高压电机定子绕组绝缘电阻温度特性研究_王旭辉

日本三菱公司对绝缘电阻的判断标准基本按
IEEE 标准 , 其绝缘电阻温度关系式为
R
=R
′×2
-
40 -T α
(5 )
式中 , R — 40℃时绝缘电阻值 , M Ψ;R ′—实测时的
绝缘 电 阻值 , M Ψ;T—实 测时 的 绕 组温 度 , ℃;
α—常数 , 对于定子 VP I整浸绝缘为 16, 对于成型
收稿日期 :2006-06-07. 王旭辉 男 1971年生 ;毕业于哈尔滨理工大学工业电气自动化化专业, 现从事电机绝缘技术工作 .
5
防爆电机 (EXPLOSION
-
PROO F
ELECTR
IC
M ACH
wenku.baidu.com
INE) 第 4210卷06(年总第第
4期 131期 )
IA =K t -n
电机绕组绝缘电阻与所用绝缘材料的种类 、状态 及其应用工艺呈函数变化 。 一般地 , 绝缘电阻随 绝缘厚度呈正比变化 , 随导体表面积呈反比变化 。 1. 1 测试时直流电流成分
绝缘电阻是施加于绝缘的直流电压除以合成 电流的商 。总的合成电流 (Ir )是四个电流的和 : 表面泄漏电流 (IL )、几何电容电流 (IC )、电导电流 (IG )和吸收电流 (IA )。
电导电流 (IG )在整体性较好的绝缘系统中 IG 几乎为零 , 除非绝缘被潮气所渗透 。
表面泄漏电流 IL 对于时间是恒 定的 。 如果 表面泄漏电流大 , 即绝缘电阻值低 , 通常是由于电 极内部潮湿或其他类型的导电污染所引起的 。 1. 2 影响绝缘电阻因素
电机绕组除了与绕组绝缘材料 、绝缘结构和 绝缘工艺有关外 , 外界条件对绝缘电阻的影响因 素大体可分为 :(1)表面状况 ;(2)潮湿 ;(3)温度 ; (4)试验电压幅值 ;(5)存在的电荷对绕组测量的 影响等 。其中温度对绝缘电阻的影响有一定的规 律 , 较为特殊 , 更有研究价值 。
绝缘试验中各 种电流的 等效电路 如图 1 所 示 ;电流与时间变化曲线如图 2所示 。
1 电机绕组绝缘电阻
绝缘电阻是绕组抵抗直流电流的电气绝缘能 力 。从施加电压起的某一特定时刻 (t), 所施加负 极性直流电压除以通过电机绝缘直流电流的商 。
图 1 绝缘电阻测试直流电流的等效电路
几何电容电流 (IC )一般不影响测量 , 因为在 1m in读取第一个读数时它就不存在了 。 吸收 (或 极化 )电流 (IA )减速衰减 。 电流与时间的关系是 一个幂指数 , 如式 (1)
S tudy on T em perature Characteristics of In su lation R esistance of S tatorW ind ing ofH igh-V oltageM otor
Wang X uHu i, Sun Ya ling, L iu Y ang, and Z hang D ong lin
图 4 桐马粉云母绝缘线棒相对频率分布直方图
6kV交流电机 VP I整浸定子绕组进行现场测
试 ,数据处理符合正态分布 , 其数据见表 2, 概率分布
试验线棒和线圈在每个测试温度保温半小时 后 , 采用 5 000V 绝缘电阻测试仪测试 , 分别记录 下不同温度点下 10s、30s、60s时的绝缘电阻值 。
将各种不同温度下测量到的绝缘电阻数据转 变为有一定规律的形式 , 有不同的方法 。 经比较 分析 , 采用如下方法 :首先计算实测的每 10℃间 隔的绝缘 电阻比 值 , 划出 相对 频率 分布 直方 图 (以桐马线棒为例 , 见图 4), 可见遵从正态分布 。 再按正态分布方法进行数据处理 , 求出绝缘电阻 每 10℃间隔的比值系数 (K b )的均值 μ^和标准偏 差 σ^, 计算值见表 2, 概率分布见图 5。
