Электр машиналардың оқшауламалары

Айналып тұ рушы машиналардың (статор орамаларының) оқ шауламалары электр беріктілігінің жоғ ары дең гейін қ амтамасыз етуі керек, ө йткені бұ л оқ шауламалар пайдалану ү рдісінде ө неркә сіптік жиіліктің жұ мыстық кернеуінің ә серіне жә не ішкі жә не атмосфералық асқ ын кернеулердің ә серіне тап болады. Ірі айналып тұ ратын машиналардың (генераторлардың, синхронды компенсаторлардың, электр қ озғ алтқ ыштардың) оқ шауламаларының электрлік беріктілігінің қ ажетті дең гейін ұ стау ү шін біршама қ иындық тар туындайды.

Электр машиналарының конструкцияларының спецификациялылығ ы оқ шаулама ү шін тиімді емес шарттарды, мысалы, орамалардың бө ліктерін статор пазаларына (ойық тарына) орналастыру қ ажеттілігі, кө бінесе қ атты оқ шауламалық материалдарды қ олдануды талап етеді.

Электр ө рісінің жоғ ары кернеулігі тек машиналардың қ атты оқ шауламаларының қ абаттарында ғ ана емес, сонымен қ атар ауада - орамалардың оқ шауламаларының арасындағ ы саң ылауларда жә не ойық тың ішкі беттігінде, ораманың ойық тарынан сымдардың шығ у кезінде оқ шауламалық каналдардың аймақ тарында пайда болуы мү мкін. Бұ лардың барлығ ы тә ждену мен сырғ ымалы разрядтардың пайда болуына ә келіп соқ тырады.

Сонымен қ атар электр машиналарды пайдалану ү рдісінде оқ шаулама электрлік жә не жылулық ө рістердің ә серлері де болуы мү мкін. Соң ғ ысы орамалардың жү ктемелік токтардың ә серінен қ ызуымен жә не магнит ө ткізгіштердің қ ұ йынды токтардың жә не гистеристің ә серлерінен қ ызуымен тү сіндіріледі. Бұ дан басқ а, оқ шауламағ а механикалық жү ктемелер, дымқ ыл дар (ылғ алдар), озондар жә не тағ ы басқ а ә серлер ық пал етеді.

Электр машиналардың оқ шаулмаларының сапасы, бірінші кезекте оның электрлік беріктілігі, тек оқ шауламалық материалдарда қ олданылатын сипаттамалардан ғ ана емес, сонымен қ атар электр ө рісінің жоғ ары кренеулігі болғ анда оқ шауламалық материалдардың тез тозуын болдыратын орамалардың оқ шауламаларының қ абаттарында иондану ү рдістерінен қ ашу мақ сатында оқ шауламалық материалдарды жетілдіруден тә уелді болады.

Бұ л жерде айналмалы машиналардың статорлық орамалардың электрлік беріктілігі жайлы мә селелер қ арастырылады. Машиналардың роторлық орамаларының оқ шауламасы қ ұ рылысы бойынша қ арапайым жә не пайдалану ү рдісінде оның жұ мысына қ ауіпті кернеудің ә сері болмайды.

Жоғ ары вольттік электр машиналарында статор орамаларының оқ шауламасын келесі тү рлерге бө леді:

- корпустық жә не бас оқ шаулама – орама мен статор болатының арасында;

- фазааралық оқ шаулама - ә р тү рлі фазалардың орамаларының арасында;

- орамды немесе бойлық оқ шаулама – бір секцияның орамдарының арасында немесе катушкалардың арасында;

- элементарлы сымдардың оқ шауламасы – бір орамдағ ы сымдардың арасында немесе ораманың ө зекшесінде.

Статорлық орамалардың оқ шауламалары ретінде ә р тү рлі электр оқ шауламалық материалдар қ олданылады: слюда, шыныталшық, қ ағ аз, электр картон, лакотканьдар, асботекстолит, шынытекстолит, синтетикалық смолалар (кремнийорганикалық, эпоксидты), битумды массалар, лактар (жабысқ ақ, сің дірілетін, жабатын) кә дімгі, синтетикалық жә не т.б.

Орамдық оқ шаулама ә детте шыныслюдалы таспалардан немесе эпоксидным компаундпен сің дірілген шыныталшық ты орамасы бар эмальданғ ан сымдардың негізінде жасалады. Бас орама газдық қ абаттардың жоқ болуын жабдық тайтын слюдалы оқ шауламалық материалдардың негізінде жасалады.

