Изоляция электрических машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИЗОЛЯЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изоляция электрических машин: генераторов, двигателей, синхронных компенсаторов работает в тяжелых условиях. Она подвергается воздействию электрического поля, высоких температур и механических нагрузок.

В процессе работы электрических машины нагреваются вследствие потерь в проводниках и диэлектрических потерь в изоляции. Высокая длительно действующая температура приводит к изменению структуры изоляции, способствует развитию в ней ионизационных процессов. При высокой температуре ускоряется разрушение увлажненной изоляции.

Для уменьшения рабочей температуры в машинах применяются различные способы охлаждения обмоток. В генераторах малой и средней мощности используется поверхностное охлаждение воздухом или водородом. При этом тепловой поток проходит через изоляцию и дополнительно нагревает ее.

В этом случае изоляция должна иметь высокую допустимую температуру и хорошую теплопроводность. В генераторах мощностью 200 МВт и выше применяется внутреннее водяное, масляное или водородное охлаждение обмоток, осуществляемое посредством принудительной циркуляции газа или жидкости по встроенным в обмотку каналам. При такой системе охлаждения изоляция не пронизывается тепловым потоком, и требования к ее теплопроводности снижаются.

Изоляция электрических машин работает в условиях постоянной вибрации (особенно сильной в лобовых частях) и ударных механических нагрузок, возникающих при коротких замыканиях во внешней сети. Вибрация приводит к истиранию изоляции, а, ударные нагрузки - к растрескиванию и расслоению ее.

Тяжелые условия работы изоляции электрических машин не могут быть скомпенсированы увеличением ее объема. Чем полнее пазы статора заполняются медью, тем больше мощность машины при тех же габаритах. Поэтому размеры изоляции жестко ограничиваются, применяется тонкостенная изоляция.

По конструкции изоляция статоров электрических машин разделяется на гильзовую и непрерывную.

Гильзовая изоляция является комбинированной. Части обмотки, заложенные пазы, помещаются в гильзы из микафолия, а лобовые части обмотки, находящиеся в воздухе, изолируются намоткой микаленты, лакотканевой ленты и др. В результате гильзовая изоляция по длине обмотки имеет различную конструкцию. Места стыка пазовой и лобовой изоляции располагаются за пределами паза, на некотором расстоянии от стали статора. В этих местах изоляция имеет ослабленную электрическую прочность, что является основным недостатком гильзовой изоляции. Поэтому гильзовая изоляция применяется в машинах относительно малой мощности и невысокого напряжения.

Непрерывная изоляция выполняется из микаленты по всей длине обмотки. Она имеет одинаковую электрическую прочность пазовых и лобовых частей обмотки и лишена, таким образом, основного недостатка гильзовой изоляции.

Микалента наносится на обмотку вполнахлеста. Стержни обмотки, изолированные микалентой, сушатся, вакуумируются и пропитываются под давлением, расплавленным асфальтовым битумом. Этот процесс называется компаундированием изоляции. Непрерывная микалентная компаундированная изоляция является термопластичной и при повышении температуры размягчается, при этом резко возрастают ее проводимость и диэлектрические потери. Такая изоляция применяется для машин мощностью до 200МВт.

В настоящее время для генераторов мощностью 300 МВт и выше применяют стекломикаленту и стекло-слюдинитовую ленту на термореактивном связующем. Такая изоляция не размягчается при нагреве и сохраняет высокую механическую и электрическую прочность. Однако изоляция на термореактивном связующем хрупкая, что усложняет укладку стержней в пазы статора.

Номинальные напряжения генераторов достигают в настоящее время 24 кВ, а номинальные мощности - 1200 МВт. Огромные рабочие токи таких машин вызывают массу трудностей, в частности, даже передача энергии от генератора к трансформатору при таких токах становится проблемой. В связи с этим у нас в стране ведутся работы по повышению номинального напряжения гидрогенераторов и турбогенераторов. Первый в мире гидрогенератор с номинальным напряжением 110 кВ уже несколько лет находится в опытной эксплуатации. Обмотка статора этого генератора имеет изоляцию бумажно-масляного типа и располагается в герметичных стекло-эпоксидных кожухах, которые служат резервуаром для пропитывающего изоляцию масла.

Гидрогенератор высокого напряжения может работать непосредственно, без повышающего трансформатора, на воздушные линии, поэтому его изоляция рассчитывается на воздействие грозовых перенапряжений, ограниченных устройствами защиты.

Изоляция статорных обмоток электрических машин подразделяется на главную (корпусную) и витковую.

Главная изоляция - это изоляция между проводниками обмотки и корпусом, сталью статора, а также между проводниками разных фаз. Витковая изоляция обеспечивает необходимую электрическую прочность между проводниками одной и той же фазы.

Обычно пазы и стержни обмотки имеют сечение, близкое к прямоугольному. Для уменьшения неоднородности электрического поля в изоляции используются проводники с необходимым радиусом скругления кромок.

Для устранения частичных разрядов между поверхностью изоляции и стенками пазов используются полупроводящие покрытия из железистой асбестовой ленты или медьсодержащей стеклоленты, плотно примыкающие к стали статора. В особенно неблагоприятных условиях оказываются места выхода стержней из паза, где имеет место краевой эффект.