Ab strac t Abstract This pape r describes the basic know ledge of insu lation resistance of m oto r w indings, re levant regulations and conve rsion form u las abou t temperature characteristic o f insula tion resistance hom e and abroad, and m easurem en t of temperature characteristic o f insula tion resistance o f class F insu lated m oto rm ade in C hina, and presents the
摘 要 阐述了电机 绕组绝缘电 阻的基础 知识和国内 外绝缘电 阻温度特性 相关规定 和换算 公式 , 介绍了国产 F 级电机绕组的绝缘电阻温度特性测试 , 并提出参考的换算公式 。
关键词 电机绕组 绝缘绕组 温度 中图分类号 TM 343 文献标识码 B 文章编号 1008 - 7281(2006)04 - 0005 - 04
4期 131期 )
(EXPLOS
ION
- PROOF
ELECTRIC MACH INE) 防爆电机
R =rCn
(4 )
式中 , R —较高温度时 (T )绝缘电阻 ;r—较低温度
时 (t℃)绝缘电阻 ;C—常数 , 为 0. 55;n—指数 ,
为 (T - t ) /10;T —较 高 温 度 , ℃; t—较 低 温 度 , ℃。
2 电机绕组绝缘电阻温度特性
电机绕组绝缘电阻在一定程度上能反映出绕 组绝缘的质量情况 , 特别是能有效地反映绕组绝 缘的缺陷和表面状况 , 因此绝缘电阻一直作为电 机绕组的质量检测项目之一 。 国外很早就对电机 绕组绝缘电阻着手研究 , 奠定了理论基础 , 并制定 检验标准 , 规定绝缘电阻和极化指数 (吸收比 )的 限值 。 在 20世纪 40年代就对以沥青片云母绝缘
6
体系的电机绕组绝缘电阻提出检验方法 , 测试时 间及温度特性 曲线和换算公式 。 1965年环 氧粉 云母绝缘体系逐渐应用后此项研究更深入 , 至今 未间断 。 只是研究重点由理论研究转向新绝缘体 系的绝缘电阻温度特性研究 。 相应标准也不断地 修订 。美国电气电子工程师 学会 《IEEE S td43 2000 旋转电机绝缘电阻和极化指数 的测量方法 及限值 》修订版新规定 :用 于确定投入过电 压试 验或运 行 的 交流 电 机 和直 流 电 机定 转 子 绕 组
分获得 。
图 3 温度升高 10℃绝缘电阻二等分的近似绝缘电阻系数 KT
K T = (0. 5)(40 -T) /10
(3)
式中 , K T —绝缘电 阻温度 系数 ;T —测试 时的 温
度, ℃。
美国西屋公司 在该公司 《绝 缘电阻试验 》中
提出绝缘电阻温度关系式为
2006年第 第 41卷 (总第
IR1m in =100
用于大多数 约 1970 年以后 制造 的直 流电枢和交流绕组 (成型线圈 )
IR1m in =5
用于 大多 数额 定电 压 1kV 以 下的 具 有散下 线定 子线 圈 的电 机 和 具有 成 型线圈的电机
注 :(1)IR1m in是整 个电 机 绕组 在 40℃时的 最小 推荐 值 , M Ψ;(2) kV 是电机的额定线电 压 , kVm s。
(1 )
式中 , IA —吸收电流 ;K —特定绝缘系统和所施加 试验电压的系数 ;t—施加直流电压的时间 ;n—
特定绝缘系统的系数 。
图 2 一种沥青云母绝缘的电流类型
吸收电流有两个分量 。第一个分量是由绝缘 浸渍材料极化所产生的 , 第二个分量是由通过大部 分有机材料的电子和离子的逐步漂移所产生的 。 吸收电流与绝缘材料和绕组温度有关 , 所以电机绕 组的绝缘系统不同 , IA =K t-n的指数 n的值也不同 。 对于绝缘材料来说 , 吸收电流较小而导致绝缘电阻 较高 , 但不意味着这种绝缘材料绝缘就好 、就好用 。 如聚乙烯材料就受到使用上的限制 。
conversion form ulas fo r re ferences. Key word s M oto r w inding, insu lation w ind ing, tem pe ra ture.
