книги / Техника высоких напряжений

но .построить так называемую инте­ гральную кривую распределения ве­ роятностей пробивных напряжений (рис. 17-5, кривая /), которая опре­ деляет вероятность того, что про­ бивное напряжение случайно вы­ бранного образца будет больше ве­ личины, указанной на абсциссе. Среднее пробивное Напряжение со­ ответствует вероятности гр=0,5.

Рассмотрим теперь другой обра­ зец с площадью электродов S= nS0 (я>1) и зададимся целью найти ин­ тегральную кривую распределения для этого образца, пользуясь экс­

для одного образца S0 Unp>Ui рав­ на tyiso и определяется интеграль­ ной кривой вероятностей рис. 17-5. Вероятность того, что все п образ­ цов будут иметь пробивное напря­ жение выше Uи как известно, равна произведению вероятностей, т. е.

Так как всегда г|)*<1, эта фор­ мула показывает, что для большого образца кривая распределения про­ бивных напряжений должна ле­ жать ниже, чем для малого образ­ ца. Вывод этот является вполне очевидным, так как пробивное на­ пряжение образца определяется наиболее слабым местом в изоля­ ции. Вероятность же существования слабого места в большом образце гораздо больше, чем в малом.

На рис. 17-5 с помощью (17-1) построены кривые распределения для /г=‘2; 8 и 100. Кривая I, взятая за исходную, весьма близка к экс­ периментальной кривой, получен­ ной на части секции обмотки гене­ ратора с длиной электрода 6 см. Кривая, показанная на этом же ри­ сунке пунктиром 2, получена экспе-

Рис. 17-5. Интегральные кривые распреде­ ления вероятностей пробивных напряжений изоляции вращающихся машин.

1 — о п ы тн ая к р и в а я д л я о б р а зц а с д ли н ой э л е к ­

риментально на образце с длиной электрода 45 см, т. е. для п =7,5. Как видно, непосредственный экспе­

ределить среднее пробивное напря­ жение большого образца. Действи­ тельно, это напряжение соответст­ вует фгз= 0,5. Следовательно, сред­ нее пробивное напряжение образ­ ца S будет соответствовать пробив­ ному напряжению образца S0 с ве­ роятностью

^ so = 0,5,/n.

Это напряжение в принципе можно найти по кривой распределения ве­ роятностей рис. 17-5. Например, при п = 2 1|)«о=0,71 и соответствую­

щее пробивное напряжение Щр2 =

= 32,7 кв. Из последнего при­

мера видно, что при очень боль­ ших п необходимо точно знать ис­ ходную кривую распределения в об­ ласти грг, близких к единице, т. е. в области наименьших пробивных напряжений. Для этого необходимо весьма большое количество опытов с образцами S0, на основании кото­ рых кривая 1 могла бы быть пред­ ставлена в виде аналитической функции. В частности, кривая /

б)

Рис. 17-6. Схемы замещения изоляции при выходе провода из паза.

произведения r©Ct (рис. 17-7, кри­ вая 2). Меняя удельное сопротив­ ление покрытия, можно регулиро­ вать максимальную напряженность у выхода провода из паза. Кроме того, должна быть принята опреде­ ленная длина покрытия, обеспечи­ вающая достаточное падение потен­ циала вдоль него; в противном слу­ чае могут иметь место большие на­ пряженности у края покрытия (рис. 17-7, кривая 3) — за предела­ ми покрытия, омическо-емкостная цепочка переходит в емкостную. Применяя покрытие из двух -ступе­ ней с. различными удельными сопро­ тивлениями, можно получить удо­ влетворительное распределение на­ пряженностей (рис. 17-7, кривая 4).

При определении длины полулроводящих покрытий нужно, что­ бы напряженность электрического поля не превосходила величины 20 /свдсйств/сж при рабочем напря­ жении машины.

Осуществление двухступенчатого проводящего покрытия достигается применением полупроводящих мас- ляно-сажных лаков с различным поверхностным сопротивлением, K Q -

б)

Рис. 17-7. Характер распределения потен­ циалов и напряженностей у края паза.

торые изготовляются путем добав­ ления некоторого количества сажи или графита к обычному покровно­ му лаку. Употребляются два вида полупроводящих лаков. По завод­ ской терминологии лак с более вы­ соким поверхностным сопротивле­ нием принято называть пазовым ла­ ком, лак с меньшим поверхностным сопротивлением —лобовым лаком..

На рис. 17-8 дано схематическое изображение полупроводящего по­ крытия, применяемого в машинах мощностью до 100 тыс. ква завода «Электросила». Прямолинейная часть обмотки покрывается «пазо­ вым» полупроводящим лаком .так,

Рис. 17-8. Выполнение полупроводящего покрытия.

