Глава пятая
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ С ЭМАЛЕВОЙ И ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
А. Механические и физико-механические испытания
5-1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОВОДОВ
Номинальный диаметр провода по меди и диаметр провода по изоляции определяют микрометром не менее чем в трех местах на расстоянии не менее 250 мм одно от другого на образце длиной не менее 1 м в двух взаимно перпендикулярных направлениях на каждом измеряемом участке. Измерения в нескольких местах по длине и окружности провода необходимы в связи с тем, что толщины эмалевого или волокнистого покрытия могут несколько различаться как по длине, так и по окружности провода.
Диаметральная толщина изоляции круглого провода равняется разности между средними арифметическими значениями диаметров провода и проволоки. Удвоенная толщина изоляции прямоугольного провода должна определяться как разность между соответствующими средними арифметическими значениями меньшей или большей стороны провода и меньшей или большей стороны прямоугольной проволоки (А—а и В—b).
Для определения геометрических размеров должны отбираться образцы проводов, не имеющие механических повреждений и хранившиеся в нормальных складских условиях. Образцы проводов перед измерением должны быть смотаны с катушки без растяжения и изгибов, а их поверхность должна быть аккуратно очищена мягким материалом, смоченным в бензине, и затем протерта чистым сухим материалом. Аналогичным образом образцы должны быть подготовлены и перед проведением других испытаний. Геометрические размеры провода рекомендуется определять для проводов диаметром менее 0,02 мм настольным микрометром со стрелочным отсчетным устройством с ценой деления 1 мкм, для проводов диаметром 0,020—0,38 мм — рычажным микрометром типа МР 0-25 с ценой деления 2 мкм, для проводов диаметром свыше 0,41 мм и прямоугольных проводов — микрометром типа МК 0-25 с ценой деления 0,01 мм.
Снятие слоя изоляции с эмалированного провода производят обжигом образца провода в муфельной печи с электрообогревом, в пламени горелки или с помощью химических реактивов (например, муравьиной кислоты). При удалении изоляции обжигом образец провода выдерживается в муфельной печи до сгорания изоляции, после чего он охлаждается водой и протирается без растяжения мягким материалом. Волокнистая изоляция может удаляться с поверхности проводника механическим способом, если при этом не происходит повреждения проволоки. При измерении максимального диаметра провода единичные наплывы на его поверхности не должны учитываться. За результат измерений следует принимать среднее арифметическое значение, полученное из шести измерений. При измерении прямоугольных проводов за величины размеров узкой и широкой сторон провода (соответственно размеры А и В) принимаются средние арифметические значения из трех измерений. Применяемые микрометры должны регулярно проверяться по точности показаний и усилию нажатия, что очень важно, так как при усилии, превышающем норму, можно деформировать провод и получить неверные показания.
По рекомендации Международной электротехнической комиссии (МЭК) измерение наружного диаметра эмалированных проводов производится только для проводов диаметром свыше 0,1 мм, а для более тонких проводов контролируется величина электрического сопротивления.
Таблица 5-1
Предельное разрывное усилие машин для определения относительного удлинения проводов
5-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УДЛИНЕНИЯ И УПРУГОСТИ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ
Относительное удлинение эмалированных проводов и обмоточных проводов с волокнистой изоляцией определяется на двух образцах (от проверяемой катушки) длиной не менее 250 мм каждый. В зависимости от материала жилы и диаметра испытываемого провода используются разрывные машины с различными усилиями натяжения (табл. 5-1).
Измерения производятся на образцах с расчетной длиной 200 мм при скорости растяжения образца не более 300 мм/мин.
При определении относительного удлинения круглых проводов со стекловолокнистой изоляцией допускается удаление изоляции или ее продольный надрез без повреждения проводника. Это связано с тем, что при испытаниях этих проводов разрыв образца часто происходит в плашках разрывной машины, что затрудняет проведение испытаний.
Рис. 5-1. Принципиальная схема прибора для определения упругости эмалированных проводов.
1 — стержень; 2 — диск; 3 — винт для фиксации стержня; 4 — ось; 5 — защелка; 6 — основание.
Так как величина относительного удлинения неполностью определяет упругие свойства обмоточных проводов, МЭК предложила новый метод определения упругости эмалированных проводов, который будет распространен впоследствии и на другие виды обмоточных проводов. Метод распространяется на эмалированные провода диаметром 0,05—1,6 мм. Устройство прибора показано на рис. 5-1 и 5-2. Согласно этой методике, образец провода длиной 1 м навивают пятью витками вокруг цилиндрического стержня с винтовой канавкой под определенным натяжением. Затем провод освобождается от груза, после чего фиксируется угол отклонения незакрепленного конца провода на циферблате с делениями. Это показание и характеризует упругие свойства провода.
