電機的絕緣重要性及匝間試驗

“絕緣”一詞有兩個含義，一是從廣義角度講絕緣是指跟外界或某一事物隔絕，不發(fā)生接觸；二是狹義的通常指阻滯熱、電或聲的傳導(dǎo)。我們這里說的絕緣指的是后者，而且更加狹義地指電氣的絕緣。所謂電氣絕緣是指將不同電位的帶電導(dǎo)體隔離的材料、結(jié)構(gòu)和措施。也就是說，絕緣是“夾在”不同電位的導(dǎo)體之間，起到阻隔電流直接流通、保持各自電位的東東。用于絕緣的材料一是要有極大的電阻率，這樣才能起到阻隔電流的目的；二是要能夠承受足夠高的電場強度，因為既然是隔離不同電位的導(dǎo)體，不同電位就表示兩個導(dǎo)體之間存在電位差（即電壓），存在電位差就會在絕緣中存在電場，如果電場強度過高，就會擊穿絕緣材料，使之阻隔功能失效。絕緣是電氣設(shè)備的命脈，電氣設(shè)備的壽命很大程度上取決于絕緣的壽命，一旦絕緣失效，輕則停機大修影響使用，重則機毀人亡，因此在制造過程中和出廠試驗時，絕緣檢測是必不可少的關(guān)鍵內(nèi)容。電氣設(shè)備的絕緣按功能分可分為：對地絕緣、相間絕緣、匝間絕緣等，其中對地絕緣和相間絕緣在設(shè)備正常工作時承受相電壓和線電壓，在故障、誤操作等特殊情況下還要承受比正常工作電壓更高的電壓，因此也稱其為主絕緣。主絕緣除了保證設(shè)備正常工作外，還承擔著設(shè)備和人身安全的作用，一旦主絕緣損壞造成的后果往往非常嚴重，因此主絕緣也是電氣設(shè)備在設(shè)計、制造和檢測方面格外需要注意的。對于電機的主絕緣，往往采用云母帶、NMN（或NHN）復(fù)合材料、電工薄膜等高電阻率、耐壓強度高的絕緣材料制成。除了主絕緣外，電氣設(shè)備往往包含線圈或繞組等部件，這些部件是由電磁線經(jīng)多圈（匝）繞制而成，設(shè)備運行時匝與匝之間電位不同，因此也需要絕緣，該絕緣稱為匝間絕緣，由于設(shè)備運行時相電壓或總電壓是分配到各匝之間分別承擔的，因此匝間的工作電壓往往比相電壓和線電壓要低一些，但也有一些情況下并不是相鄰兩匝相互挨著，也可能首匝與末匝挨在一起，比如在同一個槽內(nèi)的散嵌繞組，就有可能首匝與末匝挨在一起，因此匝間絕緣也可能承受相電壓，這就要求匝間絕緣必須按能夠承受相電壓來設(shè)計，通常匝間絕緣采用電磁線本身自帶的絕緣層來承擔，對于漆包線匝間絕緣就是漆包線的漆膜，對于各種繞包線就是其繞包的絕緣材料。電機的繞組在制造過程中需要經(jīng)過繞線——嵌線——整形——綁扎——浸漆——烘焙等多道工序，如果是成型繞組還要增加漲型、敲型、包帶、模壓等工序，各工序之間還要經(jīng)過多次流轉(zhuǎn)，這些工序間對絕緣都會產(chǎn)生不良影響。因此工序間的絕緣檢測至關(guān)重要。關(guān)于繞組的絕緣檢測包括絕緣電阻、絕緣耐壓、介損、局部放電等項目，其中最常見的檢測項目是絕緣電阻和絕緣耐壓試驗，絕緣耐壓試驗又包括相間耐壓、對地耐壓、匝間耐壓等多個子項目，這些試驗所用的儀器、檢測原理、試驗方法也各不相同。