чтобы покрытие выходило на 40— 50 мм за край паза. Затем углы на длине около 200 мм покрываются «лобовым» лаком с перекрытием пазового лака на 10—20 мм. Далее на слой пазового лака накладывает­ ся железисто-асбестовая лента, а на слой лобового лака — тафтяная лен­ та. После этого поверхность асбес­ товой ленты покрывается пазовым лаком, а поверхность тафтяной лен­ ты —лобовым лаком. Поверхност­ ное сопротивление полупроводящего слоя на 1 см длины электродов при расстоянии между ними, равном 1 см, берется: для пазового лака на железисто-асбестовой ленте 104— 105 ом, для лобового лака на тафтя­ ной ленте 2(108—109)сш.

Уменьшение напряженностей у края паза может быть достигнуто также путем применения полупроводящих внутренних экранов, игра­ ющих такую же роль, как -промежу­ точные обкладки в конденсаторных вводах. Регулируя длину экранов, можно добиться значительного вы­ равнивания напряженности вдоль поверхности изоляции. Еще лучшие результаты дает комбинация внут­ ренних экранов и полупроводящего ступенчатого покрытия. Однако этот способ является дорогим и сложным и в машинах союзного производства не нашел применения.

Более простым и практически приемлемым способом является при­ менение одного внутреннего экрана, имеющего потенциал стенок паза, в сочетании с полупроводящим по­ крытием (рис. 17-9). Наличие внут­

Рис. 17-9. Применение полупроводящего по­ крытая в сочетании с одним экраном.

реннего экрана снижает напряжен­ ность у края покрытия. Большие напряженности возникают у конца экрана, но они неопасны с точки зре­ ния возможности повреждения изо­ ляции и не грозят основной изоля­ ции машины.

17-5. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ОБМОТКАХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

В отличие от трансформаторов переходные процессы в обмотках вращающихся машин не играют определяющей роли при выборе кон­ струкции изоляции. Исключение представляют лишь упоминавшиеся в § 17-2 генераторы высокого на­ пряжения, которые находятся в на­ стоящее время в стадии разработки. Однако для организации испытаний изоляции вращающихся машин, в особенности импульсных испыта­ ний, знание основных закономерно­ стей переходных процессов являет­ ся необходимым.

Точный анализ переходных про­ цессов в обмотках вращающихся машин, пожалуй, еще более сложен, чем для трансформаторов. Вместе с тем, если отбросить второстепен­ ные детали, то окажется, что пере­ ходный процесс в обмотке машины при воздействии импульсного на­ пряжения во многом аналогичен волновому процессу в линии конеч­ ной длины. В качестве иллюстрации на рис. 17-10,а приведены осцилло­ граммы напряжения в начале и се­ редине обмотки, полученные при воздействии на нее импульсной вол-

и прочих технологических процес­ сов, а также после испытания на прогрев. Значения испытательных напряжений статорных обмоток ма­ шин высокого напряжения приведе­ ны в табл. 17-2.

Четырехкратное испытание в процессе производства обеспечивает своевременное выявление дефектов и возможность замены поврежден­ ных элементов обмотки до полного изготовления машины.

При испытании главной изоля­ ции изоляция нейтрали подвергает­ ся действию полного испытательно­ го напряжения. Подобный режим испытания отвечает условиям рабо­ ты в эксплуатации, так как в на­ стоящее время в СССР генераторы работают с изолированной ней­ тралью или с нейтралью, заземлен­ ной через большие индуктивности (блок генератор — трансформатор). При однофазном замыкании на зем­ лю или при воздействии волн ат­ мосферных перенапряжений потен­ циал нейтрали повышается и в от­ дельных неблагоприятных случаях может несколько превосходить по­ тенциал в начале обмотки. Следо­ вательно, нейтраль должна иметь запас прочности, не меньший, чем линейный конец обмотки.

При испытании машины на ме­ сте установки к изоляции прикла­ дывается напряжение, равное не бо­ лее 85% заводокого испытательного напряжения.

Испытания витковой изоляции. Согласно ГОСТ 183-41 изоляция

между смежными витками должна испытываться в течение 5 мин на­ пряжением промышленной частоты, на 30% превосходящим номиналь­ ное. Для мощных машин это напря­ жение имеет величину порядка 100 в. Однако при перенапряжениях разность потенциалов, приходящая­ ся на один виток, может быть во много раз больше, чем напряжение при испытании по ГОСТ, которое дает гарантию достаточной прочно­ сти витковой изоляции только при номинальном напряжении.

