Ваксер Н. М. Изоляция электрических машин. Учебное пособие. — Л., изд. ЛПИ, 1985.
Пособие предназначено для студентов специальностей «Электроизоляционная и кабельная техника» и «Электрические машины».
В пособии рассматриваются воздействия, которым подвергается изоляция электрических машин в процессе производства и в эксплуатации, факторы, определяющие срок службы изоляции. Описаны основные типы конструкций изоляции и применяемые материалы и технологические процессы.
Глава 1
КЛАССИФИКАЦИЯ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ ИЗОЛЯЦИИ
§ 1. Классификация изоляции по назначению в электрической машине (ЭМ)
По назначению в ЭМ изоляцию можно разделить на следующие виды.
- Корпусная изоляция — отделяет проводники от магнитопровода (сердечника). Корпусная изоляция разделяется на высоковольтную, длительно работающую при напряженностях, превышающих напряженности начала частичных разрядов, и низковольтную.
- Изоляция межфазовых зон и соединений обмотки — разделяет различные фазы и концевые элементы обмотки фазы, находящиеся в работе под разными потенциалами.
- Витковая изоляция — разделяет витки в одной секции или катушке обмотки.
- Изоляция элементарных проводников — разделяет проводники в одном витке или в стержне (одновитковая катушка) обмотки.
Кроме того к элементам электроизоляционных конструкций относятся полупроводящие покрытия. В различных типах ЭМ могут использоваться все указанные виды изоляции или часть из них.
Рассмотрим применение изоляции в основных типах ЭМ.
- Мощные турбо- и гидрогенераторы, синхронные компенсаторы. Номинальное напряжение UH в этих машинах наиболее высокое — 24 кВ в турбогенераторах и 18 кВ в гидрогенераторах. За рубежом применяется напряжение до 27 кВ.
Обмотка статора обычно стержневого типа. Она содержит корпусную, межфазовую изоляцию и изоляцию элементарных проводников. На рис. 1 представлено сечение пазовой части стержневой обмотки, на котором показаны основные элементы конструкции — изолированные сплошные и полые элементарные проводники 1, 2; корпусная изоляция 4, полупроводящие покрытия на проводниках 7 и поверхности изоляции 5. На рис. 2 показано расположение изоляции межфазовых промежутков 1 и мест соединения обмотки 2.
Рис. 1
К корпусной изоляции предъявляются высокие требования по электрическим свойствам, особенно по долговечности и стойкости к различным нагрузкам.
Рис. 2
Конструктивно корпусная изоляция статорных обмоток в турбогенераторах и гидрогенераторах одинакова. Однако при равных номинальных напряжениях в турбогенераторах толщина изоляции на 10... 20% больше из-за повышенных требований к надежности мощных блоков с турбогенераторами.
Изоляция элементарных проводников должна выдерживать, главным образом, механические нагрузки при изготовлении. Особенное значение эта изоляция приобретает в машинах с форсированным (водяным) охлаждением, где имеются полые проводники. Замыкание между элементарными проводниками, происходящее вследствие повреждения изоляции, может привести к разрушению стенки проводника и
попаданию воды в корпусную изоляцию. Изоляция элементарных проводников подвергается тепловому износу, частичным разрядам (в местах, примыкающих к корпусной изоляции), истиранию (в случае нарушения сцепления между проводниками).
Полупроводящие покрытия служат для выравнивания электрического поля в пазовой и лобовой частях обмотки (подробно рассматриваются в § 21).
Обмотка ротора. Номинальное напряжение обмотки ротора от 300 до 500 В, она содержит корпусную 1 и витковую 2 изоляцию (рис. 3), подвергающуюся в работе тепловым, механическим воздействиям, загрязнению и при длительных перерывах в работе — увлажнению.
Рис. 3
Конструктивно обмотки ротора различаются. На рис. 3, а представлена катушка явнополюсного ротора (п = = 30... 100 об/мин) гидрогенератора, а на рис. 3,6 — сечение паза неявнополюсного ротора (п = 1500...3000 об/мин) турбогенератора.
- Асинхронные двигатели. Это широкий класс машин с номинальным напряжением от 220 В до 10 кВ и мощностью от десятков Вт до нескольких МВт. Конструктивно общим для них является применение в статоре катушечной обмотки, содержащей корпусную и витковую изоляцию. Однако в зависимости от напряжения и мощности исполнения изоляции обмоток сильно отличаются.
Изоляция статорных обмоток. Для статорных обмоток можно выделить два основных варианта исполнения:
а) всыпная обмотка с предварительным изолированием паза (Рн < 100 кВт). В этом случае различают корпусную
(или пазовую) изоляцию и витковую. Роль ВИТКОВОЙ изоляции во всыпной обмотке выполняет изоляция элементарного проводника;
б) катушечная (шаблонная) обмотка с полностью нанесенной на нее изоляцией (Рн > 100 кВт). Основные элементы изоляции этой обмотки: корпусная, витковая и изоляция элементарного проводника.
Основные воздействия: при UH < 660 В — тепловые и механические; при UH > 3000 В добавляется электрическое старение под действием частичных разрядов (особенно в ЭМ с рабочей температурой 180° С).
Изоляция роторных обмоток. Фазные роторы асинхронных двигателей малой мощности имеют всыпную обмотку, изоляция их не отличается от аналогичной статорной обмотки сравнимой мощности. Роторные обмотки электродвигателей большой мощности выполняются стержневыми из неизолированной меди и имеют только корпусную изоляцию. Вследствие повышенных механических нагрузок на обмотку (скорость вращения ротора до 3000 об/мин) изоляция усиливается дополнительными прокладками на дно паза и под клин.
Машины постоянного тока.
Изоляция якорных обмоток. В машинах мощностью до 10 кВт применяется всыпная обмотка, изоляция не отличается от изоляции статорных всыпных обмоток.
В якорях машин большой мощности обмотки выполняются стержневыми, меньшей мощности — катушечными. Изоляция так же, как в статорных обмотках, разделяется на корпусную, витковую и изоляцию элементарного провода.
В связи с повышенными механическими нагрузками на якорную обмотку (под действием центробежных сил) корпусная изоляция усиливается дополнительным изолированием паза. Основные воздействия на изоляцию тепловые и механические.
Изоляция коллектора состоит из межламельной и корпусной изоляции, отделяющей коллекторные пластины от нажимных деталей и вала якоря. Основные воздействия на изоляцию — механические и тепловые.
Изоляция главных и дополнительных полюсов. В главных и дополнительных полюсах применяют обмотки катушечного типа. Изоляция их разделяется на корпусную (от полюса и сердечника) и витковую. Основные воздействия на изоляцию тепловые.
