Đang tải... (xem toàn văn)
Giáo trình Cao áp Trường: BÁCH KHOA HÀ NỘI Giảng viên: TRẦN VĂN TỚP
Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Chơng 20 : Cách điện của máy điện 20.1. Các yêu cầu đối với cách điện của máy điện 9 Cách điện của cuộn dây stato của máy điện bao gồm các thành phần sau * Cách điện giữa các thanh dẫn song song trong cùng vòng dây của máy công suất lớn. * Cách điện giữa các vòng dây trong cùng bối dây, * Cách điện giữa các bốc dây các pha khác nhau đặt trong cùng rãnh stato * Cách điện của bối dây đối với lõi thép stato (vỏ) cách điện chủ yếu. 9 Trong vận hành cách điện của máy điện chịu tác dụng của chấn động cơ giới do đó cần có kết cấu che chắn và độ bền cơ giới cao. Hiện nay các máy phát đồng bộ và động cơ điện áp 6,3-10,5 kV thờng dùng vật liệu cách điện cấp B nên cho phép nhiệt độ phát nóng tời 130oC. Kết cấu cách điện trong rãnh stato nh trên vẽ, độ dày các lớp cách điện đợc chọn theo điện áp tác dụng lên cách điện của máy điện. Cách điện của cuộn dây stato trong rãnh : 1-thanh dẫn ; 2- tấm đệm bằng micanit ; 3- cách điện giữa các vòng dây, 4- cách điện giữa các cuộn dây và lõi ; 5- lớp bọc bán dẫn điện ; 6-8 tấm đệm bằng micanit và cac tông cách điện. 9 Cách điện của thanh dẫn và vòng dây đợc thực hiện bằng các băng mica cuốn liên tục (thờng dùng loại băng dày 0,08-0,17mm và rộng 12-35mm). Sau từng đợt cuốn cách diện thì cho sấy khô và tẩm sơn sau đó lại cuốn tiếp tục, các lần sấy về sau đợc tiến hành trong chân không để khử hơiỉâm vaaf botj khí trong mi ca và giấy, còn quá trình tẩm sơn đợc tiến hành ờ nhiệt độ khoảng 150oC với áp suất 7- 8 at. Đối với các máy điện điện áp cao phải tiến hành vài ba đợt nh vậy để khử ẩm tốt hơn và tẩm sơn thấm sâu vào bên trong cách điện. 9 quan hệ của độ dày cách điện chủ yếu (cách điện đối với vỏ) với điện áp định mức của máy điện tuốcbin hơi và nớc có còng suất lớn khí dây dẫn cuộn dáy stato dùng kiểu thanh. Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Quan hệ của độ đày lớp cách điện chủ yểu với điện áp định mức : 1- Độ dày lớp băng mica trong rãnh ; 2- Độ dày tổng của lớp cách điện trong rãnh ; 3- Độ dày tổng của /ớp cách điện bẽn ngoài rãnh. 9 Độ dày cách điện phần trong rãnh mỏng hơn so với phần ngoài rãnh do trên phần thẳng cách điện đợc cuốn chặt và sau đó đợc ép. Bên ngoài cách điện có cuốn lớp băng sắt amiăng hoặc băng vải sợi thủy tinh đợc tẩm sơn bán dẫn với mục đích giảm građiên điện áp giữa bề mặt cách điện với vách rãnh và bảo vệ chống các va chạm cơ giới. 9 Các thành tựu trong chế tạo vật liệu tổng hợp đã đợc vận dụng vào cách điện của máy điện. Phơng án thứ nhất là dùng băng thủy tinh (vải sợi thủy tinh) tẩm nhựa êpôcxy nh loại máy phát điện điện áp 11 kV của Nhật bản. Phơng án thứ hai là dùng băng thủy tinh dán bằng ecapôn cho các loại máy điện 3,3 và 6,6 kV. Ecapôn