Около 80% аварий электрических машин связано с повреждением обмотки статора. Высокая повреждаемость обмотки объясняется тяжелыми условиями работы и недостаточной стабильностью электрических свойств изоляционных материалов. В результате повреждения изоляции может произойти замыкание между обмоткой и магнитопроводом, замыкание между витками катушек или между фазными обмотками.
Причины повреждения обмоток статора асинхронных электродвигателей
Основной причиной повреждения изоляции является резкое снижение электрической прочности под влиянием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки, попадания в электродвигатель металлической стружки, металлической и другой проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров различных жидкостей, продолжительной работы электродвигателя при повышенной температуре обмотки, естественного старения изоляции.
Увлажнение обмотки может произойти вследствие продолжительного хранения электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном электродвигателе увлажнение может произойти при длительном неподвижном состоянии, особенно при повышенной влажности окружающего воздуха или при попадании воды непосредственно в электродвигатель.
Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя необходимы хорошая вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в холодное время года. В периоды длительных остановок электродвигателя при сырой и туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты.
Загрязнение обмотки электродвигателя происходит главным образом вследствие использования для охлаждения недостаточно чистого воздуха. Вместе с охлаждающим воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и металлическая пыль, сажа, пары и капли различных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колец образуется проводящая пыль, которая при встроенных контактных кольцах оседает на обмотках электродвигателя.
Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за электродвигателем и тщательной очисткой охлаждающего воздуха. Необходимо периодически осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязи и в случае необходимости производить мелкий ремонт изоляции. При повышенном нагревании, а также в результате естественного старения изоляция в значительной мере утрачивает механическую прочность, становится хрупкой и гигроскопичной.
При длительной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается. Изоляция обмотки может быть повреждена: из-за небрежной сборки и транспортировки электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора или бандажа ротора, в результате задевания ротора за статор.
Сопротивление изоляции обмотки статора асинхронных электродвигателей
О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Минимальное сопротивление изоляции зависит от напряжения U, В, электродвигателя и его мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и между разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно быть не менее 0,5 МОм.
При температуре ниже рабочей это сопротивление необходимо удваивать на каждые
20° С (полные или неполные) разности между рабочей температурой и той
температурой, для которой оно определяется.
Измерение сопротивления изоляции электрических машин
Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором - мегомметром. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегомметра 1000 В. Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного, то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде.
Способы сушки асинхронных электродвигателей
Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия: внизу для входа холодного воздуха и вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке.
Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание
появления механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не
должна превышать 120°С при изоляции класса А и 150° С при изоляции класса В.
В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15—20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления. При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредствено в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при этом фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения.
Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно. Для сушки может быть использована энергия потерь в магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей окружности, она может быть сосредоточена на статоре в наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1) Т в начале сушки и (0,5-0,6) Т в конце сушки.
Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке.
Методы определения места повреждения изоляции обмотки
Прежде всего необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или по крайней мере проверить целость изоляции Определение места повреждения изоляции двумя вольтметрами. Определение катушечной группы с поврежденной изоляцией контрольной лампой. При этом удается выявить фазную обмотку с поврежденной изоляцией.
Для определения места повреждения могут быть использованы различные методы: метод измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом, метод определения направления тока в частях обмотки, метод деления обмотки на части и метод "прожигания". При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение и вольтметрами измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки.
Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод. Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой соединения с магнитопроводрм, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное.