2. Глава вторая. Нагревание электрооборудования

   1. Общие сведения

При работе электрических машин, трансформаторов, ап­паратов, проводов, кабелей и другого оборудования возни­кают потери энергии, превращающиеся в конечном счете в теплоту. Теплота повышает температуру обмоток, актив­ной стали, контактных соединений, конструктивных дета­лей и одновременно рассеивается в окружающую среду. Нагревание оборудования ограничивает его мощность и яв­ляется главной причиной старения изоляции. По нагрево-стойкости, т. е. по способности выдерживать повышение температуры без повреждения и ухудшения характеристик, применяемые в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах электроизоляционные материалы разделены согласно ГОСТ 8865-70 на классы. Ниже даются обозначе­ния классов, указываются предельные температуры и крат­ко характеризуются основные группы изоляционных мате­риалов, относящихся к данному классу:

Класс YAEBFH С

Длительно допустимая

температура, °С . . . . 90 105 120 130 155 180 Свыше 180

Примечание. Класс Y — волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизо­ляционный материал.

Класс А — волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального и искусственного шелка, в рабочем состоянии пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал.

Класс Е — синтетические органические материалы (пленки, волокна, смолы, компаунды и др.).

Класс В— материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применя­емые с органическими связующими и пропитывающими составами.

Класс F — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяе­мые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами. Класс Н — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяе­мые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими сос­тавами, кремнийорганические эластомеры.

Класс С — слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбина­ции, применяемые без связующих или с неорганическими и элементоорганически-ми составами.

Если температура выдерживается в пределах, соответ ствующих данному классу изоляции, то обеспечиваете нормальный срок службы оборудования (15—20 лет). Фор сированные режимы сокращают нормальные сроки, и, на оборот, систематические недогрузки приводят к недоисполь зованию материалов: оборудование морально устаревает возникает необходимость в его замене раньше, чем износит ся изоляция. Таким образом, экономически нецелесообраз­ны как слишком малые, так и большие (по сравнению с нормальными) сроки службы. Государственными стандар­тами предписывается поддержание в установившихся ре­жимах работы оборудования следующих предельных зна­чений температур. У генераторов с изоляцией класса В в зависимости от применяемого метода измерений темпера­туры, системы охлаждения (косвенная или непосредствен­ная), давления водорода и других факторов температура для обмоток ротора равна 100—130°С, для обмоток ста­тора 105—120 °С. Ограничение максимальных температур обмоток машин объясняется возможностью появления местных перегревов, а также условиями работы пропиточ­ного компаунда, температура размягчения которого 105— 110°С. У трансформаторов и автотрансформаторов нормы установлены с таким расчетом, чтобы средняя предельная температура обмоток в наиболее жаркое время года не поднималась выше 105—110°С. В соответствии с этим до­пустимое превышение температуры отдельных частей трансформатора над температурой охлаждающей среды ограничено следующими пределами: обмотки 65 °С, поверх­ности магнитопровода и конструктивных элементов 75°С. Превышение температуры верхних слоев масла при сред­несуточной температуре охлаждающего воздуха 30 °С и во­ды у входа в охладитель 25 °С при системах охлаждения М и Д — 65 и при системах ДЦ и Ц — 45 °С.

Старение изоляции. С вопросом нагревостойкости элек­троизоляционных материалов связан вопрос старения изо­ляции, т. е. изменения ее структуры, развития местных дефектов, понижения электрической и механической проч­ности. Старение изоляции наиболее интенсивно идет под действием высоких температур. Аналитически зависимость среднего срока службы изоляции от температуры выража­ется формулой

где – срок службы, лет; – постоянная, равная сроку службы изоляции при температуре 0 ˚С; – коэффициент, равный 0,112; – температура, при которой работает изоляция, ˚С.

Нормальному суточному износу изоляции трансформа­тора соответствует постоянная в течение суток температу­ра наиболее нагретой точки обмотки 98 °С. При повышении температуры обмотки сверх указанной на каждые 6°С срок

Таблица 2.1. Допустимые температуры нагрева токоведущих частей аппаратов, °С

возможного использования изоляции сокращается вдвое. Эту зависимость называют шестиградусным правилом.

Нормы нагрева токоведущих частей аппаратов (выклю­чателей, разъединителей, отделителей, токоограничивающих реакторов, проходных изоляторов, трансформаторов тока и пр.) установлены ГОСТ 8024-69 и приведены в табл. 2.1. Расчетная температура окружающего воздуха приня­та + 35°С.

Температура элементов аппарата при длительной на­грузке складывается из температуры окружающей среды и превышения температуры , т. е. .