Оборудование для регенерации промышленных масел и другое оборудование
Адрес:
Россия, 410010, г. Саратов, ул.им. Тулайкова Н.М., д.9, к. 33
info@enervolga.ru
Главная \ Полезная информация \ Теория электроосмотического перемещения влаги в изоляции машин и трансформаторов

Теория электроосмотического перемещения влаги в изоляции машин и трансформаторов

      Увлажнение изоляции электрических машин, в частности асинхронных электродвигателей (ЭД), работающих в атмосфере повышенной влажности, приводит к снижению сопротивления изоляции  а, следовательно, к снижению надежности и срока  службы. Известные способы сушки изоляции и защиты ее от увлажнения относятся к тепловым, недостатками которых являются повышенные трудозатраты и расход электроэнергии; локальные перегревы, деструкция и коробление изолирующих материалов.

В последние годы все чаще встречается нетипичный в обычном понимании способ сушки  изоляции электрических машин на основе электроосмоса. Удивительным является тот факт, что устройство для электроосмотической сушки, потребляет мощность не более 20Вт,  а ЭД, сопротивление изоляции которого увеличивается, остается холодным. Подключают устройство на месте установки магнитных пускателей. По питающему ЭД кабелю в изоляции создается электрическое поле,  под действием которого влага из микротрещин вытесняется наружу. Сопротивление изоляции увеличивается.

 

 
Рис.1. Распределение зарядов в капилляре круглого сечения, заполненном жидкостью и помещенном в электростатическое поле:1 – твердый диэлектрик, например полиэтилен;  2 – двойной электростатический слой, ДЭС;  3 – диффузный слой;  4 – ось капилляра; 5 – положительный электрод; 6 – отрицательный электрод;  7 – направление движения диффузного слоя;  8 – форма сечения  диффузного слоя.
 
Явление электроосмоса было открыто в 1809 году профессором Московского университета Ф.Ф.Рейсом. Суть этого электрокинетического явления заключается в перемещении большого количества влаги по капиллярам, находящимся в электрическом поле. Особенно быстро прокачивают воду капилляры определенного сечения. Чтобы воочию убедиться, что вода в капилляре может перемещаться под действием электрического поля проведем следующий эксперимент. Возьмем прозрачный  полиэтиленовый стержень от шариковой ручки, который заполнен водой. С торцов укрепим металлические электроды, на которые подадим напряжение. Наблюдаем следующую картину: у отрицательного электрода стекают капельки воды, а у положительного образуется воздушный пузырек.
Современные представления о механизме электроосмоса основаны на идее существования двойного электростатического слоя (ДЭС) на границе раздела жидкой и твердой фаз. ДЭС появляется на границе между внутренней поверхностью полого стержня и прилегающей к ней  поверхностью воды. В нашем случае поверхностный слой воды заряжается положительно, а внутренняя поверхность полиэтиленового стержня – отрицательно  (рис.1).  Знак заряда, который получает поверхностный слой, определяется соотношением значений диэлектрической проницаемости материалов. ДЭС является неподвижным слоем. К поверхностному слою положительных ионов прилегает менее плотный  диффузный слой, который способен перемещаться под действием электрического поля к отрицательному электроду. При своем движении  этот слой в форме цилиндрической оболочки увлекает за собой силами сцепления ионно-молекулярные объемные комплексы (кластеры) и свободные молекулы воды. Следует отметить, что молекулы воды являются диполями, в следствии чего обладают электрическим моментом и в свободном состоянии  присутствуют в незначительном количестве.  Скорость движения диффузного слоя – оболочки определяет: движение противоположному заряду, отталкивание от одноименно заряженной поверхности и диаметр капилляра. В капиллярах определенного сечения  перемещения влаги происходит практически мгновенно.         Теперь обратимся к изоляции ЭД. В процессе монтажа и эксплуатации в ней образуются микротрещины, имеющие различное сечение и направление, которые связаны между собой как сообщающиеся сосуды. На рисунке 2  представлена картина такого рода микротрещин в корпусной части изоляции при очень сильном увеличении.   Между обмотками и корпусом имеется несколько слоев изолирующих материалов, но мы это не учитываем  и считаем изоляцию монолитной. Видно, что капилляры имеют различную длину, сечение, направление,  некоторые из них являются сквозными.

