Электрические машины подлежат сушке после окончания монтажа или в том случае, если понизилось сопротивление изоляции их обмоток в результате длительного бездействия. В первом случае сушка обязательна и тогда, когда сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса, а также между изолированными друг от друга обмотками оказывается удовлетворительным. Объясняется это тем, что высокое сопротивление изоляции относительно корпуса еще не гарантирует такого же высокого сопротивления изоляции между витками.
Критерием сухости изоляции может служить наряду со значением сопротивления изоляции также отношение значений сопротивления изоляции при различной длительности приложения напряжения. Для этого измеряют сопротивление изоляции мегомметром спустя 15 и 60 с с момента приложения напряжения при одной и той же частоте вращения рукоятки и берут отношение показаний мегомметра. Значение К всегда больше единицы и увеличивается по мере высыхания изоляции, при сухой изоляции может достичь 2— 3. Значение этого коэффициента зависит от температуры обмотки. С увеличением температуры значение К для просушенной обмотки уменьшается. Необходимо учесть, что для получения правильных показаний мегомметра следует устранять остаточные заряды обмотки путем заземления на несколько минут перед каждым измерением.
В соответствии с рекомендациями электромашиностроительных заводов крупные электрические машины, имеющие стержневую обмотку статора с компаундированной изоляцией класса В и изоляцию классов В и F на термореактивных связующих, можно считать сухими и включать в работу без сушки при выполнении следующих условий:
а) если имеется полная уверенность в том, что при хранении, перевозке и монтаже машины не было попадания влаги на обмотки;
б) если при температуре 75 °С сопротивление изоляции обмотки не меньше определяемого по формуле (но не менее 0,5 МОм):
в) если коэффициент абсорбции К не менее 1,3.
Сопротивление изоляции обмотки ротора турбогенератора при температуре 75 °С должно быть не менее 0,04 МОм.
Если температура обмотки отличается от 75 °С, то допускается пересчет сопротивления изоляции исходя из снижения сопротивления изоляции в два раза на каждые 20 °С повышения температуры.
Для проверки состояния изоляции при ремонте или ревизиях с учетом температуры следует результаты измерения сравнить с данными, полученными при вводе в эксплуатацию высушенной машины.
На рис. 1 показана в полулогарифмических координатах зависимость сопротивления высушенной обмотки статора (гво) от температуры при остывании (прямая 1). На этот же график можно нанести для горячего состояния допустимое сопротивление изоляции в соответствии с условием «б» (точка с).
Рис. 1 Зависимость сопротивления изоляции от температуры при остывании машины
Примерная кривая допустимого минимального сопротивления изоляции в условиях эксплуатации при меньших температурах представляет собой прямую 2, параллельную прямой / и проведенную через точку с.
В тех случаях, когда машина имеет лишь небольшое и к тому же поверхностное увлажнение, вызванное остановкой, допускается контрольная сушка и подсушка при пониженном напряжении или в режиме частичной нагрузки при достаточно холодной обмотке, но с соблюдением следующих условий:
а) при начальной температуре и в процессе подсушки машины сопротивление изоляции г и коэффициент абсорбции К должны быть не менее указанных выше в условиях «б» и «в»;
б) скорость подъема температуры обмотки не должна превышать 4 °С/ч;
в) по возможности производить контрольные измерения сопротивления изоляции и коэффициента абсорбции (желательно через 2 ч);
г) при подсушке под нагрузкой машина не должна находиться в оперативном распоряжении диспетчера до того момента, пока не будет обеспечена надлежащая сухость изоляции машины в соответствии с установленными выше условиями.
Низковольтные машины небольшой мощности могут быть пущены в эксплуатацию без подсушки, если сопротивление изоляции от корпуса достаточно велико и если можно считать установленным, что машина при хранении ее или перевозке не могла отсыреть.
Цель сушки — удалить влагу из обмотки машины. Удаление влаги из изоляции обмотки происходит за счет так называемой термической диффузии, вызывающей перемещение влаги в направлении потока тепла, т. е. от более нагретой части 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 создается перепадом температуры.
