Все электрические машины выпускаются заводами с хорошо высушенными обмотками. Если при транспортировке, хранении, монтаже и эксплуатации машины не было попадания влаги на обмотки, то сушка ее изоляции не потребуется. Поэтому очень важно оберегать электрические машины от увлажнения.
Машины, предназначенные для работы по замкнутому циклу охлаждения или на водороде, отгружаются с установкой заглушек на все отверстия, по которым влага могла бы проникнуть на обмотки. Необходимо следить, чтобы ни одна из заглушек до начала монтажа не была снята или ослаблена. Роторы крупных электрических машин, если они транспортируются отдельно от статоров, обертываются обычно бумагой, полиэтиленовой пленкой и мешковиной и упаковываются в деревянный ящик, обитый толем. Такая упаковка предохраняет роторы от увлажнения только на время транспортировки. Храниться они должны в сухом закрытом помещении или в крайнем случае под навесом. Необходимо следить, чтобы упаковка ротора до начала монтажа не была нарушена, а все обнаруженные неисправности немедленно устранялись.
Электрические машины, защищенные от капежа, часто транспортируются и хранятся без какой-либо дополнительной защиты от атмосферных осадков. При этом, при длительном попадании капель воды в двигатель снизу или сбоку, влага может проникнуть на обмотку через самые незначительные неплотности.
Например, при монтаже закрытых обдуваемых двигателей, установленных вертикально под приводом задвижек, иногда обнаруживается, что они наполовину заполнены водой, проникшей по валу через шарикоподшипник.
Для того чтобы вода не скапливалась, приходится в нижних торцевых крышках таких двигателей выполнять дренажные отверстия. При хранении электрических машин открытого типа или защищенных от капежа под навесом их обмотки могут отсыреть от длительного соприкосновения с влажным воздухом во время дождливой погоды, тумана или при резком изменении температуры. Поэтому электрические машины открытого типа или защищенные от капежа должны храниться в сухом отапливаемом помещении при температуре не ниже +5°С.
 |
| Рисунок 1. Зависимость наименьшей допустимой величины сопротивления изоляции R60’’ обмоток от температуры обмотки при измерениях |
В условиях монтажа и эксплуатации электрические машины могут отсыреть в результате попадания в них воды или пара, от соприкосновения с влажным воздухом помещения.
Часто можно слышать, что электрические машины с компаундированной изоляцией не боятся увлажнения. Спору нет, компаундированная изоляция более стойкая к воздействию влаги, чем не компаундированная. Однако не следует думать, что электрические машины с компаундированной изоляцией могут работать в любых условиях, с любым увлажнением. При длительном воздействии влаги на обмотку такой машины электрическая прочность изоляции может понизится до аварийного состояния, при котором наступит ее пробой. К тому же в обмотке имеются некомпаундированные межкатушечные соединения, весьма чувствительные к увлажнениям.
Еще более опасно включать в работу машины с отсыревшей некомпаундированной изоляции обмоток.
Вот почему очень важно при монтаже и эксплуатации следить за состоянием изоляции обмоток электрической машины и не допускать включения ее в работу при увлажненных обмотках.
Оценка состояния изоляции и условия включения двигателей
Как же оценить состояние изоляции обмотки электрической машины? При каких условиях ее можно включать без сушки, а при каких нельзя?
Ранее для вводимых в эксплуатацию вращающихся электрических машин переменного тока Uном > 1000 В отечественного производства с компаундированной изоляцией катушек (стержней) обмоток статора как новых, так и прошедших капитальный ремонт со сменой обмоток, эти условия были приведены в "Инструкции по определению возможности включения вращающихся электрических машин переменного тока без сушки" (СН 241-63). В данный момент строительные нормы СН 241-63 не действуют и заменены СНиП 3.05.06-85, в которых весьма размыто указывается, что определение возможности включения машин постоянного тока и электродвигателей переменного тока напряжением выше 1000 В без сушки следует производить в соответствии с указаниями предприятия-изготовителя.
Но все же стоит отметить, что согласно инструкции СН 241-63 оценка влажности обмоток статоров электрических машин производится по результатам определения характеристик изоляции обмоток. При этом электрические машины условно разбиты на две группы:
I группа – электродвигатели мощностью до 5000 кВт включительно, имеющие частоту вращения не более 1500 об/мин;
II группа – генераторы и синхронные компенсаторы, а также электродвигатели, не отнесенные к I группе.
Должны быть выполнены следующие требования к изоляции.