В табл. 17-3 приведены приня­ тые на электромашиностроительных заводах значения испытательных напряжений на один виток для го­ товых катушек после пропитки (или компаундировки) до их уклад­ ки в пазы.

Испытание повышенным, напря­ жением разрезных катушек не пред­ ставляет затруднений, так как при испытании цепь катушки разомкну­ та и не обтекается током.

При испытании изоляции нераз­ резных катушек в цепи витка или катушки возникает ток, обусловлен­ ный испытательным напряжением и кажущимся сопротивлением цепи:

J^псп____ __U пси

Уг2+ сÙ2С2 ^ <*L

Применение испытательного на­ пряжения с частотой 50 гц приве­ ло бы к появлению огромного тока благодаря малому сопротивлению (сотые доли ома) витка, катушки или секции. Для ограничения тока

Таблица 17-3

Испытательные напряжения

нужно повысить индуктивное сопро­ тивление до нескольких десятков или сотен ом, что можно сделать пу­ тем применения напряжения с по­ вышенной частотой порядка 104— 105 гц. Во избежание возникновения значительных диэлектрических по­ терь высокочастотные колебания должны быть затухающими, причем изоляция подвергается серии таких затухающих колебаний в течение времени порядка 15 сек. Ограниче­ ние тока и диэлектрических потерь может быть достигнуто также при испытании импульсным напряже­ нием.

Существует ряд схем для испы­ тания витковой изоляции, которые

Рис. 17-12. Схема для испытания витковой изоляции серией высокочастотных зату­ хающих колебаний.

I — п о вы си тел ьн ы й тр ан сф о р м ато р ; 2 — д р о с с ел ь ­

отличаются друг от друга главным образом способами, с помощью ко­ торых обнаруживаются изменения частоты при пробое витков.

Принципиальная схема одного из методов выявления повреждений по изменению частоты собственных ко­ лебаний изображена на рис. 17-12.

Мост, составленный из двух оди­ наковых конденсаторов и двух оди­ наковых испытуемых катушек, при­ соединяется к выводам пбвысительного трансформатора через дрос­ сельные катушки, применяемые для ограничения тока. Параллельно мо­ сту включается разрядник, который пробивается каждый полупериод в момент прохождения напряжения на емкости через максимум. Таким образом, в каждой ветви моста воз­ никают высокочастотные затухаю­ щие колебания, амплитуда которых измеряется амплитудным вольтмет­ ром. При исправном состоянии изо­ ляции обе ветви имеют одинаковые потенциалы в соответствующих точ­ ках, т. е. разность потенциалов меж­ ду точками А и В равна нулю. При повреждении одной из катушек рав­ новесие моста нарушается, ’что мо­ жет быть обнаружено с помощью неоновой лампы, включенной в диа­ гональ моста через емкостный дели­ тель напряжения. Достоинствами данной схемы являются простота определения дефекта и высокая чувствительность.

Повреждения витковой изоляции могут быть выявлены также путем возбуждения в испытуемой катушке повышенных напряжений высокой частоты, возникающих за счет элек­ тромагнитной индукции. Пробой изоляции обнаруживается в резуль­ тате появления тока в короткоза­ мкнутых витках.

Основными элементами установ­ ки (рис. 17-13) являются: контур высокочастотных затухающих ко­ лебаний и разомкнутый стальной сердечник, на который надеваются катушка колебательного контура L\ и испытуемая катушка или сек­ ция X. Витки катушки X охватыва­ ют также вспомогательный сердеч-

ник с катушкой L2, замкнутой на тепловой амперметр или другой ин­

в разомкнутом сердечнике магнит­ ный поток, индуктирующий в испы­ туемой катушке X напряжение UX1 приблизительно повторяющее по форме напряжения UL\ в катушке Lu т. е. представляющее высокоча­ стотный затухающий процесс с ам­ плитудой, пропорциональной UL и отношению чисел витков:

При исправном состоянии изо­ ляции катушки X ток в (ней практи­ чески отсутствует (катушка разомк­ нута). Повреждение изоляции при испытании повышенным напряже­ нием приводит к появлению в ко­

Рис. 17-13. Схема для испытания витковой изоляции серией высокочастотных затухаю­ щих колебаний.

роткозамкнутых витках тока, воз­ буждающего во вспомогательном сердечнике магнитный поток, индук­ тирующий напряжение в катушке Z.2, которое может быть обнаруже­ но с помощью индикатора. Указан­ ный метод применим для испытания междувитковой изоляции до уклад­ ки элементов обмотки в пазы ста­ тора.