沖擊過電壓包括大氕過電壓和內(nèi)部過電壓(操作過電壓、不對稱短路過電壓和多參數(shù)諧振過電壓)。值得在此做特別說明的是,操作過電壓是對傳統(tǒng)的高壓油開關(guān)而言,而且設(shè)計匝間的耐沖擊最大過電壓Us(幅值)計算公式也都是依據(jù)傳統(tǒng)的理論概念所推導出來的,即沖擊過電壓的沖擊波沿著東莞電機繞組中傳遞理論基礎(chǔ)是按著等值電路分布于繞組線圈逐匝導體上的。目前世界各國所遵循的國際標準KC 10034— 15:1995也是以上述理論為準則而制定匝間試規(guī)范的惟一標準。
值得說明的是:1987年我國頒布了行業(yè)標準JB/Z 293—1987 《交流壓電機定子繞組 匝間絕緣試驗規(guī)范》;1999年又做了修訂,即JB/T 10098—1999;2000年根據(jù)電機工業(yè)的發(fā)展形勢和環(huán)球電機出口的需要,國家又再次做了上述行業(yè)標準的修訂,即JB/T10098—2OOO 《交流電機定子成型線圈耐沖擊電壓水平》。新標準在試驗范圍上比JB/T 10098—1999 (JB/ Z293—1987)有所擴大,在試驗限值上也有所提髙。但新標準依然等同于國際標準IEC 60034-15:1995。
東莞電機廠按傳統(tǒng)等值電路分布理論的分析前提是,沒有考慮繞組線圈匝間絕緣的耦合作用,更沒有考慮過電壓沖擊波的髙頻諧波頻率的不同特性所產(chǎn)生互感性因素的作用。因此,試驗也證明理論與實際的差距是很大的。
從20世紀80年代初世界各國就開始研究匝間時互感性作用,并對單只線圈的沖擊過電壓的分布進行了模擬計算,其計算與實際所測試的結(jié)果基本是一致的,尤其是建立了多導體傳遞髙頻沖擊過電壓的理論研究和矩陣計算技術(shù)的應(yīng)用,使其有了新的發(fā)展,并更符合實際。但是,在電機工業(yè)實際生產(chǎn)的電機產(chǎn)品中沖擊過電壓的頻率,波前時間、波形和沖擊次數(shù),東莞電機的繞組型式、絕緣結(jié)構(gòu)、繞組線圈匣數(shù)、繞組結(jié)線方式、鐵心長度、磁路結(jié)構(gòu),又是多種多樣的。所以,準確地掌握各種髙壓電動機繞組過電壓實際分布狀態(tài),依然是困難 的。即使是目前理論研究有所進步和發(fā)展,尤其是測試技術(shù)和模擬計算技術(shù),也依然不能以新理論和研究分析為依據(jù)制定匝間絕緣規(guī)范和匯間絕緣試驗規(guī)范。
東莞電機廠從多年實際工作的統(tǒng)計資料分析來看,至80年代中期以前因沖擊過電壓所導致 的事故偶有發(fā)生,但事故率很低。但從80年代末開始沖擊過電壓所導致的事故突然增加,尤其是近年來我國普遍采用高壓真空開關(guān)作為電動機的供電控制開關(guān)以后,沖擊過電壓事故頻頻發(fā)生,事故率非常高,已不容忽略,必須認真地進行研究。另外,如果按照傳統(tǒng)理論來分析沖擊過電壓所導致的事故原因,那么電動機繞組損壞的部位應(yīng)當發(fā)生在絕緣強度薄弱的部位。但實際上并不是這樣的,沖擊過電壓損壞部位的特征是:擊穿部分位于電動機三相引入端U、V、W相端第一個線圈的首匝、第二匪或第三匣,并位于鐵心槽口外不遠的繞組線圈端部,即線圈承受機械變形最大和電磁場強度最集中的部位。所以從沖擊過電壓損壞部位的特征來看,沖擊過電壓在繞組中的分布不是均等的。
從國外電機行業(yè)所發(fā)表的專業(yè)報道有關(guān)操作過電壓試驗的實測數(shù)據(jù)進行分析,雖然尚不能得出系統(tǒng)性的結(jié)論,但對我們討論真空開關(guān)操作過電壓是非常必要的。下面將試驗的實測數(shù)據(jù)做重點說明。
(1)在髙壓真空開關(guān)的工況下,操作電壓的分布不是均等的。而東莞電機相端相引接線第一個線圈)的電壓分擔率為75%左右,髙壓真空開關(guān)所產(chǎn)生的最短波前時間約為0.2μs,沖擊過電壓是一個電容和電感的髙頻諧振沖擊過電壓,而且與波前時間有著密切關(guān)系,即在同樣的工況下,波前時間越短,其匝間所承受的沖擊電壓越髙。
(2)在真空開關(guān)的工況下,沖擊過電壓的髙低與環(huán)球電機的電壓等級有關(guān)。僅就髙壓真 空開關(guān)操作過電壓而言,可分為真空斷路器或真空接觸器的關(guān)合過電壓神擊和開斷過電壓沖擊兩種。其中關(guān)合過電壓在環(huán)球電機的繞組中性點接線為不接地絕緣時,有可能達到3倍的額定相電壓幅值。而對東莞電機絕緣繞組威脅最嚴重的是開斷過電壓,開斷過電壓又可分為截流過電壓、多次重燃過電壓以及三相間時開斷過電壓。截流過電壓,一般可達3~4倍的額定相電壓幅值;多次重燃過電壓,最髙可達6~7倍,電壓等級越髙,其重燃次數(shù)就越多,而且波前時間就越短,其破壞威脅也就越嚴重;三相同時開斷過電壓,雖然概率很低,但其過電壓幅值可達10倍以上額定相電壓幅值,甚至更髙,也是不容忽視的。
(3)在高壓真空開關(guān)工況下,操作過電壓倍數(shù)與東莞電機的功率大小有關(guān)。僅就中型電動機而言,操作過電壓的倍數(shù)隨著功率的減小,而有急劇增加的趨勢。故在我國煤礦專業(yè)規(guī)程中明確規(guī)定:“小功率電動機嚴禁使用真空開關(guān)?!?/span>
(4)在髙壓真空開關(guān)工況下,操作過電壓倍數(shù)和發(fā)生概率與所敷設(shè)的電纜長度有關(guān)。當所敷設(shè)的電纜長度在100~200時,沖擊過電壓的倍數(shù)最大,沖擊過電壓的發(fā)生概率也最髙。
綜上所述,目前世界各國依然都在探討、研究如何防范髙壓真空開關(guān)操作過電壓,對髙 壓電動機繞組匝間絕緣結(jié)構(gòu)所造成的嚴重破壞問題。
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