Ө зекшелердің ток ө ткізгіш бө лігі тікбұ рышты жә не пазаларда электр ө рісі біртекті емес болатындай етіп орындалады. Ө рістердің біртекті еместігін тө мендету ү шін ө зекшелердің бұ рыштарын дө ң гелектеп жұ мырлайды немесе алюминийлі экрандарды (тө сеніштерді) қ олданады.

3 мм-ден 12 мм-ге дейінгі қ алың дық та бас оқ шауламалардың қ ысқ а мерзімді электрлік беріктілігі, 50 Гц жиілікте 30..35 кВ/мм орташа электрлік беріктілікпен сипатталады. Алайда сипаттамалардың тұ рақ сыздығ ына байланысты электр ө рісінің жұ мыстық кернеуліктерін 2.4 кВ/мм дең гейінде таң дайды.

Жұ мыстық кернеулер кезінде жоғ ары вольтті электр машиналарында ұ зақ уақ ыт бойы интенсивтілігі елеулі бө ліктік разрядтар пайда болады, бұ л бө ліктік разрядтар оқ шауламалардың сенімділігіне жә не ұ зақ тылығ ына ә лсіз ә сер етеді, себебі слюда бө ліктік разрядтар ә серіне аса тұ рақ ты болады.

Статорлық орамалардың оқ шауламаларының диэлектрлік шығ ындарының тангенс бұ рышының температурадан кү рт тә уелділігі болады: орамалардың қ ызуы артуымен кү рт ө седі, ал салқ ындау кезінде егер де кернеу номиналдыдан азғ ана асып тү скенде тө мендейді.Жоғ арылағ ан кернеу мен температураның бір мезгілде ық пал етуі қ айтымсыз жоғ арылауын болдырады.

Ірі электр машиналардың оқ шауламалары тек машина жұ мыс істемеген жағ дайда (тасымалдау, монтаждау, ұ зақ уақ ыт жө нжеу кезінде жә не т.б.) ауадан ылғ алды жұ ту нә тижесінде дымқ ылданады.

Бұ л кезде оқ шауламалардың ә р бө ліктері олардың материалына байланысты ә р тү рлі ылғ алданады. Электр машинасының қ алыпты жұ мысы кезінде оның оқ шауламасы ылғ алдану қ аупіне душар болмайды, ө йткені ірі машиналардың кө бісінің тұ йық талғ ан желдету (айналмалы салқ ындатылғ ан газ немесе ауа сыртқ ы ауамен ә серлеспейді) жү йесі болады; бұ дан басқ а, ылғ алдың суық ауадан қ ызғ ан оқ шауламағ а ө туі тым қ иын.

Кү штік трансформаторлардың оқ шауламасы. Трансформаторлар ө зінің тағ айындалуы бойынша кү штік, сынау, тү рлендіргіш жә не т.б. болып бө лінеді. Олардың тағ айындалуына байланысты оларғ а сә йкесті талаптар да қ ойылады. Мысалы, ө лшеуіштік трансформаторлар ө лшенетін шаманың тү рленуінің жоғ ары дә лдігін қ амтамасыз етуі керек. Кү штік трансформаторлар ү шін бірінші кезекте олардың ПӘ К-інің жоғ ары болу талабы қ ойылады.

Трансформаторлар ө зінің конструктивті орындалуы бойынша маймен толтырылғ ан, газбен толтырылғ ан жә не ауалы (қ ұ рғ ақ) болып бө лінеді. Кө птеген кү штік, жоғ ары вольттік ө лшеуіштік, сынақ тық трансформаторлар маймен толтырылғ ан болып жасалады. 2.11-суретте маймен толтырылғ ан ү ш фазалы кү штік трансформатордың конструкциясы келтірілген.

Металл багы бар кү штік трансформаторлардың оқ шауламасы сыртқ ы жә не ішкі болып бө лінеді. Сыртқ ы оқ шаулама кірістердің арасында, кірістер мен жерлендірілген бактың арасында, сондай-ақ кірістердің фарфорлы қ ақ пағ ының бетінде ауалық аралық тармен қ ұ ралғ ан. Ішкі оқ шауламаларғ а бактың ішіндегі оқ шауламалық аралық тарды: орамалардың оқ шауламасын, кірістердің майлы бө лігін, шық палардың жә не қ осалқ ы қ ұ рылғ ыларды жатқ ызады.

