2999072620

5. ROZWÓJ LOKALNYCH WYŁADOWAŃ ELEKTRYCZNYCH W IZOLACJI MIĘDZYZWOJOWEJ STOJANA HYDROGENERATORA

O rozkładzie napięcia we wtrącinie gazowej i stałej decydują pojemności lokalne.

W początkowym okresie eksploatacji warstwa izolacyjna elementarnych przewodów ma dużą wytrzymałość dielektryczną. Jednak występujące narażenia [L54, L62] w maszynie elektrycznej wirującej powodują, że między przewodami występują natężenia pola elektrycznego, wzbudzające wyładowania niezupełne. Wyładowanie te stopniowo degradują izolację zwojową aż do jej przebicia włącznie.

Ze zjawisk o kapitalnym znaczeniu dla czasu „życia” i trwałości maszyny są zwarcia wewnętrzne między elementarnymi przewodami uzwojenia stojana. Przyczyną tych wewnętrznych zwarć zwojowych jest uszkodzenie się izolacji podłużnej prowadzące do zetknięcia się przewodów o różnych potencjałach.

Również niszczący wpływ wyładowań niezupełnych pojawiających się w sprzyjających im warunkach lub występujących trwale, prowadzi do uszkodzenia powoli, ale skutecznie. Siły elektrodynamiczne stałe, które działają na pręty uzwojenia w żłobkach i siły w czasie zwarcia udarowego są szczególnie groźne dla zestarzonej izolacji oraz dla pogłębienia się wad ukrytych. Starzenie struktury izolacji pod wpływem temperatury, przede wszystkim w punktach przegrzań lokalnych, jest przyspieszane przez obecność wtrącin powietrznych w układzie izolacyjnym, zwłaszcza w strefie wyjścia ze żłobka. Jak wspomniano, duże znaczenie dla osłabienia izolacji mają wady ukryte, na przykład nie zauważone podczas izolowania przewodów zadziory i mikropęknięcia materiału uzwojenia, źle wykonane lutowania, zniekształcenia w miejscach przepleceń i inne pozornie drobne wady.

Rozwój wyładowania w dielektryku gazowym- powietrzu

Należy zwrócić uwagę, że w nowoczesnych izolacjach twardych, ąuasi szczelne zbiorniki ciśnieniowe ze ściankami epoksydowymi zlokalizowane są w miejscach przeplotu Roebla i na zgięciu przy wyjściu ze żłobka. Jeżeli w powietrzu tego zbiornika powstaje podwyższona temperatura od wyładowań niezupełnych to prawie proporcjonalnie wzrasta ciśnienie, a co za tym idzie wyzwalają się naprężenia w ścianach tego zbiornika z powodu opisanych wyżej narażeń, co prowadzi do osłabienia izolacji zwojowej w pierwszej kolejności, a w następnej niszczenie izolacji głównej uzwojenia. Można przywołać w tym miejscu równanie stanu gazu doskonałego, które dobrze opisuje gazy rzeczywiste /przy małych gęstościach/: pV = nRT “    (2)

gdzie:

p- ciśnienie, [Pa] v- objętość, [m³¹ n- liczba moli, [mol]

(n= m/M ,m- masa substancji, M- masa molowa)

T- temperatura, [K°]

R- współczynnik proporcjonalności, stała gazowa 8,31 [J/mol-K°]

Wg analiz autora, izolacja elementarnych profilowanych przewodów w hydrogeneratorach, wykonana z włókna szklanego i emalii, ma kilkakrotnie mniejszą wytrzymałość elektryczną na przebicie od gilzy żłobkowej cewek, dlatego większość uszkodzeń stojanów ma swój początek w izolacji zwojowej.

Stosując przeploty 360°, dwa skrajne przewody zwoju mogą leżeć w żłobku obok siebie, a napięcie występujące między nimi wzbudza pole elektryczne. Przeskok ładunku elektrycznego we wtrącinie powietrznej nastąpi, jeżeli natężenie pola elektrycznego przekroczy wartość wytrzymałości dielektrycznej powietrza, to jest ok. 30kV/cm, a przy małych odstępach międzyelektrodowych ok. 5kV/cm [14]. W tej fazie degradacji izolacji występuje wyładowanie niezupełne, ponieważ izolacja przewodów elementarnych nie uległa przebiciu.

Elektryczny model obwodowy, przedstawiony na rys. 5.1 tłumaczy zjawisko wyładowań niezupełnych we wtrącinach powietrznych izolacji maszyn elektrycznych.

Rys.5.1. Ilustracja zjawiska generacji wyładowań niezupełnych w izolacji uzwojeń maszyny elektrycznej; 1-elementarny przewód miedziany, 2- izolacje przewodów, 3- powietrze.

9