Лекция 2.4.3

№

п\п

Учебные вопросы

Время, мин.

Введение

5

Учебные вопросы:

1.

1. Методы сушки.

25

2.

1.2.Контроль параметров при сушке

25

3.

1.3.Сушка обмоток электрических машин способом индукционных потерь в стали

25

Заключение

10

Итого:

90

2. Методы сушки.

Сушке подвергаются электрические машины при увлажнении изоляции обмоток и других токоведущих частей, например, при транспортировке, хранении, монтаже и ремонте, а также при длительном останове агрегата.

Сушка изоляции обмоток электрических машин без особой необходимости вызывает дополнительные неоправданные расходы, а при неправильном ведении режима сушки, кроме того, происходит порча обмотки.

Назначение сушки - удаление влаги из изоляции обмоток и повышение сопротивления до значения, при котором электрическую машину можно поставить под напряжение.

Абсолютное сопротивление, МОм, изоляции для электрических машин, прошедших капитальный ремонт, должно быть не менее 0,5 МОм при температуре 10 - 30°

Решение о необходимости сушки обмоток электрических машин принимается, если сопротивление изоляции меньше минимально допустимого. Для крупных электрических машин (мощностью 5 МВт и более) сопротивление изоляции можно рассчитать по формуле

Rиз > ___K_n*U_{н_____}

1000 + 0,01_*S_н

где U — номинальное напряжение электрической машины, В;

Sн — ее номинальная мощность, кВ А (кВт);

К_п — поправочный коэффициент, учитывающий зависимость сопротивления изоляции от ее температуры Т_и: Температvpa изоляции обмоток, ^оС 75 70 60 50 40 30 20 10 Кп                 1,0 1,2 1,7 2,4 3,4 4,7 6,7 9,4

В соответствии с ПЭЭП ( Правилами технической эксплуатации электроустановок) при температуре изоляции, равной температуре окружающей среды, сопротивление изоляции обмоток низковольтных (U_н< 1000 В) двигателей переменного тока должно быть не менее 1,0 МОм, а двигателей постоянного тока — не менее 0,5 МОм. Измерение сопротивления изоляции крупных электрических машин должно производиться при температуре не ниже 10 °С.

Каб=R_60”/R_15”

R_60” – сопротивление изоляции через 60 сек. R_15” – сопротивление изоляции через 15 сек.

Для вновь установленных электрических машин это значение должно быть не ниже значений, приведенных в табл. 2, а у электродвигателей напряжением выше 2 кВ или более 1000 кВт, кроме того, необходимо определить мегаомметром коэффициент абсорбции ka6c или отношение R60/ R15.

Если полученные данные указывают на неудовлетворительное состояние изоляции, электрические машины подвергаются сушке.

Удаление влаги из изоляции обмотки электрической машины происходит за счет диффузии, вызывающей перемещение влаги в направлении потока тепла от более нагретой части обмотки к более холодной.

Перемещение влаги происходит вследствие перепада влажности в разных слоях изоляции, из слоев с большей влажностью влага перемещается в слои с меньшей влажностью. Перепад влажности в свою очередь создается перепадом температуры. Чем больше температурный перепад, тем интенсивнее происходит сушка изоляции. Например, нагревая внутренние части обмотки током, можно создать перепад температуры между внутренними и внешними слоями изоляции и тем ускорить процесс сушки.

Для ускорения сушки обмотки, нагретые до предельной температуры, целесообразно периодически охлаждать до температуры окружающей среды. Пои этом эффективность термической диффузии получается тем большей, чем быстрее охлаждаются поверхностные слои изоляции.

Табл. 1. Ориентировочная продолжительность сушки электрических машин

В процессе сушки нагревать обмотки и сталь нужно постепенно, так как при быстром нагревании температура внутренних частей машины может достигнуть опасного значения, в то время как нагревание наружных частей будет еще незначительным.

Скорость подъема температуры обмотки во время сушки не должна превышать 4 - 5°С в час. Согласно ПТЭ электроустановок потребителей измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины и между обмотками производят для обмоток электрических машин напряжением до 660 В включительно мегаомметром на 1000 В, а у электрических машин напряжение выше 660 В - мегаомметром на 2500 В.

Однако согласно ГОСТ 11828 - 75 сопротивление обмоток электрических машин на номинальное напряжение до 500 В включительно измеряют мегаомметром, рассчитанным на 500 В, обмоток электрических машин на номинальное напряжение выше 500 В - мегаомметром на 1000 В. Следовательно, ПТЭ в некоторой степени ужесточают требования по испытанию изоляции мегаомметром.

