5.Нахождение повреждений в обмотках электромашин переменного тока,повреждения в обмотках возбуждения

Для нахождения повреждений в обмотках возбуждения машин переменного тока применяются те же способы, что и для нахождения повреждений в обмотках полюсов машин постоянного тока.
Для нахождения междувитковых замыканий в обмотках роторов явнополюсных машин по методу питания переменным током применяют напряжение 120— 500 В в зависимости от числа полюсов. При отсутствии надлежащего напряжения следует разделить катушки на группы.
При использовании этого метода для роторов турбогенераторов необходимо снять бандажи (каппы), приложить к обмотке ротора напряжение 110—120 В от источника переменного тока и при помощи заостренных стальных щупов (игл), которыми прокалывают изоляцию, измерить напряжение на отдельных катушках. Эти измерения необходимы и в тех случаях, когда некоторые дефектные места обнаружены осмотром, так как в обмотке могут быть и скрытые места повреждений.
Для определения соотношений между напряжениями на катушке с короткозамкнутыми витками и на исправных катушках был проведен соответствующий опыт .

На полюсной катушке № 6 шестиполюсного синхронного генератора были закорочены от одного до десяти витков при общем числе 118 витков на катушку и измерены напряжения на отдельных катушках (табл. П8-1).
Из этого опыта видно, что закорачивание только одного витка из 118 витков на катушке, т.е. менее 1 % общего числа всех витков, можно легко обнаружить при помощи переменного тока по резкой разнице напряжений на отдельных катушках. При испытании постоянным током междувитковое соединение, охватывающее такое незначительное число витков, обнаружить было бы невозможно. Из-за размагничивающего действия тока, индуктируемого в короткозамкнутых витках катушки № 6, напряжение на соседних катушках № 1 и 5 также понижается в сравнении с более отдаленными катушками № 2, 3 и 4.
При этом испытании ротор следует вывести из статора, так как в собранной машине в статоре могут индуктироваться опасные высокие напряжения.
Вместо того чтобы испытывать ротор, выведенный из статора, можно кратковременно подключить статор со вставленным ротором при разомкнутой цепи возбуждения к сети переменного тока пониженного напряжения, которое не должно превышать 15—20 % номинального. У многополюсных машин сила тока в статоре при этом обычно не превышает 25—50 % номинального тока.
Так как поле статора наводит ЭДС в обмотке ротора, то если в последней имеются короткозамкнутые витки, в них создается большой ток и дефектное место может быть обнаружено по сильному нагреванию. Можно также определить место междувиткового замыкания измерением напряжения на отдельных катушках: на дефектных катушках напряжение будет значительно меньше, чем на исправных. При таком испытании в роторе могут возникнуть высокие напряжения, поэтому прикосновение к обмотке или контактным кольцам ротора опасно для жизни.
Описанный способ определения места междувиткового соединения дает вполне надежные результаты при наличии устойчивого соединения в катушках (как во время вращения ротора, так и после его остановки). Значительно труднее определить место междувиткового соединения, если оно неустойчиво и появляется только при вращении ротора от действия центробежных сил. В таких случаях, если наружным осмотром не удается обнаружить «больное место», необходимо насадить на вал вспомогательное контактное кольцо и поставить вспомогательную щетку для снятия напряжения с отдельных катушек. Вместо вспомогательного кольца можно использовать также и вал. От всех междукатушечных соединений отводят контрольные провода, которые поочередно присоединяют к вспомогательному кольцу (или валу), причем первым присоединяют провод, идущий от середины обмотки возбуждения
(рис. П8-21). Остальные контрольные провода изолируют и надежно укрепляют на валу, чтобы при вращении ротора они не могли оторваться. После этого в ротор через контактные кольца дают переменный ток от источника с напряжением 120—150 В (для генератора с явно выраженными полюсами) и при помощи двух вольтметров V1 и V2 (рис. П8-21) измеряют напряжение между каждым контактным кольцом и валом (или вспомогательным кольцом). При отсутствии междувиткового соединения у неподвижного ротора оба напряжения должны быть равны. При разворачивании ротора в момент образования междувиткового соединения показания вольтметров становятся различными, причем напряжение на той половине обмотки, в которой находится поврежденная катушка, будет меньше напряжения на исправной половине обмотки.