Таблица 1
| Температура обмоток, °С | R60’’, Мом, при Uном машины, кВ | Температура обмоток, °С | R60’’, Мом, при Uном машины, кВ | |||||
| 3 – 3,15 | 6 – 6,3 | 10 – 10,5 | 3 – 3,15 | 6 – 6,3 | 10 – 10,5 | |||
| 10 20 30 40 | 35 25 18 12 | 75 50 35 24 | 125 85 60 40 | 50 60 75 | 9 6 3 | 16 10 6 | 27 18 10 | |
а) Абсолютные значения сопротивления изоляции обмоток R60’’ – значение сопротивления изоляции, отсчитанное через 60 секунд (одноминутное значение) для электрических машин P < 5000 кВт, вновь вводимых в эксплуатацию, должны быть не менее значений, приведенных в таблице 1 или на рисунке 1.
Для электрических машин P > 5000 кВт, а также всех машин с Uном > 10 кВ сопротивление изоляции одной фазы или ветви обмотки статора R60’’, Мом, при температуре 75°С должно быть не менее значения, определяемого по формуле
где Uном – номинальное напряжение машины, В; Pном – номинальная мощность машины, кВ×А.
Если измерение сопротивления изоляции производится при температуре обмотки ниже +75°С, то минимально допустимое значение R60’’ для фактической температуры обмотки определяется умножением значения R60’’ на коэффициент kт, значения которого приведены ниже:
| t, °С | 75 | 70 | 60 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 |
kт | 1 | 1,2 | 1,8 | 2,6 | 3,9 | 5,5 | 8,5 | 12 |
Для определения минимально допустимого сопротивления изоляции полезно помнить, что при снижении температуры обмотки на каждые 18°С ее сопротивление изоляции повышается в 2 раза. Например, если величина сопротивления изоляции при температуре обмотки +75°С должна быть не менее 9 Мом, то при температуре +57°С (то есть при снижении ее на 18°С) сопротивление изоляции должно быть не менее 18 Мом.
б) Значение коэффициента абсорбции R60’’ / R15’’ при температуре 10 – 30°С не должно быть не менее 1,2 для I группы и 1,3 – для II группы (R15 – значение сопротивления изоляции, отсчитанные через 15 секунд – 15-секундное значение).
в) Характеристика зависимости токов утечки через изоляцию обмотки от величины испытательного напряжения выпрямленного тока не должна иметь крутого изгиба (рисунок 2, кривые 1 – 12). Значение коэффициента нелинейности kU = RUмин / RUмакс должно быть не более 3.
Коэффициент kU определяется по 60-секундным величинам тока утечки iUмин и iUмакс при испытательном напряжении выпрямленного тока, равном соответственно Uмин и Uмакс.
При этом сопротивление, МОм: RUмин = Uмин / iUмин; RUмакс = Uмакс / iUмакс.
 |
| Рисунок 2. Примерные характеристики iут = f(Uисп) для электродвигателей 6 кВ |
В тех случаях, когда характеристика зависимости тока утечки имеет крутой изгиб (рисунок 2, кривая 13), включение машины без сушки не допускается даже при значении коэффициента нелинейности, меньшем 3. Если ток утечки имеет повышенное значение, но коэффициент нелинейности не превышает 3, то машина должна быть поставлена на контрольный прогрев до температуры обмотки +75°С. Если значение R60’’, измеренное при температуре обмотки +75°С, будет не менее сопротивления, определяемого по формуле пункта "а", и если значение R60’’ / R15’’, измеренное при температуре 10 – 30°С, не менее величин, указанных в пункте "б", машина может быть включена в эксплуатацию без сушки после испытания.
Для двигателей, у которых невозможно провести пофазные измерения токов утечки (из-за наличия только трех выводов обмотки статора), а также у генераторов с непосредственным водяным охлаждением обмотки статора определение характеристики зависимости токов утечки от величины испытательного напряжения iут = f(Uисп) не производятся. Для этих случаев обязательным условием включения без сушки является соблюдение условия пункта "а" либо комбинации условий пунктов "а" и "б", но при значении R60’’, уменьшенном в 2 раза по сравнению с указанным в условии пункта "а".
Для включения электрической машины без сушки достаточным является соблюдение одной из следующих комбинаций условий:
Для электрических машин I группы: 1) пункты "а", "б"; 2) пункты "а", "в"; 1) пункты "б", "в".
Примечания: 1. Для комбинации 2 обязательным условием является значения коэффициента абсорбции не менее 1,1 и коэффициента нелинейности не более 1,2.
2. Для комбинации 3 обязательным условием является величина коэффициента нелинейности не более 1,2.
3. Определение значений R60’’ и R60’’ / R15’’ является обязательным во всех случаях.
4. Снятие характеристики зависимости токов утечки от приложенного выпрямленного напряжения для проверки условия пункта "в" для комбинаций 2 и 3 производится только в том случае, если одно из условий пункта "а" или "б" не выполнено.
