устройство для контроля изоляции электрических машин

Формула изобретения

Устройство для контроля изоляции торцовой зоны электрических машин, содержащее источник высокого напряжения с высоковольтным выводом, изолирующую штангу с испытательным электродом и микроамперметр, отличающееся тем, что источник высокого напряжения состоит из генератора, на выходе которого подключен повышающий трансформатор, к выводам вторичной обмотки которого подключен выпрямитель-умножитель, один вывод которого подключен к высоковольтному выводу источника высокого напряжения, а второй вывод через микроамперметр - к земле, при этом испытательный электрод присоединен к высоковольтному выводу источника высокого напряжения.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и предназначено для проверки текущего состояния изоляции торцовой зоны электрических машин в процессе эксплуатации.

Известны устройства для проверки состояния изоляции обмоток электрических машин. Они представляют собой высоковольтные установки переменного тока, один вывод которых присоединен к одному или нескольким выводам обмотки испытуемой электрической машины, а второй вывод присоединяется к заземленному корпусу машины [1]. При создании в таком устройстве повышенного (установленного нормативной документацией) напряжения под его воздействием оказывается вся пазовая часть изоляции обмотки испытуемой машины и та часть лобовой изоляции, которая расположена под полупроводящим покрытием (если такое покрытие предусмотрено в данной машине). Отсутствие пробоя является при таком испытании свидетельством удовлетворительного состояния машины.

Существенным недостатком установок такого типа является то, что при испытаниях большая часть изоляции в торцовой зоне машины (изоляция лобовых частей вне участков с полупроводящим покрытием, изоляция коробок головок лобовых частей, изоляция выводных и соединительных шин, изоляция бандажных колец и обмоткодержателей) оказывается не подверженной воздействию испытательного напряжения и, следовательно, непроверенной. В то же время практика показала, что в процессе эксплуатации, ревизий, периодических и капитальных ремонтов изоляции торцовой зоны наносятся значительные повреждения в виде истираний, смятий, проколов как наблюдаемых, так и скрытых, вызванных ослаблением деталей крепления, неосторожными действиями персонала при выводе ротора или случайным попаданием в корпус машины посторонних предметов. Механические истирания и повреждения нередки, и по данным ВНИИЭ около 40% отказов по обмотке турбогенераторов на электростанциях связаны именно с дефектами такого рода, что составляло в иные годы примерно 5-6 тяжелых аварий в год по стране. Не редки случаи увлажнения изоляции изнутри из-за течей полых проводников в генераторах с водяным охлаждением обмотки статора.

Для выявления дефектов подобного рода в торцовой зоне известны высоковольтные испытательные установки постоянного тока [2] (прототип). Такая установка состоит из источника выпрямленного высокого напряжения, у которого высоковольтный вывод присоединен к испытуемой обмотке, и изолирующей штанги, на которой закреплен испытательный электрод, соединенный через микроамперметр с контуром заземления. Процесс испытания состоит в том, что оператор, держа в руках штангу, проводит электродом по поверхности контролируемой изоляции торцовой зоны и контролирует ток утечки.

Недостатком этой установки является ее сравнительная большая мощность. Дело в том, что для достижения высокого напряжения на испытуемой обмотке при ее подключении к источнику необходимо зарядить конденсатор “обмотка - заземленный корпус машины”. Величина емкости этого эквивалентного конденсатора достигает десятых долей микрофарады, и поэтому ток заряда сравнительно велик, что влечет за собой рост мощности и, как следствие, габаритов и массы. Типичным представителем таких испытательных устройств является высоковольтная установка типа АИИ-70, развивающая напряжение до 70 кВ и имеющая массу 175 кг. Большая масса установки создает большие трудности при ее транспортировке и установке в непосредственной близости от испытуемой машины.

Другим недостатком существующих установок такого рода является само их вредное воздействие на испытуемую машину, обусловленное высокой мощностью. В процессе испытания, даже в случае отсутствия пробоя, снижается качество изоляции и тем самым снижается надежность ее работы в последующий период.

Кроме того, остаются неиспытанными элементы изоляции узлов, не имеющих электрического контакта с обмоткой: бандажных колец и обмоткодержателей.

