
Испытание электрической прочности изоляции обмоток
Контрольные операции не позволяют судить об электрической прочности изоляции обмоток. Она проверяется только при испытаниях высоким напряжением.
Испытания электрической прочности изоляции обмоток машины обязательны в любой программе - полной или сокращенной.
Испытательные напряжения для пооперационного контроля в процессе изготовления машины устанавливают обычно заводы-изготовители, а испытательные напряжения для готовых машин предписывает ГОСТ 183 в зависимости от типа машины, ее мощности и номинального напряжения. Для испытания электрической прочности изоляции применяют переменное испытательное напряжение частотой 50 Гц или 60 Гц, так как часть машин экспортного исполнения изготовляют на частоту 60 Гц. Испытательное напряжение должно быть практически синусоидальным. Принципиальная схема испытательной установки приведена на рис..3 Испытательная станция состоит из испытательной камеры, где располагается испытуемое изделие, и помещения, в котором находятся пульт управления и испытатель. Испытательная станция отгораживается от остального помещения. Во время испытаний на испытательной станции не должен находиться никто из посторонних людей, а двери должны быть закрыты и заблокированы. Эта блокировка ВК не позволяет включить установку при открытых дверях. Блокировка ВК также имеется и на дверях испытательной камеры. Переменное напряжение от заводской сети через разъединитель и блокировочные контакты ВК подводится к контактору 8Р. От контактора 5Г напряжение через пускатель П подается на автотрансформатор АТр. В качестве регулятора напряжения вместо автотрансформатора может быть использован индукционный регулятор. В этом случае на первичную обмотку индукционного регулятора подают трехфазное напряжение, а со вторичной обмотки снимают однофазное.
От автотрансформатора напряжение подается в цепь обмотки низкого напряжения однофазного испытательного трансформатора Тр.
Один выводной конец обмотки высокого напряжения этого трансформатора заземлен, а второй конец соединяется с испытуемой обмоткой. Высокое напряжение измеряется вольтметром , который включен в первичную обмотку трансформатора Тр и отградуирован на высокое напряжение.
Испытательная установка должна иметь видимый разрыв, создаваемый
электрическим
соединителем ЭС. Зеленая лампочка Л31
контролирует положение дверей
испытательной станции и камеры. Зеленая
лампочка Л32 сигнализирует о включении
сети. Красная лампочка ЛК сигнализирует
о подаче высокого напряжения.
Испытания начинают с напряжения, не превышающего 1/3 испытательного и доводят его до полного значения плавно или ступенями по 5... 10% в течение не менее 10...15 с. Полное испытательное напряжение выдерживают
УЛ2
в течение 1 мин. За это время не должны наблюдаться толчки на стрелке вольтметра, треск и скользящие разряды, а также резкое изменение потребляемого тока. После окончания испытания напряжение плавно снижают до 1/3 его значения и отключают контактор 5Г и разъединитель схемы ()5.
Испытательный трансформатор выполняется слабо насыщенным, а его мощность должна быть достаточной для пробоя изоляции испытуемой обмотки при недостаточной ее электрической прочности.
Мощность трансформатора должна выбираться исходя из соотношения 1 кВ А на 1 кВ номинального напряжения. Для машин мощностью до 1000 кВт (кВ ■ А) и напря-
жением до 3 кВ включительно можно ис- пользовать измерительный трансформатор
напряжения. Степень насыщения трансформатора определяется по его характеристике холостого хода. Отклонение тока холостого хода от линейной зависимости при испытательном напряжении не должно превышать 10 %.
Для испытания электрической прочности изоляции отдельных катушек до укладки их в пазы, пазовые части катушек, плотно обертывают лентой из металлической (алюминиевой) фольги, наматывая ее втреть нахлеста на длину, равную длине сердечника машины. Несколько испытуемых катушек одновременно устанавливают на испытательном столе на поперечные брусья так, чтобы лобовые части катушек оказались приподнятыми и не касались стола. Под один из брусьев укладывают заземленный металлический электрод, соприкасающийся с металлической фольгой на пазовых частях катушек. Выводные концы катушек соединяют медной проволокой, подключают ее к зажиму высокого напряжения испытательного трансформатора и производят испытание. Если какая-либо из катушек оказалась некачественная, то ее изоляция пробивается.
