CZ385898A3

CZ385898A3 - Elektrický vysokonapěťový AC stroj

Info

Publication number: CZ385898A3
Application number: CZ983858A
Authority: CZ
Inventors: Mats Leijon; Bertil Berggren; Lars Gertmar; Jan-Anders Nygren; Erland Sörensen
Original assignee: Abb Ab
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1999-05-12
Also published as: TR199802471T2; NO985553D0; AR007339A1; RU2211518C2; EE9800415A; CO4650249A1; NO985553L; EP0888661B1; CA2255739A1; CN1220043A; UA45452C2; EP0888661A2; BR9709619A; TW419878B; PE82798A1; CN1101988C; US20020047439A1; ATE254815T1; DE69726267T2; JP2000511392A

Description

Oblast techniky

Tento vynález se zaměřuje na elektrický vysokonapěťový AC stroj, který je určen pro přímé připojování k rozvodné nebo napájecí síti, kdy řečený stroj obsahuje přinejmenším jedno vinutí.

Dosavadní stav techniky

Takové generátory se jmenovitým napětím do 36 kV popisuje Paul R. Siedler v článku „36 kV generátory jako výsledek výzkumu izolování“, Elektrický svět („Electrical World“), 15. října 1932, strana 524 až 527. Tyto generátory mají vinutí z izolovaných vodičů pro střední napětí, kdy tato izolace je rozčleněna do dílčích vrstev s rozdílnými elektrickými konstantami. Použitý izolující materiál se vytváří na základě různých kombinací tri složek, jimiž jsou slída s fólií - slída, lak a papír.

V publikaci vydané Institutem pro výzkum elektrické eneggie (zkratka „EPRI“ podle anglického názvu „Electric Power Research Institute“), EL - 3391 z dubna 1984, se popisuje koncepce generátoru pro vyvíjení natolik vysokých úrovní napětí, aby takový generátor mohl být přímo připojován k elektrické síti bez jakéhokoli mezistupňového transformátoru. V případě takového generátoru se předpokládá použití supravodivého rotoru. V této souvislosti by magnetízační kapacita supravodivého pole mohla umožňovat využívání vinutí se vzduchovými mezerami s potřebnou tloušťkou, aby generátorové zařízení vydrželo nápor elektrických sil. Avšak navrhované řešení má složité konstrukční řešení s velmi tlustou izolací, která podstatně zvětšuje rozměry stroje. K tomu navíc přistupuje skutečnost, že izolování a ochlazování koncových úseků cívek se musí zajišťovat uplatňováním zvláštních opatření.

Elektrickými vysokonapěťovými AC stroji se v souvislosti s přihlašovaným vynálezem rozumějí otočné elektrické stroje v elektrárnách vyrábějící elektrický proud, stroje s dvojitým napájením, stroje s vnějším pólem, synchronní motory, asynchronní měničové kaskády, jakož i elektrické transformátory. Pro připojování takových strojů, avšak s výjimkou transformátorů,

- 2 k rozvodným nebo napájecím sítím, které se v této patentové specifikaci souhrnně označují jako elektrické sítě, existuje do současné doby potřeba uplatňování transformátorů, jež transformují napětí na úroveň sítě v rozsahu od 130 do 400 kV.

Zhotovováním vinutí, které je určeno pro tyto stroje a které obsahuje izolovaný, elektrický vysokonapěťový kabel s tuhou izolací s podobnou strukturou, jakou mají kabely používané pro elektrický přenos, se může napětí stroje zvyšovat až na takové úrovně, kdy je možné stroje přímo připojovat ke každé elektrické síti bez mezičlánkového transformátoru. Takto je možné transformátor vynechat. Tyto stroje mají typický pracovní rozsah od 30 kV do 800 kV.

V případě tohoto druhu strojů se zvláštní pozornost zaměřuje na problémy související s připojováním k nulovému elektrickému potencionálu.

Připojování generátorových systémů a dalších podobných systémů zahrnuje účelová opatření pro připojování elektrického systému k nulovému elektrickému potencionálu. Je-li k dispozici takzvaný neutrální bod systému, pak se tento neutrální bod často připojuje k nulovému elektrickému potencionálu přímo nebo přes vhodný zdánlivý odpor. Rovněž se stává, že i další body systému se připojují k nulovému elektrickému potencionálu. Jestliže se jeden bod systému připojuje k nulovému elektrickému potencionálu, pak se celý systém připojuje k nulovému elektrickému potencionálu v závislosti na rozsahu galvanického spojení.

Princip používaného připojování k nulovému elektrickému potencionálu je vymezen řešením systému. V případě systému, jehož generátor se přímo připojuje k Y-Δ zapojenému stupňovacímu transformátoru majícímu Δ-vinutím s určitým napětím generátoru, jsou nej známější následující možností způsobu připojování k nulovému elektrickému potencionálu : (i) vysokoodporové připojování k nulovému elektrickému potencionálu, (ii) žádné připojování k nulovému elektrickému potencionálu neexistuje a (iii) rezonanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu.