Предлагаемое изобретение предназначено для устранения этих недостатков, т.е. для надежного и в то же время неразрушающего выявления дефектов изоляции в торцовой зоне с помощью удобного портативного устройства. Пояснительная схема приведена на чертеже где:

1. Источник выпрямленного высокого напряжения.

2. Высокочастотный регулируемый генератор.

3. Повышающий трансформатор.

4. Выпрямитель-умножитель.

5. Ограничительный резистор.

6. Микроамперметр для измерения тока утечки.

7. Киловольтметр для измерения испытательного напряжения.

8. Высоковольтный вывод устройства.

9. Высоковольтный кабель.

10. Испытательный электрод.

11. Изолирующая телескопическая штанга.

12. Испытуемая машина.

13. Лобовая часть обмотки.

14. Пазовая часть обмотки.

15. Выводные и соединительные шины.

16. Бандажные кольца.

17. Обмоткодержатель.

18. Корпус.

19. Сердечник.

Отметим, что здесь для примера показано испытание изоляции торцовой зоны статора, но совершенно также может быть испытана изоляция торцовой зоны ротора.

Испытательное устройство состоит из источника высокого выпрямленного напряжения и изолирующей штанги с испытательным электродом. Источник 1 состоит из генератора 2, на выходе которого подключен повышающий трансформатор 3, к выводам вторичной обмотки которого, в свою очередь, подключен выпрямитель-умножитель 4. Один вывод этого выпрямителя-умножителя через ограничительный резистор 5 подключен к высоковольтному выводу источника 8, а второй через микроамперметр 6 - к земле. Для удобства работы в состав источника входит еще система измерения испытательного напряжения, условно показанная на схеме в виде киловольтметра 7. К выводу 8 посредством высоковольтного кабеля малого сечения 9 присоединен испытательный электрод 10, закрепленный на изолирующей телескопической штанге 11.

Статор испытуемой машины 12 состоит из шихтованного сердечника 19, установленного в корпусе 18, и обмотки, часть которой находится в пазах сердечника (пазовая часть 14), а часть - в торцовой зоне машины (лобовая часть 13). Перед началом испытаний у испытуемой машины 12 заземляется медь обмотки. Необходимо отметить, что заземление обмотки на чертеже ради упрощения схемы показано условно. Реально обмотка заземляется через свои выводные концы, находящиеся за пределами схемы.

При подаче питания на вход генератора 2 на его выходе появляется высокочастотное (порядка нескольких килогерц) регулируемое напряжение, которое повышается трансформатором 3, выпрямляется и еще повышается с помощью выпрямителя-умножителя 4. В результате повышенное испытательное напряжение (по нормам [3] до 40 кВ) появляется на электроде 10.

Процесс испытания состоит в том, что оператор, держа в руках штангу 11, последовательно проводит электродом 10 по наружным поверхностям всех элементов изоляции торцевой зоны: лобовых частей 14, выводных и соединительных шин 15, бандажных частей 16 и обмоткодержателей 17. При этом измеряется ток утечки и по его величине судят о состоянии изоляции в данном месте.

Перенос высокого напряжения на электрод и заземление испытуемой обмотки привел к тому, что обмотка и корпус оказались под одним потенциалом (земля), и вместо конденсатора большой емкости “обмотка - заземленный корпус машины” зарядке теперь подлежит конденсатор “электрод - участок обмотки под электродом”, емкость которого, как минимум, на три порядка меньше. Следствием этого оказывается исключение всех вышеуказанных недостатков: снижение мощности, габаритов, массы. Снижение мощности приводит к тому, что процесс испытания с помощью предлагаемой установки становится неразрушающим: повышение тока утечки указывает оператору на наличие в этом месте какого-либо дефекта изоляции и одновременно приводит к резкому падению напряжения на электроде. Немаловажно и то, что при заземлении испытуемой обмотки существенно повышается безопасность работы персонала.

Источники информации.

1. Кулаковский В.Б. Работа изоляции в генераторах. Возникновение и методы выявления дефектов. М.: Энергоиздат, 1981, с.125.

2. Выбор аппаратуры для профилактических испытаний изоляции электрооборудования. М.: Энергия, 1972, с.97 (прототип).

3. Объемы и нормы испытаний электрооборудования. РД 34.45-51.700-97, М.: ЭНАС, 1998.