Изоляция электрических машин высокого напряжения

К этой категории относятся электрические машины большой мощности: генераторы, синхронные компенсаторы и электрические двигатели большой мощности, работающие при напряжениях 3–20 кВ. Изоляция электрических машин данного типа работает в тяжелых условиях эксплуатации: перенапряжения, высокая рабочая температура, цикличность нагрева и охлаждения, механические усилия и вибрация, воздействие продуктов разложения, частичные разряды, неоднородные поля. Необходимо также учитывать технологические трудности изготовления изоляции и возможность повреждения изоляции при изготовлении и укладке. Стоимость изоляции мощных электрических машин составляет 50–80 % от совокупной стоимости всех материалов электрических машин.

Изоляция электрических машин подразделяется на корпусную (между обмоткой и магнитопроводом), междуфазную, витковую (между витками одной секции и катушки), изоляцию отдельных проводников или стержней. Конструкция изоляции зависит от мощности машины, способа охлаждения и применяемых материалов.

В генераторах старой конструкции применялась термопластичная изоляция на основе микаленты и битумного лака (компаундированная изоляция). Ее недостатки в том, что с ростом температуры компаунд размягчается, становится текучим, в нем образуются газовые включения. В современных машинах применяют термореактивную изоляцию на основе слюдинитовой бумаги, эпоксидных компаундов и стеклоткани или стеклопластика.

Витковая изоляция выполняется из стеклослюдяной ленты или на основе эмалированных проводов со стекловолокнистой обмоткой, пропитанной эпоксидным компаундом. Основные типы термореактивной изоляции: монолит – 1, 2, 3, 4; ВЭС-2; слюдотерм; монотерм. Основные этапы технологии изготовления витковой изоляции: намотка сухими лентами; обжимка, вакуумная пропитка, отвердевание. Конструкция изоляции турбогенераторов показана на рисунке 3.25.

Токоведущие стержни 3 выполняются прямоугольной формы (могут быть полые проводники 4 для непосредственного охлаждения). Вследствие этого электрическое поле в пазах статора неоднородно. Степень неоднородности зависит от радиуса закругления и толщины изоляции и составляет . Для уменьшения неоднородности поля применяют прокладки из алюминия корытного профиля 11 и изоляционные прокладки 10 с закругленными краями, а также закругление стержней. Поверх корпусной изоляции 6 накладывается слой из полупроводящей ленты 7 (асбестожелезистая лента) для ослабления электрического поля в воздушных включениях между изоляцией и стенками паза, что уменьшает интенсивность ЧР, скользящих разрядов (СР) и короны. Для уменьшения ЧР и СР используют также стойкую изоляцию с повышенным содержанием слюды.

В лобовых частях обмотки для устранения разрядных процессов по поверхности при выходе обмотки из статора полупроводящее покрытие (полупроводящий лак или медьсодержащая лента) выводится за пределы паза и делается несколькими ступенями с различным удельным поверхностным сопротивлением  () (рис. 3.26). Плотность поверхностного тока утечки при этом уменьшается по мере удаления от паза и распределение напряжения в лобовых частях выравнивается.

Испытания изоляции генераторов, которые производятся в процессе производства, указаны в табл. 3.5. Анализ результатов испытаний показывает, что пробои на ребрах проводника составляют 35–40 % от их общего количества, на узких гранях – 10–15 %; на широких – 45–50 %. При выпуске машины испытательное напряжение , где  – номинальное напряжение электрической машины, кВ. При приемосдаточных испытаниях .

Таблица 3.5 – Виды испытаний и испытательные напряжения
для изоляции генераторов

Вид исп.
Испытание стержней до укладки в паз
После укладки и уплотнения нижнего ряда
После укладки
После пайки запечки и заклинивания

Импульсная прочность изоляции составляет  при толщине , однако имеет место значительный статистический разброс. Электрическая прочность изоляции всей машины ниже, чем электрическая прочность отдельных стержней. В эксплуатации в результате механических воздействий кратковременная (импульсная) прочность снижается. Для новых машин коэффициент импульса . Для машин, находящихся в длительной эксплуатации , что объясняется образованием трещин. На основании опыта эксплуатации толщина изоляции может быть определена по следующему выражению

.                     (3.21)

В наиболее тяжелом режиме работает витковая изоляция. Для нее более опасными являются импульсные перенапряжения, менее опасны ЧР.