Vysokoodporové připojování k nulovému elektrickému potencionálu se normálně provádí propojením nízkoohmického odporu v sekundární části rozvodného transformátoru s primárním vinutím transoformátoru připojeného z neutrálního bodu generátoru k nulovému elektrickému potencionálu. Takový způsob připojováni k nulovému elektrickému potencionálu podle dosavadního stavu v této oblasti techniky je znázorněn na obr. 1, na kterém je předveden

1·'¹, Ί·.- ί·-· <

generátor 2, jenž je připojen pres Y-Δ zapojený-stupňovací transformátor 3 k síti 9. Primární část 11 rozváděcího transformátoru se připojuje mezi neutrálním bodem generátoru 2 a nulovým elektrickým potencionálem. V sekundární části 10 transformátoru se připojuje odpor 12.

Stejný způsob připojování k nulovému elektrickému potencionálu je ovšem proveditelný na základě instalování vysokohmického odporu přímo mezi neutrální bod generátoru a nulový elektrický potencionál.

Elektrický systém bez připojení k nulovému elektrickému potencionálu postrádá jakékoli předpokládané připojení k nulovému elektrickému potencionálu. Proto generátor bez připojení k nulovému potencionálu nemá žádné spojení mezi svým neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem s možnou výjimkou napěťových transformátorů pro napájení různých reléových zařízení a přístrojů.

Rezonanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu se rovněž provádí tak, jak je to předvedeno na obr. 1, kdy se odpor 12 nahrazuje tlumivkou 12a. Reaktance tlumivky se volí tak, aby kapacitní proud na vedení k zemní ochraně byl neutralizován stejnou složkou indukčního proudu s přispěním tlumivky 12a.

Rovněž je možné provádět nízkoodporové nebo nízkoimpedanění a účinné připojování výše uvedených systémů k nulovému elektrickému potencionálu. Výsledkem nízkoodporového nebo nížkoimpedančního připojování k nulovému elektrickému potencionálu bude nižší přechodné předpětí, avšak vyšší proudy ve vztahu k zemní ochraně, které mohou způsobovat vnitřní poškozování stroje.

Nízkoodporové připojování k nulovému elektrickému potencionálu se provádí účelovým umístěním odporu mezi neutrální bod generátoru a nulový elektrický potencionál. Odpor se může umisťovat přímo ve spojení s nulovým elektrickým potencionálem nebo nepřímo v sekundární části transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem generátoru a nulovým elektrickým potencionálem, jak je to předvedeno na obr. 1.

Nízkoimpedanění připojování k nulovému elektrickému potencionálu, kterým je připojování k nulovému potencionálu s nízkou indukční reaktancí, se provádí stejným způsobem jako nízkoodporové připojovaní k nulovému elektrickému potencionálu s tím, že tlumivka se nahrazuje odporem. Hodnota tlumivky v ohmech je nižší než hodnota, která se • *

- 4 vyžaduje pro rezonanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu, jež bylo zmíněno v předcházejícím textu.

V případě systémů obsahujících několik generátorů, které jsou připojeny ke společnému napájecímu vedení nebo sběrnici s rozpojovací obvodu mezi generátorovými vývody a společnou sběrnicí, je vhodné nízkoodporové nebo nízkoimpedanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu.

Účinné připojování neutrálního bodu generátoru k nulovému elektrickému potencionálu má až na nějaké rozdíly vpodstatě stejné výhody a nevýhody jako nízkoodporové nebo nízkoimpedanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu.

Má se za to, že systém je účinně připojen k nulovému elektrickému potencionálu tehdy, jsou-li splněny určité impedanční požadavky, které omezují rozsah impedance připojeni k nulovému elektrickému potencionálu. V systému, který je účinně připojen k nulovému elektrickému potencionálu, se maximální napětí fáze-země ve fázích nespojených se zemí v případě poruchy připojení k nulovému elektrickému potencionálu snižuje na 80% napětí fázefáze.

Síť energetického systému se připojuje k nulovému elektrickému potencionálu hlavně připojováním neutrálních bodů transformátorů včleněných do systému a nemusí mít žádnou impedanci (s výjimkou stykového odporu kontaktů), avšak může mít takzvané přímé připojení k nulovému elektrickému potencionálu nebo může mít určitou impedanci.

Doposud známé technické postupy připojování k nulovému elektrickému potencionálu jsou popisovány například v publikaci, kterou vydal Institut energetických a elektronických inženýrů (anglická zkratka „IEEE“ podle názvu „institute of Electrical and Electronical Engineers“) pod označením „IEEE C62.92-1989 v září 1989 v New Yorku, USA.

Jestliže se neutrální bod generátoru připojuje k nulovému elektrickému potencionálu prostřednictvím odporu nebo induktivní reaktance tak, jak bylo uvedeno v předcházejícím textu, vytváří se cesta pro třetí harmonické proudy z neutrálního bodu generátoru k nulovému elektrickému potencionálu. Jestliže je transformátorové vinutí s přímým Či nízkoimpedančním připojením k nulovému elektrickému potencionálu nebo jiný generátor s nízkoimpedančním připojením k nulovému elektrickému potencionálu přímo připojen ke generátoru, obíhají třetí harmonické proudy mezi nimi v normálních podmínkách.

