Nghiên cứu cách điện trong dây quấn máy điện quay

NGUYỄN CƠNG HỒN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CƠNG HỒN NGHIÊN CỨU CÁCH ĐIỆN TRONG DÂY QUẤN KỸ THUẬT ĐIỆN MÁY ĐIỆN QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI - 2011B HÀ NỘI – 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN CƠNG HỒN NGHIÊN CỨU CÁCH ĐIỆN TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TRIỆU VIỆT LINH HÀ NỘI - 2013 MỤC LỤC Lời cam đoan Mục lục Mở đầu Danh mục hình vẽ, đồ thị Danh muc ký hiệu, chữ viết tắt 10 Chƣơng : TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG CÁCH ĐIỆN TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY 11 1.1 Các loại máy điện cấu tạo dây quấn 11 1.1.1 Các loại máy điện quay 11 1.1.2 Phân lọai dựa vào kiểu làm mát 15 1.1.3 Mục đích dây quấn 16 1.1.4 Một số cấu tạo dây quấn stator 18 1.2 Đặc điểm hệ thống cách điện dây quấn stator 22 1.2.1 Cách điện sợi cách điện vòng 22 1.2.2 Cách điện vách 26 1.2.3 Vách ngăn triệt tiêu phóng điện cục 28 1.2.4 Lớp vách ngăn làm giảm ứng suất 32 1.2.5 Giá đỡ học rãnh 34 1.2.6 Giá đỡ học phần đầu nối dây quấn 37 1.3 Hệ thống cách điện dây quấn stator 39 1.3.1 Các phương pháp cách điện áp dụng cho stator dây quấn cứng 39 1.3.2 Sự phát triển gần hệ thống cách điện dây quấn cứng 41 1.3.3 Một số hệ thống cách điện cho stator dây quấn mềm 43 Trang Chƣơng NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ HỎNG HÓC TRONG DÂY QUẤN STATOR MÁY ĐIỆN QUAY VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 45 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Hư hỏng nhiệt 45 2.1.1 Quá trình chung 45 2.1.2 Nguyên nhân 47 2.1.3 Triệu chứng sửa chữa 48 Chu trình nhiệt 49 2.2.1 Quá trình chung 49 2.2.2 Nguyên nhân triệu chứng 52 2.2.3 Sửa chữa 52 Sự ngâm tẩm hay nhúng không phù hợp 53 2.3.1 Quá trình chung 53 2.3.2 Nguyên nhân 54 2.3.3 Triệu chứng sửa chữa 55 Cuộn dây bị lỏng rãnh 56 2.4.1 Quá trình chung 56 2.4.2 Nguyên nhân 57 2.4.3 Triệu chứng sửa chữa 59 Sự hư hỏng lớp phủ bán dẫn 60 2.5.1 Quá trình chung 61 2.5.2 Nguyên nhân 61 2.5.3 Triệu chứng sửa chữa 62 Hư hỏng lớp bọc bán dẫn/phân cấp 63 2.6.1 Quá trình chung 63 2.6.2 Nguyên nhân 64 2.6.3 Triệu chứng sửa chữa 65 Sự tăng vọt điện áp liên tục 66 2.7.1 Quá trình chung 67 2.7.2 Nguyên nhân 68 2.7.3 Triệu chứng sửa chữa 69 Sự nhiễm bẩn 70 2.8.1 Quá trình chung 70 2.8.2 Nguyên nhân 73 Trang 2.8.3 Triệu chứng sửa chữa 73 2.9 Các hạt mài mòn 75 2.9.1 Quá trình chung 75 2.9.2 Nguyên nhân 76 2.9.3 Triệu chứng sửa chữa 76 2.10 Sự ăn mịn hóa học 77 2.10.1 Quá trình chung 77 2.10.2 Nguyên nhân 78 2.10.3 Triệu chứng sửa chữa 78 2.11 Khoảng cách phần đầu nối dây quấn không phù hợp 79 2.11.1 Quá trình chung 80 2.11.2 Nguyên nhân 81 2.11.3 Triệu chứng sửa chữa 82 2.12 Dao động phần đầu nối dây quấn 83 2.12.1 Quá trình chung 84 2.12.2 Nguyên nhân 85 2.12.3 Triệu chứng sửa chữa 86 2.13 Sự rò rỉ nước làm mát stator 87 2.13.1 Quá trình chung 88 2.13.2 Nguyên nhân 89 2.13.3 Triệu chứng sửa chữa 90 2.14 Kết nối điện 91 2.14.1 Quá trình chung 91 2.14.2 Nguyên nhân triệu chứng 91 2.14 Giải pháp khắc phục 92 Chƣơng 3: NGUYÊN NHÂN GÂY RA SỰ CỐ HỎNG HÓC TRONG DÂY QUẤN ROTOR MÁY ĐIỆN QUAY VÀ CÁCH KHẮC PHỤC 93 3.1 Dây quấn Rotor tròn (cực ần) 93 3.1.1 Hư hỏng nhiệt 93 3.1.2 Chu kỳ nhiệt 95 3.1.3 Bào mịn khơng cân hay vận hành hộp số .97 3.1.4 Nhiễm bẩn 100 Trang 3.2 3.3 3.4 3.1.5 Sự tăng vọt điện áp liên tục 101 3.1.6 Lực ly tâm 102 3.1.7 Sửa chữa 104 Dây quấn Rotor cực lồi 106 3.2.1 Lão hóa nhiệt 106 3.2.2 Chu trình nhiệt 108 3.2.3 Sự nhiễm bẩn (Sự phóng điện hút ẩm) 108 3.2.4 