Основным электрическим оборудованием электростанций являются генераторы. Генераторы имеют номинальные напряжения 3,15; 6,3; 10,5 и 21 кВ. Для генераторов мощностью 50 Мет и выше допускаются номинальные напряжения 13,8; 15,75; 18 и 20 кВ. В настоящее время находятся в эксплуатации на электростанциях турбогенераторы мощностью до 500 МВт и разрабатываются турбогенераторы мощностью до 800—1000 Мет в одной единице. При этом номинальные напряжения генераторов повысятся до 24— 36 кВ. Низкие номинальные напряжения генераторов по сравнению с другим высоковольтным оборудованием, например с трансформаторами, объясняются рядом технических трудностей, встречающихся при выполнении изоляции их обмоток. Для выравнивания электрического поля в пазу статора генератора, куда укладывается обмотка, требуется сокращение толщины слоя изоляции. Поэтому изоляция обмоток генераторов выполняется из материалов с лучшими электрическими характеристиками, а обмотке и пазу, в которой она укладывается, придается наиболее рациональная форма, способствующая выравниванию электрического поля. Изоляция генераторов подвергается в процессе работы механическим вибрациям вследствие вращения ротора и ударам при коротких замыканиях. Поэтому изоляция обмоток генераторов должна иметь высокую механическую прочность.
При работе в обмотках генераторов выделяется значительное количество тепла вследствие активных потерь и повышается температура, что вызывает требования к изоляции по термической устойчивости. Для охлаждения обмоток генераторов применяется две системы: поверхностная и внутренняя. При поверхностной системе охлаждение обмотки происходит путем отвода тепла через изоляцию, что требует трудно достижимой хорошей теплопроводности изоляции. С поверхностной системой охлаждения обмоток изготовляются генераторы малой и средней мощности. Генераторы мощностью 200 Мет и более имеют внутреннее водяное, масляное или водородное охлаждение, при котором тепло отводится через охлаждающую среду и тепловой поток не проходит через изоляцию. Изоляция отдельных участков обмоток генераторов работает в различных условиях. Часть обмотки, располагаемая в пазах статора генератора, называется пазовой частью, а часть, находящаяся в воздухе, носит название лобовой части. Напряженность электрического поля в пазовой изоляции зависит от номинального напряжения генератора, толщины изоляции и конфигурации поверхности стержня, укладываемого в паз, и паза статора. Пазы и стержни современных генераторов, как правило, имеют прямоугольную форму, при которой на ребрах создается максимальная напряженность электрического поля. Степень неравномерности электрического поля зависит от величины радиуса закругления ребер меди и стержня. Она резко уменьшается в пределах изменения радиуса закругления от 0 до 0,5 h, где h — толщина изоляции. Для выравнивания электрического поля на грани стержней наклеиваются изоляционные прокладки с покрытием из металлической фольги, электрически соединенной со стержнем.
Для того чтобы воздух в зазоре между изоляцией стержня и стенкой паза не оказался под напряжением, на изоляцию стержня наносится полупроводящее покрытие, которое имеет электрический контакт со стенкой паза. При этом воздушный зазор шунтируется и процесс ионизации воздуха исключается. Изоляция стержня обмотки относительно стали статора называется корпусной (главной). Конструкция корпусной изоляции генераторов с внутренним охлаждением показана на рис. 36. Лобовые участки обмотки работают в газовой среде (воздух, водород). Напряжение в этой части ложится в основном на газовые промежутки, имеющие меньшую относительную диэлектрическую проницаемость, чем твердая изоляция. В месте выхода стержня из паза возникает повышенная напряженность электрического поля. Поэтому здесь создаются условия для возникновения коронирования. Если не принять мер по его устранению, то оно постепенно разрушит изоляцию стержня. Для устранения эффекта коронирования необходимо обеспечить распределение электрического поля вдоль стержня так, чтобы напряженность не превосходила 2 кв1мм. Выравнивание электрического поля осуществляется в большинстве случаев с помощью полупроводящих покрытий, наносимых на поверхность изоляции стержня. Покрытие это выполняется из асбестовой ленты, пропитанной лаком с присадкой сажи или графита для увеличения проводимости. Обмотки генераторов малой и средней мощности с напряжением до 11 кВ состоят из стержней с несколькими витками. Межвитковая изоляция выполняется из одного — двух слоев микаленты с наложением сверху одного слоя стеклоленты.
Рис. 36. Поперечный разрез паза статора турбогенератора. а — с непосредственным охлаждением обмотки водой; б — с непосредственным охлаждением обмотки водородом; 1 — клин; 2, 12, 13 — прокладки изоляционные; 3 — медный проводник изолированный; 4 — медный полый проводник изолированный; 5 — разделитель групп транспонированных проводников; 6 — корпусная изоляция; 7 — полупроводящая лента; 8 — изоляция мест переходов транспозиции проводников; 9 — изоляционная замазка; 10 — изоляционная прокладка с закруглением; 11 — алюминиевая фольга; 14 — немагнитная вентиляционная трубка; 25 — изоляция вентиляционной трубки.
В целом по конструкции изоляция обмоток генераторов делится на гильзовую и непрерывную. Гильзовая изоляция является комбинированной, состоящей из микафолиевой гильзы в пазовом участке обмотки и из изоляционных лент в лобовой части. Место стыка двух этих частей является слабым местом в изоляции этого типа. Современные генераторы имеют обмотки с непрерывной изоляцией, выполненной из микаленты, нанесенной в полнахлеста на стержень. Микалента состоит из двух слоев бумажной подложки, между которыми помещаются пластинки слюды, приклеенной масляно-битумным лаком. Стержни с изоляцией из микаленты подвергаются компаундированию — пропитке под давлением и сушке, что повышает электрическую прочность и другие свойства изоляции. Непрерывная изоляция обмоток генератора, выполненная из одного и того же материала, по всей длине имеет практически одинаковую электрическую прочность как в пазовой, так и в лобовой частях.
Современные крупные генераторы, как правило, не работают непосредственно на воздушные сети, а связаны с ними через трансформаторы. Поэтому изоляция генераторов не рассчитывается на грозовые перенапряжения. На изоляцию генераторов могут воздействовать коммутационные перенапряжения, которые должны быть учтены при расчетах изоляции. Синхронные компенсаторы и электродвигатели имеют в основном такую же конструкцию изоляции, как и генераторы соответствующего класса напряжения. Кроме генераторов, на электростанциях устанавливается такое же оборудование, как и на подстанциях: трансформаторы, выключатели, разъединители и пр. К электрической прочности изоляции этого оборудования предъявляются такие же требования, как и к оборудованию подстанций.
