем, что датчик магнитного поля устанавливают на наружной поверхности корпуса синхронной электрической машины, а его выход через блоки сравнения и формирования отключающего сигнала подключают к отключающей цепи выключателя нагрузки, при этом датчик магнитного поля выполняют в виде магнитного шунта с П-образным сердечником и обмоткой, блок сравнения - в виде двух однополупериодных выпрямителей и реле для сравнения абсолютной величины двух электрических величин, а блок формирования отключающего сигнала в виде порогового элемента.(72) Новожилов Александр Николаевич Клецель Марк Яковлевич Полищук Владимир Иосифович Новожилов Тимофей Александрович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ОТ ВИТКОВЫХ И ДВОЙНЫХ НА ЗЕМЛЮ ЗАМЫКАНИЙ ОБМОТКИ РОТОРА(57) Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты синхронных 22450 Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для защиты синхронных электрических машин от витковых и двойных на землю замыканий обмотки ротора. Наиболее близкими к предлагаемому является устройство защиты синхронной электрической машины от витковых и двойных на землю замыканий обмотки ротора содержащее датчик магнитного поля, блоки сравнения и формирования отключающего сигнала, а также выключатель нагрузки (А.с. СССР 951571 кл. Н 02 К 11/00,опубликованное в БИ 30, 15.08.1982 г). Однако это устройство требует установки датчика магнитного поля в воздушном зазоре синхронной машины, что крайне затруднительно применить например к мощным турбогенераторам с водородным охлаждением, так как требуется разборка турбогенератора и согласование с заводом изготовителем внесения изменения в конструкторскую документацию. Кроме того,расположение датчиков магнитного поля вблизи поверхности ротора увеличивает возможность повреждения его в процессе установки, а также при эксплуатации и ремонте генератора. Технический результат - повышение надежности устройства защиты синхронной электрической машины и снижение затрат на установку и эксплуатацию. Технический результат достигается тем, что датчик магнитного поля устанавливают на наружной поверхности корпуса синхронной электрической машины, а его выход через блоки сравнения и формирования отключающего сигнала подключают к отключающей цепи выключателя нагрузки, при этом датчик магнитного поля выполняют в виде магнитного шунта с П-образным сердечником и обмоткой, блок сравнения - в виде двух однополупериодных выпрямителей и реле для сравнения абсолютной величины двух электрических величин, а блок формирования отключающего сигнала в виде порогового элемента. Работа устройства основана на том, что датчик магнитного поля измеряет положительную и отрицательную составляющие потоков лобового рассеяния обмоток ротора и статора в ферромагнитном корпусе или торцевом щите синхронной электрической машины. В нормальных эксплуатационных режимах они равны по величине. При витковом и двойном на землю замыкании обмотки ротора положительная и отрицательная составляющие потоков лобового рассеяния обмоток ротора и статора в ферромагнитном корпусе или торцевом щите синхронной электрической машины неравны по величине. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое техническое решение отличается от известного не только конструкционным решением датчика магнитного поля и его размещением, но и конструктивным решением блока сравнения и блока формирования отключающего сигнала. Сравнение заявляемого устройства с известными техническими решениями показывает, что такие 2 датчики магнитного поля известны. Однако использование таких датчиков и магнитного поля в указанной связи с остальными элементами заявляемого устройства проявляет в нем новые свойства, что приводит к повышению надежности устройства защиты, синхронной электрической машины с водородным охлаждением, а также и снижению затрат на установку. На фиг. 1 и фиг. 2 приведены блок - схема устройства защиты и конструкция датчика магнитного поля, а на фиг. 3 принципиальная схема блоков сравнения и формирования отключающего сигнала. Датчик 1 магнитного поля содержит П образный сердечник 2 из трансформаторной стали и обмотку 3 из изолированного провода. Датчик 1 магнитного поля размещают на внешней поверхности корпуса, например на торцевом щите синхронной электрической машины 4. Выход датчика магнитного поля через блок сравнения 5 и формирования отключающего сигнала 6 подключается к отключающей цепи выключателя 7 нагрузки. По стенкам 8 корпуса синхронной электрической машины 4 проходит магнитный поток 9, который индукцируется токами в обмотках статора и ротора. В месте установки датчика 1 магнитный поток этот поток разветвляется. Его часть 10 проходит по стенке корпуса 8, а часть 11 -через сердечник 2 датчика 1 магнитного поля. Именно этот магнитный поток индуцирует в датчике магнитного поля электродвижущую силу пропорциональную магнитодвижущей силе наводимой обмотками статора и ротора. Электродвижущая сила подается на вход блока 5 сравнения, где через однополупериодные выпрямители конденсатор 12 заряжается положительной полуволной,а конденсатор 13 - отрицательной полуволной. При этом разность напряжений на конденсаторах 12 и 13 подается на обмотку 14 реле блока 6 формирования отключающего сигнала, контакты 15 реле которого формируют отключающий сигнал для цепи отключения выключателя нагрузки. В любом эксплуатационном режиме работы синхронной электрической машины с неповрежденным ротором магнитодвижущие силы полюсов ротора равны по величине. Следовательно,равны по величине положительная и отрицательная полуволны магнитных потоков в корпусе машины и сердечнике датчика 1 магнитного поля от этих магнитодвижущих сил. В результате напряжения на кондесаторах 12 и 13 после выпрямления будут одинаковы, а напряжение на обмотке 14 реле,равное разности напряжений на конденсаторах 12 и 13 равно нулю. Сигнал на выходе блока 6 формирования отключающего сигнала отсутствует и синхронная электрическая машина 4 находится в работе. При витковом или двойном на землю замыканиях обмотке ротора магнитодвижущие силы полюсов ротора будут не равны по величине, так как по замкнувшимся виткам обмотки одного из них ток возбуждения не протекает. Следовательно,положительная и отрицательная полуволны 22450 магнитных потоков в корпусе машины и сердечнике датчика 1 магнитного поля от этих магнитодвижущих сил не равны по величине. В результате напряжения на кондесаторах 12 и 13 после выпрямления будут различны, а обмотке 14 реле появится напряжение равное разности напряжений на конденсаторах 12 и 13. Реле сработает, а его контакты 15 замкнутся. В результате на выходе блока 6 формирования отключающего сигнала и в цепи отключения выключателя нагрузки 7 появится сигнал. Выключатель нагрузки 7 сработает и отключит синхронную электрическую машину 4 от сети. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в повышение надежности устройства защиты синхронной электрической машины и снижение затрат на установку и эксплуатацию, а также в снижении затрат от своевременного отключения синхронной электрической машины при витковом или двойном на землю замыкании обмотки ротора. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство защиты синхронной электрической машины от витковых и двойных на землю замыканий обмотки ротора содержащее датчик магнитного поля, блоки сравнения и формирования отключающего сигнала, а также выключатель нагрузки отличающееся тем, что датчик магнитного поля устанавливают на наружной поверхности корпуса синхронной электрической машины, а его выход через блоки сравнения и формирования отключающего сигнала подключают к отключающей цепи выключателя нагрузки, при этом датчик магнитного поля выполняют в виде магнитного шунта с П-образным сердечником и обмоткой, блок сравнения - в виде двух однополупериодных выпрямителей и реле для сравнения абсолютной величины двух электрических величин, а блок формирования отключающего сигнала в виде порогового элемента.