Các hạt mài mòn .109 3.2.5 Lực ly tâm 110 3.2.6 Sự tăng vọt điện áp liên tục 111 3.2.7 Sửa chữa 111 Dây quấn rotor máy điện không đồng 113 3.3.1 Quá điện áp độ 114 3.3.2 Điện áp stator không đối xứng 114 3.3.3 Kết nối điện trở cao – Nếp gấp dẫn dây quấn dạng sóng 115 3.3.4 Hỏng đai phần đầu nối dây quấn 115 3.3.5 Sự ngắn mạch chạm mát cách điện vành trượt 116 3.3.6 Sửa chữa 117 Dây quấn rotor cảm ứng lồng sóc 118 3.4.1 Nhiệt 118 3.4.2 Chu trình ứng suất học 120 3.4.3 Thiết kế/ Chế tạo .123 3.4.4 Sự sửa chữa 125 KẾT LUẬN 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 128 Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Động máy phát phát minh từ 100 năm, ngày sử dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp khác Động máy phát sử dụng môi trường làm việc khác khiến cho chúng có hư hỏng khác nhau, nhiều hư hỏng điện hư hỏng cách điện Những hư hỏng thường xuất vị trí đặc trưng (dây quấn stator, rotor v.v.) Dịng điện rị rỉ vị trí gây hủy hoại thoái hoá lớp cách điện Sự hủy hoại làm cho cách điện dòng điện cao trở nên thấp gây ngắn mạch Một vấn đề khác nguy tiềm ẩn hư hỏng cách điện stator cho máy điện quay cất giữ vận hành môi trường ô nhiễm môi trường ẩm ướt Những vấn đề xuất nhiều dây quấn máy điện quay yếu tố sau có mặt: bụi, nước, muối, mỡ Ngồi ra, vấn đề xảy cuộn dây máy điện điểm ngưng tụ Tài liệu tiếng Việt hư hỏng phần cách điện, nguyên nhân cách khắc phục chưa có nhiều nên nghiên cứu nhằm cung cấp thông tin tổng quát cho biện pháp kiểm tra bảo trì thực vận hành máy điện quay Ngoài ra, nghiên cứu cung cấp số thực hành bảo dưỡng dự phòng làm giảm nguy hư hỏng stator rotor cho máy điện bảo quản vận hành môi trường ô nhiễm và/hoặc môi trường ẩm ướt Ý nghĩa khoa học đề tài Nghiên cứu nhìn tổng quan chi tiết hư hỏng cách điện thường gặp stator rotor động máy phát Trên sở đặc tính cơ, lý, hố vật liệu cách điện hư hỏng, đề tài đưa biện pháp bảo dưỡng, vận hành, sửa chữa hệ thống cách điện máy điện quay Trang Bố cục luận văn Chương : Tổng quan chung hệ thống cách điện dây quấn máy điện quay Chương : Nguyên nhân gây cố hỏng hóc dây quấn stator máy điện quay cách khắc phục Chương : Nguyên nhân gây cố hỏng hóc dây quấn rotor máy điện quay cách khắc phục Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1 Rotor đưa vào stator động không đồng rotor lồng sóc 12 Hình 1.2 Rotor cực ẩn loại nhỏ Các vòng hãm đầu thân rotor 13 Hình 1.3 Rotor cực lồi cho động loại lớn, tốc độ thấp 15 Hình 1.4 Sơ đồ mạch pha , cuộn dây stator đấu sao, với mạch đường song 17 song pha Hình 1.5 Phần đầu nối dây quấn rãnh stator dây quấn mềm 19 Hình 1.6 (a) Động dây quấn stator cứng 21 (b) Một cuộn dây cứng đặt hai rãnh Hình 1.7 Dây quấn stator máy phát điện tuabin dùng dẫn Roebel 21 Hình 1.8 Tiết diện ngang rãnh stator dây quấn mềm 22 Hình 1.9 Tiết diện ngang rãnh chứa cuộn dây cứng nhiều vòng (a) 23 dẫn làm mát trực tiếp Roebel (b) Hình 1.10 Tiết diện ngang cuộn dây nhiều vòng, với vòng bối dây vòng 24 Hình 1.11 Hình chiếu cạnh máy phát cho thấy đường sức hướng kính 24 khe hở khơng khí đường sức vịng cuối lõi, kết tạo từ thơng hướng trục Hình 1.12 Tiết diện ngang cuộn dây mà cách điện vòng dây cách điện bối 26 dây Hình 1.13 (a) Tiết diện ngang cuộn dây với rỗ khí cạnh cách điện vòng 30 dây (b) Mạch điện tương đương Hình 1.14 (a) Mặt cắt ngang cuộn dây rãnh nơi phóng điện cục 33 xảy bề mặt cuộn dây (b) Các mạch điện tương đương Hình 1.15 Hình chiếu cạnh nêm hai phần, dẫn trượt vát đặt nêm để tăng áp lực hướng kính cuộn dây Trang 35 Q trình chung Dịng thứ tự nghịch gây điện áp stator dây quấn