* · · ·

• fe fefefe fe · ··

Technické postupy pro řešení problémů třetích harmonických proudů v generátorové a motorové činnosti AC strojů takového druhu, na který se zaměřuje přihlašovaný vynález, jsou popisovány ve švédských patentových přihláškách 9602078-9 a 9700347-9.

Podstata vynálezu

Cílem přihlašovaného vynálezu je vyvinout elektrický vysokonapěťový AC stroj, který je použitelný pro přímé připojování již zmiňovaných rozvodných nebo napájecích sítí, kdy tento stroj je vybaven prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potenciálu, které jsou vhodné pro různé způsoby použití a podmínky ovládání tohoto stroje.

Tento cíl je dosažen výsledným sestavením elektrického vysokonapěťového AC stroje takového druhu, který je definován v úvodní části popisu a vyznačuje se charakteristickými znaky uvedenými v patentovém nároku 1.

Důležitá výhoda stroje podle tohoto vynálezu je založena na skutečnosti, že elektrické pole se téměř rovná nule v koncové oblasti vinutí na vnějšku druhé vrstvy s polovodřvými vlastnostmi. Proto se na vnějšku vinutí nemusí provádět žádné opatřeni pro ovládání elektrického pole. Z toho vyplývá, že nemůže docházet ke hromadění elektrického pole ani v krytu a ani v koncových oblastech vinutí nebo v přechodech mezi nimi.

Podle výhodného provedení stroje v souladu s přihlašovaným vynálezem mají přinejmenším dvě sousedící vrstvy v podstatě stejné koeficienty tepelné roztažitelnosti. Tímto způsobem se odvrací nebezpečí poruch, praskání a podobně v důsledku teplem vyvolaných pohybů ve vinutí.

Podle dalšího výhodného provedení stroje v souladu s přihlašovaným vynálezem obsahují řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu prostředky pro nízkoodporové připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu. Tímto způsobem se mohou omezovat účinky přechodných nárůstů napětí a stejně tak i proudy při poruchách připojení k nulovému elektrickému potencionálu na poměrně malé hodnoty.

Podle ještě dalšího výhodného provedení stroje v souladu s přihlašovaným vynálezem, v němž má stroj do hvězdy (Y) spojené vinutí, jehož neutrální bod je k dispozici, obsahují prostředky pro vysokoodporové připojování k nulovému elektrickému potencionálu odpor, který je včleněn do sekundární části transformátoru, jehož primární část je připojena mezi • ··♦ · ♦ ·

-6neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem. V této souvislosti má odpor použitý v sekundární Části transformátoru srovnatelně nízké ohmové hodnoty a masívní konstrukci. Přiměřené utlumení, které snižuje přechodová předpětí na bezpečné úrovně, se může dosahovat s využitím odporu se správně volenými parametry. Navíc účinky mechanické námahy a poškození způsobovaná poruchami jsou snižovány při poruchách na vedení k nulovému elektrickému potencionálu omezováním poruchového proudu. Takové zařízení pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu je rovněž úspornější než přímé umístění vysokoohmového odporu mezi neutrální bod generátoru a nulový elektrický potencionál.

Podle jiného výhodného provedení stroje v souladu s přihlašovaným vynálezem, v němž má stroj do hvězdy (Y) zapojené vinutí, jehož neutrální bod je k dispozici, obsahují prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu tlumivku, která je zapojena do sekundární části transformátoru, jehož primární část je připojena mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem, kdy řečená tlumivka vykazuje takové charakteristiky, aby kapacitní proud byl při poruše připojení k nulovému elektrickému potencionálu v podstatě neutralizován stejnou složkou induktivního proudu s přispěním tlumivky. Na základě toho se čistý poruchový proud snižuje na nízkou hodnotu v důsledku činnosti takto vytvořeného paralelního rezonančního obvodu a proud je v podstatě ve fázi s poruchovým napětím. V tomto případě probíhá obnovování napětí na fázi s poruchou velmi pomalu a v souladu s tím bude jakákoli porucha připojení k nulovému elektrickému potencionálu mající přechodnou povahu automaticky uhašena v rezonančním systému, které je připojen knutovému elektrickému potencionálu.

Podle ještě jiného výhodného provedení stroje v souladu s přihlašovaným vynálezem, v němž prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují Υ-Δ zapojený transformátor s připojením k nulovému elektrickému potencionálu nebo transformátor s takzvaným „cikcak“ připojením k nulovému elektrickému potenciálu připojený kc stroji na straně sítě. Používání takových transformátorů s připojením k nulovému elektrickému potencionálu je rovnocenné jako nízkoodporové připojování nebo připojování s nízkou indukční reaktancí k nulovému elektrickému potencionálu s ohledem na úrovně poruchového napětí a přechodné nárůsty napětí.

