УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам контроля заземления и может быть применено для контроля заземления вала турбогенераторного агрегата (ТА).
Уровень техники.
Для снятия наведенных напряжений с вала ТА его заземляют с помощью устанавливаемых на валу графитовых или металлографитовых контактных щеток, соединенных с контуром заземления, Для надежности контакта с валом щетки часто дублируют, тем не менее, в процессе эксплуатации часто теряется контакт обеих щеток с валом, что может привести к повреждению элементов его конструкции и сокращению зоны действия средств контроля (защиты) цепи возбуждения от замыкания на землю. В последнее время для заземления вала ТА помимо контактных щеток, установленных на валу со стороны турбины (заземляющие щетки) и поэтому работающих в условиях сильного загрязнения и повышенных температур, используется контактная щетка, установленная со стороны возбудителя генератора (так называемая приборная или релейная щетка), работающая в лучших условиях. Заземляющая щетка соединяется с контуром заземления непосредственно, а релейная - через заземляющее устройство, препятствующее замыканию через вал и щетки наведенных токов промышленной частоты [1]. Во всех случаях при эксплуатации ТА необходимо контролировать целостность цепи заземления вала.
Известны устройства [2] и [3] для контроля заземления вала ТА, содержащие источник переменного напряжения и реагирующий орган, выполненный в виде порогового элемента, чувствительного к уровню протекающего через него переменного тока.
В устройстве [2] применен источник напряжения промышленной частоты (50 Гц) в устройстве [3] - повышенной частоты (20 кГц). В обоих устройствах [2] и [3] источник напряжения и пороговый элемент включены последовательно между двумя выводами, которые предназначены для введения в разрыв цепи, соединяющей две дублирующие щетки, связанные с контуром заземления. Работа обоих известных устройств основана на пропускании тока от источника напряжения через последовательную цепь, содержащую контакты двух щеток с валом, и контроле снижения этого тока ниже заданного порога. Поэтому в известных устройствах пороговый элемент срабатывает и выдает сигнал о нарушении заземления вала при потере контакта с валом в любой из щеток, хотя вал может быть надежно заземлен через другую. Кроме того, при сильном загрязнении траверс, на которых укреплены щетки, ток от источника напряжения может протекать напрямую между щетками, минуя вал. В этом случае контакты щетка-вал оказываются выведенными из под контроля.
Недостаток известных устройств - низкая достоверность и информативность контроля заземления вала ТА.
Задача полезной модели - повысить достоверность и информативность контроля заземления вала ТА.
Достигаемый технический результат состоит в получении достоверного сигнала о нарушении заземления вала ТА и в возможности продолжать контроль заземления после нарушения контакта с валом одной из заземляющих щеток.
Раскрытие полезной модели.
Предметом полезной модели является устройство для контроля цепи заземления вала турбогенераторного агрегата, содержащее источник высокочастотного тока и заградительный фильтр, настроенный на частоту указанного источника, которые включены параллельно входу реагирующего органа, выполненного в виде порогового элемента переменного напряжения, и предназначены для введения в контролируемую цепь.
В частном случае осуществления полезной модели заградительный фильтр может быть выполнен в виде параллельного LC-контура.
Осуществление полезной модели
Фиг.1 иллюстрирует пример осуществления полезной модели в случае, когда для контроля заземления вала ТА используются заземляющая и приборная контактные щетки.
В состав устройства по полезной модели входят показанные на фиг.1 источник 1 высокочастотного тока и заградительный фильтр 2, настроенный на частоту источника 1. Источник 1 и фильтр 2 включены параллельно входу реагирующего органа 3, выполненного в виде порогового элемента переменного напряжения, и предназначены для введения в контролируемую цепь заземления через выводы 4, 5. Фильтр 2 имеет низкое затухание на нулевой и промышленной частотах и высокое затухание на частоте источника 1 (например, 20 кГц). Выход 6 реагирующего органа 3 предназначен для подключения к индикатору нарушения цепи заземления.
На фиг.1 также показаны входящие в состав турбогенератора: турбина 7, бочка (тело) 8 ротора, возбудитель 9, вал 10, обмотка 11 возбуждения, расположенная на бочке 8 ротора, контактная щетка 12, расположенная на валу 10 со стороны турбины 7, и контактная щетка 13, расположенная на валу 10 со стороны возбудителя 9.
Щетка 12 непосредственно, а щетка 13 с помощью устройства 14 заземления вала соединена через фильтр 2, имеющий низкое затухание на нулевой и промышленной частотах, с заземляющим контуром 15.
Устройство на фиг.1 работает следующим образом.
Введение устройства (через контакты 4, 5) не нарушает заземления вала благодаря малому затуханию фильтра 2 на низких частотах (на постоянном токе и промышленной частоте), сохраняющему низкое сопротивление цепи заземления для статических зарядов и токов, наводимых на валу ТА.
Большое затухание фильтра 2 на частоте источника 1 и высокое входное сопротивление реагирующего органа 3 позволяют считать, что высокочастотный ток источника 1 замыкается по цепи: вывод 4, щетки 12 и 13, вал 10, распределенная емкость 16 между бочкой 8 ротора и обмоткой 11 возбуждения, распределенная емкость 17 внешней цепи возбуждения по отношению к земле, контур заземления 15, вывод 5.
Основной нагрузкой источника 1 в этой цепи являются сопротивления емкостей 16 и 17 и сопротивления контактов между валом 10 и щетками 12, 13.
Частота источника 1 выбирается такой, чтобы величины сопротивлений емкостей 16 и 17 были много меньше сопротивлений контактов между валом 10 и щетками 12, 13 и не оказывали влияния на контроль. Тогда можно пренебречь падением напряжения на
сопротивлениях емкостей 16, 17 и считать, что напряжение на входе реагирующего органа 3 (и на источнике 1) приблизительно равно напряжению на параллельно включенных контактах между щетками 12, 13 и валом 10. При нарушении контактов щеток 12 и 13 с валом 10 сопротивление цепи, по которой замыкается ток источника 1, увеличивается. При этом возрастает напряжение на входе реагирующего органа 3. Когда это напряжение достигает заданного уровня, на выходе 6 появляется сигнал «Нарушение заземления вала ТА». Если контакт одной из щеток с валом 10 нарушен, а другая щетка продолжает обеспечивать заземление вала, сигнализация не срабатывает. Таким образом, сигнал на выходе 6 достоверно информирует персонал о нарушении заземления вала ТА.
Если для заземления вала ТА используется только одна из щеток 12 или 13, то соответствующие связи с выводом 4 (щетка 12 - вывод 4 или устройство 14 - вывод 4) исключаются без влияния на качество контроля заземления вала через оставшуюся щетку. Работа устройства в этом случае осуществляется аналогично. Таким образом, предлагаемое устройство контроля универсально по отношению к применяемым в настоящее время схемам заземления вала.
Источники информации.
1. Патент РФ на полезную модель №52299, МПК G01R 27/20, 2005 г.
2. Эксплуатационный циркуляр № Ц-05-88/Э «О предотвращении электроэрозии турбоагрегатов». Министерство энергетики и электрификации СССР, 1988 г.
3. Новое устройство для заземления вала турбины и контроля изоляции подшипников генератора. «Энергетик», №5, Москва, 2003, с.26.