không cân làm tăng nhiệt dây quấn rotor tất pha và, đó, gây gia tăng lão hóa nhiệt cho vịng dây cách điện với đất Ngun nhân Thiết kế hệ thống cung cấp điện hay trở kháng pha khơng cân (ví dụ, điện trở đấu nối cao) … gây điện áp không cân stator Vì hiệu suất biến đổi stator rotor, từ thơng thứ tự nghịch sinh dịng thứ tự nghịch cuộn dây rotor Những dòng điện bổ sung đáng kế làm cho cuộn dây rotor hoạt động nhiệt độ cao hơn, làm trình lão hóa nhiệt xảy nhanh 3.3.3 Kết nối điện trở cao – Nếp gấp dẫn dây quấn dạng sóng Nếu kết nối hai dây dẫn hàn thiếc hàn đồng kém, xuất sức điện trở cao mà dòng điện chạy qua có tải điều sinh tượng nhiệt mối nối Quá trình chung Lượng nhiệt lớn sinh kết nối điện trở cao dẫn gây lão hóa nhiệt nhanh vật liệu cách điện xung quanh kết nối kết nối liền kề hư hỏng vòng dây, pha , hay nối đất mở rộng Trong nhiều trường hợp, nhiệt tạo đủ để làm tan chảy vật liệu hàn thiếc hàn đồng mối nối Nguyên nhân  Hàn đồng hay hàn thiếc mối nối dẫn rotor không phát suốt trình chế tạo  Hỏng mối nối dẫn độ mỏi (giảm sức chịu đựng) khởi động máy thường xuyên Hiện tƣợng chung Sẽ có dấu hiệu nóng đốt cháy khu vực mối nối, với miếng hàn đồng hay thiếc nóng chảy phun xung quanh bên động có lực ly tâm 3.3.4 Hỏng đai phần đầu nối dây quấn Sử dụng đai phần đầu nối dây quấn rotor yêu cầu gia cố chúng chống lại tác dụng lực ly tâm cao lúc vận hành Các dây tròn nối với lớp Trang 115 hàn nóng chảy Sự phát triển vật liệu sợi nhựa phủ dự ứng lực nhắc nhở nhà sản xuất động bắt đầu sử dụng vật liệu khả học nhiệt vượt trội, tính đàn hồi Q trình chung Nếu dây thép vật liệu sợi nhựa phủ hư hỏng nóng, ứng suất, hay sản xuất kém, phần đầu nối dây quấn văng bên ảnh hưởng lực ly tâm Điều dẫn đến cuộn dây rotor chạm đất thường xuyên, hậu hư hỏng dây quấn stator Nguyên nhân  Nhiệt độ dây quấn mức,làm cho dây uốn bị mềm hay nóng chảy  Nhiệt độ dây quấn mức, làm cho lớp dây phủ nhựa lão hóa nhiệt, liên kết nhựa lớp bị giịn, nứt hỏng  Q trình sản xuất kết làm cho độ bền khí khơng phù hợp để chịu lực ly tâm áp cao Hiện tƣợng chung  Nếu có nguyên nhân q nhiệt dây quấn có dấu hiệu thối hóa nhiệt cách điện cuộn dây cịn lại khu vực rãnh  Nếu có ngun nhân sản xuất kém, khơng có dấu hiệu nhiệt rõ ràng cách điện dây quấn 3.3.5 Sự ngắn mạch chạm mát cách điện vành trƣợt Ba vòng tiếp điện động rotor dây quấn phải cách ly khỏi trục lớp cách điện vành Khoảng cách vành phải đủ để cung cấp khoảng cách rão điện phù hợp Ngồi ra, hai vịng ngồi thường kết nối với phần đầu nối dây quấn chốt mà xuyên qua vòng khác Các chốt phải cách điện khỏi cách vành điều thường thực cách lắp ống cách điện qua chúng Quá trình chung Nếu vỏ vòng tiếp điện bị nhiễm dầu, bụi từ chổi than, độ ẩm, kết hợp thứ này, ngắn mạch vành trục hay vành xảy Nếu điều xảy ra, hư hỏng nghiêm trọng xảy với trục, dây quấn rotor, vành trượt Ngoài ra, cách điện trục bulong hư hỏng ứng suất nhiệt hay ứng lực học, hư hỏng xảy Trang 116 Nguyên nhân  Không định kỳ làm bụi carbon dẫn đến bào mòn chổi than  Sự xâm nhâm bụi,dầu từ ổ trục ẩm vào vòng tiếp điện  Hỏng cách điên trục vòng tiếp điện ứng suất nhiệt ứng suất  Hỏng khí phần cách điện kết nối bulong vịng tiếp điện, gây cố pha 3.3.6 Sửa chữa Dây quấn bị hỏng Nếu có hư hỏng phân lớp phần đầu nối dây quấn bị lỏng cách điện dây quấn bị hỏng, hư hỏng dây quấn nghiêm trọng Quấn lại toàn yêu cầu cách điện rotor dây quấn mềm hư hỏng sửa chữa khơng thực tế kinh tế Chân cuộn dây riêng lẻ dẫn có cách điện hỏng quấn lại rãnh đủ lớn để tháo gỡ dây quấn cũ Điều cần thiết để tháo gỡ phân lớp phần đầu nối dây quấn thay đổi