ГЛАВА ВТОРАЯ
ПОВРЕЖДЕНИЯ И ДЕФЕКТЫ. СПОСОБЫ ВЫЯВЛЕНИЯ
- ДЕФЕКТЫ ИЗОЛЯЦИИ И ИХ ПРИЗНАКИ
Основными дефектами изоляции при ее изготовлении и эксплуатации являются трещины, полости, расслоение и продольные складки [6].
Изоляция стержней может также быть повреждена при транспортировке, складировании и укладке.
Трещины в изоляции.
Крупные трещины (изломы) образуются под действием изгибающих нагрузок при неправильной укладке стержня в паз или выемке его из паза, а также при небрежном обращении со стержнем во время других операций. Обычно они возникают в пазовой части стержня, реже — на выходе из паза. Такие же трещины могут возникнуть и при коротком замыкании генератора близ выводов, но в этом случае трещины появляются у выхода из паза.
Возникновение трещин сопровождается появлением одной или нескольких поперечных складок изоляции на поврежденной и в особенности на соседних сторонах стержня. Складки эти перпендикулярны граням стержня или образуют с ним большой угол. По этим складкам удается иногда установить наличие трещины, если изоляция в месте пробоя выгорела или если трещина скрыта под внешними мало поврежденными слоями изоляции. В последнем случае трещина выявится после снятия пробитого участка изоляции со стержня и ее расщепления по слоям.
Крупные трещины, появившиеся по рассмотренным выше причинам, могут образоваться не только на одном стержне, но чаще следует ожидать, что они будут на ряде стержней, изготовленных одновременно и уложенных в статор или вынутых из него при одних тех же условиях. Поэтому в случае сильного разрушения изоляции пробитого стержня иногда можно, осмотрев неповрежденные стержни, прийти к заключению, что наиболее вероятной причиной пробоя была трещина.
Трещины в изоляции, вплоть до самых крупных, не всегда могут быть выявлены с помощью профилактических испытаний; даже незначительный оставшийся неповрежденным слой изоляции может при благоприятных условиях выдержать испытательное напряжение. Однако профилактические испытания являются единственным средством выявления трещин до возникновения повреждения, так как даже в местах обмотки, доступных для тщательного осмотра, они обычно не видны под покровной лентой.
Кроме трещин, обнаруживаемых визуально, в изоляции могут возникнуть микротрещины, которые невооруженным глазом не видны. В микалентной изоляции появление микротрещин сопряжено с повреждением слюды. Лак и компаунд могут остаться неповрежденными или трещина в них может «заплыть», особенно при нагреве.
Влияние микротрещин на пробивное напряжение зависит от числа поврежденных слоев слюды. При повреждении значительной части слоев пробивное напряжение изоляции почти такое же, как при видимой сквозной трещине.
Полости в изоляции
Полости в изоляции являются обычно следствием недостатков изготовления изоляции: каких-либо ненормальностей в технологии компаундирования или запечки. Они могут охватить значительные участки площади изоляции, особенно в промежутке между изоляцией элементарных проводников и первым (считая изнутри) слоем корпусной изоляции. По мере старения изоляции размеры полостей могут увеличиваться, особенно в лобовых частях обмотки. Полости могут образоваться и в результате расслоения изоляции при ее старении. Признаком наличия полости в изоляции является легкость ее раздирания по слоям в некоторых местах, в то время как в остальных местах опа раздирается с трудом. В местах полостей микалентная изоляция раздирается по слоям (при этом обнажается неповрежденная поверхность подложки), в других местах — с разрывом слюды по плоскостям спайности (при этом с обеих сторон остается глянцевая поверхность слюды). У стержней, расположенных близ выводов обмотки, в полостях, находящихся в пазовой части, при работе генератора происходит достаточно интенсивная ионизация. В результате в этих полостях обнаруживаются ее продукты: белый налет между слоями изоляции и белый с зеленым — на изоляции элементарных проводников. При этом изоляция часто бывает обесцвеченной из-за ионизационного разрушения клеящего лака.
Полости, если они имеются, обнаруживаются обычно на ряде стержней обмотки. Наличие большого числа полостей может привести к существенному снижению пробивного напряжения изоляции: полость (пробивное напряжение вдоль которой невелико) может соединять взаимно сдвинутые наиболее слабые участки слоев, лежащих по обе стороны от нее. При этом для пробоя создается сплошной ступенчатый путь: пробой ослабленного участка слоев, расположенных выше полости, — перекрытие (или разряд) вдоль полости — пробой ослабленного участка слоев, расположенных ниже полости. Чем больше площадь, занятая полостями, тем больше число пар ослабленных участков будет ими соединено, тем больше вероятность снижения пробивного напряжения.
Полости, вызывающие снижение пробивного напряжения до опасных пределов, выявляются профилактическими испытаниями повышенным напряжением и измерением частичных разрядов.
Полости (воздушные включения) в изоляции также можно определить измерением tgδ. Рост tgδ в этом случае объясняется дополнительными потерями в изоляции, вызванными ионизацией в воздушных включениях.
Расслоение изоляции
Расслоение изоляции, как правило, является следствием ее теплового старения в сочетании с многократными механическими нагрузками. В пазовой части стержня, где изоляция зажата стенками паза и клином, расслоение, как правило, не наблюдается; в большей степени подвержены расслоению лобовая часть и зона выхода стержня из паза.