Измерение можно производить также и одним вольтметром, измеряя поочередно напряжение между каждым из контактных колец и валом (или вспомогательным кольцом). В момент образования междувиткового соединения получается толчкообразное изменение показаний вольтметра, причем в исправной части обмотки напряжение увеличивается, а в неисправной части уменьшается. Само собой разумеется, что для этих измерений нужно применять вольтметр с достаточной чувствительностью.
В дальнейшем, после определения части обмотки, в которой находится дефектная катушка, поочередно присоединяют к контактному кольцу (или валу) контрольные провода от других катушек и посредством измерения напряжения точно определяют дефектную катушку.
Для этого необходимо установить на кольцах вспомогательные медносетчатые щетки.
Использование токоведущих щеток для измерений напряжения может резко снизить их точность, так как контактное переходное напряжение между кольцом и щеткой нестабильно.
Применение вышеуказанного метода для нахождения неустойчивого междувиткового соединения в обмотках роторов турбогенераторов связано с весьма большими трудностями, в частности может потребоваться неоднократное снятие и надевание бандажей, что неприемлемо.
Замыкание обмотки ротора на корпус, если оно является устойчивым, определяется следующим образом.
В обмотку через контактные кольца подают постоянный ток через регулировочное сопротивление такой величины, чтобы сила тока не превышала номинальной, и измеряют напряжение между обоими контактными кольцами и валом. Пропорционально значению измеренных напряжений отсчитывают число катушек или витков и приблизительно определяют место замыкания на корпус.
Если место замыкания на корпус таким способом точно определить не удается, то при помощи заостренных стальных игл измеряют напряжение между сталью и отдельными витками (осторожно, чтобы при прокалывании не повредить изоляцию). Замыкание находится в том витке, напряжение которого по отношению к стали равно нулю.
Применение последнего способа к обмотке ротора турбогенератора требует снятия одного роторного бандажа.
Так как нахождение места замыкания на корпус в обмотке ротора турбогенератора является сложной операцией, то необходимо прежде всего, до начала ремонта, проверить, нет ли заземления в цепи возбуждения за пределами обмотки ротора.
На щите управления обычно имеется специальная схема для определения в процессе эксплуатации сопротивления изоляции цепи возбуждения при помощи вольтметра.
Внимательно наблюдая при переключениях за величиной и полярностью показаний вольтметра этой схемы, можно при низком сопротивлении изоляции определить, не только на каком полюсе, но и в какой части цепи возбуждения находится заземление.
Если близкое к нулю U2 или U3 имеет знак, одинаковый с U, то соединение обмотки ротора с валом находится вблизи соответствующего кольца; если же такое показание противоположно знаку U, то заземление в цепи возбуждения находится за пределами обмотки ротора. В этих случаях целесообразно вынуть все щетки из щеткодержателей и для окончательного заключения о местонахождении заземления при номинальной частоте вращения ротора измерить мегомметром сопротивление изоляции относительно земли сначала обмотки ротора, присоединяя один полюс мегомметра к контактному кольцу с помощью изолированной от траверсы медной щеточки, а затем остальной (неподвижной) части цепи возбуждения.
Результаты этих измерений укажут достоверно, на каком полюсе и в какой части цепи находится соединение с землей.
Если установлено, что заземление — в обмотке ротора, то для уточнения места замыкания рекомендуется следующий метод .

По валу ротора 1 (рис. П8-22) пропускают постоянный ток от низковольтного генератора 3. Ток должен быть порядка 1000 А. Ток, протекающий по валу, создает падение напряжения вдоль него, а обмотка ротора, соприкасающаяся с телом ротора (в точке а), будет иметь потенциал по всей своей длине, равный потенциалу точки замыкания. Поэтому, если один конец от милливольтметра 4 присоединить к одному из контактных колец 2, а другим концом от прибора, присоединенным к острию, касаться тела ротора, производя измерения по длине ротора, то можно найти точку, где показания прибора будут равны нулю. В сечении ротора, перпендикулярном его оси и проходящем через эту точку, и находится место замыкания на корпус. Таким образом, и этот метод не дает возможности точно установить место замыкания, для этого приходится прибегнуть к методу деления обмотки на части, вскрывая ряд пазов.
Если замыкание на корпус является неустойчивым, т. е. проявляется только при вращении ротора, то используют измеренные напряжения между валом и контактными кольцами при номинальной частоте вращения ротора, на основании которых определяют приблизительно место замыкания на корпус, после чего наружным осмотром находят место замыкания. В роторах турбогенераторов поврежденное место следует искать в верхней части обмотки под пазовыми клиньями или под роторными бандажами, так как при вращении под действием центробежных сил обмотка сильно прижимается к этим частям, вследствие чего может иметь место продавливание изоляции. Другим местом, где следует искать повреждение, является выход обмотки из пазов.
Иногда при неподвижном роторе сопротивление изоляции меньше, чем при вращении; в этом случае место повреждения следует искать на дне пазов и на опорных поверхностях в лобовых частях обмотки.
Для того чтобы установить, что замыкание обмотки на корпус связано с ее перемещением при вращении ротора, рекомендуется снять кривую изменения сопротивления изоляции обмотки в зависимости от частоты вращения.
Во многих случаях наиболее радикальным способом определения места замыкания на корпус является метод «прожигания». Для этой цели к одному контактному кольцу и валу через цепь, состоящую из сопротивления, ограничивающего значение тока, амперметра, предохранителя или максимального выключателя, подводят постоянный или переменный ток, например от осветительной сети. Если напряжение последней окажется недостаточным, то необходимо приложить более высокое напряжение (500 В и больше). На место замыкания в этом случае указывает появление искры или дыма.
Если, несмотря на отсутствие искры или дыма, амперметр показывает прохождение тока, то не следует пропускать ток слишком долго. Это предотвратит чрезмерное обугливание изоляции или выгорание меди в месте замыкания.
Ротор перед «прожиганием» необходимо тщательно прочистить и продуть сжатым воздухом во избежание воспламенения грязи, осевшей на обмотке и на стали.
Для роторов турбогенераторов метод «прожигания» током следует применять с большой осторожностью, чтобы не допустить оплавления электрической дугой роторного бандажа.