Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Изоляция электрических машин

Определение нагревостойкости электроизоляционных материалов - Изоляция электрических машин

Оглавление
Изоляция электрических машин
Тепловые воздействия на изоляцию
Действие электрического поля
Перенапряжения и испытательные напряжения
Механические воздействия на изоляцию
Воздействие влажности
Определение нагревостойкости электроизоляционных материалов
Оценка долговечности при электрическом старении
Испытания изоляции механическими нагрузками
Термомеханические испытания
Проблемы комплексных воздействий
Контроль электрической прочности
Контроль монолитности изоляции
Контроль отверждения и увлажнения изоляции
Обмоточные провода
Пропиточные составы
Совместимость материалов
Композиционные материалы для изоляции
Понятия изоляции обмоток
Виды конструкций корпусной изоляции
Технология изготовления обмоток из круглого провода
Технология изготовления шаблонных обмоток из прямоугольного провода
Технология изготовления стержневых обмоток
Технология изготовления стержневых обмоток крупных генераторов
Технология изготовления обмоток якорей
Технология пропитки обмоток

Глава 2
ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
§ 7. Определение нагревостойкости электроизоляционных материалов и конструкций
При рассмотрении нагревостойкости используются следующие термины и понятия, отраженные в отечественных и международных стандартах [14].
Нагревостойкость — способность электрической изоляции (ЭИ) выдерживать воздействие повышенной температуры определенного уровня (класса) в течение времени, сравнимого со сроком эксплуатации, без ее недопустимого ухудшения.
Конструкция электрической изоляции (КЭИ) — совокупность обработанных и заранее изготовленных электроизоляционных материалов (ЭИМ) или материал, рассматриваемый в сочетании с присоединенными проводящими частями, предназначенные для использования в конкретных типах или частях изделий. Ресурс ЭИМ — время или другая количественная характеристика длительности воздействия испытательных условий, в результате которого контролируемый параметр ЭИМ достигнет предельного уровня («конечная точка»).
Оценка нагревостойкости ЭИМ и систем ЭИ является основной задачей при разработке и внедрении новых материалов и КЭИ. Так как одни и те же материалы могут иметь различное применение (как по конструктивным и технологическим, так и по эксплуатационным условиям), то практически в разных изоляционных конструкциях один и тот же материал может работать при разных предельно допустимых температурах. Например, полиэтилентерефталатная пленка (лавсан), имеющая нагревостойкость 130° С, в системах изоляции, содержащих слюду или слюдинит и эпоксидно-полиэфирное связующее, может надежно работать при 155° С. Поэтому понятие «класса нагревостойкости» (КН) (см. § 2) оставлено только для конструкций ЭИ, а для материалов введен термин «Температурный индекс» (ТИ), представляющий собой температуру, при которой материал имеет средний ресурс 20 000 ч. ТИ и КН определяют по экспериментально найденной зависимости времени жизни от температуры. КН систем изоляции и ТИ материалов определяют ускоренно, проводя функциональные испытания не менее чем при трех значениях температуры, превышающих температуру эксплуатации.

Рассмотрим подробнее этапы таких испытаний,
а)    Выбор испытательных температур и длительности теплового воздействия. Обозначим: 0О — температура, соответствующая предполагаемому КН или ТИ (°С); 0ь 02. 0з— испытательные температуры, причем 0i = 90  +  Лв; 02 = = 0i + АО; 0з = 02-f А6, где Д6 = (8 ... 20)°С (такой широкий диапазон ДО обусловлен различием химического и структурного состава материала и системы изоляции).
В табл. 2 приведены значения изменений температуры Д0, при которых срок службы меняется вдвое.
На каждом уровне 0 проводится непрерывное или циклическое старение. При этом общее максимальное время старения tb на каждом уровне 0 устанавливается таким, чтобы оно соответствовало ресурсу 20000 ч при 0О. Расчет tB производится с помощью приведенной в § 2 формулы (4). Если старение ведется циклически, т. е. после действия повышенной температуры 0, периодически образцы подвергаются другим воздействиям и испытаниям, например, контролю электрической или механической прочности, длительность цикла tо выбирается такой, чтобы £0 набиралось за восемь циклов.

Система изоляции

Д0, °С

Витковая изоляция статоров — пропитанные эмалированные провода с поливинилформалевой, поливинилацеталевой, полиэфирной, полиэфиримидной ЭИ

10

Витковая ЭИ — провода со стекловолокнистой изоляцией, склеенной алкидными или алкиднофенольными лаками

16

Стеклолакочулки и трубки на основе облученных полиолефинов и поливинилхлоридов

9

Пазовая ЭИ из композиционных материалов на основе поли- этилентерефталатной пленки, синтетических бумаг и стеклотканей

12

Пазовая и непрерывная изоляция из материалов на основе слюды и слюдяных бумаг

20

Для примера в табл. 3 приведены данные, показывающие связь между 0 и 0О, и продолжительность цикла t0 на каждом уровне 0.