Přehled obrázků na výkrese

Pro podrobnější vysvětlení výhodných provedení stroje podle přihlašovaného vynálezu, která byly vybrány jako příklady, bude nyní následovat jejich podrobný popis s odkazem na obr. 2 až 11 připojených vyobrazení, na nichž :

obr. 1 předvádí schéma připojení synchronního generátoru k nulovému elektrickému potencionálu v souladu s dosavadním stavem v této oblasti techniky;

obr. 2 předvádí příklad izolovaného vodiče používaného ve vinutích stroje podle tohoto vynálezu obr. 3 předvádí třífázový stroj, který není připojen k nulovému elektrickému potenciálu a který má podobu do hvězdy (Y) zapojeného generátoru nebo motoru, jenž je připojen k energetickému systému;

obr. 4 až 13 předvádějí různé příklady připojení do hvězdy zapojeného stroje, který je znázorněn na obr. 3, k nulovému elektrickému potencionálu;

obr. 14 předvádí stroj podle tohoto vynálezu v podobě do hvězdy (Y) zapojeného generátoru nebo motoru, kterýje připojen k energetickému systému, a obr. 15 znázorňuje použití transformátoru připojeného k nulovému elektrickému potencionálu v systému předvedeném na obr. 14.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 2 je předveden příklad izolovaného vodiče, který se může používat ve vinutích stroje podle přihlašovaného vynálezu. Takový izolovaný vodič obsahuje přinejmenším jeden vodič 4, který se skládá z určitého počtu neizolovaných a případně izolovaných pramenů 5. Okolo vodice 4 je umístěna vnitřní polovodivá vrstva 6, která je v dotyku přinejmenším s některým z neizolovaných pramenů 5. Tato polovodivá vrstva 6 je dále obklopena hlavní izolací kabelu v podobě vytlačované, tuhé izolující vrstvy 7. Izolující vrstva 7 je obklopena vnější polovodivou vrstvou 8. Plocha průřezu vodiče může být různá v rozsahu do 80 mm² do 3000 mm¹ a vnější průměr kabelu může mít rozsah od 20 mm do 250 mm.

• · · · · · * ·*·· ·· ·« ·♦♦ ** ··

Obr. 3 schematicky předvádí elektrický vysokonapěťový AC stroj bez připojení k nulovému elektrickému potencionálu, kdy tento stroj má podobu do hvězdy (Y) zapojeného generátoru nebo motoru 14, který se přímo připojuje k energetickému systému 16.

Obr. 4 předvádí prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu v podobě předpěťové ochrany, jakou je nelineární odporová bleskojistka 18, která se zapojuje mezi neutrálním bodem 20 do hvězdy zapojeného stroje 14 a nulovým elektrickým potencionálem. Taková nelineární odporová bleskojistka 18 připojená k neutrálnímu bodu chrání izolovaný vodič používaný ve vinutích stroje proti účinkům přechodných nárůstů napětí, jako jsou nárůsty napětí způsobované úderem blesku.

Obr. 5 předvádí provedení s vysokoohmovým odporem 22, který je paralelně připojen k nelineární odporové bleskojistce 18. Nelineární odporová bleskojistka 18 plní v tomto provedení tentýž účel jako v provedení předvedením na obr. 4 a spolu s odporem 22 provádí citlivé detekování poruch připojení k nulovému elektrickému potencionálu měřením napětí napříč odporem 22.

Obr. 6 předvádí provedení s vysokoodporovým připojením neutrálního bodu 20 k nulovému elektrickému potencionálu. V tomto provedení se používá technika podobající se dosavadnímu stavu techniky popisovanému v souvislosti s obr. 1. V tomto smyslu se odpor 24 připojuje k sekundární části 26 transformátoru, přičemž primární vinutí 28 transformátoru se připojuje přes neutrální bod 20 stroje 14 k nulovému elektrickému potencionálu. Odpor 24 je poměrně nízkoohmovým odporem a má masívní konstrukci ve srovnání s vysokoohmovým odporem, který by byl potřebný pro dosažení stejného výsledku v případě přímého spojení mezi neutrálním bodem 20 a nulovým elektrickým potencionálem. Napěťová třída odporu se může postupně snižovat. Také v tomto případě se nelineární odporová bleskojistka 18 paralelně připojuje k primárnímu vinutí 28. V případě tohoto provedení jsou účinky mechanické námahy snižovány při poruchách vedení k nulovému elektrickému potencionálu omezováním poruchového proudu. Přechodné nárůsty napětí jsou snižovány na bezpečné úrovně a zařízení pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu je úspornější než přímé včlenění odporu.

Rezonanční připojování stroje k nulovému elektrickému potencionálu se může provádět podobným způsobem, kdy se odpor 24 nahrazuje tlumivkou mající takové charakteristiky, aby kapacitní proud při poruše vedení k nulovému elektrickému potencionálu byl neutralizován to* • to to to · toto ·· * to · · ·«· to » · · tototo · · · · · · · to·· ··· ·· ·· ··· • «««· toto «··· «· to· *** ·· **

-9stejnou složkou indukčního proudu, kteiým přispívá tlumivka. V tomto smyslu se čistý poruchový proud snižuje takto vytvořeným paralelním rezonančním obvodem, přičemž proud bude v podstatě ve fázi s poruchovým napětím. Po uhašení poruchy bude obnovování napětí probíhat velmi pomalu a bude určováno poměrem induktivní reaktance k účinnému odporu kombinace transformátor/tlumívka. V souladu s tím bude každá porucha připojení k nulovému elektrickému potencionálu mající přechodnou povahu automaticky uhašena v takovém systému s rezonančním připojováním k nulovému elektrickému potencionálu. V tomto smyslu takové prostředky pro rezonanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu snižují proud pri poruše připojení k nulovému potencionálu prakticky na nulu, čímž minimalizují účinky mechanické námahy. Po výskytu poruchy připojení fáze k nulovému elektrickému potencionálu je další pokračování činnosti stroje povoleno až do doby, kdy je možné zajistit systematické odstavení.

