В данной работе рассмотрены основы построения изоляции электрических машин высокого напряжения, освещены теоретические основы современных методов диагностирования изоляции статорных обмоток, определена эффективность диагностирования и изложены предложения по улучшению средств для диагностирования, которые значительно повышают надежность изоляции электрических машин высокого напряжения.

Ключевые слова: крупные электрические машины, диагностирование изоляции, методы и средства, конструкция изоляции, надежность изоляции.

В процессе работы изоляция электрических машин находится в тяжелых условиях эксплуатации: воздействие перенапряжений, высокой рабочей температуры, вибрации, циклов нагрева и охлаждения, механических усилий, воздействий продуктов разложения воздуха (озона). Кроме того, существенное значение имеют технологические трудности при изготовлении и укладке изоляции, приводящие к механическим повреждениям, а также несовершенство методов контроля и испытаний.

При конструировании изоляции машин большое внимание уделяется ослаблению влияния короны, частичных разрядов, возникающих в пазовой части изоляции, и скользящих разрядов, возникающих в месте выхода обмотки из паза. Для предотвращения опасного воздействия этих разрядов используются следующие меры: 1) применение изоляции с повышенной стойкостью к воздействию частичных разрядов (слюдоемкие типы изоляции); 2) регулировка электрического поля.

В пазовых частях изоляция покрывается полупроводными покрытиями (асбестожелезными лентами), ослабляющими электрическое поле в газовых включениях и воздушных промежутках между изоляцией и стенками пазов, что уменьшает частичные разряды в этих включениях.

Понятие частичного разряда (ч.р.) в изоляции охватывает местный разряд на поверхности или внутри изоляции в виде короны, скользящий разряд или пробой отдельных элементов изоляции, шунтирующей части изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами.

Ч.р. в изоляции возникают в местах с пониженной электрической прочностью (например, в прослоях пропитывающей жидкости или в газовых включениях в толще диэлектрика). В дальнейшем элемент диэлектрика с пониженной электрической прочностью, участвующей в ч. р., будет называться «включением».

При возникновении ч. р. достаточно большой интенсивности наблюдается увеличение диэлектрических потерь за счет мощности, выделяемой при ч. р. Это увеличение диэлектрических потерь может быть зарегистрировано по увеличению в изоляции испытуемого объекта. При наличии ч. р. потери в диэлектрике испытуемого объекта емкостью состоят из потерь на ч. р. и других видов диэлектрических потерь . Если , что соответствует потерям , не зависит от напряжения, то пропорциональна квадрату напряжения, зависимость указана на рис. 1.

Рис. 1. Характерные зависимости от напряжения; 1 — ч.р отсутствуют; 2 — присутствуют локальные газовые включения, не увеличивающиеся с ростом напряжения, ч.р возникают при напряжении ; 3 — ч.р. возникают при напряжении

В процессе эксплуатации изоляция электрических машин изменяет свои характеристики под влиянием целого ряда факторов: вибрации, высокой температуры, рабочего напряжения, перенапряжений, ударных динамических нагрузок, увлажнения. Влияние каждого из этих факторов достаточно существенно. В связи с этим выбор толщины изоляции и рабочей напряженности основывается главным образом на эксплуатационном опыте. При этом установлена связь между толщиной изоляции d и номинальным напряжением машины.

В последние годы были произведены экспериментальные и теоретические исследования, позволившие уменьшить толщину изоляции и увеличить допустимые напряженности электрического поля.

Во всех случаях, особенно для изделий большой мощности, одновременно с уменьшением толщины изоляции, веса и габаритов, надежность и долговечность изделий должны не только не снижаться, но и повышаться. Требования уменьшения толщины изоляции электрических машин и повышения нагревостойкостп непосредственно связаны с требованиями к увеличению использования проводниковых и магнитных материалов, что, в свою очередь, необходимо для снижения веса и габаритов пли увеличения мощности. Замена металлических конструкционных деталей деталями из электроизоляционного материала позволяет создать более надежные и рациональные конструкции, так как при этом устраняются потенциально возможные места пробоя. Соответственно удается получить конструкции меньших весов и габаритов.

Выводы

Установлено, что в слабых местах изоляции вероятно расслоение и трещины, в которых возникают самостоятельные электрические разряды — корона, скользящие разряды по поверхности, частичные разряды.

Выявлены самые опасные места в изоляции статорных обмоток электрических машин — места выхода обмотки из пазовой части в лобовую.

Проанализированы особенности развития частичных разрядов и особенности измерения характеристик частичных разрядов, что позволяет своевременную диагностику изоляции.

Предложен современный измеритель характеристик частичных разрядов.

Проанализирована эффективность прибора для автоматического измерения коэффициента абсорбции изоляции обмотки статора генератора на работающем и остановленном генераторе.

Литература:

1. Кутин В. М., В. И. Брейдбурд «Диагностирование электрооборудования электрических сетей». –М.: УМК- ПО, 1991 г.

2. Рожкова Л. Д. Электрооборудование станций и подстанций. –М.: Энергоатомиздат, 1987. 12. Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. — Л.: Энергия, 1970.

3. Вольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. — СПб.: Питер, 2006. — 320 с.

4. Герасимова Л. С., Майорец А. И. Обмотки и изоляция силовых масляных трансформаторов. — М., Энергия, 1969.

5. Гольдберг О. Д., Гурин Я. С., Свириденко И. С. Проектирование электрических машин. — М.: Высшая школа, 1984.