Цилиндрический стержень устанавливается таким образом, чтобы отверстие для крепления провода и начало винтовой канавки находились в вертикальном положении и совпадали с нулевой отметкой шкалы. Стержень покрывают тонким слоем талька с целью исключения прилипания провода к поверхности цилиндра. К одному концу образца подвешивают груз; другой конец помещают в прорези стержня и придерживают. Вращая рукоятку, на стержень по винтовой канавке навивают пять витков провода. Положение стержня фиксируется защелкой; при этом нуль шкалы находится в верхнем вертикальном положении. Спираль удерживают на стержне, снимают груз и отрезают провод на расстоянии 25 мм от конца пятого витка. Остающийся конец спирали загибают вертикально вверх в направлении, совпадающем с риской нулевой отметки шкалы. После этого с левой стороны вертикально загнутого конца спирали устанавливают карандаш и предоставляют спирали возможность медленно без рывков раскручиваться. По загнутому концу спирали фиксируется угол раскручивания спирали в градусах. В случае очень упругого провода, когда спираль раскручивается больше, чем на один полный оборот, к 72° прибавляется число градусов, отмечаемое концом спирали.
Рис. 5-2. Конструкция стержня прибора для определения упругости эмалированных проводов.
5-3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛАСТИЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
Эластичность изоляции является одной из важнейших характеристик эмалированных проводов. Эластичность изоляции определяется несколькими методами. Провода диаметром менее 0,38 мм испытываются плавным растяжением провода на разрывной машине. Образец для испытания имеет длину не менее 250 мм; расчетная длина составляет 200 мм. Растяжение производят со скоростью не более 300 мм/мин. При этом на эмалевой изоляции не должны появляться трещины или другие дефекты в случае разрыва. Трещины на расстоянии до 2 мм от места разрыва в расчет не принимаются. Аналогичным образом определяется и относительное удлинение проводов с волокнистой изоляцией.
В зависимости от диаметра и материала проволоки для испытаний должны применяться машины с разрывными усилиями 3 и 20 кгс. На машине с разрывным усилием 3 кгс испытываются медные эмалированные провода диаметром 0,02—0,25 мм, алюминиевые диаметром 0,09—0,35 мм, из сплавов сопротивления (твердые) диаметром 0,02—0,20 мм, из сплавов сопротивления (мягкие) диаметром 0,02—0,25 мм. Провода большего диаметра испытываются на разрывной машине с усилием 20 кгс, причем допускается некоторое перекрытие диапазонов диаметров испытываемых проводов. Так, на машине с разрывным усилием 20 кгс допускаются испытания медных эмалированных проводов диаметром 0,20 мм и выше, так что медные провода диаметром 0,20—0,25 мм можно испытывать на машинах обоих типов.
Рис. 5-3. Станок для навивания проводов при определении эластичности изоляции.
Эластичность изоляции проводов диаметром 0,38 мм и более определяют путем навивания 10 витков провода вокруг гладкого цилиндрического стержня определенного диаметра, величина которого указывается в стандартах на провода. Длина образца должна быть не менее 500 мм.
Для навивания может использоваться станок, показанный на рис. 5-3.
Навивание рекомендуется производить со скоростью не более 600 об/мин для проводов диаметром до 1,0 мм и не более 400 об/мин для проводов диаметром более 1,0 мм. Станок для навивания эмалированных проводов снабжается комплектом цилиндрических стержней с отклонением по диаметру в пределах ±10% величин, установленных в стандартах и технических условиях на эмалированные провода, и набором грузов, обеспечивающим соответствующее натяжение провода при намотке. Обработка поверхности стержней должна быть не ниже 8-го класса по ГОСТ 2789-59. Натяжение при навивании должно примерно соответствовать 0,5 кгс/мм2 для алюминиевых и 1,0 кгс/см2 для медных проводов и проводов из сплавов сопротивления.
Допускается отклонение от указанных величин натяжения в пределах ±20%. При навивании не должно происходить закручивания образца вокруг его оси. Если натяжение при навивании превысит допустимую величину, то количество повреждений эмалевой пленки при испытаниях может увеличиться. При навивании эмалевая пленка деформируется, причем наибольшей деформации подвергаются верхняя (растяжение) и нижняя (сжатие) части поверхности эмалированного провода.
Величина максимального удлинения пленки определяется уравнением
(5-1)
где n=D/d (D — диаметр стержня при навивании; d — диаметр провода по жиле); Δ — диаметральная толщина эмалевой изоляции.
Величина п называется кратностью диаметров при навивании.
Для проводов диаметром более 0,38 мм величина Δ значительно меньше d и в выражении (5-1) ею можно пренебречь. Тогда максимальное относительное удлинение эмали можно определить по более простой формуле:
(5-2)
Выражения (5-1) и (5-2) действительны при наличии упругих деформаций, когда считается, что недеформируемая при изгибе часть расположена в середине (по сечению) проводи. Однако исследования показывают, что эти соотношения вполне применимы и для данных условий испытаний, так как при таких изгибах сечение провода остается круглым с нейтральной областью его в средней части.
