Способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при электроосмотической сушке изоляции обмоток электрических машин при их эксплуатации, а также для предупреждения увлажнения изоляции обмоток электрических машин во время технологической паузы. Сущность изобретения состоит в следующем. В способе электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем подключения источников постоянного и пульсирующего напряжений между проводниками обмоток и корпусом машины, создания постоянного напряжения и пульсирующего напряжения с прямоугольной формой импульсов и той же полярностью, что и постоянное напряжение, согласно изобретению, дополнительно подключают индуктивность последовательно источникам напряжения. При этом изменяют значения индуктивности до придания прямоугольной формы импульсам пульсирующего напряжения непосредственно на изоляции обмоток электрической машины. Технический результат от использования данного изобретения состоит в уменьшении времени сушки за счет достижения резонанса напряжений, позволяющего получить на обмотке импульсы тока с крутым фронтом. 1 табл.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроизоляционной технике, и может быть использовано для электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин при их эксплуатации, а также для предупреждения увлажнения изоляции обмоток электрических машин во время технологической паузы.
Известен способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин, при котором прикладывают постоянное напряжение между проводниками обмоток и корпусом машины, подключая положительный полюс источника постоянного напряжения к проводникам обмоток, а отрицательный — к корпусу, последовательно с источником постоянного напряжения включают источник пульсирующего напряжения и дополнительно прикладывают пульсирующее напряжение с той же полярностью, что и постоянное, устанавливая значение амплитуды пульсирующего напряжения 25-50% минимально допустимого значения и прямоугольную форму импульсов (SU 1619369, кл. H 02 K 15/12, 07.01.91).
При этом сушку осуществляют циклами продолжительностью 25-30 мин, а в начале каждого цикла изменяют частоту приложенного пульсирующего напряжения, при каждой частоте измеряют ток между обмоткой и корпусом и производят сушку в указанном цикле при частоте, соответствующей максимуму тока.
В известном способе путем изменения частоты и выбора оптимальных параметров интенсифицируют процесс электроосмотической сушки.
Однако подбор оптимальных параметров сушки с учетом исходного сопротивления влажной изоляции для достижения на обмотке импульсов тока с крутым фронтом требует временных затрат, что в конечном счете делает способ длительным и трудоемким.
Известен способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем наложения на постоянное электрическое поле пульсирующего напряжения той же полярности, представляющее собой последовательность пачек импульсов (RU 94012968, кл. H 02 K 15/12, 10.12.95). При этом для создания необходимого диапазона пульсирующего напряжения изменяют как период следования пачек импульсов, так и частоту заполнения импульсов в пачке. Получая таким образом необходимый спектр пульсирующего напряжения, который перекрывает спектр тока электроосмоса, что приводит к более интенсивному разрушению ионных оболочек молекул воды, что увеличивает подвижность последних при их направленном движении в сторону минуса.
Однако и в данном способе достигнуть на обмотке импульсов тока с крутым фронтом невозможно, а следовательно, процесс сушки остается достаточно длительным процессом.
Ближайшим аналогом настоящего изобретения является способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем подключения источников постоянного и пульсирующего напряжения между проводниками обмоток и корпусом машины и создания постоянного напряжения и пульсирующего напряжения с прямоугольной формой импульсов и той же полярностью, что и постоянное напряжение (SU 1566445, кл. H 02 K 15/12, 23.05.90).
При этом положительный полюс источника постоянного напряжения и источника пульсирующего напряжения подключают к проводникам обмоток, а отрицательный — к корпусу, а значение амплитуды пульсирующего напряжения устанавливают равным 25-50% максимально допустимого значения напряжения сушки и форму импульсов устанавливают прямоугольной.
Известный способ обеспечивает значительную экономию электроэнергии за счет интенсификации сушки. Однако и в данном способе достигнуть на обмотке импульсов тока с крутым фронтом не удается.
Новым техническим результатом от использования настоящего изобретения является получение лучших показателей сушки за счет достижения резонанса напряжений, позволяющего получать на обмотке импульсов тока с крутым фронтом максимально приближенном к прямоугольной форме.