Чем больше температурный перепад, тем интенсивнее происходит сушка. Поэтому, нагревая внутренние части обмотки (например, током), можно создать перепад температуры между внутренними и внешними слоями изоляции и тем ускорить процесс сушки. Температурный перепад можно создать также быстрым периодическим охлаждением наружных слоев изоляции путем периодического продувания холодного воздуха и последующего повторного нагревания. Подобными приемами можно пользоваться при сушке сильно увлажненных обмоток.
Сушка электрических машин может производиться различными методами: внешним нагреванием, нагреванием током от постороннего источника, током короткого замыкания, вентиляционными потерями, потерями в активной стали или корпусе машины и др. В тех случаях, когда одним каким-либо методом не удается получить необходимую температуру сушки или же когда нагрев отдельных частей получается неравномерным, применяют комбинированный метод сушки, представляющий собой сочетание двух каких-либо методов.
Выбор метода сушки зависит главным образом от местных условий, имеющихся возможностей и в некоторых случаях от степени увлажненности изоляции. Наиболее интенсивной сушкой сильно увлажненных обмоток является сушка током, при которой внутренние слои изоляции нагреваются сильнее наружных. Однако сушка током, пропускаемым по обмотке с сильно увлажненной изоляцией, может привести к вспучиванию последней, а сушка такой обмотки постоянным током может оказать и электролитическое действие. Поэтому в подобных случаях рекомендуется сушку производить другими методами, например потерями в активной стали, методом внешнего нагревания и т. д. После предварительной подсушки этими методами можно применить сушку током.
Перед сушкой надо очистить машинное помещение от пыли, грязи и мусора, машину осмотреть и продуть сжатым воздухом. Перед сушкой током необходимо проверить все контактные части, а если эта сушка связана с вращением машины, то и зазоры между ротором (якорем) и статором (полюсами) и в подшипниках. Корпус машины следует заземлить. Во время сушки машину надо вентилировать — это ускоряет процесс сушки. Однако слишком сильная вентиляция препятствует нагреванию до необходимой температуры.
Чтобы избежать излишней потери тепла во время сушки, машину следует защищать снаружи от окружающего воздуха, но сохранить при этом вентиляцию, способствующую удалению влаги. Для этой цели машину открытого типа обшивают досками, покрывают брезентом и т. п. В наиболее высоком и наиболее низком местах обшивки (или брезента) делают вентиляционные отверстия, обеспечивающие непрерывность вентиляции. В машинах закрытого типа следует открыть смотровые люки (в станине, в щитах и т. п).
В процессе сушки температуру обмоток и стали измеряют термометрами, установленными в нескольких местах. В машинах с замкнутой или проточной вентиляцией термометры устанавливают также на входе и выходе воздуха. Если внутрь машины заложены температурные детекторы, то ими можно пользоваться вместо термометров.
Температуру обмоток можно определять также по методу сопротивления. Наивысшая температура во время сушки в наиболее горячем месте обмотки или стали не должна превышать: по термометру 80 °С, по методу сопротивления 100 °С, по температурному детектору 90 °С
При сушке машин с проточной вентиляцией температура выходящего воздуха из машины не должна превышать 65 °С.
Настоящие рекомендации по предельным температурам можно скорее всего отнести к обмоткам статоров высоковольтных электрических машин с изоляцией класса А и невыпечной изоляцией класса В.
В отдельных случаях при необходимости сокращения времени сушки указанные температуры могут быть повышены на 10—15 °С. При современной технологии монтажа статорных обмоток с термообработкой изоляции лобовых частей и деталей крепления статорной обмотки температуру сушки (термообработки) доводят и до 120—130 °С.
Нагревать обмотку и сталь нужно постепенно — при быстром нагревании температура внутренних частей машины легко может достигнуть опасного значения, в то время как нагрев наружных частей будет еще незначительным. Кроме того, разница в постоянных времени нагрева и в коэффициентах линейного расширения обмотки и активной стали, а также и конструктивных частей машины может при быстром нагреве послужить причиной повреждений (разрывов) изоляции и механических повреждений станин, роторов и пр.