Амперметр в схеме показывает сильное увеличение тока, а вольтметры -падение напряжения. После отключения схемы место пробоя изоляции легко определить, так как фольга над пробитым участком прогорает, а вокруг него видны цвета побежалости из-за сильного нагрева. На изоляции катушки также заметно небольшое прогоревшее отверстие.
Для испытания изоляции катушек после укладки их в пазы и заклиновки до соединения схемы обмотки выводные концы всех катушек соединяют тонкой проволокой и подключают к обмотке испытательного трансформатора, а корпус машины заземляют.
Для испытания изоляции после соединения схемы обмотки испытательное напряжение подают только на одну из фаз обмотки, а заземляют и корпус машины, и другие фазы. Таким образом одновременно испытывается как изоляция обмотки относительно корпуса, так и между фазами.
Перед испытаниями обмоток на электрическую прочность изоляции проверяют схему соединения катушек обмотки путем определения правильности маркировки начала и конца каждой фазы. Для этого применяют способ регистрации разности напряжений на фазах обмотки при встречном или согласном их включении. Если две фазы обмотки соединить встречно и подать на них переменное напряжение, то при правильной их маркировке на третьей фазе обмотки напряжения не будет. При неправильной маркировке на третьей фазе обмотки возникает ЭДС.
Испытательное напряжение поднимают плавно, выдерживают его максимальное значение в течение 10 с и плавно снижают. Наличие пробоя изоляции определяют по резкому увеличению испытательного тока.
ГОСТ 183 устанавливает величину испытательного напряжения только на самом последнем испытании - приемо-сдаточном, т. е. наименьшее испытательное напряжение. Поэтому шкала напряжений при послеоперационных испытаниях строится таким образом, чтобы последнее послеоперационное испытание (предшествующее приемо-сдаточному) проводилось при напря-
жении на 10... 15% больше, чем приемо-сдаточное. Примерно на такой же уровень повышается напряжение при каждом предыдущем испытании по сравнению с последующим (табл. ).
. Испытание междувитковой изоляции
Витковую изоляцию испытывают лишь в машинах, обмотка которых состоит из многовитковых (двухвитковых и более) катушек. Так как витки в катушках соединены последовательно и не имеют отдельных выводов, то испытательное напряжение нельзя приложить к каждому витку раздельно. Поэтому для испытания междувитковой изоляции обмоток приходится применять другие способы.
Изоляция между витками всыпных обмоток в большинстве случаев состоит из двух слоев эмали, которой покрыты два расположенных рядом проводника. Кроме того, в местах обмотки, где витки неплотно прилегают один к другому, между витками после пропитки имеется слой пропиточного лака, заполняющего пустоты между проводами.Напряжение между витками обмотки иш равно напряжению, приложенному к фазе, деленному на число последовательно соединенных витков фазы . Чтобы повысить это напряжение, надо повысить напряжение на выводах обмотки.
Обычно межвитковое напряжение обмоток статоров асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором не превышает 10... 15 В. Неповрежденная эмалевая изоляция обмоточных проводов, из которых изготовляют обмотки, имеет достаточно высокую электрическую прочность (4...6 кВ), однако даже у новых проводов встречаются точечные повреждения слоя изоляционной эмали. Эти повреждения в условиях эксплуатации могут развиваться и на их месте могут возникнуть местные очаги повреждений межвитковой изоляции, т. е. местные дефекты.