Для электрических машин II группы:
А) С Uном ниже 15,75 кВ: 1) пункты "а", "б"; 2) пункты "б", "в".
Примечание. Для комбинации 1 обязательным условием является величина коэффициента абсорбции не менее 1,2 и коэффициента нелинейности не более 1,3.
Б) С Uном = 15,75 кВ и выше и электрических машин с разъемным статором 1) "а", "б", "в".
Примечание. Для машин с разъемным статором стержни обмотки (или катушки) перед укладкой в пазы должны быть испытаны повышенным напряжением переменного тока.
Определение значений R60’’, R60’’ / R15’’ и снятие вольтамперной характеристики является обязательным для всех машин II группы, за исключением генераторов с непосредственным водяным охлаждением, для которых она не снимается.
Изоляция обмоток статоров электрических машин всех групп перед включением на полное рабочее напряжение должна быть испытана относительно корпуса повышенным напряжением переменного тока промышленной частоты в соответствии с требованиями "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ) § 1.8.13 и 1.8.15.
Сопротивление изоляции обмоток роторов электрических машин всех групп при температуре 10 – 30°С должно быть не менее:
– для генераторов и синхронных компенсаторов – 0,5 МОм;
– для двигателей – 0,2 МОм.
Допускается ввод в эксплуатацию неявнополюсных синхронных машин, имеющих сопротивление изоляции не ниже 2 кОм при 75°С или 20 кОм при 20°С.
Если условия инструкции СН 241-63 не соблюдены, то машина должна быть подвергнута сушке и последующим повторным испытаниям. Для генераторов допускается сушка под нагрузкой.
Как уже говорилось, инструкция СН 241-63 распространяется на электрические машины, вводимые в эксплуатацию после монтажа или смены обмотки. В условиях эксплуатации величина сопротивления изоляции обмотки статора генераторов и синхронных компенсаторов согласно "Правилам технической эксплуатации электрических станций и сетей" (1968 год) сравнивается с результатами предыдущих измерений при одинаковых температурах обмоток. В случае резкого уменьшения сопротивления изоляции (в 3 – 5 раз) должна быть выявлена причина отклонения.
Сопротивление изоляции всей цепи возбуждения для этих машин в условиях эксплуатации должно быть не менее 0,5 МОм.
Согласно "Инструкции по эксплуатации электродвигателей в установках собственных нужд электростанций" (1960 год) величина сопротивления изоляции обмоток электродвигателей, находящихся в эксплуатации, не нормируется. По-видимому целесообразно и в условиях эксплуатации определять допустимость включения двигателей, как и всех электрических машин, без сушки по данным рисунка 1 или таблицы 1.
Условие включения вращающихся машин переменного тока напряжением до 1000 В и машин постоянного тока
Согласно "Правилам устройства электроустановок" (ПУЭ) в § 1.8.13, 1.8.14 и 1.8.15 для обмотки статоров генераторов переменного тока, обмоток электродвигателей переменного тока и обмоток машин постоянного тока напряжением до 1000 В, величина сопротивления изоляции для каждой фазы в отдельности относительно корпуса и двух других фаз должна быть не менее 0,5 МОм при температуре 10 – 30°С.
Если замер сопротивления изоляции производился при температуре 10 – 30°С (а не 75°С), рекомендуется первое время машину, имеющую сопротивление изоляции обмоток, близкое к номинально допустимой величине, не нагружать на полный ток.
Методика измерения характеристик изоляции
Измеренное сопротивление изоляции обмоток всех электрических машин должно производиться при температуре их не ниже 10°С. Если температура обмоток ниже 10°С, то электрическая машина должна быть подогрета. Обмотки и выводы машины перед производством измерений согласно Инструкции СН 241-63 должны быть очищены от загрязнений осевшей на них пыли продуванием сухим и чистым, без примеси масла, воздухом с давлением не выше 2 атмосфер и протерты в доступных местах чистой ветошью. Следует проверить, нет ли влаги на лобовых частях обмоток статора и ротора и в нижних отсеках корпуса. При осмотре корпуса следует обратить внимание, нет ли на его внутренних частях ржавчины, которая указывает на попадание воды в машину. Полезно осмотреть подшипники машины, открыв их торцевые щитки. Нередки случаи, когда в смазке подшипника обнаруживается вода. Наличие воды указывает на длительное хранение машины на открытом воздухе и большую вероятность попадания влаги на обмотки. Смазку подшипника при обнаружении в ней воды следует заменить полностью, иначе подшипники быстро выйдут из строя. Влага, обнаруженная на обмотке и в корпусе, должна быть полностью удалена.
