电机的绝缘重要性及匝间试验.docx

“绝缘”一词有两个含义，一是从广义角度讲绝缘是指跟外界或某一事物隔绝，不发生接触；二是狭义的通常指阻滞热、电或声的传导。我们这里说的绝缘指的是后者，而且更加狭义地指电气的绝缘。所谓电气绝缘是指将不同电位的带电导体隔离的材料、结构和措施。也就是说，绝缘是“夹在”不同电位的导体之间，起到阻隔电流直接流通、保持各自电位的东东。用于绝缘的材料一是要有极大的电阻率，这样才能起到阻隔电流的目的；二是要能够承受足够高的电场强度，因为既然是隔离不同电位的导体，不同电位就表示两个导体之间存在电位差（即电压），存在电位差就会在绝缘中存在电场，如果电场强度过高，就会击穿绝缘材料，使之阻隔功能失效。绝缘是电气设备的命脉，电气设备的寿命很大程度上取决于绝缘的寿命，一旦绝缘失效，轻则停机大修影响使用，重则机毁人亡，因此在制造过程中和出厂试验时，绝缘检测是必不可少的关键内容。电气设备的绝缘按功能分可分为：对地绝缘、相间绝缘、匝间绝缘等，其中对地绝缘和相间绝缘在设备正常工作时承受相电压和线电压，在故障、误操作等特殊情况下还要承受比正常工作电压更高的电压，因此也称其为主绝缘。主绝缘除了保证设备正常工作外，还承担着设备和人身安全的作用，一旦主绝缘损坏造成的后果往往非常严重，因此主绝缘也是电气设备在设计、制造和检测方面格外需要注意的。对于电机的主绝缘，往往采用云母带、NMN（或NHN）复合材料、电工薄膜等高电阻率、耐压强度高的绝缘材料制成。除了主绝缘外，电气设备往往包含线圈或绕组等部件，这些部件是由电磁线经多圈（匝）绕制而成，设备运行时匝与匝之间电位不同，因此也需要绝缘，该绝缘称为匝间绝缘，由于设备运行时相电压或总电压是分配到各匝之间分别承担的，因此匝间的工作电压往往比相电压和线电压要低一些，但也有一些情况下并不是相邻两匝相互挨着，也可能首匝与末匝挨在一起，比如在同一个槽内的散嵌绕组，就有可能首匝与末匝挨在一起，因此匝间绝缘也可能承受相电压，这就要求匝间绝缘必须按能够承受相电压来设计，通常匝间绝缘采用电磁线本身自带的绝缘层来承担，对于漆包线匝间绝缘就是漆包线的漆膜，对于各种绕包线就是其绕包的绝缘材料。电机的绕组在制造过程中需要经过绕线嵌线整形绑扎浸漆烘焙等多道工序，如果是成型绕组还要增加涨型、敲型、包带、模压等工序，各工序之间还要经过多次流转，这些工序间对绝缘都会产生不良影响。因此工序间的绝缘检测至关重要。关于绕组的绝缘检测包括绝缘电阻、绝缘耐压、介损、局部放电等项目，其中最常见的检测项目是绝缘电阻和绝缘耐压试验，绝缘耐压试验又包括相间耐压、对地耐压、匝间耐压等多个子项目，这些试验所用的仪器、检测原理、试验方法也各不相同。由于其它试验项目如绝缘电阻、对地耐压、相间耐压、介损等项目的试验方法和原理比较简单，这里不做重点介绍，唯有匝间耐压试验的原理和试验方法较为复杂，匝间耐压不能像对地耐压那样直接施加试验电压，而要看“波形”？那个“波形”是个神马？它是怎么来的？原理是什么？怎么判断波形是否合格？耐压试验就是在绝缘材料或绝缘结构的两端施加一定的电压，并维持一定的时间，考核绝缘材料和结构承受电场强度的能力，考虑到电气设备运行时的各种误操作、故障工况等特殊情况，为保证绝缘的寿命和可靠性并有一定的设计裕度，同时为了减少试验时间，通常施加的试验电压要远高于正常运行时的工作电压，达到正常工作电压的数倍乃至十余倍。按施加的试验电压种类分，耐压试验可分为交流耐压试验和直流耐压试验。对于对地绝缘和相间绝缘，由于绝缘两边的导体被绝缘结构分隔，而绝缘材料的电阻极大，施加试验电压后漏电流和电容电流（对交流耐压试验）很小，因此可以直接将试验电压直接施加到绝缘结构两边的导体上，并可以维持一定的时间。匝间绝缘就不同了，匝间绝缘的两端是同一个线圈的不同匝（或相邻匝），而不同匝之间的导体是相互连通的，即匝间绝缘两端的导体是同一个导体，运行时不同匝之间存在电位差，但在静电场下导体处处是等电位的。如果在线圈不同匝之间施加一个很高的直流试验电压，由于导体的直流电阻很小，相当于把试验电压短路，根据欧姆定律I=U/R，必然会产生极大的试验电流，可能还没等考核出绝缘的耐压，线圈和试验设备就会过热。即使是施加交流试验电压，由于试验电压极高，线圈的磁路会极度饱和，使得线圈的电感很小，同样也会产生极大的试验电流而使线圈和设备瓦塌杆P烧毁！因此在做匝间耐压试验时不能像做对地耐压试验那样，直接在同一个线圈的不同匝之间持续施加一个很高的试验电压！匝间冲击耐压试验就是根据以上介绍的原理，通过观察振荡衰减波形来判断匝间绝缘故障和隐患的。然而针对一个被试线圈，却无法只根据它的波形来判断是否异常，必须要有一个标准的参考线圈波形做比较才能对比出被试线圈是否异常。因此在实际进行匝间耐压试验时，至少要有两个线圈，一个是标准参考线圈作为对比的对象，另一个作为被试线圈，匝间耐压试验仪会自动给两个线圈快速交替地施加同样的脉冲电压，分别采集两个线圈的响应波形，如果两个波形完全重合，就说明两个线圈的参数完全相同，如果参考线圈不存在匝间绝缘故障和隐患，那么就可以判断被试线圈同样不存在匝间故障和隐患。在电机中，由于三相绕组都是对称的，三相绕组的参数也完全一致，因此可以用三相绕组相互作为参考线圈和被试线圈，只要两两对比波形一致即可判定匝间绝缘良好，因为不太可能三相绕组中的两个线圈出现一模一样的故障。当然实际的三相电机绕组虽然理论上设计是完全一致的，但由于存在制造和装配散差，不可能完全一模一样，特别是散嵌绕组，即使是匝数、接线完全相同，各匝在槽内的相互位置也会有些差别，而这些差别都会导致分布参数的散差，因此波形上也会有少许的不一致，通常试验仪器上会提供各种鉴别的特征参数，常见的包括必须与横轴围成的面积差、首次过零点等。一般同一台或一批的电机三相绕组波形的面积差不超过10%即可判定为合格。