Сушка обмоток электрических машин и трансформаторов

Методы сушки.

Решение о необходимости сушки обмоток электрических машин принимается, если сопротивление изоляции меньше минимально допустимого. Для крупных электрических машин (мощностью 5 МВт и более) сопротивление изоляции можно рассчитать по формуле

где U — номинальное напряжение электрической машины, В; — ее номинальная мощность, кВ А (кВт); ки — поправочный коэффициент, учитывающий зависимость сопротивления изоляции от ее температуры:
Температ vpa изоляции обмоток, X ....75 70 60 50 40 30 20 10
I кп                  1,0 1,2 1,7 2,4 3,4 4,7 6,7 9,4
В соответствии с ПЭЭП при температуре изоляции, равной температуре окружающей среды, сопротивление изоляции обмоток низковольтных (U„ < 1000 В) двигателей переменного тока должно быть не менее 1,0 МОм, а двигателей постоянного тока — не менее 0,5 МОм. Измерение сопротивления изоляции крупных электрических машин должно производиться при температуре не ниже 10 °С.

При измерении сопротивления изоляции электрических аппаратов, машин и трансформаторов малой и средней мощности поляризация диэлектрика происходит быстро (несколько секунд), поэтому также быстро устанавливаются показания мегомметра. Для устройств большой мощности (свыше 400 кВт) поляризация может происходить в течение десятков минут, поэтому для характеристики изоляции используется коэффициент абсорбции £аб, численно равный отношению сопротивлений изоляции через 60 и 15 с:

Индукционная сушка электрических машин:
а — кольцевая обмотка вокруг статора; б — кольцевая обмотка вокруг корпуса

Чем больше коэффициент абсорбции, тем выше качество изоляции. Для хорошей изоляции при температуре 10...30°С, /:аб должен быть не менее 1,3.
Обмотки роторов крупных электрических машин перед монтажом можно не сушить, если сопротивление изоляции при указанных температурах составляет не менее 0,5 МОм для генераторов и синхронных компенсаторов и не менее 0,2 МОм для двигателей.
Для сушки обмоток применяются следующие методы: индукционный, токовый и внешнего нагрева. В процессе сушки не должно происходить резкого изменения температуры изоляции и обмотки, иначе в изоляции возникают большие термомеханические напряжения, которые могут привести к ее повреждению. Поэтому режим нагрева выбирают таким образом, чтобы скорость нарастания температуры обмоток не превышала 5...7X в час.

Токовая сушка электрических машин:
а и б — нагрев обмоток током от постороннего источника: в и г — нагрев обмоток токами короткого замыкания
При использовании индукционного метода сушки вокруг сердечника статора при вынутом роторе (вокруг сердечника вынутого ротора) или вокруг корпуса машины наматывается кольцевая намагничивающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока.

Сушка методом внешнего нагрева

Создаваемое с помощью этой обмотки переменное магнитное поле вызывает нагрев сердечника статора (ротора) или корпуса и, соответственно, нагрев обмоток, за счет которого и происходит их сушка.
При использовании метода токовой сушки по обмоткам пропускают постоянный или переменный ток от постороннего источника (рис. а и б). В связи с резким ухудшением охлаждения электрической машины ограничивается величина тока — не более 40...60% от его номинального значения. К разновидностям токовой сушки относится нагрев обмоток генераторов токами короткого замыкания, как показано на рис., в и г. В этом случае ротор генератора вращают с номинальной скоростью от постороннего двигателя.
При использовании метода внешнего нагрева горячий сухой воздух направляется на металлические элементы конструкции (рис. а)л а не на обмотки, во избежание неравномерного нагрева последних. Для улучшения условий сушки у электрических машин защищенного исполнения снимают жалюзи,

Контроль параметров при сушке

При сушке обмоток контролируют их температуру. Она не должна превышать 90... 95 °С для изоляции класса В, 120 °С для изоляции класса F и 100 С для незалеченных обмоток класса В.
В ходе сушки через каждые 1...2 ч измеряют сопротивление изоляции. Следует отметить, что в процессе нагрева сначала из-за распаривания изоляции ее сопротивление может даже уменьшатьсяно затем все равно будет возрастать и установится на определенном уровне.