0 引言
电机绕组的绝缘电阻是评定电机绝缘结构 、 工艺处理和绝缘状态的指标之一 , 为电机进行耐 电压试验或使用可靠性提供依据 。在国内外有关 电机方面的标准中都规定了对绝缘电阻的测量 , 并规定了在某种状态下的限值 。为了得到绝缘电 阻是否符合标准 , 总要把不同温度下测量的电机 绕组绝缘电阻值换 算到规定温度下 的绝缘电阻 值 , 其换算公式或曲线是根据电机绕组绝缘电阻 的温度特性得来的 。 电机绕组绝缘电阻随温度变 化而呈指数变化 , 指数的变化又与电机绕组的绝 缘材料 、绝缘结构和绝缘工艺等有关 。本文通过 F 级高压电机定子绕组和 F 级高压交流电机 VP I 整浸绕组的绝缘电阻温度特性的测试和分析 , 得 出变化规律 , 以便对我国现行的电机绕组绝缘电 阻温度换算公式进行验证 、补充 、提供参数 。
率 , 直流电机 和交 流电 动机 (kW ), 交 流发 电机
(kVA ), 调相机 (kvar)。
在室温 t℃下的绕组绝缘电阻 R t 采用式 (7)
(用于热塑性绝缘 )或式 (8)(适用于 B 级热固性
绝缘 )进行换算
Rt =R
75-
2 10
t
(M
Ψ)
(7 )
Rt =R
1.
100 -
1m in后最小绝缘电阻 IR1 见表 1。 并建议所有绝 缘电阻试验值 用式 (2)校正到 统一的 基础温 度 40℃。
表 1 推荐的在 40℃时的最 小绝缘电阻值 (M Ψ)
最小绝缘电阻 IR 1m in =kV +1
试品
用于大多数 约 1970 年以前 制造 的绕 组 、所有磁场绕组以 及下面 未提 及的 其它绕组
6 10
t
(M
Ψ)
(8 )
式中 , R —绕组热态绝缘电阻 , M Ψ。 对于 F 级电机绕组和 VP I整浸电机绕组的绝
缘电阻温度换算公式 , 国内至今未见报导 。新版
GB755 - 2000和 JB /T 6204 - 2002中没有对绝缘 电阻的具体规定 。
3 绕组绝缘电阻温度特性测试
通过对目前通用 F 级电机绕组的绝缘电阻温 度特性的测试和分析 , 得出变化规律 , 以便对我国 现行的电机绕组绝缘电阻温度换算公式进行验证 和提供补充数据 。 3. 1 试样制备
RC =KT RT
(2)
式中 , RC —校正到 40℃的绝缘电阻 , M Ψ;K T —在
温度 T℃时绝 缘 电阻 的温 度系 数 ;RT —在温 度 T ℃时所测量的绝缘电阻值 , M Ψ。
温度系数 K T 的近似值可以从图 3中获得 , 也 可通过式 (3)绕组温度升高 10℃绝缘电阻的二等
固化后嵌线绝缘为 10。
我国于 20 世纪 50年 代参照苏联 国家标准
ГOCT 183 - 41制定了 我国电机 绕组绝 缘电阻标
准 , 即定子绕 组在接近运行温度 (热态 )时 , 绝缘
电阻 (R )应不小于式 (6)计算值 。
R
= 1
UN 000 +P10N0
(6 )
式中 , UN —电机额定电压 (V );PN —电机额定功
2006年第 第 41卷 (总第
4期 131期 )
(EXPLOS
ION
- PROOF
ELECTRIC MACH INE) 防爆电机
高压电机定子绕组绝缘电阻温度特性研究
王旭辉 孙雅玲 刘 洋 张东林
哈尔滨电机厂有限责任公司 , 黑龙江哈尔滨 (150040)
①F 级桐马粉云母绝缘 线棒 , 单面绝缘厚度 3. 5mm , 模压成型 , 一组 ;②F 级高强度桐马粉云
母绝缘线棒 , 单面绝缘厚度 3. 5mm, 模压成型 , 一 组 ;③F 级桐马粉 云母 绝缘模 压加 VP I浸渍 线 圈 , 单面绝缘厚度 2mm , 一组 ;④F 级 6kV 交流电 机 VP I整浸定子绕组 。 3. 2 实验及结果