vị trí sau sửa chữa Nếu cách điện phía cuộn dây hỏng cần thiết quấn lại cuộn dây mà cuộn dây khác phải tháo ra, gây hư hỏng cách điện suốt trình Cách điện vòng tiếp điện dây quấn bị nhiễm bẩn Nếu dây quấn khác tình trạng tốt, chúng làm tân trang tương tự loại cực lồi Kẹp mối nối bị hỏng trong dây quấn dạng dẫn Nếu hư hỏng phát từ sớm khơng gây thiệt hại cho cách điện cuộn dây liền kề, kẹp gỡ bỏ, kết nối làm sạch, kẹp hàn đồng hay hàn thiếc chỗ Một điều thực hiện, kẹp cách điện lại Điều quan trọng kiểm tra mối nối điện trở cao khác trình sửa chữa chúng cần sửa chữa Điều thực cách kiểm tra so sánh tăng vọt điện áp thơng qua dịng điện chạy qua dây quấn đấu nối mạch quét nhiệt hồng ngoại Hư hỏng đai giữ phần đầu nối dây quấn Như phần trên, hư hỏng đai phần đầu nối dây quấn điều tồi tệ dẫn đến hoàn toàn phá huỷ cuộn dây Nếu biến dạng lớp đai phát nên thay Cách điện vành trượt hỏng nhiễm bẩn Hư hỏng cách điện vành trượt trục rotor nên thay Vì vịng tiếp điện thường co ngót vào phần cách điện, chúng phải nung nóng để giãn nở cho phép gỡ Trang 117 Nếu cách điện vành trượt nối với bulơng bị hư hỏng, phải thay Sợi thủy tinh bọc nhựa tốt cho ứng dụng có độ bền học tốt mang đầy đủ tính chất nhiệt điện phù hợp Sự nhiễm bẩn cách điện vành trượt dễ dàng loại bỏ chất làm phù hợp cồn 3.4 Dây quấn rotor cảm ứng lồng sóc Mặc dù hầu hết cuộn dây rotor lồng sóc khơng cách điện (mục 1.2.3), chúng hỏng chế lão hóa khác nhau, nhiệt, điện, khí Sự dễ hư hỏng chúng phụ thuộc vào loại cấu trúc dây dẫn, ứng dụng động cơ, chế độ làm việc, hình dạng dây quấn, cấu trúc vật liệu Mặc dù động sử dụng ứng dụng máy bơm ly tâm hỏng hóc dây quấn, số khác sử dụng hệ thống truyền động quán tính cao quạt hút cảm ứng trạm điện nhạy cảm nhất, đặc biệt chúng thường xuyên khởi động trực tiếp 3.4.1 Nhiệt Mỗi động khởi động trực tiếp, số lượng đáng kể nhiệt tạo cuộn dây rotor có dịng điện khởi động lớn (gấp 5-6 lần dòng đầy tải) chạy qua chúng Do lượng nhiệt sinh nhiệt độ dây quấn rotor cao đặc trưng mô-men xoắn biên động đường cong mômen/tốc độ thiết bị dẫn động quán tính kết hợp thiết bị truyền động với rotor động Thời gian rotor đạt đến tốc độ dài, nhiệt độ dây quấn rotor lớn Lượng nhiệt nhỏ dây quấn rotor xảy rotor đạt tốc độ vận hành Một yếu tố khác định nhiệt độ dẫn rotor tối đa "hiệu ứng bề mặt" mà bắt nguồn từ từ thơng rị qua rãnh rotor Điều tạo phân phối dòng điện không dẫn thời gian khởi động, tần số dòng điện dẫn rotor gần với tần số 50 60 Hz Kết là, dịng điện phía dẫn cao nhiều so với phía Do đó, đỉnh dẫn đạt đến nhiệt độ cao nhiều so với đáy trình khởi động động dẫn vịm bề ngồi nở nhiệt khơng Nhiệt độ tăng đáng kể dẫn mỏng, sâu dẫn "T ngược"," loại hẹp phía phía Trang 118 Khởi động lặp lại nhiều lần (ba hơn) khoảng thời gian ngắn làm cho dây quấn rotor bị nhiệt động dùng hệ thống truyền động qn tính lớn, nhiệt tạo (những) lần khởi động khơng có xạ thoát khỏi rotor Như vậy, nhiệt độ rotor cịn cao từ lần khởi động khởi động lần hai gây nhiệt độ cao Động với thiết bị kiểm soát tốc độ dẫn động chất lỏng, ly hợp từ, truyền động biến tốc rắn không bị nhiệt độ rotor cao Điều động tăng tốc độ trước tải đặt vào, dịng khởi động kiểm sốt với giá trị thấp nhiều so với khởi động trực tiếp, khởi động có tải Quy trình chung Lượng nhiệt không nhiệt độ cao dẫn động với thời gian chạy thử dài chúng phải chịu khởi động lặp lặp lại gây biến dạng ứng suất học cao dẫn phần đầu nối dây quấn giãn nở khác Đó là, đỉnh dẫn giãn nở dẫn, làm cho dẫn biến dạng dẫn tới ứng suất bên bẻ gãy dẫn, đặc biệt sau khởi động nhiều lần Những tác động rõ rệt nhiều máy với dẫn chế tạo hợp kim nhơm đồng, mà có dẫn mở rộng vượt ngồi phần đầu lõi để kết nối tới vành ngắn mạch Các kiểu cấu tạo dây quấn dẫn vật liệu làm vành ngắn mạch yếu tố việc xác định tác động biến dạng từ lượng nhiệt trình khởi động Những ứng suất phần đầu nối dây quấn việc chế tạo dây quấn rotor tăng lên lực ly tâm Dây quấn nhôm đúc dễ bị biến dạng chúng khơng có phần mở rộng dẫn Tuy nhiên, cuộn dây tan chảy nhiệt sinh khởi động lặp lặp lại Cuộn dây chế tạo từ hợp kim nhôm dễ bị hư hỏng từ biến dạng đặc tính học vật liệu bị hỏng đáng kể nhiệt độ 100°C Có thể nói cuộn dây hợp kim đồng hay đồng hư hỏng thiết kế phần đầu nối dây quấn dẫn cho phép biến dạng nhiều trình khởi động Nguyên nhân  Thiết kế dây quấn rotor / vật liệu dây dẫn kết hợp với ứng dụng truyền động quán tính cao  Khởi động thường xuyên, đặc biệt bảo vệ tải nhiệt động đặt cao rẽ nhánh để ngăn chặn tách  Việc sử dụng thiết kế dẫn rotor ―T‖ ngược ứng dụng quán tính cao Trang 119 Triệu chứng thƣờng gặp  Bị nứt vỡ kết nối dẫn với vành ngắn mạch bề mặt chúng đầu lõi Điểm cháy có mặt đường dẫn dịng điện qua  Nứt vỡ vành ngắn mạch  Tiếng ồn tăng số lần khởi động hư hỏng dây quấn lồng sóc  Việc tăng mức độ rung động dải biên tần số dịng điện  Nóng chảy dẫn dây quấn nhơm đúc, có khởi động thường xun 3.4.2 Chu trình ứng suất học Có số phần góp cho chu trình gây ứng suất dây quấn lồng sóc chúng gây hư hỏng ―độ mỏi chu trình thấp‖ Cơ chế hư hỏng xảy chủ yếu động truyền động quán tính tải tương đối cao thường xuyên khởi động, chẳng hạn quạt hút cảm ứng trạm phát vận hành chế độ "hai tốc độ" Các vị trí lực minh họa hình 3.2, đó, lực là: Fc = Lực điện từ dẫn Fb = Giãn nở nhiệt / lực ly tâm phần mở rộng dẫn bên lõi Fsc = Giãn nở nhiệt / lực ly tâm vòng ngắn mạch Fr = Lực vành giữ (nếu trang bị) Quy trình chung Mỗi động khởi động, lực mô tả phần tác dụng lên cuộn dây để gia tăng áp lực khí Một số lực tạm thời rotor tăng tốc độ, lực khác giữ động vận hành Nguyên nhân chu kỳ mỏi thay đổi ứng suất dây quấn rotor trạng thái dừng chạy máy Các lực này, mà chủ yếu ảnh hưởng đến chế tạo dây quấn rotor, mô tả chi tiết sau Lực điện từ dẫn (Fc) Mỗi động khởi động, lực điện từ đặt vào dẫn vùng rãnh Những lực xuất gấp hai lần tần số dịng điện rotor tỷ lệ với bình phương dịng điện rotor Do đó, chúng quan trọng q trình khởi động, chúng gây hư hỏng mỏi dẫn lỏng rãnh Điều thường hay xảy chế tạo thiết kế dây quấn đúc rotor Trang 120 Hình 3.2 Các lực khí khác xuất rotor cảm ứng lồng sóc Hình 3.3 Biến dạng dẫn rotor bên rãnh lực lúc khởi động động Trang 121 Lực dẫn giãn phía bên ngồi lõi (Fb) Các lực đạt giá trị cao thời gian khởi động kết từ kết hợp biến dạng nhiệt lực ly tâm dẫn vành ngắn mạch mà chúng kết nối Kết có biến dạng kết cấu phần đầu nối dây quấn, minh họa hình 3.3 Các chu trình biến dạng xảy khởi động tắt máy gây hư hỏng phần mở rộng dẫn, vòng ngắn mạch, khớp nối chúng tính mỏi Những ứng suất trở nên đáng kể sản xuất dây quấn rotor mà bị lỏng rãnh Trong tình này, tồn cuộn dây di chuyển hướng trục theo hướng để thay đổi hình dạng phần đầu nối dây quấn Thông thường, hư hỏng dẫn hay khớp nối xảy trình điểm đầu nơi phần mở rộng dẫn ngắn mạch Lực vành ngắn mạch (Fsc) Mỗi động khởi động, vành ngắn mạch ép giãn nỡ nhiệt từ nhiệt dòng điện lực ly tâm, khiến chúng mở rộng hướng kính Cũng ứng suất vành, giãn nở tác động lên vào phần mở rộng dẫn Một lần nữa, thay đổi ứng suất khởi động tắt máy gây hư hỏng vành ngắn mạch từ chu trình mỏi Lực vành hãm (Fr).Trong động hai cực bốn cực cơng suất lớn, Fb Fsc kiểm sốt cách lắp vịng hãm khơng điện từ đầu dẫn vành ngắn mạch miêu tả hình 3.4 Hình 3.4 Vịng hãm vành ngắn mạch Trang 122 Nguyên nhân  Hình dạng dây quấn cộng với trình khởi động dừng thường xuyên quán tính tải tương đối cao  Khởi động trực tiếp liên tục  Thanh dẫn rotor lỏng rãnh Triệu chứng thƣờng gặp  Thanh dẫn điểm nối từ dẫn đến vành ngắn mạch phần đầu nối dây quấn bị nứt vỡ Nó thường đầu nơi độ giãn dẫn ngắn có di chuyển hướng trục dây quấn lồng sóc  Nứt bị gãy vành ngắn mạch  Nứt gãy dẫn rãnh, cộng với dẫn lỏng  Lõi tôn cán bị cháy  Thời gian khởi động tăng lên tiếng ồn lúc khởi động  Mức độ rung động dòng điều hòa dây quấn stator tăng lên 3.4.3 Thiết kế/ sản xuất Có số lượng thiết kế sản xuất trục trặc gây hư hỏng, gia tăng hỏng hóc học Đó là:  Hình dạng phần đầu dây quấn giá đỡ  Thanh dẫn rãnh bị lỏng lõm nhiều thiết kế sản xuất thực tế  Chất lượng điểm hàm thiếc hay hàn đồng từ dẫn đến vành ngắn mạch chế tạo cuộn dây  Khe hở khơng khí dây quấn rotor nhơm đúc Quy trình chung ngun nhân Hình dạng dây quấn giá đỡ Những ứng suất mô tả mục 1.3.4 1.3.5 giảm thiểu có thiết kế tốt mà có tính đến độ dài mở rộng dẫn, kích thước vành ngắn mạch, cấu trúc bề mặt từ dẫn đến vành ngắn mạch, lựa chọn hàn thô hay hàn kỹ thuật, vật liệu sử dụng Ngoài ra, định vòng hãm sử dụng rotor hai hay bốn cực lớn để giúp kiểm soát chu trình ứng suất phần đầu nối dây quấn Trang 123 Bất kỳ điểm yếu thiết kế dây quấn rotor dẫn đến hư hỏng sớm mà số trường hợp xảy sau vài tháng hoạt động Thanh dẫn lỏng rãnh thiết kế chế tạo Bất kỳ thiếu hụt thiết kế dẫn đến tổn hảo dẫn cài chặt rãnh sử dụng dẫn không vừa dẫn đến dẫn chùng hư hỏng Nếu số dẫn khơng bị lỏng, mà cịn giãn nở khơng chúng xảy q trình vận hành động tạo lực đủ mạnh để bẻ cong rotor làm cân Có nhiều phương pháp khác để đảm bảo dẫn chặt, bao gồm:  Có lớp chèn phù hợp dẫn rãnh góc rãnh  Đưa lớp chèn thép nêm vào rãnh chữ V lõi thép bên dẫn  Làm biến dạng dẫn cách dập nóng đầu chúng có rãnh  Sử dụng lót thép thích hợp lắp dẫn rãnh Chất lượng hàn đồng hay hàn thiếc từ dẫn tới vành ngắn mạch Chất lượng điểm nối hàn đồng hay hàn thiếc dẫn vành ngắn mạch phụ thuộc vào kỹ kinh nghiệm người thực thời gian sản xuất hay sửa chữa dây quấn rotor Ngoài ra, việc đảm bảo chất lượng thực hành sử dụng để xác minh tính tồn vẹn mối nối đóng vai trị lớn việc phát sai sót sửa lại cho xác Sản xuất mối nối chất lượng cao không đảm bảo nhanh chóng làm khớp nứt ứng suất cao chúng trình khởi động dừng động cơ, lực ly tâm suốt trình vận hành Thiết kế sản xuất vành ngắn mạch Một số nhà sản xuất cán đồng hình chữ nhật, hợp kim đồng, hợp kim nhôm để tạo thành vành ngắn mạch Hai đầu cuối phải hàn đồng hàn điện Vì mối đơi bị nứt, thiết kế khơng khuyến cáo cho tải qn tính cao Rỗ khí dây quấn làm nhơm đúc Hư hỏng khó nhận biết trước đó, hầu hết trường hợp, rỗ khí khơng bề mặt dây quấn nơi chúng nhìn thấy Khiếm khuyết gây vấn đề sau đây:  Nếu rỗ khí tạo mạch hở dẫn, động biểu triệu chứng liên kết với dẫn bị hỏng, dẫn đến rung động cao dải biên dòng stator Trang 124  Sự tăng nhiệt dây quấn rotor phân bố khơng dịng điện dây quấn rotor xuất rỗ khí gây nhiệt độ trục mức Nhiệt độ cao làm cho vịng vịng bi lăn mở rộng – yếu tố gây giãn nở đến mức vịng bi bị hỏng  Rỗ khí dẫn tạo độ giãn không dây quấn rotor lồng sóc tạo lực làm cong rotor làm cân Triệu chứng thƣờng gặp Hình dạng phần đầu nối dây quấn giá đỡ  Sự hư hỏng sớm phần giãn nỡ dẫn phần đầu lõi vành ngắn mạch  Khơng có vịng hãm rotor lớn quán tính cao  Nứt vành ngắn mạch Lỏng dẫn rãnh thiết kế chế tạo  Tiếng ồn lúc khởi động ảnh hưởng lực điện từ cao  Hỏng dẫn