Повреждение межвитковой изоляции обмоток в начальной стадии определить довольно трудно, поскольку между витками даже при полном отсутствии в месте дефекта на поверхности проводов эмалевой пленки имеется воздушный промежуток, пробивное напряжение которого составляет сотни вольт. Так, воздушный промежуток толщиной 0,1 мм имеет пробивное напряжение свыше 1000 В, поэтому для повышения эффективности определения повреждений к изоляции между витками необходимо прилагать напряжение, превышающее пробивное напряжение в месте дефекта.
Согласно ГОСТ 183 испытание междувитковой изоляции производят при повышении напряжения на выводах обмотки на 30 % по сравнению с номинальным. Такое напряжение изоляция должна выдержать в течение 3 мин.
Для испытания витковой изоляции многовитковых обмоток статоров и фазных роторов асинхронных двигателей, а также обмоток якорей и обмоток возбуждения машин постоянного тока может быть использован метод наведения ЭДС в испытуемых обмотках.
Для испытания междувитковой изоляции многовитковых отдельных статорных катушек, не уложенных в пазы, применяют установку, состоящую из двух П-образных магнитопроводов, на одном из которых имеется обмотка возбуждения, а на втором - измерительная обмотка. Для испытания оба маг-нитопровода надевают на катушку и замыкают их стержни, образуя замкнутые магнитные цепи. Обмотка возбуждения подключается к источнику напряжения высокой частоты или генератору импульсов напряжения. Поток, создаваемый МДС обмотки возбуждения, индуцирует в витках испытуемой катушки ЭДС. При пробое изоляции между ее витками в образовавшемся замкнутом контуре возникает ток, который, в свою очередь, наводит ЭДС в
вигках измерительной катушки. Появление тока регистрируется милливольтметром в ее цепи.
Для испытания витковой изоляции катушек, уложенных в пазы, применяют аналогичную установку (рис. 3). Оба магнитопровода устанавливают на зубцы сердечника статора над испытуемой катушкой гак, чтобы поток возбуждения замыкался под пазом, охватывая ее витки. Ток, появляющийся при витковом замыкании в замкнутом накоротко витке, возбуждает ЭДС в измерительной катушке второго П-образного магнитопровода, которая регистрируется прибором, подключенным к ее выводам.
Для испытания витковой изоляции многовитковых катушек возбуждения применяют установку, показанную на рис. 4. Установка состоит из магнитопровода (1) с поворотным ярмом (3). На один стержень магнитопровода надевают испытуемую катушку (2). На другом стержне размещена катушка возбуждения (4). При включении катушки возбуждения в сеть переменного тока в магнитопроводе возникает магнитный поток, который индуцирует в витках испытуемой катушки ЭДС. Причем напряжение между ее витками равно напряжению, приходящемуся на один виток катушки возбуждения. При пробое витковой изоляции в испытуемой катушке образуется замкнутый виток, в котором под влиянием индуцированной ЭДС возникает большой ток. Появление этого тока вызывает повышение тока в катушке возбуждения, которое регистрируется амперметром.
Междувитковую изоляцию испытывают также импульсным напряжением в течение 15 с. При выборе испытательных напряжений междувитковои изоляции исходят не из значений напряжений на витках при работе электрической машины, а из значений коммутационных перенапряжений, которые определяют тип междувитковои изоляцииобмотки. Верхний предел испытательных напряжений определяется разрядным напряжением данного типа витковои изоляции и необходимым коэффициентом запаса (40...50 % среднего пробивного напряжения витковои изоляции). Нижний предел определяется возможностью пробоя воздушного зазора между смежными проводниками при повреждении витковои изоляции. Практически для между-витковой изоляции катушек электрических машин на напряжение 6000 В принято испытательное напряжение 1400 В.
Разрезные обмотки испытывают путем приложения к двум соседним виткам испытательного напряжения частотой 50 Гц.
Испытание обмоток якорей
При испытании обмоток якорей проверяют электрическую прочность изоляции, отсутствие междувитковых замыканий, качество пайки и правильность присоединения концов обмотки к коллектору.