Obr. 7 předvádí provedení s nelineární odporovou bleskojistkou 18 zapojenou mezi neutrálním bodem 20 a nulovým elektrickým potencionálem a s uzemněným transformátorem 30, který je na straně sátě připojen ke stroji 14. Uzemněný transformátor 30 má Y-Δ zapojení s neutrálním bodem Y-zapojení připojeného k nulovému elektrickému potencionálu, přičemž Δvinutí je odizolováno. Uzemněné transformátory se obvykle používají v systémech, které se nepřipojují k nulovému elektrickému potencionálu nebo které mají připojení k nulovému elektrickému potencionálu s vysokou impedancí. Jako součást systému uzemněný transformátor nepřenáší žádné zatížení a neovlivňuje normální chovám systému. Když se projeví nerovnoměrnosti, uzemněný transformátor vytvoří nízkou impedanci v nulové sekvenční síti. V tomto smyslu je uzemněný transformátor rovnocenný ve srovnám s nízkoodporovým připojením nebo připojením s nízkou indukční reaktancí k nulovému elektrickému potencionálu s ohledem na úrovně poruchového proudu a přechodných nárůstů napětí.

Uzemněnými transformátory rovněž mohou být takzvané „cikcak“ transformátory sc zvláštním uspořádáním vinutí, o nichž je možno se dočíst například v článku Paula M. Andersona „Analýza poruch v energetických systémech“, vydaném vydavatelstvím ,Jowa State University Press/Ames v roce 1983, strana 255 až strana 257.

Pro takové účely připojování k nulovému elektrickému potencionálu je rovněž možné využívat pomocný výkonový transformátor.

- 10Obr. 8 předvádí provedení s nízkoohmovým odporem 32, který je zapojen mezi neutrálním bodem 20 stroje 14 a nulovým elektrickým potencionálem. Hlavní výhodou takového nízkoodporového připojení knutovému elektrickému potencionálu je schopnost omezovat přechodné a dočasné nárůsty napětí. V případě poruch připojení jediné fáze k nulovému elektrickému potencionálu vsak budou proudy vyšší. V klidném provozu budou třetí harmonické proudy rovněž vyšší.

Obr 9 předvádí alternativní provedení stroje podle přihlašovaného vynalezu, v němž se odpor 32 nahrazuje tlumivkou 34 s nízkou indukční reaktancí zapojenou mezi neutrálním bodem 20 a nulovým elektrickým potencionálem. Nízkoindukční reakfanční připojení k nulovému elektrickému potencionálu pracuje v podstatě stejně jako nízkoohmové připojení k nulovému elektrickému potencionálu. Hodnota tlumivky 34 vyjádřená v ohmech je nižší než hodnota požadovaná pro rezonanční připojování k nulovému elektrickému potencionálu, jak již bylo zmiňováno v popise souvisejícím s obr. 6.

Jako alternativa k přímému zapojení odporu 32 nebo tlumivky 34 mezi neutrálním bodem 20 a nulovým elektrickým potencionálem může být jejich nepřímé zapojení s pomocí transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem 20 a nulovým elektrickým potencionálem a jehož sekundární část obsahuje odpor nebo tlumivku, jak již bylo zmiňováno v popise souvisejícím s obr. 6.

Na obr. 10 je předvedeno provedení, které obsahuje dvě impedance 36 a 38, které jsou zapojeny za sebou mezi neutrálním bodem 2Q stroje 14 a nulovým elektrickým potencionálem, přičemž impedance 36 má nízkou impedanční hodnotu a impedance 38 má vysokou impedanční hodnotu. Impedance 38 může být zapojena nakrátko pomocí nakrátko zapojeného obvodového zařízení 40. Nakrátko zapojené obvodové zařízení 40 je při normálním provozu otevřeno, aby minimalizovalo třetí harmonické proudy. V případě poruchy připojeni k nulovému elektrickému potenciálu bude nakrátko zapojené obvodové zařízeni 40 ovládáno za účelem zkrácení obvodu impedance 38, přičemž potencionál v neutrálním bodě 20 bude nízký a proud k nulovému elektrickému potencionálu poměrně vysoký.

V případě poruchy vnitřního připojení k nulovému elektrickému potencionálu ve stroji 14 se obvod impedance 38 nezkracuje. Následkem toho bude napětí vysoké v neutrálním bodu 20, ale proud k nulovému elektrickému potencionálu bude omezen. Toto se v takových situacích upřednostňuje, protože v takovém případě vysoký proud zvyšuje riziko poškození.