2.11-суретте келесі шартты белгіленулер келтірілген: 1 - 110 кВ кернеудегі кіріс; 2 - 35 кВ кернеудегі кіріс; 3 - оқ шауламалық цилиндр; 4 - 11 кВ кернеудегі кіріс; 5 – ауыстырып қ осқ ыштың жетегі; 6 – қ алдық шығ атын қ ұ быр; 7 - май кең ейткіш; 8 – магнитө ткізгіш; 9 - 110 кВ орамасының тармағ ының ауыстырып қ осқ ышы; 10 - 110 кВ орамасы; 11 - 110 кВ орамасының экрандаушы орамдар; 12 - термосифонды сү згі (фильтр); 13 – тележка (арба); 14 - бак; 15 - қ ұ бырлы радиатор; 16 - қ озғ алтқ ыш-желдеткіш.

 

 

2.11-сурет. 110/38, 5/11 кВ кернеудегі ү ш фазалы ү ш орамалы трансформатор

 

Орамалардың оқ шауламасын бас жә не бойлық деп бө леді. Бас оқ шаулама орамалардың арасындағ ы, орамалар мен магнитө ткізгіш арасындағ ы оқ шауламалардан, екі кө ршілес ө зекшелердің сыртқ ы катушкаларының арасындағ ы фазааралық оқ шауламалардан жә не сыртқ ы катушканың бактың қ абырғ асынан бө летін оқ шаламадан қ ұ ралады. Бойлық оқ шауламаларғ а орамдардың арасындағ ы оқ шауламалық аралық тарды, орам қ абаттарының арасындағ ы жә не бір ораманың катушкаларының арасындағ ы оқ шауламалық аралық тарды жатады. 220 кВ жә не оғ ан дейінгі кернеулерде бас жә не бойлық оқ шауламаларды габариттері найзағ айлық асқ ын кернеулермен анық талады. Оқ шауламалардың конструкциясы трансформатордың активті бө ліктерінің салқ ындатылуын жабдық тауы керек.

Бас оқ шаулама жоғ ары импульстік электр беріктілік қ асиеті бар жә не орамалар мен магнитө ткізгіштің интенсивті салқ ындауын жабдық тайтын май баръерлі типті болып орындалады. Бұ л оқ шаулама ө зімен бірге электр техникалық картоннан жасалынғ ан баръерлері бар трансформаторлық майды кө рсетеді. Бұ ндай оқ шауламалардың жалпы тү рі 2.12-суретте келтірілген. Баръерлердің жинағ ы ү ш негізгі тү рде қ ұ ралады: цилиндрлі баръер, жалпақ шайба жә не бұ рыштық шайба.

2.12-суреттен кө рініп тұ рғ андай, трансформатордың орамалары мен олардың оқ шауламасы трансформаторлық майғ а батырылғ ан. Трансформаторлық май екі функцияны орындайды:

1) оқ шауламада ө рістің тесу кернеуінің жоғ арылауын жабдық тайды;

2) трансформатордың қ ызғ ан бө ліктерінен жылу ә кету шартын жақ сартады.

Бакқ а орналастырылғ ан оқ шаулама сыртқ ы ә серлерден сенімді қ орғ айды, бұ л трансформаторды сыртта ашық ауада орналастыруғ а мұ мкіндік береді.

 

2.12-сурет. Трансформаторлардың бас оқ шауламаларының жалпы тү рі

 

Баръерлерді бір ү лкен майлы аралық бірнеше кішігірім аралық тарғ а бө летіндіктен жалпы тесу кернеуін жоғ арылатады. Ең ү лкен эффектіні алу ү шін баръерлер электр ө рісінің кү штік сызық тарына перпендикуляр орналасуы керек.

Майдың айналуын жә не жылу ә кетуді жабдық тау ү шін май каналдарын орналастырады, бұ лардың екі негізгі тү рі 2.13-суретте келтірілген:

- цилиндрлік баръерлердің арасында жә не баръерлер мен ораманың арасында вертикалды шыбық тардың (рейкалардың) кө мегімен орналасатын вертикалды каналдар;

- орамдардың арасында горизонталды тө сеніштердің (бұ лар вертикалды шыбық тарды бекіту ү шін де қ олданылады) кө мегімен орналасатын горизонталды каналдар.

 

 

2.13-сурет. Вертикалды (а) жә не горизонталды (б) қ ималы майлы каналдар

 

35 кВ жә не 110 кВ кернеудегі трансформаторлардың бас оқ шауламаларының сипатты қ ұ рылымы 2.14-суретте келтірілген.

