对端部防晕结构及材料的要求与槽部类似,不同的是要求具有良好的非线性。
3.1端部防晕结构的数值分析
端部防晕材料及结构的非线性可用下式表示:P一Poe一“其中:p—非线性电阻率(。.cm或卿户一一本征线性电阻率(Q.cm或Q)刀—非线性系数(em/kv)E—电位梯度有效值(kWcm)端部防晕结构(见图1)的物理模型是一个分布参数的阻容链电路。由其导出的数学模型是超越复杂函数非线性二阶常微分方程。采用适当的计算方法利用计算机对该方程进行求解.可以优化端部防晕结构,从而使得:
端部防晕材料及结构的非线性可用下式表示:P一Poe一“其中:p—非线性电阻率(。.cm或卿户一一本征线性电阻率(Q.cm或Q)刀—非线性系数(em/kv)E—电位梯度有效值(kWcm)端部防晕结构(见图1)的物理模型是一个分布参数的阻容链电路。由其导出的数学模型是超越复杂函数非线性二阶常微分方程。采用适当的计算方法利用计算机对该方程进行求解.可以优化端部防晕结构,从而使得:
(1)各级防晕层(包括各级问的搭接层)的始端电位梯度,在耐压试验时不超过8.1kV/emo(2)各级防晕层(包括各级间的搭接层)的始端单位表面损耗在同一数量级内,且不超过0.6W/emZ。
(3)最后一级防晕层的末端对导体的电压在规定的指标内
(4)在1.SUN下,最高电位梯度不超过为有效地均匀端部电场,一般采用多级防晕结构(包括槽部防晕层的延伸,称为低阻层)。但目前只用到2级或3级。因为级数过多会给级间参数配合带来困难,而且工艺也比较复杂。低阻层的线性阻值与槽部一样为103~10“O,其长度与高压电机的额定电压及非有效铁芯的形状尺寸有关。中低阻搭接层、中阻层、中高阻搭接层及高阻层的长度和非线性参数可根据计算机优化程序而确定。也可以用试验的方法来确定。一些电压等级的端部防晕结构参数可按表1设计.表1的参数是通过数值分析与试验相结合的方法获得的,并参照了一些成型老产品的结构参数。并在一些产品中得到应用.水轮发电机定子线圈端部较短,按表1的长度有困难时,可在保证3‘1中的(i)、(2)、(3)和(4)要求的前提下重新优化参数,以调整防晕层的长度尺寸。
在一些老的防晕结构中,防晕层的始末端均沿渐开线的法向(图2),在耐压试验中A与B点是等电位的.而A与C点的电位不等,两线圈间最小距离为AC。当(试验电压较高)A与C间电位差较大,AC较小时,A、C间易产生放电。若改变这种结构为始末端垂直于电机轴线的结构(图3),则可使这个问题得以解决。图3中.B与C点重合,两线圈间最小距离AC一AB。而A、B间是等电位的,故在耐压试验中不会产生放电。这种结构实施起来若采用涂刷型工艺比较方便,而一次成型工艺则比较困难。
由于端部防晕结构要求是非线性的,所以使用的半导体漆(带)必须具有良好的非线性。端部防晕材料的非线性目前靠加人具有《绝缘材料通讯》筋N。苏35非线性的SIC微粉来调整。SIC微粉,半导体漆(带)的特性参数可用完善的试验方法(5)来测试控制。
端部多采用非线性半导体漆的涂刷型与半固化型半导体带的一次成型工艺。如槽部所述一样,用半导体漆的涂刷型工艺,虽主绝缘与防晕层互不影响,但工艺时间长且污染环境。半固化型半导体带的一次成型工艺的缺点是主绝缘与防晕层的参数相互影响。全固化型半导体带的一次成型工艺.由于带间阻值不连续的问题没有彻底解决.所以在端部应用的条件还不成熟。聚丙烯睛(PAN)半导体带是(VPI)整浸电机较为理想的防晕材料,目前已在小型电机上应用效果较好.但其起晕电压较低10一13kV,应用于较高电压等级的电机还有待于进一步的提高与完善。
3.3附加绝缘和理盖漆
目前的端部防晕结构大多都在防晕层外加有附加绝缘和覆盖漆(图1中的8)。其作用是:由于选用的附加绝缘和覆盖漆的介电常数小于主绝缘的介电常数.使得防晕层附近的空气中法向场强降低,从而提高起晕电压。而且附加绝缘和覆盖漆的耐电晕、耐电弧和防晕性能都远好于半导体层。覆盖漆的另一个重要作用是“覆盖”SIC在高场强作用下场致发光所产生的“青光”.以消除这种“假电晕,现象。带附加绝缘的防晕结构的返修比较麻烦‘目前附加绝缘使用的材料有多胶粉云母带,聚酚亚胺粘带等,覆盖漆有醇酸瓷漆、环氧酷瓷漆及沥青漆。结构形式有:多胶云母带(叠绕2一3层)附加绝缘外涂刷瓷漆、云母带附加绝缘外包聚酷亚胺粘带再刷瓷漆或沥青漆。亚胺粘带和沥青漆的相对介电常数较小(。,二2),可获得较高的起晕电压。但沥青漆的耐热性能较差。
目前的端部防晕结构大多都在防晕层外加有附加绝缘和覆盖漆(图1中的8)。其作用是:由于选用的附加绝缘和覆盖漆的介电常数小于主绝缘的介电常数.使得防晕层附近的空气中法向场强降低,从而提高起晕电压。而且附加绝缘和覆盖漆的耐电晕、耐电弧和防晕性能都远好于半导体层。覆盖漆的另一个重要作用是“覆盖”SIC在高场强作用下场致发光所产生的“青光”.以消除这种“假电晕,现象。带附加绝缘的防晕结构的返修比较麻烦‘目前附加绝缘使用的材料有多胶粉云母带,聚酚亚胺粘带等,覆盖漆有醇酸瓷漆、环氧酷瓷漆及沥青漆。结构形式有:多胶云母带(叠绕2一3层)附加绝缘外涂刷瓷漆、云母带附加绝缘外包聚酷亚胺粘带再刷瓷漆或沥青漆。亚胺粘带和沥青漆的相对介电常数较小(。,二2),可获得较高的起晕电压。但沥青漆的耐热性能较差。
附加绝缘和覆盖漆应覆盖低阻层至少20mm,覆盖最末级防晕层外至少20mm。
3.4耐压试验时所采取的辅助防晕措施为防止在耐压试验过程中产生电晕和放电.可采取一些辅助措施。试验电压较高的电机下线后,若线圈间隙较小可充入气体介质来防止电晕和线圈问放电。如SF。气体.
其比重大可稳定在电机线圈周围,而且具有优良的介电性能,能有效地防止电晕和放电。也可以在端部临时绑扎半导体带以防止防晕层对端部放电。
目前,我国模压体系涂刷型电机定子线圈起晕电达45kV以上,瞬时闪络电压95kV以上;一次成型的起晕电压达55kV以上,瞬时闪络电压达115kV以上。浸渍体系的起晕电压为10一13kV。
美国西屋公司单只线圈在耐压试验时防晕层严重过热,致使lmin耐压试验分为前后3s进行,在中间进行充分的冷却。