bên lõi  Dấu hiệu phóng hồ quang dẫn lõi  Sự chuyển vị hướng trục dây quấn lồng sóc  Chuyển động hướng kính dẫn có cơng suất lực Chất lượng hàn đồng hay hàn điện từ dẫn đến vành ngắn mạch  Hư hỏng sớm mối nối từ dẫn đến vành ngắn mạch  Tăng thời gian khởi động tiếng ồn thời gian khởi động  Phân tích luyện kim cho thấy hàn đồng chất lượng Thiết kế chế tạo vành ngắn mạch  Vành nối hàn đồng hay hàn điện bị vỡ  Vết nứt vành liền khối Rỗ khí dây quấn rotor làm nhơm đúc  Các mức rung động rotor cao với tải khác  Hư hỏng ổ bi sớm khoản tĩnh không (khe hở) nhiệt đọ trục cao 3.4.4 Sửa chữa Kỹ thuật sửa chữa dây quấn rotor lồng sóc phụ thuộc nhiều vào kiểu dây quấn Cuộn dây chế tạo đơi sửa chữa cách thay số Trang 125 thành phần Mặt khác, rotor đúc sửa chữa cách thay chúng với dây quấn hoàn toàn kiểu chế tạo tương tự Trong nhiều trường hợp, kinh tế để thay toàn rotor dây quấn đúc hỏng khơng có rỗ khí đáng kể bên Nứt hỏng vành ngắn mạch Khi khơng có dấu hiệu dẫn nứt, hư hỏng vành ngắn mạch gia cơng thay Hàn đồng hàn điện để sửa chữa vết nứt vành ngắn mạch không khuyến cáo ứng suất khí cao đặt lên làm chúng hư hỏng Nếu vành ngắn mạch tạo dải cán đồng hợp kim đồng thành hình dạng hàn đồng hay hàn điện thau đầu với nhau, xem xét để cài đặt khuôn hay dập ép miếng vành một, mạnh mẽ Trước vòng ngắn mạch lắp đặt, vùng dẫn mà hàn đồng hay hàn điện nên gia công để cung cấp bề mặt sẽ, giúp đảm bảo liên kết tốt Thanh dẫn bị nứt hỏng Nếu dẫn nứt vỡ tìm thấy, khuyến khích để thay tất dẫn rotor dẫn khác hầu hết có khiếm khuyết tương tự Nếu có thể, lý dẫn bị nứt cần làm rõ Liên quan đến thiết kế, thiết kế vật liệu dẫn rotor cần thay đổi để giảm thiểu khả hư hỏng Nếu liên quan đến khiếm khuyết sản xuất, kỹ thuật sản xuất áp dụng cho dây quấn nên xem xét để đảm bảo chúng không gây cố tương tự Nếu dẫn bị hỏng có gây hư hỏng lõi sửa chữa cách thay tôn mỏng, sau tất dẫn thay Ngoại trừ trường hợp khẩn cấp, dẫn bị nứt không nên sửa chữa hàn đồng hàn điện khắc phục ngắn hạn Thanh dẫn lỏng Nếu rãnh roto mở bên trên, vấn đề thường sửa chữa cách rèn khuôn đỉnh với đục vịng quanh đầu Nếu rãnh hồn tồn kín, kỹ thuật khơng thể sử dụng Ngâm rotor nhựa polyester hay nhựa epoxy ép nóng kỹ thuật sửa chữa khuyến khích liên kết nhựa dẫn lõi dần bị nứt, đặc biệt nhiệt độ cao xuất trình khởi động Điều dẫn tới xuất dẫn lỏng chặt, giãn nở khác trình khởi động gây trục uốn mức độ rung cao Rotor hai cực nhạy cảm cho vấn đề Vì để siết lại dẫn rotor lỏng, quấn dây lại cần thiết Trang 126 KẾT LUẬN Một động hay máy phát khơng thể vận hành an tồn cách điện với mơi trường cách điện vòng dây hay bối dây dẩn bị hư hỏng hay bị thoái hoá Sự cố chạm dây, chạm mát hay chạm đất gây tổn hao điện năng, thất lượng cịn gây nguy cháy nổ, nguy hiểm đến tính mạng người vận hành Điều nói lên cách điện dây quấn máy điện quay quan trọng Thông qua đề tài này, ta nhận thấy để động máy phát hoạt động cách bình thường, lâu dài cần phải có phương pháp bảo dưỡng, kiểm tra thường xuyên sửa chữa sau phát hư hỏng, sai sót vận hành máy Việc kiểm tra quan sát mắt quan trọng đến kiểm tra phức tạp kèm theo thiết bị chuyên dụng Qua luận văn, tác giả hy vọng tài liệu tham khảo để người tìm hiểu vận dụng để bảo quản, vận hành máy móc lâu dài an tồn Trang 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO : S J Chapman, Electric Machinery Fundamentals, 3rd ed., McGraw-Hill, 1999 M G Say, Alternating Current Machines, Pitman Publishing, 4th ed., 1976 IEC Standard 60034, ―Rotating Electric Machines—Part 5, Classification of Degrees of Protection Provided by Enclosures; Part 6, Methods of Cooling.