Электрическую прочность изоляции на корпус проверяют повышенным напряжением. Повышенное напряжение прикладывают к корпусу якоря и обмоткам.
Послеоперационный контроль повышенным напряжением изоляции обмоток якорей машин постоянного тока относительно корпуса проводят до укладки катушек в пазы, после укладки, после пайки и бандажирования, после пропитки и проточки коллектора Электрическую прочность витковой изоляпии проверяют методами испытательных электромагнитов, милливольтметра и бегущей волны.
Наиболее широко в производстве используют метод испытательных электромагнитов. Схема испытаний на таком электромагните показана на рис. 5 .Электромагнит состоит из полюсных наконечников (1 и 3) и сердечника с обмоткой возбуждения (5).
а бе
Рисунок 5 - Схема работы испытательного электромагнита при испытании междувитко-вой изоляции обмотки якоря (ротора):
а схема испытательного 'электромагнита, 6 определение замкнутых витков с помощью стальной пластинки, « - определение замкнутых витков с помощью телефонной трубки: 1,3-полюсные наконечники, 2 ~ якорь (ротор) обмотанный. 4 - регулировочный винт, 5 обмотка возбуждения электромагнита, 6 - стальная пластинка, 7, 8 - дефектные секции. 9 - П-образный сердечник, 10 катушка, 11 - телефонная трубка
Полюсные наконечники и сердечник электромагнита выполняют шихтованными из листов электротехнической стали. Для испытания якорей различных габаритов один из полюсных наконечников выполняют подвижным при помощи регулировочного винта (4).
Испытуемый якорь (ротор) устанавливают на полюсные наконечники, которые выполнены так, чтобы охватить обмотку якоря по шагу и чтобы зазор между ними и сталью якоря был не более 5 мм.
На обмотку возбуждения электромагнита подают переменный ток промышленной частоты 50Гц или повышенной частоты 500... 1000 Гц, который создает переменный магнитный поток, пересекающий сердечник якоря и его обмотку. При наличии в какой-либо катушке короткозамкнутых витков или при замыкании пластин коллектора, к которым присоединена катушка, в катушке потечет большой ток. В зубцах паза с короткозамкнутыми витками будет создаваться сильный магнитный поток. Пазы с дефектными катушками можно обнаружить с помощью стальной пластинки (рис. 16.6, б), проведя ею по окружности якоря. Зубцы, к которым пластинка сильно притягивается и дребезжит, укажут на наличие между ними паза с короткозамкнутыми витками.
Катушки с короткозамкнутыми витками у статоров и фазных роторов можно обнаружить с помощью телефонной трубки 11 (рис. 16.6, в), которую присоединяют к катушке 10 П-образного электромагнита. Катушка питается переменным током высокой частоты. Электромагнит передвигают по окружности ротора. При прохождении его над пазами с исправными катушками в телефоне слышится равномерное гудение. Когда электромагнит находится над пазом с короткозамкнутыми витками, в телефонной трубке будет слышен резкий звук. Пазы с дефектными катушками отмечают мелом, и ротор отправляют в ремонт.
Метод испытательных электромагнитов применяют при проверке прочности междувитковой изоляции катушек якорей с петлевой и волновой обмотками, статоров и фазных роторов.
Для катушек якорей с лягушачьей и петлевой обмотками с уравнительными соединениями, так как в них всегда имеются короткозамкнутые контуры из катушек обмотки и уравнительных соединений, испытание междувитковой изоляции проводят методом милливольтметра (рис. 16.7).
Постоянный ток подводится специальными щупами (2 и 4) к двум коллекторным пластинам, находящимся одна от другой на расстоянии полюсного деления. Реостатом (3) устанавливают величину тока, при которой отклонение стрелки милливольтметра, присоединенного к двум коллекторным пластинам, хорошо видно.
Присоединяя милливольтметр при помощи щупов (5) поочередно к каждой паре коллекторных пластин, замеряют падение напряжения в катушке. При исправной обмотке показания милливольтметра будут мало отличаться друг от друга, так как омическое сопротивление каждой катушки практически одинаково.
