Практическая работа: Изучение способов сушки изоляции обмоток электродвигателей
методическая разработка

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

    Тема: Изучение способов сушки изоляции обмоток электродвигателей.

    Цель работы: Изучить схемы и методику различных способов сушки изоляции обмоток электродвигателей.

Теория.

Сушке подвергаются электрические машины при увлажнении изоляции обмоток и других токоведущих частей.

Назначение сушки - удаление влаги из изоляции обмоток и повышение сопротивления до значения, при котором электрическую машину можно поставить под напряжение.

    Для определения условий, обязательных при включении без сушки, электрические машины переменного тока условно разделяют на   две   группы:

    1) электродвигатели до 5000 кВт с частотой вращении не более 1500 об/мин;

    2) генераторы и синхронные компенсаторы, а также электродвигатели, не входящие в группу 1.

    Основными критериями для включения машин без сушки являются:

  1)  R60"- одноминутное значение сопротивления изоляции обмоток (замеренное через 60 с после  начала измерения), МОм;

  2)R60" /R15" -коэффициент абсорбции, равный отношению одноминутного значения сопротивления изоляции к 15- секундному значению при температуре измерении от 10 до 30 ºС;

  3)  характеристика токов утечки при приложении выпрямленного испытательного напряжения.

    Характеристика токов утечки не проводится на машинах группы 1, если R60" и R60" /R15" в норме. Разрешается также не проводить его и на машинах группы 2, а также на машинах группы 1, но обязательным условием включения таких машин является соблюдение допустимых значений R60" и отношения R60" /R15" при значениях R60" вдвое меньших нормы.

    Значение R60"  для двигателей группы 1 на номинальное напряжение до 1000 В должно быть не менее 0,5 МОм, а коэффициент абсорбции не  менее 1,2.

    Для  машин группы 2 значение R60" должно быть не менее значений, вычисленных по формуле     R60"= Uном /(Pном ∙ 0,01+1000) ,измеренных при температуре 75 °С, где Uном- номинальное напряжение электрической машины, В; Pном- номинальная мощность, кBт.

    Коэффициент абсорбции для машин группы 2 должен быть не менее 1,3.

    Если измеренные параметры не удовлетворяют нормам, то электрическую машину подвергают сушке.

    Обмотки машин перед сушкой должны быть очищены от загрязнений и осевшей пыли, продуты сухим и чистым воздухом . Если вода продолжительное время воздействует на обмотки двигателя, то измерения и испытания, связанные с подачей напряжения, должны производиться после контрольного прогрева и подсушки путем внешнего нагрева. Осуществлять сушку пропусканием тока через обмотки допускается в том случае, если сопротивление изоляции обмоток статора машин переменного тока и обмотки якоря машин постоянного тока не менее 5 кОм, а сопротивление изоляции обмоток ротора машин переменного тока и обмоток возбуждения машин постоянного тока не менее 20 кОм.

    Перед проведением сушки корпус машины должен быть обязательно заземлен. В период подготовки к сушке необходимо предусмотреть возможность выполнения измерений, поэтому необходимо вывести концы обмоток в удобное для измерений место, изолировать их, установить термометры и температурные индикаторы. В процессе сушки измеряют сопротивление изоляции, температуру обмоток, активной стали и окружающего воздуха. Во избежание потерь теплоты машина должна  быть закрыта.

В период подготовке к сушке проводят необходимые противопожарные мероприятия: место проведения сушки обеспечивают средствами пожаротушения, водоснабжения. В помещении не должны храниться горючесмазочные материалы.

         В процессе сушки следует постоянно контролировать температуру обмоток и стали частей электрических машин. Максимальная температура в наиболее нагретом месте обмотки или стали при нагреве током не должна превышать 80 °С при измерении термометрами, 100 °С при измерении методом сопротивления, 90 °С при измерении встроенными и заложенными температурными индикаторами и 100 °С   при измерении термометром при сушке методом внешнего нагрева.

Скорость достижения установившейся температуры не должна превышать 4…5 °С/ч. для ограничения резкого повышения температуры своевременно снижают ток или периодически отключают источник питания. До достижения установившейся температуры делается запись один раз в час, с момента достижения установившейся температуры – один раз в 2 ч.

          Сушка прекращается после того, как сопротивление изоляции будет держаться при постоянной температуре практически неизменным в течение 3-5 ч. Сушка считается законченной при условиях: R60" и R60" /R15" имеют установившееся значение в течение 3-5 ч и значения их не менее допустимых.