Этот результат достигается тем, что в способе электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем подключения источников постоянного и пульсирующего напряжений между проводниками обмоток и корпусом машины и создания постоянного напряжения и пульсирующего напряжения с прямоугольной формой импульсов и той же полярностью, что и постоянное напряжение, дополнительно подключают индуктивность последовательно источникам напряжения, при этом изменяют значения индуктивности до придания прямоугольной формы импульсам пульсирующего напряжения непосредственно на изоляции обмоток электрической машины.
При этом положительный полюс источника постоянного напряжения и источника пульсирующего напряжения подключают к проводникам обмоток, а отрицательный — к корпусу.
Известно, что электроосмос — перемещение большого количества влаги по микрокапиллярам под действием внешнего электрического поля.
Учитывая, что изоляция электродвигателей характеризуется сложной структурой, которая обеспечивает возникновение объемных зарядов при электроосмосе, необходимо через некоторое время, когда наблюдается замедление процесса электроосмотической сушки, интенсифицировать процесс сушки.
Авторы предлагают интенсифицировать процесс сушки за счет создания резонанса в цепи нагрузки за счет подключения индуктивности и разрушения объемных электрических зарядов, возникающих на границах раздела изоляционной системы электродвигателя, что в свою очередь обеспечивает более быстрое перемещение влаги по капиллярам.
Изменение значений индуктивности позволяет изменять величину индуктивного сопротивления и добиваться его равенства с емкостным сопротивлением, которым является изоляция электродвигателя. В процессе электроосмотической сушки резонанс возникает на очень короткое время, исчисляемое микросекундами, ввиду того, что емкостное сопротивление в процессе сушки непрерывно изменяется. Моменту резонанса, т.е. появлению чисто активного сопротивления в цепи, соответствует прямоугольный характер импульсов напряжения на экране осциллографа, подключенного к нагрузке.
Контролировать изменение сопротивления изоляции ЭД удобнее по изменению осциллограммы тока в цепи. Известно, что в электрической цепи, в которую включен ЭД с очень влажной изоляцией, осциллограмма тока показывает наличие гармоник с большой амплитудой. По мере обезвоживания, выбросы тока становятся все слабее и величина тока электроосмоса уменьшается. Это свидетельствует о росте сопротивления изоляции.
Резонанс напряжений на электрической емкости изоляции электрической машины и катушке индуктивности достигают изменением значений индуктивности как в сторону увеличения индуктивности от начального значения, так и в сторону ее уменьшения от начального значения индуктивности до достижения импульсами пульсирующего напряжения прямоугольной формы на изоляции обмоток электрической машины непосредственно. Контроль за появлением импульсов прямоугольной формы осуществляют на осциллографе, включенном между обмотками и корпусом электродвигателя.
Заявленный способ реализован на асинхронном ЭД мощностью 1,1 кВт и 2,2 кВт, а также на трансформаторах мощностью ТС-630 и ТС-800.
Технологические параметры предложенного способа электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин (примеры 1-4) представлены в таблице.
Процесс электроосмотической сушки продолжают до достижения допустимого норматива значения сопротивления изоляции. Согласно нормам минимально допустимое Rиз. для включения ЭД в сеть должно быть не менее 500 кОм.
Таким образом, в таблице 1 представлены технические параметры осуществления предложенного способа, исходное сопротивление изоляции электрических машин (ЭД, трансформатор) и достигнутый уровень сопротивления изоляции, позволяющий включать ЭД в сеть.
Анализ таблицы показывает, что предлагаемый способ сушки за счет достижения резонанса напряжений, позволяющего получать на обмотке импульсы тока с крутым фронтом, максимально приближенным к прямоугольной форме, позволяет получить лучшие показатели сушки, а именно достигнуть нормативное значение сопротивления изоляции, необходимое для включения ЭД в сеть, за время вдвое меньше, чем по способу-прототипу (пример 1 — время сушки 35 мин; пример 5 (прототип) — время сушки 65 мин.).
Способ электроосмотической сушки изоляции обмоток электрических машин путем подключения источников постоянного и пульсирующего напряжений между проводниками обмоток и корпусом машины и создания постоянного напряжения и пульсирующего напряжения с прямоугольной формой импульсов и той же полярностью, что и постоянное напряжение, при этом положительный полюс источника постоянного напряжения и источника пульсирующего напряжения подключают к проводникам обмоток, а отрицательный — к корпусу машины, отличающийся тем, что подключают индуктивность последовательно источникам постоянного и пульсирующего напряжений и изменяют значения индуктивности до придания прямоугольной формы импульсам пульсирующего напряжения непосредственно на изоляции обмоток электрической машины.