là sản phẩm trong quá trình gia công nhiệt của cao su tổng hợp. Các loại cách điện mới này có độ bền cơ giới rất tốt nhng khuyết điểm là không chịu đợc tác ộung của vầng quang. Ngoài ra còn dùng loại cách điện bằng giấy mica tẩm nhựa nhiệt cứng. Sau khi cuốn giấy mica sẽ đặt trong tủ nhiệt chân khòng để khử bọt khí và hơi ẩm rồi tiến hành tẩm nhựa nhiệt cứng lấp kín các lỗ xốp của cách điện và cuối cùng đa vào máy ép trong lò nung để nhựa chuyển sang trạng thái rắn. Ưu điểm của loại này là có hệ số dãn nở nhiệt vì vậy cách điện không bị biến dạng do nhiệt. 9 Loại máy điện dùng nhựa silic hữu cơ có các đặc tính nhiệt, điện, cơ rất tốt nhng vì quá đắt nên chỉ dùng chế tạo động cơ làm việc ở các môi trờng xấu (nh ở hầm lò). Hiện nay đang có xu hớng chế tạo che máy điện điện áp cao (35, 110, 220 kV) để trành sự biến áp trung gian và giảm dòng điện trong cuộn stato. Hai vấn đề then chốt khi chế tạo các loại máy điện này là vấn đề cách điện (gồm cả việc sử dụng các loại vật liệu mới) và làm mát. Ví dụ loại máy điện 110 kV/500 kW chế tạo ở Liên xô. Cách điện vẫn dùng băng mica nhng hệ thống làm mát đợc thực hiện bằng các khe dầu đặt trong lõi thép stato và đặt trong một số thanh dẫn rỗng. Mặt cắt rãnh stato của máy điện 110 kV/500 kW : 1- thanh dẫn đặc ; 2- Thanh dẫn ẩỗng ; 3- Khe dầu làm mát. 9 Một vấn đề có tầm quan trọng rất lờn đối với cách điện của máy điện là biện pháp khử vầng quang trong máy điện điện áp cao (từ 6,6 kV trở lên) vì vầng quang sẽ tạo nên ôxyt nitơ và khi có hơi ẩm sẽ trở thành các axit ăn Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 2 Kỹ thuật điện áp cao mòn vật liệu cách điện và các bộ phận kim loại. 9 Theo quan điểm khử các tác dụng của vầng quang thì nên dùng hệ thống thông gió hở hoặc dùng môi trờng làm mát bằng hyđro thay không khí. Để hạn chế sự phát sinh của vầng quang thờng dùng các biện pháp sau đây : * ở trong rãnh dùng lớp vật liệu dẫn điện hoặc bán đẫn điện bọc ngoài lớp cách điện của bối dây để triệt tiêu các građiên điện áp lớn xuất hiện trạng các khe hở khí giữa cách điện và vách rãnh stato * ở đầu rãnh chỗ đi ra của dây dẫn là nơi điện trờng lớn nhất và có khả năng phát sinh vầng quang. Có thể giảm cờng độ trờng bằng cách kéo dài lớp bọc nól trên ra ngoài phạm vi của rãnh. 9 Hình vẽ sau cho sơ đồ thay thế khi có và không có lớp bọc bán dẫn. ĐIện dung C2 của bề mặt cách điện đối với đất giảm nhanh khi càng đi xa rãnh àa có thể bỏ qua. Nh vậy khi không có lớp bọc thì sơ đồ thay thế là chuỗi điện dung và bố điện áp không đều (đờng cong 1 trên hình a). Hình a - Không có lớp bọc bán dẫn ; Hình b - Có lớp học bán dẫn ; 1- Lõi thép stato ; 2 - Bề mặt cách điện ; 3- Thanh dẫn. Phân bố điện áp và trờg ở khu vực đầu rãnh : Hình a - Phân bố điện áp ; Hình b- Phân bố trờng ; 1- Không có /ớp bọc bán dẫn ; 2- Có lớp bọc dài ; 3 - Lớp