Нижний предел сопротивления изоляции установлен на отметке 0,5 МОм. При значениях ниже этого эксплуатация электродвигателя может привести к нежелательным последствиям - поломке электродвигателя. В такой ситуации производится сушка обмотки.

Способы сушки электрических машин

1. Внешний нагрев (рис. 1). Этим методом рекомендуется призводить сушку всех электрических машин и обязательно сильно отсыревших. Для нагрева применяются тепловоздуходувки, нагревательные сопротивления (для машин малой мощности- сушильные шкафы). Для электрических машин с замкнутой системой вентиляции нагреватели размещают в вентиляционной камере и температуру горячего воздуха, поступающего в машину, регулируют выключением нагревателей.

 Рис. 1. Сушка внешним нагревом

Мощность (кВт) нагревательных элементов тепловоздуходувки определяют по формуле:

где  — количество воздуха, прогоняемого вентилятором через камеру, м3/мин; — теплоемкость воздуха, равная 0,273 ккал/кг;  — температура окружающего воздуха, °С;  — температура горячего воздуха, °С (принимается примерно равной 90 °С).

Количество воздуха прогоняемого за 1 мин через камеру, принимают равным , где —объем камеры, м3.

При ориентировочных расчетах мощность нагревательных элементов тепловоздуходувок можно принимать: для электрических машин мощностью до 500 кВт – 3,5 %; для электрических машин 500 – 1000 кВт – 1,5–3 % мощности машины.

    2. Сушка инфракрасными лучами. Этот метод также рекомендуется для всех электрических машин и обязателен для сильно отсыревших. В качестве источника инфракрасных лучей применяют зеркальные лампы накаливания. Электродвигатель должен находиться от лампы на расстоянии 20-40 см. Лампы для равномерного прогрева желательно располагать в шахматном порядке с расстояниями между осями ламп    20-30 см. По мере возрастания температуры часть ламп отключается. Как правило, мощность применяемых ламп 250 или 500 Вт. Для сушки электрических машин общая мощность ламп колеблется в пределах 5-15 кВт.

   3. Метод  током короткого замыкания (рис. 2)

Обмотки отдельных фаз замыкают накоротко и подают к ним пониженное напряжение. Источником напряжения при этом обычно служат сварочные трансформаторы.

Рис.  2 Схема сушки изоляции током короткого замыкания.

Сверху электродвигатель покрывают теплоизолирующим материалом. Ток в обмотках статора доводят до 50% от номинального и поддерживают его на этом уровне 2-3 ч. В течение последующих 3 ч (с интервалами в 20-30 мин) ток доводят до 90% номинального. В первые 3-5 ч температура обмоток не должна превышать 40-50°С, после 8-10 ч сушки – 60-70°С. При этом температура выходящего воздуха не должна быть выше 50°С, а температура изоляции обмотки не должна быть выше 70°С. Через каждые 2 ч проверяют термометром температуру обмоток и измеряют мегаомметром сопротивление их изоляции.

4. Метод индукционных потерь мощности в активной стали статора с помощью специальной намагничивающей обмотки (рис. 3).

Этот метод рекомендуется для электрических машин, поступивших в разобранном состоянии или прошедших разборку при ревизии. При этом методе нагревание происходит за счет создания в стали статора переменного магнитного потока путем наматывания на статор специальной намагничивающей обмотки из изолированного провода. Обмотка питается однофазным током. Сушка электродвигателя должна производиться при вынутом роторе. Намагничивающие витки изолируются от стали статора асбестом или электрокартоном. Нагрузку на провода выбирают в пределах 0,5…0,7 допустимой. Регулирование температуры производится периодически включениями и отключеньями намагничивающей обмотки или переключением числа витков. При использовании этого метода лобовые части обмотки подогревают тепловоздуходувкой. Ротор машины подсушивают постоянным током.

Подводимое напряжение  выбирают равным 380 В или 220 В;

Провода или кабели для намагничивающей обмотки не должны иметь металлической оболочки. Нагрузку на провод принимаю равной 50…70 % допустимой.

Для быстрого подъема температуры в начале сушки индукцию рекомендуется выбирать 0,7…0,8 Тл. При установившемся тепловом режиме она может быть снижена до 0,4…0,6 Тл путем уменьшения подводимого напряжения или увеличения числа витков намагничивающей обмотки.