Источник
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОЙ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ
«УЭСИВТ»
- Н А З Н А Ч Е Н И Е
Устройство электроосмотической сушки изоляции обмоток высоковольт-ных трансформаторов УЭСИВТ предназначено для вытеснения влаги из тол-щи изолирующих материалов на поверхность. Если трансформатор маслонапол- ненный, то влага попадает в масло, которое затем сливают и подвергают обра- ботке на центрифуге.
Устройство УЭСИВТ предназначено для предотвращения проникновения влаги в изоляцию в период проведения ремонтных работ, особенно в условиях повышенной влажности воздуха.
2. О С Н О В Н Ы Е Т Е Х Н И Ч Е С К И Е Х А Р А К Т Е Р И С Т И К И
Потребляемая мощность не превышает 20Вт;
Длительность непрерывной работы – не ограничена;
Габаритные размеры : 220 * 60 * 120 мм;
Рабочее напряжение обмоток ВН трансформаторов, подвергаемых сушке: 3кВ; 6кВ; 10кВ;
Максимальная мощность трансформаторов, подвергаемых сушке:1600 кВА.
3. П Р И Н Ц И П Д Е Й С Т В И Я И К О Н С Т Р У К Ц И Я
Принцип действия основан на явлении электроосмотического переноса жид- кости в капиллярных системах под действием электрического поля. На выходе прибора формируются импульсы, имеющие специальную форму и параметры.
Основой конструкции является металлический корпус. Внутри корпуса раз- мещаются элементы электрической схемы. На лицевой панели расположены:
Переключатель режимов работы 3-6 -10 кВ ; тумблер для включения прибора в сеть; сигнальная лампа «сеть»; сигнальная лампа «выход», свидетельствующая о наличии выходного напряжения 3-6 -10кВ;
выходные клеммы «+» и «-» для подключения соединительных проводов.
Соединительные провода расположены в углублении задней стенки прибора.
Источник
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОЙ СУШКИ ИЗОЛЯЦИИ НИЗКОВОЛЬТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ГЕНЕРАТОРОВ
Устройство электроосмотической сушки изоляции низковольтных электродвигателей и генераторов (УЭСИ 0,4 кВ) предназначено для нетеплового обезвоживания изоляции обмоток электродвигателей (ЭД) напряжением 0,4 кВ без разборки и демонтажа с объектов, на которых они используются.
УЭСИ 0,4 кВ эксплуатируется при температурах окружающей среды от -50 0 С до +40 0 С и относительной влажности воздуха до 100%.
УЭСИ 0,4 кВ может быть использовано:
— для устранения эффекта »распаривания», связанного со снижением уровня сопротивления изоляции ЭД в первые минуты его работы после включения в сеть;
— для проведения ускоренных испытаний электроизоляционных конструкций ЭД на влагостойкость;
— для диагностики состояния качества изоляции ЭД.
Использование УЭСИ 0,4 кВ исключает коробление, тепловое старение, термическую деструкцию и локальные перегревы изоляции, повышает ресурс ЭД, экономит энергетические и другие ресурсы, расходуемые при тепловых технологиях сушки.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Напряжение питания — 220 В 10%.
Род потребляемого тока – однофазный, переменный, 50 Гц.
Длительность непрерывной работы – неограничена.
Потребляемая мощность – не более 30 Вт.
Выходное напряжение – не более 600 В.
Относительная влажность воздуха – до 100%.
Класс напряжения обслуживаемых ЭД – 0,4 кВ.
Место подключения – щит управления ЭД.
Диапазон мощностей обслуживаемых ЭД — неограничен.
Начальное сопротивление изоляции обмоток ЭД – не менее 0,06 МОм.
Масса устройства – не более 1,3 кг.
Габаритные размеры, мм – 220 x 120 x 60.
КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ
Устройство УЭСИ 0,4 кВ — 1 шт.
Инструкция по эксплуатации — 1 шт.