При замыкании витков катушки или коллекторных пластин омическое сопротивление уменьшится, следовательно, уменьшится и падение напряжения. О замыкании в катушке якоря или коллекторных пластинах судят по значительному отклонению стрелки милливольтметра.
После проверки обмотки одного полюсного деления щупы, подводящие постоянный ток к коллекторным пластинам, переставляют к пластинам следующего полюсного деления и продолжают проверку.
По показаниям милливольтметра можно проверить правильность соединения обмоток с пластинами коллектора, качественное выполнение пайки, обнаружить обрывы. При правильном соединении обмотки стрелка милливольтметра на данном полюсном делении будет отклоняться в одну сторону, а в случае обрыва - остановится на нуле.
Современные приборы контроля обмоток электрических машин
Для контроля междувитковой изоляции и цепей катушек электрических машин общепромышленного исполнения, изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками широкое распространение получили разработанные фирмой «ТЭТРА ЛТД» (кафедра электрических машин НТУ «ХПИ») приборы ИДО-05 и ИДВИ-02. Конструктивно приборы выполнены в виде портативных, переносных приборов со светодиодной индикацией, звуковой сигнализацией и автономным питанием.
Прибор ИДО-05 (индикатор дефектов обмоток) (рис. 6) предназначен для контроля трехфазных обмоток электрических машин напряжением до 1000 В. Он позволяет обнаружить междувитковые замыкания, обрыв проводников, неправильное соединение схемы обмотки, а также неудовлетворительное состояние изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками.
При проверке обмотки на наличие междувитковых замыканий, обрыва проводников и на правильность соединения схемы сравниваются полные сопротивления двух фаз обмотки при подключении к ним генератора высокочастотного стабилизированного тока. При наличии дефектов полные сопротивления фаз обмотки и, соответственно, токи в них будут различными.
При проверке состояния изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками подается на обмотку напряжение постоянного тока и контролируется ток утечки.
Прибор ИДВИ-02 (индикатор дефектов обмоток) предназначен для контроля междувитковой изоляции и цепей катушек обмоток электрических машин, изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками. Прибор позволяет выявить дефекты распределенной обмотки статора или ротора при проведении пооперационного контроля электрической машины напряжением до 1000 В.
ИДВИ-02 позволяет обнаружить пазы и катушки с короткозамкнутыми витками, пазы и катушки с обрывом проводников в якорях коллекторных машин, а также неудовлетворительное состояние изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками. При проверке состояния междувитковой изоляции катушек, уложенных в пазы, используют малый и
большой индукционные датчики. Малый датчик используют при максимальном количестве эффективных проводников в проверяемом пазу равном 150 шт., а большой датчик - 60 шт. С помощью индукционных датчиков в проверяемой катушке индуктируется импульсная ЭДС. В случае наличия в катушке короткозамкнутых витков происходит регистрация импульса магии того поля от тока короткого замыкания, протекающего по виткам. Максимальная ширина шлица (открытия) проверяемого паза - 12 мм. Минимальная длина пакета жестей проверяемого статора (ротора) -45 мм. При проверке состояния изоляции обмоток относительно корпуса машины и между обмотками подается на обмотку напряжение постоянного тока и контролируетсяток
Он позволяет проводить:
испытание междувитковои изоляции статорных катушек высоковольтных обмоток до укладки в пазы и после укладки их в пазы до пайки обмотки;
испытание междувитковои изоляции и определение места замыкания на корпус обмоток якорей крупных машин постоянного тока;
испытание междувитковои изоляции обмотки якоря после пайки с коллектором;
определение места пробоя изоляции на корпус якоря.
Рисунок 8– Прибор ИВЗ-17:
I передняя панель прибора, 2 - двойные щупы. 3 - высоковольтный щуп, 4 электромагнитные скобы. 5 - стержневой электромагнит, 6 устройство с двумя электромагнитами