Рис. 2. Схема измерения сопротивления изоляции всей цепи возбуждения при помощи вольтметра без отключения источника питания 1 — возбудитель; 2 — ротор; 3 — заземление
При сушке крупных машин, например турбогенераторов и прокатных двигателей, скорость нагрева должна быть такой, чтобы температура 50 °С (по термометру) обмотки и стали или температура выходящего воздуха 40 °С были достигнуты не ранее 20—30 ч с момента начала сушки, а наивысшая температура — не ранее чем через 40—50 ч.
При сушке током необходимая скорость подъема температуры достигается либо постепенным ступенчатым повышением тока, либо временным отключением его. Увеличивать ток надо лишь после того, как температура обмоток установилась.
Во время сушки необходимо также измерять сопротивление изоляции всех обмоток машины, а при сушке током — и значение тока. В процессе сушки ведут протокол и вычерчивают кривые зависимости сопротивления изоляции и температуры обмоток от времени сушки. Эти кривые облегчают суждение об успешности сушки (характерные кривые сушки см. на рис. 13). Измерения производятся в начале сушки через 20—30 мин, а при достижении установившейся температуры — через час. Измерения температуры и сопротивления изоляции продолжаются до полного охлаждения машины. Если машину сушат током, то на время измерения сопротивления изоляции ток необходимо выключать. В этом случае измерения сопротивления изоляции можно производить каждые два-три часа.
Если ротор синхронной машины в процессе сушки питается от своего возбудителя или другого источника, то сопротивление изоляции всей цепи возбуждения можно измерять, не выключая тока — при помощи вольтметра (рис. 2).
Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть не менее 500 Ом на каждый вольт напряжения на кольцах ротора. При включении вольтметра последовательно с испытуемой обмоткой (положение //) вследствие разрядного тока может наблюдаться бросок стрелки вольтметра. Это временное отклонение не следует принимать во внимание, надо учитывать лишь установившееся показание вольтметра.
Если U2 + U3>Uit то это указывает на неточность измерения. Для большей точности измерений желательно, чтобы порядок значения сопротивления вольтметра гв не очень отличался от порядка значения измеряемого сопротивления изоляции.
Обычно в начале сушки сопротивление изоляции понижается по мере нагревания машины, после достижения минимума оно начинает возрастать и, наконец, становится постоянным или незначительно изменяется в сторону повышения.
При установившемся значении сопротивления изоляции и неизменном значении коэффициента К сушка крупных машин должна продолжаться 5—10 ч. В течение этого времени сопротивление изоляции не должно изменяться. Наименьшее сопротивление изоляции, при котором машина может быть включена в сеть, определяется в соответствии с ГОСТ 183—74, стандартами или техническими условиями на конкретные виды машин или, при отсутствии этих данных, составляет при температуре, близкой к рабочей, 1 МОм на 1 кВ номинального напряжения, но не ниже 0,5 МОм. Измерять сопротивление изоляции обмотки следует в нагретом состоянии. Удовлетворительный результат измерения, полученный после перерыва в сушке, при холодном состоянии обмотки, не дает основания считать сушку законченной.
Установившееся значение сопротивления изоляции, а также отношение гво/гге заносят в протокол. Общая продолжительность сушки крупных машин составляет примерно 3—4 суток и больше в зависимости от состояния изоляции, температуры и влажности окружающей среды.
Если после длительного нагревания машина не поддается сушке, то рекомендуется сушку временно прекратить и охладить лобовые части обмотки, вскрыв утепление обмотки. Проветрив машину в течение 30—60 мин, можно вновь приступить к сушке.
Такое охлаждение обмотки с последующей сушкой рекомендуется продолжать 2—3 раза с интервалами 5—10 ч. Благодаря внешнему глубокому охлаждению влага внутри обмотки будет переходить от более горячих внутренних участков к поверхности, что будет способствовать сушке. Этот метод применяется для сушки сильно увлажненных обмоток, причем для большей эффективности рекомендуется повышать температуру обмотки до 100— 110°С.
После окончания сушки машину следует остановить, удалить термометры, временно установленные измерительные приборы, осмотреть обмотку, контактные кольца (коллектор), щетки.