Признаком расслоения микалентной изоляции является легкость рассоединения, почти без разрыва, слюды; при очень сильном расслоении изоляция, снятая со стержня, распадается на отдельные лепестки слюды связующих и подложки в ней почти не остается. У стержней, близких к выводам обмотки, в образовавшихся при расслоении полостях происходит ионизация, следами которой является белый или, при большой интенсивности и длительности, серо-зеленый порошок.
Значительное расслоение изоляции выявляется профилактическими испытаниями, однако на конечной стадии расслоения снижение пробивного напряжения изоляции может идти настолько быстро, что изоляция, выдержавшая испытание, может вскоре пробиться от действия обычных перенапряжений.
Продольные складки появляются в изоляции при ее изготовлении в процессе утяжки или опрессовки. Образуются они вследствие недостаточной плотности намотки изоляции.
Складки образуются главным образом на прямолинейной части стержня и в месте изгиба его (на «уголке»), в последнем случае складки могут быть поперечными. Как правило, складки, если они имеются, наблюдаются на ряде одновременно изготовленных стержней. Обычно складки охватывают не все слои изоляции. Если они имеются только во внутренних слоях, то обнаружить их удается только после снятия изоляции со стержня.
При образовании складок происходит разрушение основного изоляционного барьера — слюды или слюдиента, поэтому электрическая прочность изоляции в месте складки невелика, что сказывается на пробивном напряжении изоляции, и может быть выявлена профилактическими испытаниями.
Повреждение стержней при изготовлении и укладке.
В процессе изготовления стержень приходится неоднократно перемещать по цеху; особенно многочисленны эти перемещения для стержней с компаундированной изоляцией, которая накладывается в несколько приемов с переносом стержня в компаундировочное отделение для промежуточной компаундировки после наложения очередного числа слоев. Во время переноски стержня под действием его массы и усилий, прилагаемых для подъема, в изоляции могут возникнуть чрезмерные напряжения изгиба. Для уменьшения прогиба пазовой части к ней привязывают обычно доску, однако это не исключает возможности повреждения изоляции в месте изгиба при колебаниях лобовой части. При компаундировках, особенно при применении вертикального компаундировочного котла, стержень также подвергается изгибу: при укладке стержня на раму и его закреплении; при подъеме рамы в вертикальное положение и в процессе компаундировки стержня в таком положении, после компаундировки при отрывании от рамы стержня, приклеенного к ней компаундом. Повреждаемость стержней по указанным причинам тем выше, чем больше длина и масса стержней. Повреждения стержней могут возникнуть при неправильном хранении: если стержни хранятся на козлах с опущенными вниз лобовыми частями в несколько рядов и при этом опираются на ниже расположенные стержни, то лобовые части верхних рядов деформируются (разгибаются), кроме того, изоляция прямолинейных частей нижних рядов, нагруженных массой вышележащих стержней, испытывает значительные напряжения сжатия в местах расположения опор. На каждом предприятии имеется технология переноски и хранения стержней, нарушение этой технологии приводит к повреждению их изоляции.
При укладке в статор стержень осаживается неравномерно по длине, в результате чего он изгибается, что может привести к излому изоляции. Чтобы уменьшить опасность повреждения при укладке, стержни с компаундированной изоляцией перед укладкой нагревают, при этом изоляция размягчается и становится менее подвержена изломам. Однако это не исключает возможности повреждений, и поэтому с нагретыми стержнями следует обращаться очень осторожно, учитывая, что при изготовлении стержней всегда возможны некоторые отклонения форм лобовых частей от расчетной.
При всех этих операциях, во-первых возможно повреждение изоляции лобовых частей инструментом, с помощью которого производится подгибание; во-вторых, могут возникать значительно напряжения изгиба изоляции на выходе стержня из паза, поскольку, как правило, в этом месте изгибающий момент имеет наибольшее значение. В случаях, когда происходит пробой нижнего стержня после укладки верхнего ряда стержней, для замены пробитого стержня приходится вынимать и снова укладывать некоторое число стержней верхнего ряда, что приводит к дополнительным их повреждениям.
Естественно, что степень повреждения изоляции при всех технологических операциях, включая и укладку стержней на заводе или на месте ремонта, существенно зависит от квалификации работающих, наличия соответствующих приспособлений, эффективности технического контроля и т. п. Однако при любой, самой лучшей организации таких работ нельзя полностью исключить возможность недопустимых механических перегрузок изоляции и появления ослабленных мест в ней [7].
У термореактивной изоляции повреждаемость при различных технологических операциях меньше, чем у компаундированной, по следующим причинам:
- термореактивная изоляция механически более прочна, чем компаундированная;
- многократный процесс компаундирования отсутствует (сразу накладывается изоляция полной толщины);
- форма стержня (включая и лобовые части) более строго определяется пресс-формой;
- благодаря запечке в пресс-формах допуски на толщину стержня невелики, вследствие этого, а также вследствие отсутствия случайных изгибов (неровностей) на прямолинейной части стержня он входит в паз, как правило, без значительных усилий.
Вместе с тем даже небольшие отклонения в размерах стержня приводят к серьезным последствиям: изоляция, будучи прочной, но хрупкой, плохо выдерживает незначительные изгибающие нагрузки. Нагрев несколько уменьшает хрупкость термореактивной изоляции, но не дает возможности значительно изгибать стержень.
Во время эксплуатации генератора его изоляция может подвергаться механическим перегрузкам под действием электродинамических усилий, возникающих при переходных режимах (короткие замыкания, несинхронные включения и т. п.).