 

 

а) -35 кВ, б) - 110 кВ

 

2.14-сурет. Трансформаторлардың бас оқ шауламасы

 

220 кВ жә не одан жоғ ары кернеуде трансформаторларда кірісті катушканың ортасында жасайды, бұ л катушканың шеттерінде кернеуді тө мендетеді.

Кү штік трансформаторлардың бойлық оқ шауламасын ә детте сымның ү стіне орналасатын электр оқ шауламалық қ ағ адардың қ абаттарынан жасайды.

Май баръерлі оқ шауламаларда ең кө п электрлік жү ктелген май қ абаттары жатады, ө йткені электр картонның диэлектрлік ө тімділігі жуық шамамен 4, ал майдың диэлектрлік ө тімділігі қ ұ райды, сонымен қ атар майдың электрлік беріктілігі сің дірілген электр картонның электрлік беріктілігінен 3-4 есе аз. Май баръерлі оқ шауламалардың бұ зылуы оқ шауламалардың толық тесілуінсіз-ақ май каналының тесілуінен басталады, бұ л кезде тесілген жерде электр картонның немесе қ ағ аздың электрлік беріктілігін тө мендететін қ айтымсыз ақ аулануы болады. Бұ ны болдырмас ү шін май каналында электрлік ө рістің жұ мыстық кернеулігін, ең ү лкен болатын бірінші каналда 2.5 кВ/мм- ден 5 кВ/мм дейін алады.

Кү штік конденсаторлардың оқ шауламасы. Кү штік конденсаторлар келесі жағ дайларда қ олданылады:

- 50 Гц ө неркә сіптік жиілікте жоғ арғ ы жә не тө менгі кернеулердегі кү штік тораптарда (косинустық конденсаторлар, бойлық сыйымдылық ты қ арымталаушы конденсаторлары, қ уаттарды сыйымдылық ты іріктеу конденсаторлары);

- жоғ ары жиілікті кү штік қ ондырғ ыларда (10 кГц дейінгі жиіліктегі электр термиялық қ ондырғ ыларда);

- тұ рақ ты жә не лү пілдейтін (ө згермелі) кернеулі қ ондырғ ыларда;

- импульсті кернеулі қ ондырғ ыларда.

Кү штік конденсаторлардың басқ а конденсаторлардан ө згешелігінің маң ыздылығ ы - олардан ө те ү лкен токтар ағ атындығ ымен сипатталады, бұ л токтар ө те аз диэлектрлік шығ ындардың ө зінде конденсаторлардың қ ызуын болдырады.

Конденсаторларды жобалау жә не дайындау кезінде шешілетін негізгі мә селелер талап етілетін сыйымдылық пен, жұ мыстық кернеумен жә не жылулық тө зімділікпен қ орытындыланады. Бұ лардың барлығ ы конденсатордың оқ шаламасымен анық талады: диэлектриктің диэлектрлік ө тімділігімен, электр ө рісінің жұ мыстық кернеуінің рауалы мә німен, диэлектрлік шығ ындармен жә не жылу ә кету шарттарымен.

Кү штік конденсаторлар кө бінде рулонды типті секциялардан тұ рады. Секцияларды цилиндрлік тү зеткіште орайды, тү зеткіштен алғ аннан кейін бұ райды, немесе цилиндрлік секцияны алу ү шін цилиндрлік оқ шауламалық каркаста қ алдырады. Номиналды кернеуге жә не конденсатордың сыйымдылығ ына байланысты, оның секцияларын параллельді, тізбектей жә не аралас жалғ айды (2.15-сурет). Пакетті корпусқ а салады, содан соң сің діреді жә не ауа мен дымқ ыл кірмес ү шін герметизациялайды.

Конденсатордың секциялары жасырын немесе шығ ың қ ы фольгамен орындалады (2.16, а жә не б-сурет). Шығ ың қ ы фольгалы конструкция жылу ә кетуді жақ сарту жә не секцияның индуктивтілігін азайту мақ сатында қ олданылады.

Кернеуді жоғ арылату ү шін «соқ ыр» аралық фольганы (2.16, в-сурет) қ олданады, бұ л жағ дайда секция тізбектей жалғ анғ ан бірнеше қ осалқ ы секциялардан тұ рады, бірінші жә не соң ғ ы фольгалардың шық палары болады (2.16, г-сурет).

 

2.15-сурет. Секциялардың параллельді, тізбектей жә не аралас жалғ ануы

 

Оқ шаулама ретінде сің дірілген конденсаторлық қ ағ аз жә не полимерлі қ абық ша пайдаланылады.

