В импульсных конденсаторах в ряде случаев в качестве пропиты вающего диэлектрика используется касторовое масло, обладающее повышенной диэлектрической проницаемостью (е= 5,5е0) и высокой стабильностью против разложения в электрическом поле.
В специальных импульсных конденсаторах, рассчитанных на боль шие импульсные токи, применяется ряд мер для уменьшения индук тивности конденсаторов.
§ 15.8. ИЗОЛЯЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
а. Общие сведения
Крупные электрические машины являются важнейшими элемен тами энергосистем. В настоящее время большая часть генераторов вы пускается на номинальное напряжение от 3,15 до 21 кв, а в отдельных случаях на еще более высокие напряжения. Мощность генераторовдостигает 800 Мвпѵ, разрабатываются генераторы с мощностью в еди нице 1200-^1500 Мет. Поведение их изоляции в эксплуатации в зна чительной степени определяет надежность и бесперебойность электро снабжения потребителей. Повреждение изоляции крупных электри ческих машин во время работы является одним из наиболее тяжелых видов аварий энергосистем.
В процессе работы изоляция машин находится в тяжелых усло виях эксплуатации (перенапряжения, высокая рабочая темпера тура, вибрация, циклы нагрева и охлаждения, механические усилия,
воздействие продуктов разложения |
воздуха — озона, окислов |
азота |
и др.). Кроме |
того, существенное |
значение имеют |
технологические |
трудности при |
изготовлении и укладке изоляции, |
приводящие |
к ме |
ханическим повреждениям изоляции в процессе изготовления, а так же несовершенство методов контроля и испытания.
Усовершенствование изоляции высоковольтных электрических ма шин идет по пути повышения ее надежности и долговечности, а также повышения удельных показателей за счет применения тонкослойной изоляции на основе синтетических изоляционных материалов, обла дающих более высокой электрической и механической прочностью и нагревостойкостью.
Основным требованием, предъявляемым к изоляционным мате риалам, технологии изготовления и конструированию, является спо собность изоляции длительное время противостоять комплексу эк сплуатационных воздействий без значительного старения изоляции и образования местных дефектов в пределах срока службы. Последние приводят к тому, что наряду с высокими средними значениями элект рической и механической прочности (электрическая прочность пре вышает номинальное напряжение в 10ч-15 раз) в машинах имеется некоторое (порядка 1%) количество стержней, электрическая проч ность которых близка к величинам испытательных напряжений или перенапряжений. Поведение изоляцйи машины в эксплуатации опре
деляется наиболее слабыми ее элементами в электрическом и механи ческом отношениях. Поэтому важно обеспечить высокие характеристи ки новой изоляции и поддерживать их в эксплуатации.
При оценке технико-экономических показателей необходимо счи таться с тем, что стоимость изоляции составляет 50-ь80% стоимости всех других материалов машины, а учитывая, что за время службы машины изоляция частично или полностью заменяется, удельный веа стоимости изоляции возрастает еще больше.
В трехфазных машинах изоляцию обмоток статоров принято раз делять на главную и продольную. Под г л а в н о й и з о л я ц и е й пони маются изоляция между фазами и корпусом (корпусная) и изоляция
между различными фазами (междуфазовая). К п р о д о л ь н о й |
и з о л я |
ции относятся междувитковая, междукатушечная и изоляция |
между |
группами катушек одной фазы. |
|
В зависимости от номинального напряжения, мощности и типа машины (турбоили гидрогенераторы; синхронные компенсаторы; электродвигатели) и способа охлаждения применяются разнообраз ные конструкции изоляции и различные изоляционные материалы.
Как было показано в §8.7, для изоляции обмотки статора маши« применяется термопластическая или термореактивная изоляция. По» конструктивному выполнению изоляцию можно подразделить на не прерывную и гильзовую, причем последняя в большинстве случаев выполняется с применением термопластических связующих.