- 11 • · ·· * · ·· ·· • · » ··« · ·· * ··· ·· · · · · · * ·«· · · · · ··· ··· • · * · · · · ··· ·· ♦· ··· ·· ··

V zájmu řešení takových problémů souvisejících se třetí harmonickou složkou při přímém připojování AC elektrického stroje k třífázové elektrické síti, kdy se ne včleňuje žádný stupňovací transformátor mezi stroj a síť, se mohou využívat prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu v podobě blokovacího filtru 35, 37 vyladěného na třetí harmonickou složku společně s ochranou 39 proti účinkům nárůstu napětí, viz obr. 11. V této souvislosti filtr obsahuje paralelní rezonanční obvod skládající se z indukční cívky 35 a kapacitní tlumivky 37. Dimenzování filtru 35, 37 a jeho ochrany 39 proti nárůstu napětí je takové, aby paralelní obvod byl schopen vstřebávat třetí harmonické složky z motoru 14 při normálním provozu a ještě snižovat účinky přechodných a dočasných nárůstů napětí. V případě poruchy bude ochrana 39 proti účinkům nárůstu napětí snižovat poruchové napětí tím, že poruchový proud bude procházet ochranou 39, je-li porucha závažná. Například při poruše jediné fáze ve vztahu k nulovému elektrickému potencionálu budou proudy vyšší ve srovnání s případem vysokoodporového připojení k nulovému elektrickému potencionálu, protože základní impedance je nízká.

Na obr. 12 je předvedeno provedení, v němž prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují rozladěný, spínatelný filtr pro potlačování třetí harmonické složky, který je paralelně zapojen k ochraně 40 proti účinkům nárůstu napětí. Takové filtry se mohou vytvářet různými způsoby. Obr. 12 předvádí jeden příklad, ve kterém jsou využity dvě sériově zapojené indukční cívky 40, 42 a kondenzátor 46, který je zapojen paralelně ve vztahu k sériově zapojeným indukčním cívkám 42, 44. Od jednoho konce indukční cívky 44 k jejímu druhému konci je navíc připojeno zařízení 48 pro zkracování obvodu.

Vypojováním indukční cívky 44 z obvodu ovládá zařízení 48 pro zkracování obvodu změny charakteristik filtru tehdy, když je detekováno nebezpečí třetí harmonické rezonance mezi filtrem a strojem 14 a sítí 16. Toto je podrobněji rozvedeno ve švédské patentové přihlášce 9700347-9. Tímto způsobem se v normálním provozu provádí účinné omezování třetích harmonických proudů. Přechodné a dočasné nárůsty napětí budou snižovány a proudy budou vyšší v případě poruchy jediné fáze ve vztahu k nulovému elektrickému potencionálu stejně tak, jak uvádí popis související s obr. 11.

Obr. 13 předvádí provedení, v němž se neutrální bod přímo připojuje knutovému elektrickému potencionálu vedením 21. Takové přímé připojení k nulovému potencionálu omezuje účinky přechodných a dočasných nárůstů napětí, avšak umožňuje vznik vysokých ·« ·· « · « 9 • · · · ··· ··· • ·

9 · * ·· ·* • · · · • · · • ··» · • · » · *· «*

- 12proudů v případě poruch připojení k nulovému elektrickému potencionálu. Průtok třetích harmonických proudů z neutrálního bodu 20 stroje k nulovému elektrickému potencionálu bude při normálním provozu poměrně vysoký.

Další alternativu vytváří situace, kdy prostředky stroje pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu mohou obsahovat aktivní obvod pro připojování neutrálního bodu k nulovému elektrickému potencionálu, kdy tento aktivní obvod vykazuje potřebně impedanční vlastnosti.

Na obr. 14 je předveden Δ-zapojený třífázový stroj 50 s přímým připojením k rozvodné nebo napájecí síti 16.

V takové situaci může být uzemněný transformátor stejného druhu, jaký se používá v provedení předvedeném na obr. 7, připojen ke stroji 50 na straně sítě.

Tak jako v provedení předvedeném na obr. 7 může být uzemněným transformátorem Y-Δ zapojený transformátor s neutrálním bodem nebo takzvaný „eikcak“ uzemněný transformátor, což je Z-0 zapojený transformátor, kdy část Z je připojena k nulovému elektrickému potencionálu. Uzemněný transformátor bude omezovat účinky dočasných nárůstů napětí.

Stejně jako v provedení předvedeném na obr. 7 existuje možnost používat pro tento účel pomocný výkonový transformátor.