 

 

2.16-сурет. Конденсаторлардың жасырын фольгалы (а), шығ ың қ ы фольгалы (б), аралық «соқ ыр» фольгалы рулонды секциялары (в), бірінші жә не соң ғ ы шық палары бар фольгалы (г) конструкциялары

 

Конденсаторлық қ ағ аздың ең маң ызды сипаттамасына – оның қ алың дығ ы (4-30 мкм дейін тербеледі), тығ ыздығ ы, диэлектрлік шығ ынның бұ рышы (сің дірілген қ ағ аздың tgδ =0.0012..0.0026) жә не сің діру материалынан ө те тә уелді электрлік беріктілігі жатады.

Ө неркә сіптік жә не жоғ арғ ы жиілікті полимерлі қ абық шалы (пленкалы) конденсаторларда полипропиленді қ абық шаны қ олданады (ε _r=2.25, tgδ =0.0003), ал импульсті конденсаторларда лавсанды қ абық шаны (50 Гц кезінде ε _r=3.2; 1МГц кезінде tgδ =0.003 жә не tgδ =0.02). Полимерлі қ абық шалардың электрлік беріктілігі жоғ ары, жылуғ а тө зімділігі жә не механикалық беріктілігі, сің діру ү шін қ олданылатын сұ йық диэлектриктермен ү йлесімділігі жеткілікті болады.

Кү штік конденсаторларда кө бінесе аралас, яғ ни қ ағ аз–қ абық шалы оқ шауламаны қ олданады, бұ л кезде конденсаторлық қ ағ аз полимерлі қ абық шалармен аралас орналастырылады. Қ ағ аз қ абық шалардың арасындағ ы дымқ ылды ө зіне сің діріп алады, бұ л газдық қ осылысты болдырмауды жабдық тайды. Бұ ндай оқ шауламада электр ө рісінің кернеулігі дұ рыс таралады: қ абық шада кернеулік қ ағ азғ а қ арағ анда екі есе ү лкен болады, себебі қ абық шада ε _r жуық шамамен екі есе ү лкен жә не қ абық шаның электрлік беріктілігі жоғ ары болады.

Сің діргіш ретінде мұ най конденсаторлы май, хлорланғ ан дифе-нилдер жә не олардың алмастырғ ыштары, ал импульстік конденсатор-ларда касторлы май пайдаланылады. Хлорланғ ан дифенилдердің диэлектрлік ө тімділігі конденсаторлық майғ а қ арағ анда жоғ ары, электр ө рісінде бө лінуге жоғ ары тө зімділігі болады жә не жанбайды, бірақ та улы қ оспағ а сезімтал болып келеді.

Кү штік конденсаторларда электродтарғ а қ алың дығ ы 7...12 мкм алюминийлі фольга жатады. Конденсаторлардың кейбір типтерінде таспаның немесе қ ағ аздың беткі қ абатына жағ ылғ ан металл (мырыш немесе алюминий) қ абаты пайдаланылады.

Қ ағ аз-майлы конденсаторларда ө рістің жұ мыстық кернеулігі E _{жұ м} 12...14 кВ/мм қ ұ райды, хлордифенилдермен немесе оны алмас-тырғ ышпен сің діру кезінде E _{жұ м} 18..22 кВ/мм дейін ө седі, бірақ та бұ л жағ дайда қ ажет емес қ ызу мен шығ ын бұ рышы аз болуы мү мкін. Екі бетті қ абық шалы (ε _r=2.25) жә не қ ағ аз бетті (ε _r=4) қ ағ аз-полипропиленді диэлектриктің арасында E _{жұ м} қ ағ аз компенентінде (қ ұ рамында) сің діруге байланысты 18 кВ/мм жә не одан жоғ ары, ал қ абық шада 50...60 кВ/мм дейін рұ қ сат етіледі. Таза қ абық шалы диэлектрикті конденсаторларда E _{жұ м} 50.. 60 кВ/мм, металлдандырылғ ан полипропиленді қ абық шалы конденсаторларда 70 кВ/мм дейін рұ қ сат етіледі.

Жоғ арылатылғ ан жиіліктерде ө рістің рауалы жұ мыстық кернеулігі кө бінде жылу режимімен анық талады. Тұ рақ ты кернеу болғ анда ө рістің рауалы жұ мыстық кернеулігі 80 кВ/мм жетуі мү мкін.