Сушка обмоток электрических машин и трансформаторов

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

где — номинальное напряжение электрической машины, В; S_н — ее номинальная мощность, кВА (кВт); К_п — поправочный коэффициент, учитывающий зависимость сопротивления изоляции от ее температуры Т_и:

Т_и, °С……………………… 75 70 60 50 40 30 20 10

К_п………………………….. 1,0 1,2 1,7 2,4 3,4 4,7 6,7 9,4

В соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) при температуре изоляции, равной температуре окружающей среды, сопротивление изоляции обмоток низковольтных (U_H < 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 мегаомметра. Для устройств большой мощности (свыше 400 кВт) поляризация может происходить в течение десятков минут, поэтому для характеристики изоляции используется коэффициент абсорбции

где и ;— сопротивления изоляции через 60 и 15 с соответственно.

Чем больше коэффициент абсорбции, тем выше качество изоляции. Для хорошей изоляции при температуре 10... 30 °С должен быть не менее 1,3. Обмотки роторов крупных электрических машин 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 должна резко изменяться температура изоляции и обмотки, иначе в изоляции могут возникнуть большие термомеханические напряжения, приводящие к ее повреждению. Поэтому режим нагрева выбирают таким образом, чтобы скорость нарастания температуры обмоток не превышала 5...7°С в час.

При использовании индукционного метода сушки вокруг сердечника статора при вынутом роторе или вокруг сердечника вынутого ротора, или вокруг корпуса машины наматывается кольцевая намагничивающая обмотка, подключаемая к источнику переменного тока (рис. 3.8, 3.9, б). Создаваемое с помощью этой обмотки переменное магнитное поле вызывает нагрев сердечника статора, или ротора, или корпуса и соответственно нагрев обмоток, за счет чего и происходит их сушка.

При использовании метода токовой сушки по обмоткам пропускается постоянный или переменный ток от постороннего источника. В связи с резким ухудшением охлаждения электрической машины ограничивается сила тока — не более 40 — 60% от ее номинального значения. К разновидностям токовой сушки относится нагрев обмоток токами короткого замыкания, как показано на рис.3.9, г и рис. 3.10. В последнем случае ротор машины вращают с номинальной скоростью от постороннего двигателя.

При использовании метода внешнего нагрева горячий сухой воздух направляется металлические элементы конструкции (см. рис. 3.9, а), 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, 100 °С — для незалеченных обмоток класса В.

В ходе сушки через каждые 1...2 ч замеряют сопротивление изоляции. В процессе нагрева сначала оно может даже уменьшаться из-за распаривания изоляции, но 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 неизменной температуре обмоток. Для электрических машин мощностью до 400 кВт коэффициент абсорбции обычно не контролируют.

Для определения возможности включения трансформаторов без сушки влажность изоляции контролируют по результатам измерений емкости изоляции с помощью приборов контроля влажности типа ПКВ. Степень увлажнения изоляции определяется по значению отношения емкости изоляции при частоте 2 Гц к емкости изоляции при частоте 50 Гц (С₂/С₅₀) и его отклонению от некоторых нормируемых значений.

Емкость изоляции трансформаторов можно определить по времени разряда, поэтому для определения степени увлажнения изоляции используют прибор типа ЕВ (емкость — время), принцип работы которого основан на однократном заряде и разряде емкости изоляции обмоток. Этот метод позволяет определить даже незначительное увлажнение. В этом случае оценка производится по значению прироста емкости АС за время разряда, равное 1 с, по отношению к геометрической емкости С (приводится заводом-изготовителем).

В трансформаторах большой мощности (от 80 МВА 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 и мощностью до 10 МВА в зависимости от температуры изоляции обмоток Т_иприведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Ти, °С	,%	С2/С50
	1,2/2,5 1,5/3,5 2,0/5,0 3,4/11 6,0/20	1,1/1,2 1,2/1,3 1,3/1,4 Н/1,6 Н/1,8	13/Н 20/Н 30/Н Н/Н Н/Н

Примечание.В числителе указаны значения характеристик для новых трансформаторов ,в знаменателе – для бывших в эксплуатации; буква Н означает, что параметр не нормируется.

Контрольная подсушка трансформатора осуществляется в следующих случаях: при наличии признаков увлажнения масла и (или) нарушении герметичности трансформатора, превышении допустимого срока хранения трансформатора без масла или без доливки масла, нахождении активной части трансформатора в разгерметизированном виде больше допустимого времени, незначительном ухудшении состояния изоляции, обнаруженном в результате ее испытаний.

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 —70... —80°С на поверхности ловушки. Для достижения таких температур в качестве хладагента 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 магнитных 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 допустимых значений, приведенных в табл. 3.1. Этот способ сушки позволяет ускорить процесс восстановления параметров изоляции при сохранении качества масла и изоляции обмоток. Сушка может проводиться в сушильном шкафу, специальной камере и собственном баке. Наиболее качественной является сушка под 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 (рис. 3.11) в условиях пониженного давления. 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 стальном баке и, следовательно, его нагрев.

В процессе сушки контролируются температура обмоток, характеристики изоляции и количество выделяющегося конденсата, который выносится из бака через вытяжную трубу 4. Сушка продолжается до прекращения выделения влаги в охладительной колонке, присоединенной к вытяжной трубе (на рис. 3.11 не показана), достижения характеристиками изоляции нормированных значений и поддержания их в течение 6...8 часов. Температура обмоток при этом сохраняется постоянной в диапазоне 95... 105°С, так же как и разрежение (давление в баке не более 665 Па).

При сушке активной части трансформатора в специальной камере сухим воздухом при атмосферном давлении поток воздуха создается с помощью воздуходувок, а его нагрев осуществляется с помощью электрических печей или теплообменников с паром. Струя горячего воздуха не должна направляться непосредственно на обмотки.