При длительном непосредственном попадании воды или пара на обмотки машины или явном увлажнении их от длительного нахождения в атмосфере влажного воздуха будут неудовлетворительные результаты измерения сопротивления изоляции. В этом случае проведение испытаний и измерений, связанных с приложением повышенного напряжения выпрямленного или переменного тока, допускается производить только после контрольного прогрева машины.
Измерение сопротивления изоляции обмоток с Uном > 1000 В должно производиться мегомметром напряжением не менее 1000 В. Измерение сопротивления изоляции обмоток с Uном до 1000 В производится мегомметром на напряжение 500 – 1000 В. Показания мегомметра отсчитываются через 15 и 60 секунд после начала вращения рукоятки (для машин с Uном > 1000 В).
По результатам измерения сопротивления изоляции определяется коэффициент абсорбции R60’’ / R15’’.
Измерение токов утечки
Измерение токов утечки для построения зависимости iут = f(Uисп) допускается, если сопротивление изоляции машины R60’’ удовлетворяет условию пункта "а" или коэффициент абсорбции удовлетворяет условию пункта "б". При измерении должны быть сведены к минимуму токи утечки самой испытательной схемы (аппарата и проводящих проводов). Измерительные приборы должны иметь точность не ниже класса 1,5. Отклонение стрелки прибора должно быть не менее 1/10 шкалы, для чего следует применять переключатель предела измерений прибора. Измерение токов утечки должно производиться не менее чем при пяти значениях испытательного напряжения выпрямленного тока от Uмин до Uмакс равными ступенями.
Величина Uмакс для машин I группы принимается равной 2,5Uном, а для машин II группы берется по таблице 2.
Таблица 2
| P, кВ×А | Uном, В | Испытательное выпрямленное напряжение, В |
| менее 1000 от 1000 и более | Все напряжения ≤ 3300 3300 и 6600 > 6600 | 1,2 × (2×Uном + 1000) 1,2 × (2×Uном + 1000) 1,2 × 2,5×Uном 1,5 × (2×Uном + 3000) |
Величина Uмин для машин I группы принимается равной 0,5×Uном, а для машин II группы – не более 0,2×Uном.
Рекомендуемые величины ступеней испытательного напряжения Uисп для машин I группы приведены ниже:
| Uном, кВ | Величина ступеней испытательного напряжения, кВ |
| 3 6 10 | 1,5; 3; 4,5; 6; 7,5 3; 6; 9; 12; 15 5; 10; 15; 20; 25 |
Напряжение каждой ступени прикладывают в течение 1 минуты и при этом производится отсчет величины iут через 15 секунд (i15’’) и через 60 секунд (i60’’), после чего продолжают плавный подъем напряжения до значения, соответствующей ступени, и так далее. При этом, если после достижения напряжения данной ступени при неизменном испытательном напряжении происходит нарастание тока утечки, испытание должно быть прекращено. К повторному испытанию разрешается приступить только после устранения причин нарастания тока утечки при неизменном испытательном напряжении. Испытание должно быть прекращено, если крутой изгиб характеристики отсутствует, но значение токов утечки превышает наибольшую допустимую величину, указанную ниже:
| Кратность ступеней испытательного напряжения по отношению к Uном | 0,5 | 1 | 1,5 | 2 | 2,5 | 3 |
| Наибольший допустимый ток утечки, мкА | 250 | 500 | 1000 | 2000 | 2000 | 3500 |
 |
| Рисунок 3. Схема соединения обмотки машины при снятии характеристики iут = f(Uисп) для фазы C1 – C4 |
Приведенные токи утечки определены, исходя из величины сопротивления изоляции R60’’, равной 2 МОм, на 1 кВ при Uном машины (при температуре обмотки 10 – 30 °С и коэффициенте нелинейности, равном 3). Эти данные могут быть использованы только для определения возможности продолжать испытание обмоток статора повышенным выпрямленным напряжением. В случае прекращения испытаний, устраняя местные дефекты изоляции или применяя подсушку лампами или воздуходувкой увлажненных поверхностей (обычно лобовых частей), снижают токи утечки.
Измерение сопротивления изоляции R60’’ и R15’’, а так же токов утечки iут обмоток электрической машины, имеющей шесть выводов (начала и концы обмоток всех трех фаз), должно производиться пофазно (рисунок 3). При испытании изоляции каждой фазы на корпус две другие фазы должны быть соединены с корпусом машины.
Измерение R60’’, R15’’ и i60’’, i15’’, для электрических машин, имеющих только три вывода обмоток статора, производится для всех одновременно по отношению к заземленному корпусу машины.
Источник: Алякртский И. П., Мандрыкин С. А., "Сушка электрических машин и трансформаторов" – Москва: Энергия, 2-ое издание, 1974 – 72с.