Соединительные провода — 2 шт.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ
УЭСИ 0,4 кВ представляет собой прибор, имеющий металлический корпус, в котором размещена печатная плата с элементами электрической схемы. На лицевую панель УЭСИ 0,4 кВ (рис. 1) выведены органы управления и контроля:
— тумблер включения и отключения устройства »ВКЛ», »ОТКЛ»;
— сигнальная лампа »ЗАМЫКАНИЕ»;
— сигнальная лампа »ФАЗИРОВКА»;
— сигнальная лампа »КОНТРОЛЬ»;
— клеммы для подключения проводов и объекта сушки »+600 В», »ОБЩ».
Вывод сетевого провода УЭСИ 0,4 кВ предусмотрен через заднюю стенку корпуса.
Принцип работы УЭСИ 0,4 кВ.
Электрическая схема устройства представляет собой совокупность элементов, позволяющих генерировать импульсы тока специальной формы, при воздействии которого на систему изоляцию ЭД возникает эффект электроосмотического переноса жидкости в капиллярах под действием электрического поля.
Источник
Прибор для электроосмотической сушки изоляции
ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЛАГИ В ИЗОЛЯЦИИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И ТРАНСФОРМАТОРОВ
Увлажнение изоляции электрических машин, в частности асинхронных электродвигателей (ЭД), работающих в атмосфере повышенной влажности, приводит к снижению сопротивления изоляции а, следовательно, к снижению надежности и срока службы. Известные способы сушки изоляции и защиты ее от увлажнения относятся к тепловым, недостатками которых являются повышенные трудозатраты и расход электроэнергии; локальные перегревы, деструкция и коробление изолирующих материалов.
В последние годы все чаще встречается нетипичный в обычном понимании способ сушки изоляции электрических машин на основе электроосмоса. Удивительным является тот факт, что устройство для электроосмотической сушки, потребляет мощность не более 20Вт, а ЭД, сопротивление изоляции которого увеличивается, остается холодным. Подключают устройство на месте установки магнитных пускателей. По питающему ЭД кабелю в изоляции создается электрическое поле, под действием которого влага из микротрещин вытесняется наружу. Сопротивление изоляции увеличивается. Явление электроосмоса было открыто в 1809 году профессором Московского университета Ф.Ф.Рейсом. Суть этого электрокинетического явления заключается в перемещении большого количества влаги по капиллярам, находящимся в электрическом поле. Особенно быстро прокачивают воду капилляры определенного сечения. Чтобы воочию убедиться, что вода в капилляре может перемещаться под действием электрического поля проведем следующий эксперимент. Возьмем прозрачный полиэтиленовый стержень от шариковой ручки, который заполнен водой. С торцов укрепим металлические электроды, на которые подадим напряжение. Наблюдаем следующую картину: у отрицательного электрода стекают капельки воды, а у положительного образуется воздушный пузырек.
Рис.1. Распределение зарядов в капилляре круглого сечения, заполненном жидкостью и помещенном в электростатическое поле:
1 – твердый диэлектрик, например полиэтилен; 2 – двойной электростатический слой, ДЭС; 3 – диффузный слой; 4 – ось капилляра;
5 – положительный электрод; 6 – отрицательный электрод; 7 – направление движения диффузного слоя; 8 – форма сечения диффузного слоя.
Современные представления о механизме электроосмоса основаны на идее существования двойного электростатического слоя (ДЭС) на границе раздела жидкой и твердой фаз. ДЭС появляется на границе между внутренней поверхностью полого стержня и прилегающей к ней поверхностью воды. В нашем случае поверхностный слой воды заряжается положительно, а внутренняя поверхность полиэтиленового стержня – отрицательно (рис.1). Знак заряда, который получает поверхностный слой, определяется соотношением значений диэлектрической проницаемости материалов. ДЭС является неподвижным слоем. К поверхностному слою положительных ионов прилегает менее плотный диффузный слой, который способен перемещаться под действием электрического поля к отрицательному электроду. При своем движении этот слой в форме цилиндрической оболочки увлекает за собой силами сцепления ионно-молекулярные объемные комплексы (кластеры) и свободные молекулы воды. Следует отметить, что молекулы воды являются диполями, в следствии чего обладают электрическим моментом и в свободном состоянии присутствуют в незначительном количестве. Скорость движения диффузного слоя – оболочки определяет: движение противоположному заряду, отталкивание от одноименно заряженной поверхности и диаметр капилляра. В капиллярах определенного сечения перемещения влаги происходит практически мгновенно.
