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 и_ш 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:

1. испытание междувитковои изоляции статорных катушек высоковольт­ных обмоток до укладки в пазы и после укладки их в пазы до пайки обмотки;

2. испытание междувитковои изоляции и определение места замыкания на корпус обмоток якорей крупных машин постоянного тока;

3. испытание междувитковои изоляции обмотки якоря после пайки с кол­лектором;

4. 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

2