б.Конструкция главной изоляции
Всовременных генераторах применяется непрерывная изоляция, которая как в пазовой, так и в лобовой части выполняется из одного
итого же материала (чаще всего из микалентной компаундированной изоляции, в которой микалента наматывается на стержень слоями впол
нахлеста). Конструкция такой изоляции применительно к генератору
с |
воздушным охлаждением приведена на рис. 15.41 и с водяным — |
на |
рис. 15.42. |
Гильзовая изоляция выполняется в виде жестких или мягких труб (гильз), в которых находятся пазовые участки стержней или катушек. Лобовые участки, головки и уголки изолируются гибкими лентами в зависимости от необходимого класса напряжения. Таким образом, гильзовая изоляция неоднородна как в отношении изоляционных мате риалов и технологии изготовления, так и в отношении электрических и других свойств. Пазовые участки гильзовой изоляции легко под даются термомеханической обработке, в результате чего они имеют вы сокую начальную электрическую прочность. В эксплуатации пазовые участки непрерывной микалентной и гильзовой изоляций меньше под вергаются расслоению, разбуханию, вследствие чего они дольше со храняют высокие значения электрической прочности.
Нанесение изоляции на лобовые участки, уголки и головки являет ся трудоемким, процессом, так как она трудно поддается формовке и опрессовке, что приводит к появлению повышенного числа газовых включений, расслоений и других дефектов, снижающих ее электриче-
Рис. 15.42. Поперечный разрез паза статора турбогенератора с непосредственным охлаждением обмотки водой:
/ — клин; 2, 12, 13 — прокладки изоляцион ные; 3 — медпыіі сплошной проводник изоли рованный; -I — медный полый изолирован ный проводник; 5 — изоляционный раздели тель групп транспонированных проводни ков; б — корпусная изоляция; 7 — полупроводящая лента; 8 — изоляция мест переходов транспозиции проводников; 9 — изоляционная замазка; 10— изоляционная прокладка с закруглением; // — алюминиевая проклад
ка; 14 — сталь статора
скую прочность. В эксплуатации постепенно происходит разбухание и расслоение изоляции лобовых частей, миграция компаундов. Эти участки изоляции подвергаются более интенсивному старению, в них раньше образуются местные разви тые дефекты, быстрее снижается электрическая и механическая проч ность.
В местах выхода катушек (стерж ней) из паза статора изоляция
Рис. 15.41. Изоляция обмотки статора в пазу с воздушным охлаждением:
/ — проводник медный; 2 — изо ляция между элементарными про водниками; 3 — изоляция между витками; 4 — изоляция относи тельно корпуса (главная); 5 — изоляция между слоями; 6 —
.сталь статора; 7 — клин
подвергается интесивным вибраци ям, имеет место повышенная напря
женность электрического поля, а на поверхности изоляции создаются условия для развития короны и скользящих разрядов, которые разру шают изоляцию.
в. Электрическая прочность главной изоляции
Функции распределения пробивных напряжений корпусной изоля ции стержней машин при 50 гц удовлетворительно описываются нор мальным законом. Этому же закону подчиняются распределения и при других формах напряжения, и только для сильно изношенной (рас
слоившейся) изоляции при импульсных напряжениях наблюдается существенное отклонение от этого закона.
На рис. 15.43 представлены функции распределения пробивных напряжений новой корпусной микалентиой изоляции 6,6 кв стержней
(/) и целых машин (2). Кривая 1 получена по испытаниям 279 стерж ней (изоляция четырех машин), а кри вая 2 — путем пересчета по формуле
Р Л и ) = \ - [ 1 - Р Л и ) \ * > |
(15.61) |
|
где Ps (U) и Pi(U) — вероятности про |
|
боя изоляции стержней и целых ма |
|
шин; |
s — число стержней в машине. |
|
Функции распределения |
дают до |
и„р,кв |
статочно полную информацию об элек |
трической прочности изоляции. Кроме |
Рис. 15.43. Функции распределения |
того, |
они используются для |
сравни |
тельной оценки электрической проч |
пробивных напряжении промышлен |
ной частоты новой корпусной мика- |
ности и однородности как разных ви |
лентной изоляции 6,6 кв для стерж |
дов, так и разных состояний одной и |
ней (1) и целых машин (2) |
тон же изоляции, например новой и бывшей в эксплуатации. С их помощью производится количественный
анализ снижения электрической прочности в результате различных приемов изготовления и монтажа изоляции.