bọc ngắn ; 4 -Có hai lớp bọc. 9 Khi có lớp bọc bán dẫn, điện dung dọc Co đợc nối tắt bởi điện trở r và nếu đạt đợc điều kiện r<<1/Co thì có thể bỏ qua nó và sơ đồ thay thế chỉ còn các tham số r, C1. Dạng của đờng phân bố điện áp (đờng 2 trên hình a) phụ thuộc vào tích số rC1 nghĩa là nếu thay đổi điện trở r có thể điều chỉnh sự phân bố điện áp và cờng độ trờng ở đầu rãnh (hình 20.5b cho các trị số trờng tơng ứng với phân bố điện áp trên hình a). Nếu lớp bọc chỉ dài một đoạn và kết thúc ờ điểm M thị tại đấy điện áp sẽ thay đổi đột ngột và trờng tăng cao (đờng 3 trên hình). Nếu dùng 2 lớp bọc có điện trở suất khác nhau thì phân bố điện áp và trờng sẽ đạt đợc nh đờng 4 trên hình vẽ (ở nhà máy chế tạo thờng dùng loại sơn bán dẫn dầu - mồ hóng để pha chế thành 2 loại sơn dùng trong rãnh và lớn dùng ngoài rãnh). Vị trí của điểm M và trị số r đợc xác định sao cho cờng độ trờng không vợt quá trị số 20 kV/cm để không phát sinh vầng quang. Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 2 Kỹ thuật điện áp cao 20.2. Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện 9 Quá trình quá độ trong cuộn dây của máy điện không có tác dụng quyết định với việc lựa chọn kết cấu cách điện nhng cũng cần phải nghiên cứu để tiến hành các thí nghiệm xung kích và bảo vệ chống quá điện áp khí quyển cho máy điện. 9 Quá trình quá độ trong cuộn dây máy điện có các đặc điểm riêng của nó. Vì các bối dây trong cuộn dây cùng pha đợc đặt trong các rãnh khác nhau nên sự liên hệ chặt chẽ về điện và từ giữa chúng hầu nh không có, do đó sóng không bị biến dạng nhiều khi truyền dọc theo cuộn dây và có thể xem gần giống với truyền sóng trên đờng dây có chiều dài giới hạn. Đìều này đã đợc xác minh bằng thực nghiệm : đồ thị biến thiên của điện áp ở đầu và giữa cuộn dây khi có sóng vuông góc tác dụng có dạng tơng tự với các đờng cong tinh toán về truyền sóng trên đờng dây có chiều dài giới hạn và không có tổn hao. 9 Nh vậy tính chất sóng của cuộn dâyn máy điện đợc đặc trng bởi các tham số tơng tự nh của đờng đây tổng trở sóng Z tốc độ truyền sóng v và hệ số tắt dần . 9 Do cuộn dày máy điện đặt trong rãnh nên phần lớn điện từ trờng của sóng đi vào lõi thép stato nghĩa là đi trong môi trờng có độ từ thẩm lớn nên tốc độ truyền sóng rrcv/=sẽ rất bé so với tốc độ ánh sáng và biến thiên trrong phạm vi 15 - 80 m/s. Máy phát điện công suất càng lớn thì thể tích cuả vật liệu dẫn từ càng lờn và tốc độ truyền sóng càng giảm. 9 Tổng trở sóng cũng giảm kỳ công suất tăng do tiết diện dáy dẫn tăng sẽ làm giảm tri số điện cảm của cuộn đây và tăng điện dung của nó đối với đất. VI độ đày cốà cách điện tăxlg tỉ lệ với điện áp định mức của mây điện nên tổng trở sóng tăng tỉ lệ với yt! Truyền sông trong cuộn dây của mày điện và trên đờng đây a) đồ thị biến thiên của điện áp ở đau và giữa cuộn dây mây điện ; b) truyền sóng trên đờng dây 9 Trên hình sau cho các đờng cong xảc định một cảch gần đúng tổng trở sóng của cuộn dây máy điện có điện áp và công suất khác nhau. Cần chú ý rẵng trị số tổng trở sông còn phụ thuộc vào kết cấu cách điện và cách bố trí cụ thể của cuộn dây nên trị số thực của nó có thể khác rất nhiều so vớí trị số trung bình cho ở hình vẽ. Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 1 Kỹ thuật điện áp cao PDF by http://www.ebook.edu.vn Quan hệ của tổng trớ sóng của cuộn dây máý điện theo điện áp và cống suàt 1- sóng vào pha A ; 2- sóng vào cả 3 pha. 9 Các số liệu thực nghiệm về hệ số tắt dần của sóng truyền trong cuộn dây máy điện tơng đổi ít, cô thể lấy trị số trung bình khoảng 0,02 s-1. 9 Do tốc độ truyền sóng bé nên có thể phát sinh quá điện áp lớn trên cách đìện giứa các vòng dây. Nếu vòng dáy dài sóng còn độ dốc a và tốc độ truyền v thì điện áp tác dụng lên cách điện giữa các vòng dây là : vlaUvv= 9 Trong máy điện rất khô thực hiện các biện pháp làm giảm Uv nh trong mày biến áp mà chỉ có thễn phối hợp bảo vệ ở đoạn đờng dày trớc khi đi vào mảý điện độ giảm độ dốc sóng tới mức àn toàn cần thiết (khoảng 10 kV/s). 20.3. Thí nghiệm xuất xởng cách điện máy điện 9 Trong quá tinh chế tạo và trớc khi xuất xởng cách điện của cuộn dây phải đợc thi nghiệm với điện áp tăng cao. Trị số điện áp thí nghiệm đợc chọn theo yêu cầu của quá điện áp có xét đến khả năng hao mòn phẩm chất cách điện trong vận hành. Thi nghiệm của cách điện chủ yếu đợc tiến hành bốn đợt : * Trớc khi đặt bối dây vào rãnh * Sau khi đặt vào rãnh nhng trớc khi nổi chúng lại với nhau. * Sau khi nối hàn và nêm chặt rãnh. * Trớc khi xuất trong sau thi nghiệm chịu nóng ớ nhiệt độ gần với nhiệt làm việc của máy điện. 9 Thờl gian tác dụng của điện áp thi nghiệm khoảng 1 phút đến 1 phút 15 giây. 9 Trị số điện áp thí nghiệm của các đợt sau có giảm dần so với các đợt trớc và cho ở bảng . Trình tự và đặc điểm của thí nghiệm Công suất máy, kVA Điện áp, V Điện áp thí nghiệm, V Trớc khi đặt bối dây vào rãnh đến 10000 đến 110000 2,75Uđm+4500 cao hơn 10000 cao hơn 60000 2,75Uđm+6500 Sau khi đặt vào rãnh nhng trớc khi nổi chúng lại với nhau cao hơn 10000 đến 11000 2,75Uđm+2500 3-10000 cao hơn 6000 2,5Uđm+4500 Sau khi nối dây 3-10000 cao hơn 6000 2,25Uđm+2000 cao hơn 10000 đến 11000 2,26Uđm+4000 Trớc khi xuất xởng 3-10000 đến 3000 2 Uđm+1000 cao hơn 10000 3000-6000 2,5Uđm Cao hơn 6000 2Uđm+3000 9 Các thí nghiệm này đảm bảo phát hiện các chỗ cách điện xấu trớc khi hoàn thanh toàn bộ. Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 2 Kỹ thuật điện áp cao 9 Trong các thí nghiệm này cách điện của điểm trung tính chịu toàn bộ điện áp thí nghiệm. Yêu cầu này phù hợp với điều kiện vận hành vì điện trung tính máy điện đợc đặt cách điện đối với đất (hoặc nối đất qua điện cảm lớn) khi có ngắn mạch chạm đất hoặc có quá điện áp thì điện áp điểm trung tinh tăng cao do đó nó phải có mức cách điện không kém hơn so với ở đầu cuộn dây. Trị số điện áp thí nghiệm trong vận hành không đợc vợt quá 85% trị số điện áp thí nghiệm xuất xởng. 9 trị số điện áp thí nghiệm cách điện giữa các vòng dây (trong cùng bối dây) sau khi tẩm và trớc khi đặt vào rãnh. Thí nghiệm này chỉ có thể tiến hành ở nhà máy chế tạo. Cách điện giữa các vòng dây trong cùng bối dây Điện áp thí nghiệm, V Dây trần bọc lột lớp băng mica 0,13 mm quấn gối đầu nhau và một lớp băng vải bông quấn dính mép nhau 1000 Dây loại PBD, PBA, PCD (Nga) bọc 1 lớp băng mica dày 0,13 mm và một lớp bông vải bông quấn gối đầu nhau 1500 Dây loại PBD, PBA, PCD (Nga) cách điện bằng 2 lớp băng mica dày 0,13 mm và một lớp bông vải bông quấn gối đầu nhau 2000 9 Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 3 Kỹ thuật điện áp cao 9 Hiện nay có nhiều loại sơ đồ thí nghiệm về cách điện giữa các vòng dây của máy điện dựa trên cơ sở phát hiện sự biến thiên tần số của giao động riêng của cuộn dây. 9 vi dụ 1: cấu gồm hai tụ điện (5) giống nhau và 2 bối dây cần thí nghiệm (4). Chúng đợc nối với nguồn qua điện cảm dùng để giời hạn dòng điện (2). Song song với cầu có đặt bộ phóng điện, nó sẽ phóng điện ở mỗi nửa chu kỳ khi điện áp trên điện đung đạt trị số cực đại. 9 trong mỗi nhánh của cầu sẽ phát sinh giao động cao tần tắt dần, biên độ giao động đo bởi vônmet (V). 9 Khi cách điện của cả 2 bối dây còn tốt thì điện áp ở các điểm A và B bằng nhau. 9 Khi một bối dây nào đó có cách điện xấu thì cầu mất cân bằng và đợc phát hiện bằng đèn (6) ghép trên mạch đờng chéo của cầu. 9 Ví dụ 2 : sơ đồ gồm mạch giao động cao tần tắt dần và lõi thép hở mạch trên đó cuốn cuộn dây của mạch giao động L1 và cuộn dây thí nghiệm X (7). 9 Cuộn dây thi nghiệm đồng thời cùng cuốn trên õi thép phụ (8) trên đó có cuộn điện cảm L2 nối với môt ampemet. Các giao động tắt dần với tần số khoảng104- 105 Hz phát sinh trong cuộn L1 sẽ tạo nền từ thông trong lôi thép hở mạch và gây cảm ứng trên cuộn dây thí nghiệm một điện áp Ux cũng có dạng giao động tắt dần. Biên độ của điện áp Ux xác đợc định: 11nnUUxLũ= 9 Khi cách điện của cuộn dây tốt thì sẽ khòng có dòng điện vì cuộn dây đặt hở mạch. 9 Nếu cách điện giữa các vòng đây của cuộn đấy X bị chọc thủng thì sẽ có dòng diện xuất hiện trong các vòng bị ngắn mạch tạo nên từ thông trong lõi thép phụ trên cuộn điện cảm L2 sẽ có điện áp cảm ứng và có dòng điện qua ampemet Phần III Chơng 20 : Cách điện của máy điện 2 Kỹ thuật điện áp cao . ; 3- Thanh dẫn. Phân bố điện áp và trờg ở khu vực đầu rãnh : Hình a - Phân bố điện áp ; Hình b- Phân bố trờng ; 1- Không có /ớp bọc bán dẫn ; 2- Có. lại với nhau cao hơn 10000 đến 11000 2,75Uđm+2500 3-1 0000 cao hơn 6000 2,5Uđm+4500 Sau khi nối dây 3-1 0000 cao hơn 6000 2,25Uđm +200 0 cao hơn 10000