Scarico alle curve finali dei motori ad alta tensione e trattamento anti-corona

I. Cause e rischi della scarica alle estremità degli avvolgimenti

Le estremità degli avvolgimenti delle bobine dello statore dei motori ad alta tensione sono soggette a scariche parziali a causa della distribuzione del campo elettrico altamente non uniforme. Quando l'intensità del campo elettrico supera la rigidità dielettrica dell'aria (circa 3 kV/mm), si verifica la scarica a corona, caratterizzata da fluorescenza blu e dalla generazione di ozono e ossidi di azoto. Le cause principali includono:

1. Concentrazione del campo elettrico: L'intensità di campo più elevata si verifica all'uscita della fessura. Una singola bobina può produrre corona a 4 kV, scarica strisciante a 20 kV e scarica disruptiva a 40 kV.
2. Difetti di isolamento: Difetti di fabbricazione o operativi come vuoti, delaminazione o bave aggravano la distorsione del campo elettrico.
3. Fattori ambientali: Un aumento del 10% dell'umidità riduce la tensione di innesco della corona del 10%, mentre gli agenti contaminanti (ad esempio, polvere, olio) degradano le prestazioni dell'isolamento del gas.

Rischi:

• Gli effetti termici causano la carbonizzazione dei materiali isolanti (ad esempio, adesivi, mica), portando a sbiancamento, allentamento o cortocircuiti dell'isolamento dei trefoli.
• Le vibrazioni elettromagnetiche inducono scariche a scintilla negli spazi delle fessure, erodendo le superfici isolanti.
• Il funzionamento prolungato consente alla scarica di tracking di penetrare nell'isolamento principale, con conseguente guasto.

II. Principi fondamentali del trattamento anti-corona

Il fulcro della tecnologia anti-corona risiede nell' uniformazione del campo elettrico per prevenire l'ionizzazione del gas, ottenuta attraverso:

1. Progettazione del gradiente di resistività:
   • La resistività dello strato anti-corona aumenta gradualmente dall'uscita della fessura all'estremità dell'avvolgimento, garantendo un decadimento lineare della tensione ed evitando bruschi cambiamenti dell'intensità del campo.
   • Esempi includono transizioni a tre stadi utilizzando vernici a bassa resistenza (10³–10⁵ Ω), media resistenza (10⁹–10¹¹ Ω) e alta resistenza, o caratteristiche di resistività non lineari del carburo di silicio (resistività inferiore a intensità di campo più elevata).
2. Divisione capacitiva della tensione:
   • Le strutture di schermatura interne inseriscono elettrodi all'interno dell'isolamento della bobina, formando una configurazione a boccola per la divisione capacitiva della tensione.
   • Adatto per motori superiori a 24 kV, ma comporta processi complessi e costi più elevati.

III. Principali tecnologie anti-corona

I trattamenti anti-corona sono classificati in base ai livelli di tensione e alle applicazioni:

Flusso di processo tipico (tipo spazzolato-avvolto):

1. Applicare vernice semiconduttrice a bassa resistenza (ad esempio, vernice epossidica 5150) alla parte diritta, estendendosi di 25 mm oltre ciascun lato del nucleo di ferro.
2. Applicare vernice semiconduttrice ad alta resistenza (ad esempio, vernice alchidica 5145) su un intervallo di 200–250 mm dall'uscita della fessura all'estremità dell'avvolgimento, sovrapponendosi di 10–15 mm con la vernice a bassa resistenza.
3. Avvolgere con nastro di vetro sgrassato di 0,1 mm di spessore con un motivo a mezzo giro.
4. Applicare vernici semiconduttrici aggiuntive a bassa e alta resistenza sopra il nastro di vetro per una protezione multistadio.

IV. Controllo dei parametri chiave nel trattamento anti-corona

1. Selezione della resistività:
   • La resistività superficiale (ρs) dello strato anti-corona deve corrispondere alla distribuzione della tensione: un ρs eccessivo provoca forti gradienti di tensione e corona prematura all'estremità di partenza, mentre un ρs insufficiente porta alla corona all'estremità finale.
   • Intervallo consigliato: 5×10⁹–10⁰ Ω (monostadio), ≤10⁵ Ω (sezione a bassa resistenza), ≥10⁹ Ω (sezione ad alta resistenza).
2. Adattabilità ambientale:
   • La tensione di innesco della corona diminuisce dell'1% per ogni aumento di 100 m di altitudine, rendendo necessari adeguamenti dei parametri per le applicazioni ad alta quota.
   • I motori che operano in ambienti difficili (ad esempio, alta umidità, inquinamento) possono richiedere un trattamento anti-corona anche a 3 kV.
3. Controllo della qualità del processo:
   • I film di vernice devono essere uniformi, continui e lisci con una forte adesione per evitare la concentrazione del campo dovuta a spessori irregolari.
   • Le temperature di essiccazione della vernice semiconduttrice (ad esempio, 180–220°C per la sgrassatura) devono essere rigorosamente controllate per evitare il degrado delle prestazioni.

V. Tendenze tecnologiche

1. Materiali resistivi non lineari: Gli strati anti-corona in carburo di silicio dominano grazie alla loro resistività autoregolante, migliorando significativamente le prestazioni.
2. Materiali nanocompositi: La ricerca si concentra sull'incorporazione di nanoparticelle (ad esempio, SiO₂, TiO₂) nelle vernici anti-corona per migliorare la resistenza alla corona e la resistenza meccanica.
3. Monitoraggio intelligente: L'integrazione con il monitoraggio online delle scariche parziali consente la valutazione in tempo reale delle condizioni dello strato anti-corona per la manutenzione predittiva.