Данные по электрической прочности новой и бывшей в эксплуата ции микалентиой изоляции при разных формах напряжения приведе
ны в табл. |
15.4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переменное на |
Выпрямленное |
Т а б л и ц а |
15.4 |
|
|
|
|
К осоугольная |
волна |
|
|
|
|
пряжение |
при |
напряжение |
при |
41,5 к в !м к с е к |
при |
|
|
|
|
|
(£/), |
|
Х арактер |
изоляции |
|
Р ( U ) , ко |
Р |
( |
U |
), |
ко |
Р |
кв |
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
0,02 |
0,5 |
|
|
|
0.02 |
0,98 |
0,5 |
|
0,02 |
Микалента новая: |
. |
44 |
34 |
87 |
|
|
|
|
81 |
150 |
57 |
|
44 |
6,6 |
кв |
|
|
|
|
|
|
10,5 |
кв |
|
. |
30 |
28 |
— |
|
|
|
|
— |
150 |
97 |
|
96 |
15,75 |
к в .................... |
44 |
42 |
— |
|
|
|
|
200 |
115 |
|
105 |
Опытные |
стержни 18,0 кв |
79 |
71 |
— |
|
|
|
|
— |
' 215 |
170 |
|
155 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
Микалента, |
бывшая в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эксплуатации: |
кв |
32 |
29 |
51 |
|
|
' |
|
50 |
105 |
54 |
|
47 |
26000 ч, |
Uп= 6 ,6 |
|
|
|
|
1000 ч, (Уи=10,5 |
кв |
33 |
32 |
47 |
|
|
|
43 |
150 |
47 |
|
42 |
Стеклоэскапон, U„ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 3,3 кв: |
|
|
|
35 |
20 |
75 |
|
|
|
|
55 |
|
46 |
|
30 |
н о в ы й ........................ |
|
|
|
|
|
|
бывший в эксплуата |
31 |
19 |
49 |
|
|
|
|
34 |
— |
39 |
|
18 |
ции ............................ |
|
|
|
|
|
Для новой и находящейся в эксплуатации изоляций' обычно наблк> дается следующее соотношение между электрической прочностью изо ляции отдельных элементов: Дп> Д л> Д у> ІІГ, где Un, /Ул, Uv Ue— электрическая прочность соответственно пазовых, лобовых участков, уголков и головок.
Т а б л и ц а 15.5
|
|
|
и пр/{/цом 1іа различных |
|
Вид изоляции |
Р од напряжения |
участках катуш ек |
|
пазовая |
уголки |
лобовая |
|
Н овая мнкалентная . . . |
Переменное 50 ец . . . . |
8,5 |
3,2 |
4,8 |
|
Гильзовая изоляция, |
Переменное 50 ац . |
6,5 |
2,0 |
2,2 |
|
вывшая в эксплуатации |
|
Постоянное..................., . |
9,5 |
2,5 |
2,7 |
|
|
Импульсное 1,5/40 мксек |
5,5 |
1,7 |
1,9 |
В табл. 15.5 представлены данные по электрической прочности различных элементов участков изоляции катушек при постоянном, переменном и импульсном напряжениях. В лобовых частях главной изоляции старение происходит неравномерно: наиболее интенсивно в местах выхода катушек (стержней) из пазов статора на расстоянии до 50 мм от пакетов стали статора вследствие более интенсивных виб раций и больших напряженностей электрического поля. Старение па зовых участков также происходит неравномерно: электрическому ста рению более интенсивно подвергается изоляция ближайших к выводам
катушек, |
тепловому старению — центральные участки пазовой изо |
ляции. |
. |
Данные по электрической прочности новых (термореактивных) видов изоляции в литературе очень скудные — это главным образом за висимости средних пробивных напряженностей новой изоляции от вре мени приложения напряжения промышленной частоты (см. рис.8.21). Об электрической прочности термореактивной изоляции в эксплуата ции, ее старении, надежности и долговечности можно судить по начальным свойствам и зависимостям пробивных напряженностей от времени приложения напряжения; при этом есть основания ожидать, что термореактивная изоляция обладает более высокой электрической прочностью, надежностью и долговечностью, и для этого вида изоля ции возможно повышение рабочих напряженностей. В табл. 15.4 при ведены данные по электрической прочности стеклоэскапоновой высоко вольтной изоляции электрических машин.
Токоведущая часть (медь) стержней выполняется прямоугольной формы, вследствие чего главная изоляция в пазах имеет резконеодно родное поле. Для уменьшения максимальной напряженности поля углы меди выполняются с определенными радиусами закругления г или внутри изоляции применяются прокладки из фольги.