После навивания на поверхности провода не должно быть трещин. Под трещиной следует понимать такой дефект покрытия, который глубоко проникает под поверхность, т. е. происходит разрыв изоляции до жилы. После навивания образца провода поверхность его осматривается. При арбитражной проверке должна быть применена лупа с четырехкратным увеличением.
Испытание эластичности эмалевой изоляции прямоугольных проводов производят изгибанием образца широкой стороной на 180° вокруг стержня определенного диаметра с последующим осмотром поверхности. После изгибания образца на его поверхности не должно быть трещин в изоляции.
Таблица 5-2
Необходимая точность регулирования температуры в термостатах при испытании эластичности после воздействия повышенных температур
Эластичность изоляции определяется также после воздействия повышенных температур. Образцы проводов в виде прямых отрезков или бухточек диаметром не менее 50 мм для проводов диаметром до 0,80 мм и не менее 100 мм для проводов диаметром 0,83 мм и более помещают в термостат с установившейся заданной температурой. Термостат должен иметь автоматическую регулировку температуры с точностью регулирования, указанной в табл. 5-2. Образцы в термостате должны находиться в подвешенном состоянии и /не касаться стенок. Температура и время выдержки в термостате устанавливаются стандартами или техническими условиями на провода. Время пребывания в термостате должно отсчитываться с момента установления в нем требуемой температуры после помещения образцов.
После изъятия из термостата образцы охлаждают не менее 30 мин до комнатной температуры, а затем подвергают испытанию навиванием на стержень по методике, описанной выше.
При испытании эластичности изоляции от катушек с проводом должно быть отобрано по два образца. В исходном состоянии любые испытания должны проводиться при температуре окружающего воздуха 25±10оС и относительной влажности не более 75%, если в стандартах или технических условиях на провода не предусмотрены другие условия испытаний. Допускается проводить испытания в более жестких условиях, если их результаты не ниже, чем те, которые требуются при проведении испытаний в нормальных условиях. При получении неудовлетворительных результатов образцы должны быть выдержаны не менее 6 ч в указанных выше условиях и затем испытаны.
Испытание волокнистой изоляции обмоточных проводов проводится с помощью аналогичных методов. Однако в этом случае следует учитывать ряд особенностей. Так, эластичность волокнистой изоляции круглых проводов диаметром 0,31 мм и менее определяется навиванием на стержень 10 витков, плотно прилегающих один к другому, в то время как для испытаний эмалированных проводов таких размеров применяется метод растяжения провода на разрывной машине. Для проводов с волокнистой изоляцией диаметром более 0,31 мм число навиваемых витков при определении эластичности сокращается до 3—5. Эластичность изоляции проводов прямоугольного сечения определяется изгибанием образца провода по широкой стороне в трех местах на 180° вокруг цилиндрического стержня. Максимальная нагрузка при навивании образцов на стержень не должна превышать 25 кгс. Наличие повреждения волокнистой изоляции (просветы до токоведущей жилы, разрыв отдельных нитей обмотки, надрывы бумажных лент и т. п.) определяется внешним осмотром без применения увеличительного прибора.
В спорных случаях образцы провода со стекловолокнистой изоляцией должны быть испытаны электрическим напряжением, которое прикладывается между проводником и металлическими шариками, окружающими изоляцию (§ 5-11).
5-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ К ТЕПЛОВОМУ УДАРУ
Рис. 5-4. Образец эмалированных проводов, не выдержавших испытания на тепловой удар.
Стойкость изоляции эмалированных проводов к тепловому удару определяется путем помещения испытываемого провода, навитого в спирали определенного диаметра, на 1 ч в термостат с заданной температурой. При этом на эмалевой пленке не должны появляться трещины и другие дефекты. Характерный вид образцов проводов, не выдержавших испытание на тепловой удар, показан на рис. 5-4.
Испытанию на тепловой удар подвергаются провода диаметром 0,38—2,44 мм. При внезапном помещении образца в нагретый термостат в первый момент из-за различной степени нагрева изоляции, особенно ее наружного слоя, и жилы как в металле, так и в эмалевом покрытии возникают температурные напряжения, которые в совокупности с физико-химическими процессами старения могут привести к нарушению целостности эмалевой пленки. Большая часть трещин при испытании на тепловой удар образуется в первые минуты теплового воздействия, поэтому в качестве оптимального времени в отечественной практике выбран 1 ч; в соответствии с рекомендациями МЭК это время составляет 30 мин.
При испытании на тепловой удар от катушки с испытываемым проводом отбираются два образца длиной не менее 500 мм каждый. Навивание спиралей производится на той же установке, которая применяется для изготовления образцов при оценке эластичности изоляции эмалированных проводов. Образец навивается десятью плотно прилегающими один к другому и к стержню витками. Образец, вынутый из термостата после испытаний должен быть выдержан не менее 30 мин в нормальных условиях, после чего производится осмотр его поверхности.