Теперь обратимся к изоляции ЭД. В процессе монтажа и эксплуатации в ней образуются микротрещины, имеющие различное сечение и направление, которые связаны между собой как сообщающиеся сосуды. На рисунке 2 представлена картина такого рода микротрещин в корпусной части изоляции при очень сильном увеличении. Между обмотками и корпусом имеется несколько слоев изолирующих материалов, но мы это не учитываем и считаем изоляцию монолитной. Видно, что капилляры имеют различную длину, сечение, направление, некоторые из них являются сквозными.
Токоведущая часть (обмотка из меди или алюминия)
Корпус (магнитопровод)
Рис.2. Структура микротрещин в корпусной части изоляции ЭД при сильном увеличении при отсутствии влаги.
Токоведущая часть (обмотка из меди или алюминия)
Рис.3. Структура микротрещин в корпусной части изоляции ЭД при сильном увеличении
На рисунке 3 изображен тот же участок изоляции, но только в увлажненном состоянии.
Вода имеет достаточно высокую проводимость. Заполненные влагой сквозные микротрещины превращаются в короткозамыкающие мостики между медной обмоткой и корпусом. Сопротивление изоляции (Rиз) резко падает.
Создадим в изоляции электрическое поле. Источник тока следует подключить таким образом, чтобы обеспечить перемещение влаги от обмотки к корпусу. Для этого «плюс» подаем на обмотку, а «минус» — на корпус. Схема подключения устройства электроосмотической сушки (УЭСИ) по питающему электродвигатель кабелю приведена на рисунке 4.
Рис.4. Схема подключения устройства УЭСИ (в ЩУ) для сушки электродвигателя
на месте его эксплуатации.
КМ – магнитный пускатель; QS- разъединитель
Такое направление электрического поля обеспечит появление воздушного зазора у токоведущей части. Картина аналогичная той, что имели в опыте с одиночным капилляром. Образовавшийся воздушный зазор разрывает короткозамыкающие мостики из воды и Rиз увеличивается. Распределение влаги в микротрещинах на рассматриваемом участке изоляции после воздействия электрического поля приведено на рисунке 5.
Токоведущая часть (медная обмотка)
Рис.5. Распределение влаги в изоляции после электроосмотической сушки.
Итак, мы имеем возможность убедиться, что создание электростатического поля в увлажненной изоляции сопровождается увеличением Rиз. Однако при таком характере электрического поля процесс роста Rиз идет медленно и в какой–то момент прекращается вовсе. Необходимы мероприятия, направленные на ускорение движения влаги по микротрещинам-капиллярам. В первую очередь необходимо разрушить кластеры, которые задерживают перемещение влаги по капиллярам, образуя «заторы» в наиболее узких местах. Для этого необходимо накладывать на постоянное поле пульсирующее с определенными параметрами импульсов. В общем виде характер результирующего напряжения представлен на рис.6
Рис.6. Форма напряжения (в общем виде) для электроосмотической сушки изоляции ЭД.
Метод электроосмоса может быть использован как средство диагностики качества изолирующих ЭД материалов. Мы выяснили, что микротрещины в изоляции можно рассматривать как сообщающиеся сосуды, из которых «откачивают» воду лишь наиболее «активные» капилляры определенного, очень малого сечения. Если в изоляции превалируют крупные поры и трещины, заполненные водой, то активные капилляры, которых становится все меньше, не в состоянии справится со своей задачей. Наблюдается незначительный рост Rиз или его не происходит вовсе. Для эксплуатирующего персонала это является предупреждением: этот ЭД нуждается в профилактическом ремонте
Метод электроосмоса может быть использован для сушки изоляции практически любого электрооборудования. Все дело в правильно определенных характеристиках электрического поля для разного типа электрических машин и их изменение по определенному закону в процессе роста Rиз.
Метод электроосмоса можно использовать для профилактического предупреждения проникновения влаги в толщу изоляции. На рисунке 7 приведена схема подключения устройства влагозащиты, которая позволяет работать в автоматическом режиме. При отключенных контактах магнитного пускателя в изоляции создается электрическое поле; при замыкании контактов магнитного пускателя один из них замыкает ВХод и ВЫХод устройства влагозащиты — напряжение в изоляции отсутствует.
Рис. 7. Схема подключения электроосмотического устройства влагозащиты изоляции ЭД .
Источник