Повышение напряженности электрического поля, как в изоляции стержня, так и в окружающей его газовой среде (воздух, водород) может быть настолько значительным, что может вызвать в воздухе или в водороде коронирование, приводящее к разрушению изоляции. Для устранения коронирования необходимо снизить напряженность электрического поля вдоль поверхности изоляции. Выравнивание электрического поля в месте выхода стержней из паза достигается при помощи нанесения на поверхность изоляции полупроводящих покрытий в виде асбестовых лент, пропитанных масляно-битумными или глифталь-масляными лаками, содержащими сажу или графит.

Рис. - Расположение обмотки в пазах статора электрической машины:

1. - проводник;

2 - прокладка из микашнта;

3. - витковая изоляция;

4. - изоляция натушки или стержня;

5 - полу проводящее;

6, 7, 8 - прокладки из миканита я картона.

Современные крупные генераторы имеют обмотку с одновитковыми стержнями.

Поэтому главная изоляция одновременно является и витковой. В машинах малой и средней мощности обмотки многовитковые. Как правило, рабочее напряжение между витками не превышает нескольких сотен вольт. Междувитковая изоляция рассчитывается на испытательное напряжение 1000-2250 В.

Обмотки роторов работают при напряжениях до нескольких сотен вольт. Температура роторов при работе машин достигает 140-150°С. Поэтому изоляция обмотки ротора должна быть теплостойкой. Обмотки роторов, особенно в быстроходных машинах - турбогенераторах, испытывают значительные механические воздействия вследствие центробежных усилий. При выборе изоляции для обмоток роторов отдается предпочтение материалам с высокой механической прочностью.

В процессе изготовления изоляции машины ее электрическая прочность многократно проверяется повышенным напряжением промышленной частоты в течение 1 мин.

Первое испытание изоляции катушек или секций статора и ротора производится до укладки их в паз. Значение испытательного напряжения зависит от мощности и номинального напряжения машины. Статорные катушки или секции машин мощностью до 10MBА испытываются напряжением 2,75Uном+4500В, изоляция машин мощностью свыше 10MBА - при 2,75Uном+6500 В, а после укладки обмотки в пазы соответственно напряжениями 2,5Uном +2500В и 2,5Uном +4500В.

После пайки лобовых соединений обмоток испытательные напряжения снижаются до 2,25Uном +2000В и 2,25Uном + 4000В и, наконец, при выпускных испытаниях для машин в соответствии с требованиями ГОСТ напряжения устанавливаются равными 2Uном +3000В.

Приемо-сдаточные испытания генераторов производятся при напряжениях 0,8 (2Uном +3000 В), что составляет для генераторов 300 МВт 1,72Uном, а для генераторов 260МВт- 1,75Uном. В процессе эксплуатации машин кроме обычного старения изоляции обмоток статоров (например, в турбогенераторах) отмечены и другие повреждения изоляции. При неудовлетворительном закреплении стержней обмоток в пазах наблюдается их вибрация, при этом изоляция механически истирается о стенки паза или расслаивается на выходе из него. При ослаблении прессовки активной стали имеет место вибрация, которая приводит к разрушению изоляции и поломке лепестков стали в зубцовой зоне. Попавшие на поверхность изоляции ферромагнитные тела (стружка, лепестки стали) в магнитном поле вибрируют и повреждают изоляцию.

В машинах с непосредственным водяным охлаждением при нарушении плотности водяного тракта дистиллят может увлажнить изоляцию, что снижает ее электрическую прочность. В эксплуатации имели место также случаи обугливания покровной киперной ленты в лобовых частях обмотки в результате увлажнения непропитанной ленты и возникновения поверхностных разрядов.

В эксплуатации ведется систематический надзор за состоянием изоляции электрических машин. Для своевременного выявления слабых мест изоляция систематически подвергается профилактическим испытаниям.

Контроль состояния изоляции статорных обмоток в основном производится повышенным напряжением промышленной частоты. Оптимальное испытательное напряжение и длительность его приложения устанавливаются на основании анализа результатов эксплуатации и с учетом технической и экономической целесообразности. Испытательное напряжение не должно повреждать изоляцию, которая может надежно работать, но должно быть достаточным для того, чтобы выявлять стержни с изоляцией, не обеспечивающей надежной работы машины.

Испытательное напряжение промышленной частоты при периодически проводимых в энергосистемах профилактических испытаниях изоляции в процессе эксплуатации генераторов обычно принимается равным (1,5ч1,7)Uном. Длительность приложения напряжения составляет 1 мин. В практике эксплуатации машин в настоящее время применяются и другие виды профилактических испытаний изоляции обмоток статоров: определение сопротивления изоляции обмотки, испытание выпрямленным повышенным напряжением. Для некоторых типов машин определяется также тангенс угла диэлектрических потерь. генератор электрический изоляция

Витковая изоляция электрических машин в условиях эксплуатации испытывается повышенным напряжением возбужденной машины, равным (1,15ч1,3)Uном.

Размещено на Allbest.ru