由于其它試驗項目如絕緣電阻、對地耐壓、相間耐壓、介損等項目的試驗方法和原理比較簡單，這里不做重點介紹，唯有匝間耐壓試驗的原理和試驗方法較為復(fù)雜，匝間耐壓不能像對地耐壓那樣直接施加試驗電壓，而要看“波形”？那個“波形”是個神馬？它是怎么來的？原理是什么？怎么判斷波形是否合格？耐壓試驗就是在絕緣材料或絕緣結(jié)構(gòu)的兩端施加一定的電壓，并維持一定的時間，考核絕緣材料和結(jié)構(gòu)承受電場強度的能力，考慮到電氣設(shè)備運行時的各種誤操作、故障工況等特殊情況，為保證絕緣的壽命和可靠性并有一定的設(shè)計裕度，同時為了減少試驗時間，通常施加的試驗電壓要遠高于正常運行時的工作電壓，達到正常工作電壓的數(shù)倍乃至十余倍。按施加的試驗電壓種類分，耐壓試驗可分為交流耐壓試驗和直流耐壓試驗。對于對地絕緣和相間絕緣，由于絕緣兩邊的導(dǎo)體被絕緣結(jié)構(gòu)分隔，而絕緣材料的電阻極大，施加試驗電壓后漏電流和電容電流（對交流耐壓試驗）很小，因此可以直接將試驗電壓直接施加到絕緣結(jié)構(gòu)兩邊的導(dǎo)體上，并可以維持一定的時間。匝間絕緣就不同了，匝間絕緣的兩端是同一個線圈的不同匝（或相鄰匝），而不同匝之間的導(dǎo)體是相互連通的，即匝間絕緣兩端的導(dǎo)體是同一個導(dǎo)體，運行時不同匝之間存在電位差，但在靜電場下導(dǎo)體處處是等電位的。如果在線圈不同匝之間施加一個很高的直流試驗電壓，由于導(dǎo)體的直流電阻很小，相當于把試驗電壓短路，根據(jù)歐姆定律I=U/R，必然會產(chǎn)生極大的試驗電流，可能還沒等考核出絕緣的耐壓，線圈和試驗設(shè)備就會過熱。即使是施加交流試驗電壓，由于試驗電壓極高，線圈的磁路會極度飽和，使得線圈的電感很小，同樣也會產(chǎn)生極大的試驗電流而使線圈和設(shè)備瓦塌桿P燒毀！因此在做匝間耐壓試驗時不能像做對地耐壓試驗?zāi)菢樱苯釉谕粋€線圈的不同匝之間持續(xù)施加一個很高的試驗電壓！匝間沖擊耐壓試驗就是根據(jù)以上介紹的原理，通過觀察振蕩衰減波形來判斷匝間絕緣故障和隱患的。然而針對一個被試線圈，卻無法只根據(jù)它的波形來判斷是否異常，必須要有一個標準的參考線圈波形做比較才能對比出被試線圈是否異常。因此在實際進行匝間耐壓試驗時，至少要有兩個線圈，一個是標準參考線圈作為對比的對象，另一個作為被試線圈，匝間耐壓試驗儀會自動給兩個線圈快速交替地施加同樣的脈沖電壓，分別采集兩個線圈的響應(yīng)波形，如果兩個波形完全重合，就說明兩個線圈的參數(shù)完全相同，如果參考線圈不存在匝間絕緣故障和隱患，那么就可以判斷被試線圈同樣不存在匝間故障和隱患。在電機中，由于三相繞組都是對稱的，三相繞組的參數(shù)也完全一致，因此可以用三相繞組相互作為參考線圈和被試線圈，只要兩兩對比波形一致即可判定匝間絕緣良好，因為不太可能三相繞組中的兩個線圈出現(xiàn)一模一樣的故障。當然實際的三相電機繞組雖然理論上設(shè)計是完全一致的，但由于存在制造和裝配散差，不可能完全一模一樣，特別是散嵌繞組，即使是匝數(shù)、接線完全相同，各匝在槽內(nèi)的相