Измерение сопротивления изоляции производится при температуре обмоток 75°С. Если сопротивление изоляции обмоток было измерено при другой температуре, но не ниже 10 °С, оно может быть пересчитано на температуру 75 °С.

Перед сушкой изоляции обмоток электрических машин помещение должно быть очищено от мусора, пыли и грязи. Электрические машины должны быть тщательно осмотрены и продуты сжатым воздухом. Во время сушки измеряют сопротивление изоляции каждой обмотки электрической машины по отношению к заземленному корпусу машины и между обмотками (рис. 1).

Каждый раз перед измерением необходимо устранять остаточные заряды в изоляции, для этого обмотку заземляют на корпус на 3 - 4 мин. Кроме того, при сушке обмоток электрических машин необходимо измерять температуру обмоток, окружающего воздуха, ток сушки. Практически в результате сушки обмоток электрических машин сопротивление изоляции при температуре 750°С должно быть не ниже данных табл. 2.

Табл. 2. Наименьшие допустимые сопротивления изоляции обмоток электрических машин после сушки

При измерении сопротивления изоляции электрических аппаратов, машин и трансформаторов малой и средней мощности поляризация диэлектрика происходит быстро (несколько секунд), поэтому также быстро устанавливаются показания мегомметра. Для устройств большой мощности (свыше 400 кВт) поляризация может происходить в течение десятков минут, поэтому для характеристики изоляции используется коэффициент абсорбции Каб, численно равный отношению сопротивлений изоляции через 60 и 15 с: Индукционная сушка электрических машин: а — кольцевая обмотка вокруг статора; б — кольцевая обмотка вокруг корпуса

Чем больше коэффициент абсорбции, тем выше качество изоляции. Для хорошей изоляции при температуре 10...30°С, Каб должен быть не менее 1,3. Обмотки роторов крупных электрических машин перед монтажом можно не сушить, если сопротивление изоляции при указанных температурах составляет не менее 0,5 МОм для генераторов и синхронных компенсаторов и не менее 0,2 МОм для двигателей. Для сушки обмоток применяются следующие методы: индукционный, токовый и внешнего нагрева. В процессе сушки не должно происходить резкого изменения температуры изоляции и обмотки, иначе в изоляции возникают большие термомеханические напряжения, которые могут привести к ее повреждению. Поэтому режим нагрева выбирают таким образом, чтобы скорость нарастания температуры обмоток не превышала 5...7^оС в час. При использовании индукционного метода сушки вокруг сердечника статора при вынутом роторе (вокруг сердечника вынутого ротора) или вокруг корпуса машины наматывается кольцевая намагничивающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока. Сушка методом внешнего нагрева

Создаваемое с помощью этой обмотки переменное магнитное поле вызывает нагрев сердечника статора (ротора) или корпуса и, соответственно, нагрев обмоток, за счет которого и происходит их сушка.

Токовая сушка электрических машин: а и б — нагрев обмоток током от постороннего источника: в и г — нагрев обмоток токами короткого замыкания.

При использовании метода токовой сушки по обмоткам пропускают постоянный или переменный ток от постороннего источника (рис. а и б). В связи с резким ухудшением охлаждения электрической машины ограничивается величина тока — не более 40...60% от его номинального значения. К разновидностям токовой сушки относится нагрев обмоток генераторов токами короткого замыкания, как показано на рис., в и г. В этом случае ротор генератора вращают с номинальной скоростью от постороннего двигателя. При использовании метода внешнего нагрева горячий сухой воздух направляется на металлические элементы конструкции (рис.3.9 а), а не на обмотки, во избежание неравномерного нагрева последних. Для улучшения условий сушки у электрических машин защищенного исполнения снимают жалюзи.

1.2.Контроль параметров при сушке

При сушке обмоток контролируют их температуру. Она не должна превышать 90... 95 °С для изоляции класса В, 120 °С для изоляции класса F и 100 С для незапеченных обмоток класса В. В ходе сушки через каждые 1...2 ч измеряют сопротивление изоляции. Следует отметить, что в процессе нагрева сначала из-за распаривания изоляции ее сопротивление может даже уменьшаться, но затем все равно будет возрастать и установится на определенном уровне.

С ушку считают оконченной, когда сопротивление изоляции и коэффициент абсорбции остаются неизменными в течение нескольких часов при постоянной температуре обмоток. Для электрических машин мощностью до 400 кВт коэффициент абсорбции обычно не контролируют. Для определения возможностей включения трансформаторов (без сушки влажность их изоляции определяют по результатам измерений емкости изоляции с помощью приборов типа ПКВ (прибор контроля влажности). Степень увлажнения изоляции определяется по величине отношения емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при частоте 50 Гц (С₂/С₅₀) и ее отклонению от некоторых нормируемых значений. Емкость изоляции трансформаторов можно определить по времени разряда, поэтому для определения степени увлажнения изоляции используют прибор типа ЕВ (емкость — время), принцип работы которого основан на однократном заряде и разряде емкости изоляции обмоток. Метод позволяет определить даже незначительное увлажнение. В этом случае оценка производится по величине прироста емкости С за время разряда, равного 1 с, к величине геометрической емкости С (приводится заводом-изготовителем). В трансформаторах большой мощности (от 80 МВ А и выше) для количественной оценки увлажнения твердой изоляции на заводе закладывается ее макет (контрольные образцы). Он состоит из набора пластин электроизоляционного картона толщиной 0,5...3,0 мм, установленного на верхней ярмовой балке, и проходит вместе с трансформатором термовакуумную обработку. По содержанию влаги в макете судят о степени увлажнения изоляции, а по содержанию влаги в образцах различной толщины — о глубине ее проникновения в изоляцию трансформатора. Допустимые значения изоляционных характеристик трансформаторов напряжением до 35 кВ включительно в соответствии с ПЭЭП приведены в табл. Контрольная подсушка трансформатора осуществляется в следующих случаях: - наличии признаков увлажнения масла и (или) нарушения герметичности трансформатора; - превышении допустимого срока хранения трансформатора без масла или без доливки масла; - нахождении активной части трансформатора в разгерметизированном виде больше допустимого времени; - при незначительном ухудшении состояния изоляции, обнаруженном в результате ее испытаний.

Допустимые значения изоляционных характеристик трансформаторов

Для контрольной подсушки высоковольтных (110... 750 кВ) трансформаторов разработан метод низкотемпературной обработки изоляции, основанный на интенсивном удалении паров воды из твердой изоляции при помощи низкотемпературной ловушки паров в условиях глубокого вакуума. Оптимальная интенсивность испарения достигается при температуре на поверхности ловушки — 70... — 80 °С. Для достижения таких температур в качестве хладоагента для ловушки используется смесь сухого азота с ацетоном. Ловушка подключается к трансформатору через патрубки для залива и слива масла. Для успешной сушки достаточно, чтобы температура изоляции была не ниже 20^оС, иначе необходим ее предварительный подогрев. Контрольная подсушка изоляции в масле может проводиться путем нагрева обмоток постоянным током или токами короткого замыкания (первичная обмотка трансформатора соединяется с регулируемым источником переменного тока, а вторичная — замыкается накоротко). Возможна также сушка токами нулевой последовательности. В этом случае происходит нагрев бака и магнитопровода за счет потерь в них от потоков нулевой последовательности.

Нагрев производится при температуре верхних слоев масла не выше 70...80^о С. - Сушка изоляции трансформатора без масла применяется в тех случаях, когда изоляция сильно увлажнена, на активной части трансформатора или на баке обнаружены следы воды, состояние изоляции существенно хуже показателей, приведенных в табл.  1. Этот способ сушки позволяет ускорить процесс восстановления параметров изоляции при сохранении качества масла и изоляции обмоток. Сушка может проводиться в сушильном шкафу, специальной камере или в собственном баке. Наиболее качественной является сушка пол вакуумом в специальном сушильном шкафу, хотя она и требует больших капитальных затрат. - Одним из наиболее распространенных является индукционный метод сушки изоляции в собственном баке при слитом масле   при пониженном давлении. На боковой поверхности бака 5 размещается намагничивающая обмотка 2, соединенная с источником переменного тока. При протекании по обмотке переменного тока возникает переменный магнитный поток, вызывающий потери в стали бака и за счет этих потерь нагрев последнего, - В процессе сушки контролируются температура обмоток, характеристики изоляции и количество выделяющегося конденсата, который выводится из бака через вытяжную трубу 4. Сушка продолжается до прекращения выделения влаги в охладительной колонке, присоединенной к вытяжной трубе (на рис. 9.11 не показана), достижения нормированных значений параметров изоляции и сохранения их в течение ..8 ч. При сушке сохраняется постоянная температура обмоток (в диапазоне 95... 105 °С) и разрежение в баке (давление не более 665 Па).

Индукционная сушка трансформатора в собственном баке: 1 — активная часть трансформатора; 2— намагничивающая обмотка из изолированного провода; 3 — асбест для утепления бака; 4 — вытяжная труба; 5 — бак. 6 — заземление бака; 7 — дополнительные электропечи При сушке активной части трансформатора в специальной камере сухим воздухом при атмосферном давлении направленный поток воздуха создается с помощью воздуходувок, а его нагрев — с помощью электрических печей или теплообменников с паром. Струя горячего воздуха, как и при сушке электрических машин, не должка направляться непосредственно на обмотки.