高壓電機(jī)維修指南：高壓電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)

萬(wàn)誠(chéng)機(jī)電高壓電機(jī)維修指南之：高壓電動(dòng)機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)

一、 電動(dòng)機(jī)絕緣的構(gòu)成：
電動(dòng)機(jī)的整體絕緣由以下幾部分構(gòu)成：
1、導(dǎo)線本身自帶的絕緣；
2、繞組層間、相間絕緣；
3、繞組對(duì)地絕緣；
4、引線、連接線、端箍包扎的絕緣及繞組的浸漬漆。
以上四部分絕緣分布在線圈或繞組的股間、匝間、排間、相間、對(duì)地處，以及導(dǎo)線（如連接線）、端箍的包扎上，它們與絕緣浸漬漆合在一起構(gòu)成整臺(tái)電動(dòng)機(jī)的絕緣。

二、 絕緣的構(gòu)成、選用

1、股間絕緣
   當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大一點(diǎn)，仍選用單根導(dǎo)線，電密就要高。若加大導(dǎo)線截面積，則太粗的導(dǎo)線除使線圈加工、繞組嵌線帶來(lái)不便外，還有電氣上的弊病（如集膚效應(yīng)）。因此采取用多根導(dǎo)線代替一根，達(dá)到降低電密的辦法。多根導(dǎo)線之間的絕緣稱(chēng)為股間絕緣。它們用導(dǎo)線本身自帶的絕緣構(gòu)成。

2、匝間絕緣
   匝間絕緣的設(shè)置與匝間電壓、絕緣導(dǎo)線絕緣層的耐壓能力及浸漆工藝有關(guān)。
   目前解決匝間絕緣的簡(jiǎn)易辦法是在導(dǎo)線帶的自身絕緣上做文章，即選用絕緣層較為理想的絕緣導(dǎo)線。如聚酯漆包雙玻璃絲包和亞胺膜半疊包雙玻璃絲包導(dǎo)線均可直接用在10KV及以下、2000KW左右以下的無(wú)特殊要求的高、低壓電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組上，而無(wú)需另加匝間絕緣。

若匝間電壓不太高，亦可用聚酯漆包單玻璃絲包線，雙邊絕緣層厚度僅為0.3mm左右。否則，宜選用亞胺膜疊包雙玻璃絲包線，雙邊絕緣層厚度為0.5mm左右。但無(wú)論選哪種，外層最好有玻璃絲，它的作用：一是保護(hù)內(nèi)層的漆膜或亞胺膜；二是在浸漆時(shí)能掛上較多的漆。若采用熱模壓工藝，多膠云母帶在熱模壓過(guò)程中將擠壓出來(lái)的漆滲到這層玻璃絲上。

以上兩種，特別是后者，幾年來(lái)在高壓電機(jī)上應(yīng)用效果較好。
若設(shè)計(jì)者寧可導(dǎo)線絕緣層厚點(diǎn)多占些槽部空間；制造或修理部門(mén)也舍得多花點(diǎn)錢(qián)購(gòu)買(mǎi)絕緣層較好的導(dǎo)線；線圈加工、繞組嵌線及浸漆均做到“精心”，采用以上兩種導(dǎo)線，不必另加匝間絕緣，可以在很寬的范圍內(nèi)基本上杜絕匝間故障。
   若某些產(chǎn)品在使用中容易遭受瞬間高壓沖擊（如雷電），則在滿(mǎn)足應(yīng)考慮另加補(bǔ)強(qiáng)的匝間絕緣。正常運(yùn)行時(shí)，匝間承受的電壓=額定相電壓/每相串聯(lián)的匝數(shù)，僅能作為選用匝間絕緣時(shí)的參考數(shù)據(jù)，因?yàn)槭自殉惺艿碾妷河袝r(shí)要高于此值，特別是頻繁啟動(dòng)及經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的電機(jī)。
補(bǔ)強(qiáng)匝間絕緣的措施是：匝間加墊條（如亞胺薄膜，通常僅加在端部）、隔匝包或逐匝包。
   目前隔匝或逐匝包一般采用0.14×25的三合一的粉云母帶。若導(dǎo)線自身較好，半疊包即可。
    表1不同匝間絕緣承受的電壓值