                       

Рис.2. Структура микротрещин в корпусной части изоляции ЭД при сильном увеличениипри отсутствии влаги.

                                                                                                             

Рис.3. Структура микротрещин  в корпусной части изоляции ЭД при сильном  увеличении  при наличии влаги.

          На рисунке 3 изображен тот же участок изоляции, но только в увлажненном состоянии.Вода имеет достаточно высокую проводимость. Заполненные влагой сквозные микротрещины превращаются в  короткозамыкающие мостики между медной обмоткой и корпусом. Сопротивление изоляции (Rиз) резко падает.

Создадим в изоляции электрическое  поле. Источник тока следует подключить таким образом, чтобы обеспечить перемещение влаги от обмотки к корпусу. Для этого «плюс» подаем на обмотку, а «минус» - на корпус. Схема подключения устройства электроосмотической сушки (УЭСИ) по питающему электродвигатель кабелю приведена на рисунке 4.

 

Рис.4.  Схема подключения устройства  УЭСИ (в ЩУ) для сушки электродвигателя  на месте его эксплуатации. КМ – магнитный пускатель; QS- разъединитель.

Такое направление электрического поля обеспечит появление воздушного зазора у токоведущей части.   Картина аналогичная той, что имели в опыте с одиночным капилляром. Образовавшийся воздушный зазор разрывает короткозамыкающие мостики из воды и Rиз увеличивается. Распределение влаги в микротрещинах  на  рассматриваемом участке изоляции после воздействия электрического поля приведено на рисунке 5

                              

 

                                                                 Рис.5. Распределение влаги в изоляции после электроосмотической сушки.

         Итак, мы имеем возможность убедиться, что создание электростатического  поля в увлажненной изоляции сопровождается увеличением  Rиз. Однако при таком характере электрического поля процесс роста Rиз идет медленно и в какой–то момент прекращается вовсе.   Необходимы мероприятия,  направленные на ускорение  движения влаги по микротрещинам-капиллярам. В первую очередь  необходимо разрушить кластеры, которые задерживают перемещение влаги по капиллярам, образуя «заторы» в наиболее узких местах.  Для этого необходимо накладывать на постоянное поле пульсирующее  с определенными параметрами импульсов.

Метод электроосмоса может быть использован как средство диагностики качества изолирующих  ЭД материалов. Мы выяснили, что микротрещины в изоляции можно рассматривать как сообщающиеся сосуды, из которых «откачивают» воду лишь наиболее «активные» капилляры определенного, очень малого сечения.  Если в изоляции превалируют крупные поры и трещины, заполненные водой, то активные капилляры, которых становится все меньше, не в состоянии справится со своей задачей. Наблюдается незначительный рост Rиз или его не происходит вовсе. Для эксплуатирующего персонала это является предупреждением: этот ЭД нуждается в профилактическом ремонте.

         Метод электроосмоса может быть использован для сушки изоляции практически любого электрооборудования. Все дело в правильно определенных характеристиках электрического поля для разного типа электрических машин и их изменение по определенному закону в процессе роста Rиз.  

Рис. 7. Схема подключения электроосмотического устройства влагозащиты изоляции ЭД .
 
 Метод электроосмоса можно использовать для профилактического предупреждения проникновения влаги в толщу изоляции. На рисунке 7 приведена схема подключения устройства влагозащиты, которая позволяет работать в автоматическом режиме. При отключенных контактах магнитного пускателя в изоляции создается электрическое поле; при замыкании контактов магнитного пускателя один из них замыкает ВХод и ВЫХод устройства влагозащиты - напряжение в изоляции отсутствует.

 

 

 

 

 

 


    

 

 

 

 

 

 

 

Обратная связь

Оставьте заявку и мы свяжемся Вами в самое ближайшее время