Сушку считают оконченной, когда сопротивление изоляции и коэффициент абсорбции остаются неизменными в течение нескольких часов при постоянной температуре обмоток. Для электрических машин мощностью до 400 кВт коэффициент абсорбции обычно не контролируют.
Для определения возможностей включения трансформаторов (без сушки влажность их изоляции определяют по результатам измерений емкости изоляции с помощью приборов типа ПКВ (прибор контроля влажности). Степень увлажнения изоляции определяется по величине отношения емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости при частоте 50 Гц (С2/С50) и ее отклонению от некоторых нормируемых значений.
Емкость изоляции трансформаторов зависит также от времени поэтому для определения степени увлажнения изоляции используют прибор типа ЕВ (емкость —время), принцип работы которого основан на однократном заряде и разряде емкости изоляции обмоток. Метод позволяет определить даже незначительное увлажнение. В этом случае оценка производится по величине прироста емкости ЛС за время разряда, равного 1 с, к величине геометрической емкости С (приводится заводом-изготовителем).
В трансформаторах большой мощности (от 80 МВ А и выше) для количественной оценки увлажнения твердой изоляции на заводе закладывается ее макет (контрольные образцы). Он состоит из набора пластин электроизоляционного картона толщиной 0,5...3,0 мм, установленного на верхней ярмовой балке, и проходит вместе с трансформатором термовакуумную обработку. По содержанию влаги в макете судят о степени увлажнения изоляции, а по содержанию влаги в образцах различной толщины — о глубине ее проникновения в изоляцию трансформатора.
Допустимые значения изоляционных характеристик трансформаторов напряжением до 35 кВ включительно в соответствии с ПЭЭП приведены в табл.
Контрольная подсушка трансформатора осуществляется в следующих случаях:
наличии признаков увлажнения масла и (или) нарушения герметичности трансформатора;
превышении допустимого срока хранения трансформатора без масла или без доливки масла;
нахождении активной части трансформатора в разгерметизированном виде больше допустимого времени;
при незначительном ухудшении состояния изоляции, обнаруженном в результате ее испытаний.

Допустимые значения изоляционных характеристик трансформаторов

Для контрольной подсушки высоковольтных (110... 750 кВ) трансформаторов разработан метод низкотемпературной обработки изоляции, основанный на интенсивном удалении паров воды из твердой изоляции при помощи низкотемпературной ловушки паров в условиях глубокого вакуума. Оптимальная интенсивность испарения достигается при температуре на поверхности ловушки — 70... — 80 °С. Для достижения таких температур в качестве хладоагента для ловушки используется смесь сухого азота с ацетоном. Ловушка подключается к трансформатору через патрубки для залива и слива масла. Для успешной сушки достаточно, чтобы температура изоляции была не ниже 20 С, иначе необходим ее предварительный подогрев.
Контрольная подсушка изоляции в масле может проводиться путем нагрева обмоток постоянным током или токами короткого замыкания (первичная обмотка трансформатора соединяется с регулируемым источником переменного тока, а вторичная — замыкается накоротко). Возможна также сушка токами нулевой последовательности. В этом случае происходит нагрев бака и магнитопровода за счет потерь в них от потоков нулевой последовательности. Нагрев производится при температуре верхних слоев масла не выше 70...80  С.
- Сушка изоляции трансформатора без масла применяется в тех случаях, когда изоляция сильно увлажнена, на активной части трансформатора или на баке обнаружены следы воды, состояние изоляции существенно хуже показателей, приведенных в табл.  1. Этот способ сушки позволяет ускорить процесс восстановления параметров изоляции при сохранении качества масла и изоляции обмоток. Сушка может проводиться в сушильном шкафу, специальной камере или в собственном баке. Наиболее качественной является сушка пол вакуумом в специальном сушильном шкафу, хотя она и требует больших капитальных затрат.
- Одним из наиболее распространенных является индукционный метод сушки изоляции в собственном баке при слитом масле   при пониженном давлении. На боковой поверхности бака 5 размещается намагничивающая обмотка 2, соединенная с источником переменного тока. При протекании по обмотке переменного тока возникает переменный магнитный поток, вызывающий потери в стали бака и за счет этих потерь нагрев последнего,
- В процессе сушки контролируются температура обмоток, характеристики изоляции и количество выделяющегося конденсата, который выводится из бака через вытяжную трубу 4. Сушка продолжается до прекращения выделения влаги в охладительной колонке, присоединенной к вытяжной трубе (на рис. 9.11 не показана), достижения нормированных значений параметров изоляции и сохранения их в течение ..8 ч. При сушке сохраняется постоянная температура обмоток (в диапазоне 95... 105 °С) и разрежение в баке (давление не более 665 Па).

Индукционная сушка трансформатора в собственном баке:
1 — активная часть трансформатора; 2— намагничивающая обмотка из изолированного провода; 3 — асбест для утепления бака; 4 — вытяжная труба; 5 — бак. 6 — заземление бака; 7 — дополнительные электропечи
При сушке активной части трансформатора в специальной камере сухим воздухом при атмосферном давлении направленный поток воздуха создается с помощью воздуходувок, а его нагрев — с помощью электрических печей или теплообменников с паром. Струя горячего воздуха, как и при сушке электрических машин, не должка направляться непосредственно на обмотки.