б)     Проведение функциональных испытаний (ФИ). Функциональность испытаний заключается в том, что кроме воздействия основного старящего фактора — температуры, к испытуемому объекту кратковременно прилагают воздействия экстремального уровня, имеющие место в эксплуатации,— механические, электрические, повышенную влажность. Уровень электрических воздействий должен соответствовать перенапряжениям, влажность—не менее 98% или условиям выпадения росы, механические усилия — условиям к. з. или пусков.
в)     Выбор критерия «конечной точки». Для оценки изменения материала или системы изоляции в процессе теплового старения необходимо выбрать контрольный критерий, в наибольшей степени выявляющий износ материала и образование в нем недопустимых для эксплуатации дефектов. К таким критериям относят пробивное напряжение, механическую прочность на растяжение или изгиб и т. д. Метод контроля и уровень критерия, называемого критерием конечной точки, должны быть выбраны исходя из реальных условий эксплуатации.

Рис. 14
Существуют два способа оценки критерия конечной точки: первый — по изменению измеряемой величины относительно' ее значения в исходном состоянии — позволяет сравнивать материалы, но не всегда дает возможность оценить степень их разрушения, второй — по значению, выбранному в соответствии с требованиями эксплуатации и выявляющему разрушение материала. Однако исследования теплового старения ряда ЭИМ показали, что оценка КН и ТИ по изменению одного параметра, например по снижению пробивного напряжения до 50% значения от исходного уровня (критерий «конечной точки», рекомендуемый МЭК), может быть ошибочной, так как характер изменения Unp в процессе теплового старения для разных материалов сильно отличается.
Для примера на рис. 14 представлено сравнение двух материалов в процессе старения при 170° С: I — слюдосодержащий материал (стеклослюдинит на эпоксидно-полиэфbрном связующем); 2 — лавсановая пленка. Видно, что у материала на основе слюды первоначально резко снижается пробивное напряжение /7пр, а затем оно стабилизируется, и работоспособность материала сохраняется; у пленок Unp сначала медленно снижается, а затем резко падает. Если руководствоваться критерием UnP, получается, что лавсановая пленка имеет более высокий ТИ, чем слюдосодержащий материал, оценка же этих материалов в конструкции изоляции показывает, что нагревостойкость у 1-го материала 164° С, у 2-го 133° С. На этом примере видна сложность выбора критерия «конечной точки».
Для грамотного выбора ЭИМ в конструкции недостаточно иметь формальные данные об их ТИ. Необходимо учитывать не только температуру, но и весь комплекс эксплуатационных факторов, способствующих ускорению и выявлению теплового старения,— электрическое поле, механические нагрузки, влажность. В некоторых случаях, например в среде водорода, возможно использование ЭИМ пониженного КН, если они дают существенные конструктивные или технологические преимущества.

г) Математическая обработка результатов испытаний [15]. Экспериментальные данные, полученные в результате теплового старения, представляют зависимость времени жизни от температуры вида In t = G -f- W/kT (§ 2).
Используем для оценки параметров зависимости /(1/Г) выражение у = а-\-Ьх, где у = In а = G\ b = W/k\ х = \/Т — 1/(273 -f 0) (t — ресурс, ч; 0—испытательная температура, °С) (рис. 15, где 1 — линия регрессии, 2 — доверительные границы регрессии ).
В основу методики обработки экспериментальных данных положен принцип регрессионного анализа. При этом предполагают, во-первых, что старение изоляции подчинено закону Аррениуса, т. е. логарифм срока жизни (во многих частных методиках принимается время до пробоя) является линейной функцией обратной величины абсолютной температуры как в диапазоне испытаний, так и в диапазоне экстраполяции, во-вторых, принимается, что срок жизни у имеет нормальное распределение во всем диапазоне линейности уравнения у{х).
Полученная экспериментально зависимость у(х) позволяет определить


Найденные таким путем значения ТИ для ЭИМ, как указывалось выше, не являются основанием для оценки класса нагревостойкости конструкций изоляции, выполненных из этих ЭИМ, а служат только справочными данными для выбора ЭИМ в конструкцию.
Принцип определения класса нагревостойкости тот же, что и оценки ТИ. Однако процедура исследования дополняется введением функциональных воздействий на систему изоляции в процессе старения. Так, в соответствии с [16] цикл старения включает вибрацию, воздействие влажности и электрические испытания.



 
« Износ электрических машин   Индукторные машины »
электрические сети