Этот метод непригоден для сушки машин мощностью менее 150…220 кВт, так как вследствие малого сечения активной стали, требуется очень большое количество витков.

5. Метод потерь на вихревые токи в статоре машин переменного тока или в станине электрических машин постоянного тока (рис. 4). Этот метод применяется для электрических машин малой и средней мощности с щитовыми подшипниками. Намагничивающая обмотка и изолированных проводов наматывается по наружной поверхности станины электрической машины. Вследствие создания вихревых токов станина нагревается. В качестве источников питания наиболее удобными являются сварочные трансформаторы, позволяющие регулировать ток. Возможно последовательное подключение нескольких машин.

Ток в намагничивающей обмотке (А)

,

где  ориентировочно принимают 0,5…0,7.

Нагрузку на провод выбирают 0,5…0,7 от допустимой.

Этот способ мало пригоден для сушки крупных электрических машин, так как требует большой мощности и большого числа витков.

6. Метод индукционных потерь мощности в стали статора с использованием вала в качестве намагничивающего витка (рис. 5).

Этот метод рекомендуется для всех электрических машин, у которых изолированы подшипники или есть возможность их изолировать.

Через вал пропускается ток от сварочного трансформатора (или нескольких параллельно включенных). Вторичных ток может регулироваться реактором сварочного трансформатора, необходимые параметры трансформаторов 15 ÷50 В, ток — до 1000 А. . Возможно использование силовых трансформаторов 6000/400 В при подключении к стороне высшего напряжения 400 В и получении на стороне низшего напряжения 24 В.

                                                                         Рис. 5. Сушка индукционными потерями мощности            

                                                                               в активной стали статора с использованием вала

                                                                          электрической машины в качестве намагничивающего витка

 7. Сушка от постороннего источника постоянного (переменного) тока (рис.6). Сушка постоянным током производится при заторможенном роторе и рекомендуется для машин переменного тока, а также для обмоток возбуждения машин постоянного тока.

Рис. 6. Сушка потерями в меди от постороннего источника постоянного или однофазного тока

Если выведены все шесть концов обмотки, ток пропускается последовательно через обмотки всех фаз (рис. 6, а, б). Если выведены только три конца обмотки, то обмотки соединяются, как показано на рис. 6, в, г, с переключением фаз каждый час. Отключение производят постепенным снижением подводимого напряжения. Обмотка ротора высыхает и не требует дополнительной сушки.

Ток сушки поддерживается в пределах 0,4…0,7Iном. Температуру регулируют путем изменения тока сушки  с помощью изменения подводимого напряжения или реостатом. Необходимое напряжение (В) источника постоянного тока находят по формуле

,

где —ток сушки, А; R — сопротивление постоянному току обмоток машин по принятой схеме сушки, Ом.

Аналогично можно производить сушку от постороннего источника однофазного тока. Этот способ рекомендуется для электрических машин переменного тока. Ротор может быть вынут и высушен отдельно. Ротор с двойной клеткой при сушке по схемам рис. 6 должен быть вынут обязательно. Сушка производится так же. Ток сушки должен составлять 50…70 % от номинального.

Помимо описанных методов сушки существует метод с помощью постороннего источника трехфазного тока в режиме короткого замыкания, метод короткого замыкания в генераторном режиме, метод «ползущей» скорости. Однако эти методы из–за их трудоемкости и сложности применяют редко и в работе не рассматриваются.

Контрольные вопросы.

1. Для чего предназначена сушка?
2. Что такое и ?
3. В каких случаях возникает необходимость сушки электрических машин?
4. При каких условиях сушку можно считать законченной?
5. Какова мощность нагревательного элемента тепловоздуходувки для сушки двигателя мощностью Рном = 2,2 кВт.
6. Перечислите основные критерии для включения машин без сушки.
7. В чем заключаются подготовительные работы к сушке электрических машин? Составьте алгоритм подготовительных работ.
8. При каких значениях сопротивления изоляции производится сушка машин?
9. На какие две группы делят электрические машины для определения условий, обязательных при включении  без сушки?
10. Каковы должны быть значения  и , чтобы машины 1 и 2 группы не подвергали сушке?

Порядок выполнения работы

1. Ответить на контрольные вопросы.
2. Кратко описать  все способы сушки и зарисовать  рис. 1,2,3,4,5 и 6
3. Сделать вывод о проделанной работе.