3、排間絕緣

對(duì)于電壓高、功率小、匝數(shù)多的電機(jī)，采用“雙排串”的線圈時(shí)，有兩種結(jié)法。一個(gè)匝數(shù)為16的線圈，繞制時(shí)，第8匝與第9匝間的電壓就比較高，所以這兩排之間在認(rèn)為需要的情況下（如電機(jī)在多雷地區(qū)使用；或者電機(jī)繞組導(dǎo)線的自帶的絕緣比較薄弱），就要加“排間絕緣”。因?yàn)榈?匝和第9匝間的電壓較高，比如6KV的線圈，全線圈的試驗(yàn)電壓為13000V，匝間電壓為13000V/16=812.5V, 第8匝的電壓是1~8匝的累計(jì)的電壓值，為812.5V×8=6500V,它與第9匝的匝間電壓再按812.5V考慮顯然不合適了。因此，應(yīng)該在兩排之間加上排間絕緣。按照電機(jī)使用環(huán)境及導(dǎo)線自帶絕緣的承受能力，可以半疊包0.05mm的亞胺膜或三合一粉云母帶，每排包或只包一排（有受壓程度而定）。
   4、相間絕緣
   對(duì)于成型繞組，靠線圈端部包扎的絕緣及線圈間的間隙即可承受相間電壓。如線圈間間隙比較均勻，線圈端部間墊塊的安放及線圈的綁扎處理的很妥善，對(duì)于云母帶包扎的線圈，端部包扎的層數(shù)為槽部的2/3～1/2即可。比如，若槽部，極限圈的直線部分若半疊包12層，則端部半疊包6～8層即可。
 對(duì)于散嵌繞組，則要另加相間絕緣。其層數(shù)、材質(zhì)與槽部相當(dāng)即可。若槽部采用兩層，相間宜仍用一層（為嵌線工人容易操作）時(shí)，可按下列辦法處理。
    1） 當(dāng)槽部絕緣用一層0.2～0.5mm的NMN,加一層0.05～0.1mm的薄膜，若薄膜主要的用途是在槽口處“挽袖”，以加強(qiáng)槽口處絕緣時(shí)，相間只用一層0.2～0.25mm的NMN即可。
    2） 當(dāng)槽部用兩層0.2～0.25mmNMN時(shí)，相間可以用一層0.3mm的NMN.
相間絕緣的尺寸，要按繞組端部形狀裁剪。裁剪時(shí)，其外緣應(yīng)大出每極相組線圈端部5mm左右；同時(shí)，還要與層間絕緣搭接10mm左右。
    5、層間絕緣
    當(dāng)雙層繞組采用短節(jié)距時(shí)，在同一槽內(nèi)異相的上、下層線圈間要承受電機(jī)的額定相電壓。因此，層間要加層間絕緣。
對(duì)于成型繞組，若每個(gè)線圈均包主絕緣，則層間絕緣可以取消。但為了端部線圈間有間隙、嵌線時(shí)操作方便，以及填補(bǔ)同一機(jī)座號(hào)不同規(guī)格間線圈的高度差，也要加層間絕緣。通常F級(jí)絕緣電機(jī)用3240的環(huán)氧玻璃布板。其寬度尺寸=沖片槽寬-0.5 mm左右；長(zhǎng)度~線圈伸出鐵芯的直線部分。
   對(duì)于散嵌繞組，則要選用與槽部絕緣相同規(guī)格的絕緣，但仍用1層為妥。其尺寸寬度要比槽的平均寬度大10mm左右，以保證上、下層線圈間被可靠地絕緣為度；長(zhǎng)度應(yīng)大于線圈伸出鐵芯的直線部分5mm左右。
   6、對(duì)地絕緣
   對(duì)地絕緣也稱(chēng)“主絕緣”或“槽絕緣”，它是電機(jī)絕緣的核心。電機(jī)的質(zhì)量、成本及溫升均與它有直接關(guān)系。因此按低壓、高壓；成型、散嵌；定子、轉(zhuǎn)子分述。
  （1）低壓散嵌線定子繞組對(duì)地絕緣就絕緣規(guī)范而言，1140V及以下均屬低壓范疇。目前低壓電機(jī)，無(wú)論是制造還是檢修，95%以上均采用F級(jí)絕緣。僅在及個(gè)別產(chǎn)品，如軋鋼用的電機(jī)上，因環(huán)境溫度按60℃考慮，方采用H級(jí)絕緣。
   因H級(jí)絕緣電機(jī)用的軸承很難配套，所以盡量少用H及絕緣的電機(jī)。若非要用H級(jí)的，應(yīng)在軸承處的通風(fēng)散熱上采取措施，或?qū)㈦姍C(jī)溫升控制在F級(jí)上。
   低壓、散嵌線F級(jí)絕緣目前采用對(duì)地絕緣材料為：
