Сложные условия эксплуатации тяговых машин постоянного и переменного тока высокого напряжения предъявляют повышенные требования к электрической изоляции. Так, термореактивная композитная электрическая изоляция тяговых электрических двигателей (ТЭД) подвергается значительному нагреву, воздействию влаги, перенапряжений, вибрации. Изоляция должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, быть нагрево- и влаго-устойчивой. Современные электроизоляционные материалы и технологии их изготовления позволили усовершенствовать системы высоковольтной термореактивной композитной электрической изоляции двигателей, улучшить их эксплуатационные и энергетические характеристики. Применение изоляции класса нагревостойкости Н (180 °С) повышает надежность ТЭД, позволяет при тех же размерах реализовать большую мощность. Такие системы изоляции способны работать не менее 50 тыс. часов при температуре 180 °С и выдерживать перенапряжения свыше 10 кВ. Для электрической изоляции с высокой долей содержания слюды и эпоксидной смолы обмоток ТЭД используется как технология вакуум-нагнетательной пропитки, так и предварительно пропитанных лент. Процедура вакуум-нагнетательной пропитки гарантирует высокую механическую прочность, особенно лобовой части обмотки, и высокую электрическую прочность. Во время процесса пропитки изоляционной системы измеряется вязкость смолы; температура пропитки и отверждения; время выдержки под давлением; пониженное и избыточное давление. Постановка проблемы. На всех этапах изготовления ТЭД: перед пропиткой якоря и катушек, после термообработки (запечки) якоря и катушек, в готовом двигателе – проверяются величина сопротивления изоляции и электрическая прочность. Изоляция стержней (катушек) машин мощностью более 5 МВт и напряжением больше 6 кВ для контроля технологии изготовления подвергается дополнительному испытанию: измерению тангенса угла диэлектрических потерь tgδ изоляции в зависимости от приложенного испытательного напряжения при нормальной температуре воздуха. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции производится мостом Шеринга на частоте 50 Гц. Такие испытания позволяют косвенно судить о наличии воздушных включений, обусловленных расслоением термореактивной изоляции в результате ее неполной полимеризации. Измерения только на одной частоте 50 Гц не позволяют в полной мере выявить остаточную влагу и расслоение термореактивной композитной изоляционной системы ТЭД. Высокая эксплуатационная надежность тяговых электрических двигателей определяется качеством изоляции обмоток, которая должна иметь высокую влагостойкость. В последнее десятилетие значительное теоретическое и экспериментальное развитие получила диэлектрическая спектроскопия. В диэлектрической спектроскопии выполняется анализ функции комплексной диэлектрической проницаемости изоляции по диапазону частот и напряжения. Частотная зависимость емкости и тангенса угла диэлектрических потерь позволяет судить о состоянии термореактивной изоляционной системы ТЭД. Результаты моделирования частотных зависимостей совокупных диэлектрических характеристик на основе схемы замещения обмоток статора при соединении «звездой» асинхронного тягового двигателя свидетельствуют о наличии двух резонансных частот в диапазоне 1 и 10 кГц. На частоте 10 кГц тангенс угла диэлектрических потерь всей изоляционной системы обмоток изменяется в десятки – сотни раз, что дает возможность контролировать состояние композитной изоляции на этой частоте. Наличие остаточной влаги в корпусной изоляции приводит к росту tgδ корпусной композитной термореактивной системы с уменьшением частоты. Диэлектрическая спектроскопия совокупных диэлектрических характеристик на переменном напряжении позволяет оценить состояние корпусной термореактивной электроизоляционной системы на конечной стадии изготовления асинхронных тяговых двигателей.
Электротехника, Электрооборудование, Энергетика
Диэлектрическая спектроскопия электрических машин
Сложные условия эксплуатации тяговых машин постоянного и переменного тока высокого напряжения предъявляют повышенные требования к электрической изоляции. Так, термореактивная композитная электрическая изоляция тяговых электрических двигателей (ТЭД) подвергается значительному нагреву, воздействию влаги, перенапряжений, вибрации.
Изоляция должна обладать достаточной электрической и механической прочностью, быть нагрево- и влаго-устойчивой. Современные электроизоляционные материалы и технологии их изготовления позволили усовершенствовать системы высоковольтной термореактивной композитной электрической изоляции двигателей, улучшить их эксплуатационные и энергетические характеристики. Применение изоляции класса нагревостойкости Н (180 °С) повышает надежность ТЭД, позволяет при тех же размерах реализовать большую мощность. Такие системы изоляции способны работать не менее 50 тыс. часов при температуре 180 °С и выдерживать перенапряжения свыше 10 кВ.
Для электрической изоляции с высокой долей содержания слюды и эпоксидной смолы обмоток ТЭД используется как технология вакуум-нагнетательной пропитки, так и предварительно пропитанных лент. Процедура вакуум-нагнетательной пропитки гарантирует высокую механическую прочность, особенно лобовой части обмотки, и высокую электрическую прочность. Во время процесса пропитки изоляционной системы измеряется вязкость смолы; температура пропитки и отверждения; время выдержки под давлением; пониженное и избыточное давление.
Постановка проблемы. На всех этапах изготовления ТЭД: перед пропиткой якоря и катушек, после термообработки (запечки) якоря и катушек, в готовом двигателе – проверяются величина сопротивления изоляции и электрическая прочность. Изоляция стержней (катушек) машин мощностью более 5 МВт и напряжением больше 6 кВ для контроля технологии изготовления подвергается дополнительному испытанию: измерению тангенса угла диэлектрических потерь tgδ изоляции в зависимости от приложенного испытательного напряжения при нормальной температуре воздуха. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь изоляции производится мостом Шеринга на частоте 50 Гц. Такие испытания позволяют косвенно судить о наличии воздушных включений, обусловленных расслоением термореактивной изоляции в результате ее неполной полимеризации. Измерения только на одной частоте 50 Гц не позволяют в полной мере выявить остаточную влагу и расслоение термореактивной композитной изоляционной системы ТЭД. Высокая эксплуатационная надежность тяговых электрических двигателей определяется качеством изоляции обмоток, которая должна иметь высокую влагостойкость.
В последнее десятилетие значительное теоретическое и экспериментальное развитие получила диэлектрическая спектроскопия. В диэлектрической спектроскопии выполняется анализ функции комплексной диэлектрической проницаемости изоляции по диапазону частот и напряжения. Частотная зависимость емкости и тангенса угла диэлектрических потерь позволяет судить о состоянии термореактивной изоляционной системы ТЭД.
Результаты моделирования частотных зависимостей совокупных диэлектрических характеристик на основе схемы замещения обмоток статора при соединении «звездой» асинхронного тягового двигателя свидетельствуют о наличии двух резонансных частот в диапазоне 1 и 10 кГц. На частоте 10 кГц тангенс угла диэлектрических потерь всей изоляционной системы обмоток изменяется в десятки – сотни раз, что дает возможность контролировать состояние композитной изоляции на этой частоте. Наличие остаточной влаги в корпусной изоляции приводит к росту tgδ корпусной композитной термореактивной системы с уменьшением частоты.
Диэлектрическая спектроскопия совокупных диэлектрических характеристик на переменном напряжении позволяет оценить состояние корпусной термореактивной электроизоляционной системы на конечной стадии изготовления асинхронных тяговых двигателей.