Claims

00 00 ťf;K £zy-7 /^y 7 SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) WO 97/45926 • 4 44 » 4 4 4 4 4 4 4 4 44 τγ -.1 •.řCTjsEgtóÓMÍ*: 4 4 4 4 4*4 444 • •4 44 44 444 44 44 4 / 5 .F2 ι.λ'27 37 j rm 7 T7 s 46 L — System !· /ΤΓΓΓ7 SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) WO 97/45926 ·· ·· ·· » ·· ** • : ccijse9wmi : B ·· · B » Β B BBB BBB • BBBB Β B • BBB BB BB BBB BB ftB 5 / 5 2^.2<2 SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) v · · · ·* ·· ZPRÁVA O PŘEDBĚŽNÉM MEZINÁRODNÍM PRŮZKUMU V. Zdůvodněné stanovisko podle Článku 35(2) se zřetelem na novosg vynálezecký krok nebo průmyslovou využitelnost, citace a vysvětlení, o které se toto stanovisko opírá PATENTOVÉ NÁROKY

1. STANOVISKO

Novost (N) Patentové nárokv 1-34 Patentové nároky ANO NE Vynálezecký krok (VK) Patentové nárokv 1-34 ANO Patentové nároky NE Průmyslová využitelnost (PV) Patentové nárokv 1-34 ANO Patentové nároky NE

1« * 0 0

3/5 • 2. Ví ^!·

1. Elektrický vysokonapěťový AC stroj určený pro přímé připojení k rozvodné nebo napájecí síti (16), kdy řečený stroj má přinejmenším jedno vinutí obsahující přinejmenším jeden izolovaný, proud přenášející vodič (4), vyznačující se tím , že okolo řečeného vodiče je umístěna první vrstva (6) mající polovodivé Mastnosti, okolo řečené první vrstvy je umístěna tuhá izolující vrstva (7) a okolo řečené izolující vrstvy je vytvořena druhá vrstva (8) mající polovodivé Mastnosti a že pro připojování přinejmenším jednoho bodu řečeného vinutí k nulovému elektrickému potencionálu jsou vytvořeny prostředky (18, 21, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 42, 44, 46, 48, 52) pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu.

2. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrický potencionál řečené první vrstvy je v podstatě stejný jako elektrický potencionál řečeného vodiče.

3. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 1 nebo2, vyznačující se tím , že řečená druhá vrstva je uspořádána tak, aby tvořila v podstatě ekvipotencionálni plochu obklopující řečený vodič.

4. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 3, vyznačující se tím , že řečená druhá vrstva se připojuje k předem určenému elektrickému potencionálu.

5. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 4, vyznačující se tím, že řečeným předem určeným elektrickým potencionálem je nulový elektrický potencionál.

6. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 5, vyznačující se tím , že přinejmenším dvě k sobě přiléhající vrstvy mají v podstatě stejný koeficient tepelné roztažitelnosti.

- 14

7. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím , že řečený proud přenášející vodic obsahuje určitý počet pramenů, přičemž pouze menšina řečených vodičů není od sebe vzájemně odizolována.

8. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 7, vyznačující se tím , že každá z řečených tří vrstev je trvale připevněna k příslušně přiléhající vrstvě v podstatě celým svým pripevňovacím povrchem.

9. Elektrický vysokonapěťový AC stroj mající magnetický obvod pro vysoké napětí obsahující magnetické jádro a přinejmenším jedno vinutí, vyznačující se tím , že řečené vinutí je tvořeno kabelem obsahujícím jeden nebo několik proud přenášejících vodičů, kdy každý vodič má určitý počet pramenů, okolo každého vodiče je utvořena vnitřní polovodivá vrstva, okolo řečené vnitřní polovodivé vrstvy je umístěna izolující vrstva z tuhého izolujícího materiálu a okolo řečené izolující vrstvy je vytvořena vnější polovodivá vrstva, a že pro připojování přinejmenším jednoho bodu řečeného vinutí k nulovému elektrickému potencionálu jsou vytvořeny prostředky pro připojováni k nulovému elektrickému potencionálu.

10. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 9, vyznačující se tím, že řečený kabel rovněž má kovový kryt a plášť.

11. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro přímé připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu.

12. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro nízkoodporové připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu.

···· ·· «· ··· «· ··

-1513. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 12, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené nízkoodporové prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují nízkoohmový odpor, který se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

14. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 12, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené nízkoodporové prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují odpor, který se zapojuje v sekundární Části transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

15. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro nizkoindukční reaktanční připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu.

16. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 15, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené nizkoindukční reaktanční prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují indukční cívku s nízkou indukční reaktancí, která se zapojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

17. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 15, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené nizkoindukční reaktanční prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují indukční cívku s tužkou indukční reaktancí, která se zapojuje v sekundární části transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

3 3 0

- 163 3

3 3

3 3 0 3

18. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10. vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro vysokoodporové připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu.

19. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 18, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené vysokoodporové prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují vysokohmový odpor, který se zapojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

20. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 18, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené nízkoindukční reaktanční prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují vysokohmový odpor, který se zapojuje v sekundární části transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

21. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro vysokoindukční reaktanční připojování vinutí k nulovému elektrickému potencionálu.

22. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 21, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené vysokoindukční reaktanční prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují indukční cívku s vysokou indukční reaktancí, která se zapojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

23. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 21, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že

-ργ, * ·· • · 4 4

4 4 · 44 · 4 4 4 4 • «·«·· * · · «· 444

4 · · · · · · ···· «· 4· ··· ·· ··

- 17řečené vysokoindukční reaktanční prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují indukční cívku s vysokou indukční reaktancí, která se zapojuje v sekundární části transformátoru, jehož primární část se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

24. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují tlumivku, která se zapojuje v sekundární části transformátoru, jehož primární Část se připojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem, přičemž řečená tlumivka má takové charakteristiky, aby kapacitní proud byl při poruše v podstatě neutralizován stejnou složkou indukčního proudu dodávaného s přispěním tlumivky.

25. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují prostředky pro měnění impedance přípojem k nulovému elektrickému potencionálu v reakci na poruchu připojení k nulovému elektrickému potencionálu.

26. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují aktivní obvod.

27. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují Y-Δ zapojený transformátor, který se připojuje ke stroji na straně sítě.

28. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému flfl · * fl» «flflfl fl * « · · * flflfl fl * ♦ flfl • flfl* ·· flfl

- 18 ?u elektrickému potencionálu obsahují takzvaný „cikcak“ uzemněný transformátor, který se připojuje ke stroji na straně sítě.

29. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10. kdy tento stroj obsahuje ve hvězdě (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vvznaěující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují potlačovací filtr, kteiý je naladěn pro n-tou harmonickou složku.

30. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, kdy tento stroj obsahuje ve hvězdě (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vvznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují spínatelný potlačovací filtr, který je rozladěn pro n-tou harmonickou složku.

31. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle nároku 29 nebo 30, vyznačující se tím , že řečenou n-tou harmonickou složkou je třetí harmonická složka.

32. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 10, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečené prostředky pro připojování k nulovému elektrickému potencionálu obsahují ochranu proti nárůstu napětí, která se zapojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem.

33. Elektrický vysokonapěťový AC stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 18 až 31, kdy tento stroj obsahuje do hvězdy (Y) zapojené vinutí mající k dispozici neutrální bod, vyznačující se tím , že řečená ochrana proti nárůstu napětí se zapojuje mezi neutrálním bodem a nulovým elektrickým potencionálem paralelně ve vztahu k řečným prostředkům pro připojování nulového elektrického potencionálu.

Ύα -G <š

- 19 34. Rozvodná nebo napájecí síť, vyznačující se tím , že obsahuje přinejmenším jeden stroj podle kteréhokoli z předcházejících nároků 1 až 33.

WO 97/45926 » 4 4 4

4 4 4

4 4 44

4 4 »44 4 44 vv KF -4F

44 4 44 44 : $^ctíse£

44 444 44 44

ČZ7 ^X³

Sys řem

SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

WO 97/45926

2/5 **· ·**· ·*1’42Έ/δΕ97Α)*0*89ί**' »·· · « · ·· I » «·· · · · · · ··· ··' • · · · · ► · · · · * ««· ·· · >· r·.' /- í?

1777/ / mti t

Sysfem

SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

WO 97/45926

2. CITACE A VYSVĚTLENÍ

Tento vynález se týká vysokonapčťového točivého elektrického stroje určeného pro přímé pnpojování k napájecí nebo rozvodné síti.

Podle tohoto vynálezu je stroj vybaven takovým typem vinutí, které umožňuje přímé připojování k napájecí nebo rozvodné síti. Vinutí obsahuje izolační systém s přinejmenším dvěma polovodivými vrstvami a tuhou izolací umístěnou mezi těmito polovidivými vrstvami.

V mezinárodni průzkumné zprávě je citován dokument: Dl US, A, 5 036 165

Dl popisuje kabel mající dvě polovodivé vrstvy s izolací, která je umístěna mezi těmito vrstvami. Polovodivé vrstvy obsahují pyrolizovaný organický materiál a skleněná vlákna.

V tomto dokumentu se uvádí, že vynalezená polovodivá vrstva může být použita v izolovaných vodičích obsažených ve vinutí stejnosměrného elektrického stroje (viz celý dokument).

Patentově nárokovaný vynález se odlisuje od citovaného dosavadního stavu v této oblasti techniky v tom, že vinutí stroje využívá izolační systém obsahující dvě polovodivé vrstvy s tuhou izolací, která je umístěna mezi polovodivými vrstvami.

Ačkoli v dokumentu Dl se uvádí umisťování polovodivé vrstvy na vinutí ve stejnosměrném elektrickém stroji, neexistuje žádný konkrétní náznak použití vynalezeného kabelu ve stejnosměrném elektrickém stroji. Navíc při zkoumání US 4853565, který je zahrnut ve formě odkazu v US 5036165, zkušený odborník zjišťuje skutečnost, že vynalezená polovodivá vrstva « · • · ···· «· je určena pro použití na konvenčních vinutích ve stroji nebo v kabelu. Neexistuje žádný návrh na použití kabelu s izolačním systémem jako vinutí v elektrickém stroji. Navíc zkušený odborník v této oblasti techniky nemůže považovat za zřejmé použití takového kabelu ve stejnosměrném elektrickém stroji, protože v době vynálezu nebylo známo použití kabelu s tuhou izolací jako vinutí v elektrickém stroji a v dosavadním stavu techniky jako celku neexistuje žádný návod, který by mohl přivést zkušeného odborníka k patentově nárokovanému vynálezu.

V souladu s tím je vynález definovaný v patentových nárocích 1 až 18 a 20 až 41 nový a zahrnuje vynálezecký krok. Přihlašovaný vynález je průmyslově využitelný.