   0.2～0.25mmNMN(聚酯薄膜聚芳纖維紙復(fù)合箔)；
   0.2～0.35mmDMD(聚酯薄膜聚酯纖維紙復(fù)合箔)；
   0.05mm聚酰亞胺薄膜（6050）。
   H級(jí)絕緣常用的材料為：
   0.2～0.25mmNMN（聚酰亞胺膜聚芳纖維紙復(fù)合箔）；
   0.05mm聚酰亞胺薄膜（6050）。
    F級(jí)、H級(jí)槽絕緣的尺寸、層數(shù)的規(guī)律相同，只是材質(zhì)略有差異。
散嵌繞組的槽型一般均為梨形槽，為嵌線方便，槽絕緣放入槽內(nèi)后應(yīng)露出槽口，嵌線后將高出鐵芯部分剪掉，然后放入槽中。
   槽絕緣的長(zhǎng)度，按機(jī)座號(hào)由小到大，每端應(yīng)長(zhǎng)出鐵芯5～20mm.
   槽絕緣的層數(shù)：
   小功率電機(jī)，1層0.2～0.25mmNMN；功率稍大一點(diǎn)時(shí)，在0.2～0.25mm NMN的內(nèi)側(cè)加1層0.05mm亞胺薄膜。為補(bǔ)強(qiáng)槽口處絕緣強(qiáng)度，將亞胺膜在槽口處“挽袖”。
    機(jī)座號(hào)大于280或1140Ｖ電機(jī)應(yīng)選用2層0.2～0.25mm NMN,中間夾一層0.05mm的亞胺膜，共三層。亞胺膜仍“挽袖”。
    槽絕緣的層數(shù)、厚度除與機(jī)座號(hào)、電壓有關(guān)外，還與鐵芯質(zhì)量、槽絕緣材質(zhì)的質(zhì)量及導(dǎo)線本身自帶絕緣的絕緣強(qiáng)度以及繞組的浸漬漆有關(guān)。當(dāng)后面這四項(xiàng)附加的制約因素都很理想時(shí)，槽絕緣就可以薄點(diǎn)，否則就要厚些。因此，槽絕緣的層數(shù)沒(méi)有明顯的界定范圍。股間、匝間、相同、層間、對(duì)地絕緣位置如圖3—4所示。
   （2）低壓散嵌線轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣，選用的規(guī)律同定子。稍有不同的是轉(zhuǎn)子電壓隨定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)比不同而在某一范圍內(nèi)變化。轉(zhuǎn)子電壓與轉(zhuǎn)子電流的乘積，對(duì)于某一特定的規(guī)格基本上是一個(gè)變化很小的數(shù)值。若有的使用部門(mén)要求轉(zhuǎn)子電流要小，則轉(zhuǎn)子電壓勢(shì)必要高。此時(shí)，在選用槽絕緣上應(yīng)予適當(dāng)?shù)乜紤]。
   （3）低壓定子成型繞組對(duì)地絕緣
   1）半開(kāi)口槽分片嵌線繞組 為了提高cosφ，采用半開(kāi)口槽。因此，要將一個(gè)線圈邊一分為二，即分成左、右兩半，稱(chēng)為“分片式”線圈，見(jiàn)圖3—5。兩個(gè)分片式線圈在端部將對(duì)應(yīng)的各匝并聯(lián)在一起，構(gòu)成線圈的上層邊及下層邊。
槽絕緣4可采用2層0.25mmNMN.槽絕緣厚度的取舍規(guī)律同散嵌線，即理想狀況下，可采用2層0.2mmNMN；否則，要采用2層0.25mmNMN，甚至2層中間還要加1層0.05mm的亞胺膜。層間絕緣采用1.0mm的環(huán)氧玻璃布板。
    2)開(kāi)口槽成型繞組 與半開(kāi)口槽相比，cosφ較低，但嵌線方便。當(dāng)采用磁性槽契后cosφ也會(huì)在很大程度上得到彌補(bǔ)。主絕緣、層間絕緣與1)同。
   （4） 高低壓轉(zhuǎn)子成型繞組對(duì)地絕緣成型繞組轉(zhuǎn)子的絕緣規(guī)范按轉(zhuǎn)子電壓選，參考表2成型繞組的線圈通常由裸銅排按波繞組繞制裸銅排先半疊包1層0.05mm亞胺膜（6050），然后再按表2包槽部、端部。
為保護(hù)三合一云母帶，端部的外層再包1層0.1×20mm的玻璃絲帶。

