УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ИСКРООБРАЗОВАНИЯ В УЗЛЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО ТОКОСЪЕМА

Настоящее устройство относится к схемам защиты электрических генераторов, а именно к устройствам для уменьшения искрообразования в узлах скользящего токосъема.
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.).
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.
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).
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.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение надежности работы устройства и снижение стоимости и габаритов устройства.
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.
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.
На фиг.1 представлена электрическая схема устройства для уменьшения искрообразования в узле скользящего токосъема с указанием его подключения к узлу скользящего токосъема.
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.
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).
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.