‖ B.E.B Gott, ―Application of Air-Cooled Generators to Modern Power Plants,‖ IEEE Electric Machines and Drives Conference, Seattle, May 1999, pp 317–319 A.P.Khôngpp et al., ―Comparison of Maximum Rated Air-Cooled Turbogenerators with Modern Hydrogen Cooled Generators,‖ CIGRE Paper 11-202, September 1992 B.J.Moore, R H Rehder, and R E Draper, ―Utilizing Reduced Build Concepts in the Development of Insulation Systems for Large Motors,‖ In Proceedings of IEEE Electrical Insulation Conference, Cincinnati, October 1999, pp 347–352 P.Clark, N Glew, and R Regan, ―Solutions for MV Motors and Generators in Hazardous Locations,‖ In Proceedings of IEEE Petroleum and Chemical Industry Conference, Philadelphia, Sept 1996, pp 49–60 J.F.Calvert, ―Forces in Turbine Generator Stator Windings,‖ Trans of AIEE, 1931, pp 178–196 E Kuffel, J Kuffel, and W S Zaengl, High Voltage Engineering, ButterworthHeinemann, 1998 10 J H Mason, ―Breakdown of Solids in Divergent Fields,‖ Proc IEEE, Part C, 1955, p 254 11 D S Hyndman et al., ―Twintone Bar/Slot Interface to Maximize the Benefits of Modern High Voltage Stator Ground Insulation,‖ In Proceedings of IEEE Electrical Insulation Conference, Chicago, October 1981 12 K Nyland and R Schuler, ―Insulation Systems for Synchronous Machines,‖ In Proceedings of International Conference on Synchronous Machines, Zurich, August 1991, pp 182–188 13 M R Patel and J M Butler, ―Endwinding Vibrations in Large Synchronous Generators,‖ IEEE Trans PAS, May 1983, pp 1371–1377 Trang 128 14.J F Lyles, ―Procedure and Experience with Thermoset Stator Rewinds of Hydraulic Generators,‖ in Proceedings of the IEEE Electrical Insulation Conference, Chicago, pp 244–254 October 1985 15 G C Stone, R G VanHeeswijk, and R Bartnikas, ―Investigation of the Effect of Repetitive Voltage Surges on Epoxy Insulation,‖ IEEE Trans EC, 754–759, December 1992 16 G C Stone, S Campbell, and S Tetreault, ―Inverter-Fed Drives: Which Motors are at Risk?‖, IEEE Industry Applications Magazine, 17–22, Sept 2000 17 B K Gupta et al., ―Turn Insulation Capability of Large AC Motors: Part 1—Surge Monitoring; Part 2—Impulse Strength; Part 3—Insultion Coordination,‖ ber 1987 18 S R Campbell and G C Stone, ―Examples of Stator Winding Partial Discharge Due To Inverter Drives,‖ in IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 231–234 19 T Shugg, Handbook of Electrical and Electronic Insulation Materials, 2nd ed., IEEE Press, 1995 20 M P Manning and R T Lambke, ―Analysis of Stator Winding Clip-to-Strand Leaks,‖ paper presented at EPRI Conference on Maintaining the Integrity of Water-Cooled Stator Windings, Atlanta, June 1995 21 T Sallade, R Boberg, and B Schaefer, ―Development Statues of an Anaerobic Sealant Process for Global Repair of Leaking Stator Clips,‖ paper presented at EPRI Conference on Maintaining the Integrity of Water-Cooled Generator Stator Windings, Tampa, November 1996 Trang 129 ... THỐNG CÁCH ĐIỆN TRONG DÂY QUẤN MÁY ĐIỆN QUAY 1.1 Các loại máy điện cấu tạo dây quấn 1.1.1 Các loại máy điện quay Các máy điện quay loại từ 1HP 1KW trở lên phân thành loại lớn : (1) động điện- biến... nối dây quấn Hình 1.8 Tiết diện ngang rãnh stator dây quấn mềm 1.2.1 Cách điện sợi cách điện vòng Cách điện sợi Trong cuộn stator dây quấn mềm, cách điện sợi có chức cách điện vịng, ống cách điện. .. thống cách điện máy điện quay Trang Bố cục luận văn Chương : Tổng quan chung hệ thống cách điện dây quấn máy điện quay Chương : Nguyên nhân gây cố hỏng hóc dây quấn stator máy điện quay cách khắc