表2  轉(zhuǎn)子繞組絕緣規(guī)范

　若轉(zhuǎn)子鐵芯的質(zhì)量不十分理想，槽內(nèi)不太整齊，嵌線時(shí)，槽內(nèi)最好加1層0.2～0.25mm的NMN作為補(bǔ)強(qiáng)的槽絕緣。因此，當(dāng)加補(bǔ)強(qiáng)的槽絕緣后，轉(zhuǎn)子電壓＜600Ｖ時(shí)，主絕緣的單邊厚度≈0.8mm；轉(zhuǎn)子電壓=600～1000V時(shí)，主絕緣的單邊厚度≈0.95mm;轉(zhuǎn)子電壓＞1000V時(shí)，主絕緣的單邊厚度≈1.1mm.
   （5）高壓定子成型繞組對(duì)地絕緣目前國(guó)內(nèi)高壓電機(jī)定子成型繞組的絕緣工藝有“VPI”、“熱模壓”兩種。

    三、 VPI工藝簡(jiǎn)介

    VPI的含義是真空、加壓、整體浸漬的英文縮寫(xiě)。自20世紀(jì)70年代末引入國(guó)內(nèi)已有30年的應(yīng)用史。因其絕緣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度及耐潮、耐腐蝕性能均好，導(dǎo)熱性好，又有助于降低電機(jī)溫升，故被廣泛地用于高壓電機(jī)及中型低壓電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的浸漬工藝上。
   在應(yīng)用上，不同廠家有不同的經(jīng)驗(yàn)及各自習(xí)慣的操作方法。但在包扎層數(shù)及單邊絕緣厚度的控制上，彼此相差不大。以采用0.14mm×25mm的5438—1環(huán)氧粉云母帶為例：
   3KV,半疊包6～8層，單邊絕緣層厚度約1.3～1.5mm；
   6KV，半疊包9～11層，單邊絕緣層厚度約1.8～2.0mm
   10KV,半疊包12～14層，單邊絕緣層厚度約2.8～3.0mm
   嵌線時(shí)，原佳木斯電機(jī)廠習(xí)慣加1層0.1mm的NMN作為槽絕緣（此時(shí)主絕緣云母帶的包扎層數(shù)也因此而適當(dāng)?shù)販p少）；南陽(yáng)防爆電機(jī)廠習(xí)慣在嵌線時(shí)用0.1mm的聚酯薄膜作“替紙”，線圈嵌入槽中后再抽出來(lái)，給下一個(gè)槽用。
   但最大的區(qū)別還在選用的云母帶的含膠量，以及由此而導(dǎo)致的單邊主絕緣層的厚度上。有的廠家采用5449云母帶（含膠量為28%～32%）或5444云母帶（含膠量為17%～23%），或5438-1云母帶，它們都屬于“中膠帶”。其3KV、6KV、10KV、時(shí)包扎層數(shù)及單邊絕緣層厚度如上述。
還有的采用5442-1或5446云母帶（含膠量為5%～11%），它們被稱(chēng)為“少膠帶”。采用少膠帶時(shí)，包扎的云母帶層數(shù)可以減少，大約是中膠帶的75%即可。因此，單邊絕緣層厚度也就減薄了，絕緣強(qiáng)度并沒(méi)減弱，應(yīng)該說(shuō)少膠帶VPI是發(fā)展方向。