2.1.2. Градирование изоляции

При переходе границы раздела диэлектриков с разными диэлектрическими проницаемостями тангенциальная составляющая электрического поля остается постоянной, а нормальна компонентаизменяется в соответствие с изменением:

; (13)

Данная закономерность открывает возможность целенаправленного изменения электрического поля в изоляционном промежутке применением материалов с разными . Наибольший эффект регулирование имеет место в тех случаях, когда граница раздела совпадает с эквипотенциальной поверхностью (остаются постоянными, аизменяется максимально возможно), например, в случае цилиндров - одножильных кабелей высокого напряжения (рис. 2.3.).

Рис. 2.3. Градирование изоляции

Для случая, показанного на рис. 2.3., в силу теоремы Гаусса, потребовав равенства между собой всех (напряженности в начале слоев), следует соотношение:

(14)

Из (13) следует, что равенство обеспечивается при соблюдении условий. Электрическое поле при этом становится более однородным, следовательно, общее правило градирования может быть сформулировано следующим образом: в области повышенных напряженностей электрического поля, (меньших радиусов кривизны эквипотенциальных поверхностей), следует размещать электроизоляционные материалы с большими диэлектрическими проницаемостями.

Запас электрической прочности изоляции может быть оценен с помощью коэффициента использования изоляции

В большинстве случаев толщина изоляции кабеля определяется максимально допустимой рабочей напряженностью . При этом значениеN может быть определено по формуле , которая следует из уравнений

;

При условии напряженность электрического полябудет постоянной и равной, толщина слоя изоляции будет минимальной, а коэффициент использования равен 1.

Практически, уменьшение , с увеличением радиуса производится ступенями.

Для изоляции из n слоёв:

Градирование изоляции позволяет сделать электрическое поле более однородным, тем самым уменьшить толщину изоляции. При этом изоляция становится многослойной, что приводит к выступлению в пустотах между слоями сконцентрированных зарядов. Эти заряды вызывают нагрев изоляции, тем самым уменьшают надёжность изоляции. Для того чтобы изоляцию сделать однородной производится пропитка. Также пропитка цементирует витки обмоток, снижает механический износ изоляции, замедляет процессы теплового старения и увлажнения электроизоляционных материалов. При пропитке повышается электрическая прочность изоляции вследствие заполнения пор и капилляров обмотки лаками, имеющими более высокую электрическую прочность, чем воздух. Качественная пропитка производится в вакуумных пропиточных установках. Пропитка компаундами позволяет уменьшить толщину изоляции, при этом увеличивается теплоотдача, следовательно, можно увеличить мощность двигателя /6/.

2.1.3. Приближённый расчёт системы проводников

В пункте 2.1 был рассмотрен расчёт толщины изоляции единичного проводника, однако обмотка двигателя состоит из системы проводников с круглыми жилами и поясной изоляцией (рис. 2.4.) в момент, когда трехфазное напряжение между жилами 1 и 2 равно линейному , наибольшая напряженность поля имеет место в точке "а". Когда фазное напряжениена жиле 1 наибольшее, жилы 2 и 3 имеют потенциалы, равные минус 0,5. В этом случае наибольшая напряженность поля будет в точке "b".

Рис. 2.4. Система проводников с круглыми жилами и поясной изоляцией

Максимальная напряженность электрического поля приближенно рассчитывается по формуле:

), МВ/м (14)

где – толщина жильной изоляции, мм;

- радиус жилы, мм.

Наибольшая напряженность поля в точке "а" вычисляется как поле для параллельных цилиндров, пренебрегая влиянием оболочки кабеля:

(15)

где .

Уравнение 15 позволяет рассчитать максимальную напряжённость для круглого проводника. Однако увеличении мощности электрических машин и неизменном напряжений возрастает сила тока, что требует увеличения поперечного сечения проводов обмоток. Наибольший диаметр круглого провода, который можно использовать при изготовлении обмоток, составляет 1,6 — 1,8 мм. При дальнейшем увеличении диаметра провод становится жестким; при укладке в пазы и формовании лобовой части он прорывает изоляцию, работать с ним становится физически трудно. Максимальное количество элементарных проводов, из которых можно образовать эффективный проводник, составляет 4–6. Дальнейшее увеличение их приводит к низкому качеству соединения катушек внутри машины и присоединений выводных концов. Поэтому, начиная с определенной мощности машин, обмотки выполняют из прямоугольного провода. Катушки обмоток из прямоугольного провода изготовляют до укладки в пазы и придают им строгую геометрическую форму, которая не изменяется при укладке. Таким образом, возникает необходимость разработки методики расчёта толщины изоляции статорных обмоток асинхронных электродвигателей с жёсткими секциями.