Б. Электрические испытания обмоточных проводов с эмалевой и волокнистой изоляцией
5-12. ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА ПРОБОИ
Испытания изоляции эмалированных проводов на пробой являются одним из важнейших видов испытаний, определяющих работоспособность и качество проводов. До последнего времени медные и алюминиевые провода диаметром 0,05 мм и более испытывались на скрученных образцах длиной 200 мм; в настоящее время в соответствии с рекомендациями МЭК длина скрутки установлена равной 125 мм. Испытания проводятся на одном образце от катушки. Величина натяжения при скручивании должна составлять 0,5 кгс/мм2 для алюминиевых эмалированных проводов и 1 кгс/мм2 для медных.
Рис. 5-17. Скрученный образец эмалированного провода с разрезанной петлей.
Необходимость регламентирования величины натяжения при скручивании, а также количества скруток (табл. 5-8) вызывается тем, что механические напряжения в эмалевом покрытии возрастают с увеличением натяжения и при повышении числа скруток. Кроме того, увеличение числа скруток приводит к увеличению контактной длины между отрезками провода при испытаниях, а следовательно, к увеличению вероятности пробоя при более низком напряжении.
Длина образца провода, который подвергается перед испытаниями скручиванию, должна быть не менее 400 мм. Петля на конце скрученного образца должна быть разрезана в двух местах (рис. 5-117). С противоположной стороны образца на обоих концах должна быть удалена изоляция.
Для испытания на пробой изоляции проводов диаметром 0,05 мм и более применяется пробивная установка переменного тока частотой 50 Гц, состоящая из трансформатора мощностью не менее 1 ква, регулятора напряжения и вольтметра класса точности не ниже 4, включенного на стороне высокого напряжения. Форма кривой напряжения должна быть практически синусоидальной.
Зачищенные от изоляции концы скрученного образца присоединяются к выходным клеммам испытательной установки. Допускается использование в качестве контактного устройства ванн из некорродирующего металла с электролитом, в которые опускаются концы скрученного образца. При испытании с погружением концов образца в ванны с электролитом снятие изоляции не обязательно.
Таблица 5-8
Число скруток образцов эмалированных проводов при испытаниях электрическим напряжением в соответствии с ГОСТ 14340.7-69
Номинальный диаметр проволоки, мм | Число скруток на длине 125 мм |
0,05—0,11 | 40 |
0,12—0,25 | 33 |
0,27—0,35 | 23 |
0,38—0,49 | 16 |
0,51—0,74 | 12 |
0,77—1,04 | 8 |
1,08—1,50 | 6 |
1,56—2,10 | 4 |
2,26—2,44 | 3 |
Напряжение должно плавно подниматься до пробоя изоляции. Скорость подъема напряжения должна составлять приблизительно 100 в/сек; если пробой изоляции наступает при напряжении порядка 2 500 в, подъем напряжения должен производиться со скоростью около 500 в/сек.
Скорость подъема и длительность приложения напряжения к проводам имеют большое значение. Исследованиями установлено значительное снижение среднего пробивного напряжения при увеличении времени приложения напряжения. Для характеристики электрической прочности эмалевой изоляции важно, чтобы пробой произошел в месте непосредственного соприкосновения проводов, что более вероятно при быстром подъеме напряжения. Кроме того, пробой возможен и в том месте, где эмалированный провод разделяется тонким слоем воздуха. Так как диэлектрическая проницаемость различных эмалевых пленок колеблется в пределах 3—4, то в этом случае мы имеем дело со слоистым диэлектриком (эмаль—воздух—эмаль). Учитывая малую толщину эмалевых пленок по сравнению с диаметром провода, этот случай с известным приближением можно свести к случаю двухслойного плоского диэлектрика, для которого напряженность электрического поля в различных слоях будет выражаться следующим образом: 
И
(5-7)
где Еэм и Ев — соответственно напряженности электрического поля в эмалевой пленке и воздушной прослойке; Δэм и Δв — диаметральные толщины эмалевой пленки и воздушного слоя; εэм и εв — диэлектрические проницаемости эмали и воздуха; U — величина приложенного напряжения.
При напряжениях, которые применяются для испытаний скрученных образцов эмалированных проводов, возможны предварительный пробой воздушной прослойки и последующее прожигание искрой эмалевой изоляции, если для развития этого процесса будет достаточно времени. Поэтому фиксирование времени подъема напряжения до пробоя при испытаниях имеет существенное значение, так как при быстром подъеме разряд в воздушной прослойке не успевает повредить эмалевую пленку, и она пробивается в слабом месте.
Медные эмалированные провода диаметром 0,04 мм и менее и провода из сплавов сопротивления диаметром 0,02— 1,0 мм испытываются напряжением на установке, схема которой показана на рис. 5-18. Установка имеет два полированных металлических валика диаметром 30 мм, свободно вращающихся на осях. Испытываемый провод, сматываемый с катушки, должен дважды обвивать металлические валики в виде восьмерки. Конец провода должен быть зачищен от изоляции и присоединен к зажиму источника напряжения.
Рис. 5-18. Схема установки для испытания электрическим напряжением медных эмалированных проводов диаметром 0,04 мм и менее и проводов из сплавов сопротивления диаметром 0,02—1,00 мм.
Расстояние между центрами валиков 55 мм. На участке провода между металлическими валиками и зажимом должна быть приложена нагрузка, создающая натяжение прохода, равное 1 кгс/мм2.
Рис. 5-19. Универсальная пробивная установка типа УПУ-1м со специальной приставкой для испытания эмалированного провода.
Мощность трансформатора пробивной установки должна быть не более 0,5 ква. Класс точности вольтметра, включенного на стороне высокого напряжения, не ниже 2,5. Напряжение прикладывается между зажимом и металлическими валиками и плавно повышается со скоростью приблизительно 100 в/сек до пробоя. Если пробой изоляции наступает ранее, чем через 5 сек, скорость подъема напряжения должна быть уменьшена.
Удобной для определения пробивного напряжения изоляции эмалированных проводов является универсальная испытательная установка типа УПУ-1м со специальной приставкой, показанная на рис. 5-19.
Существует метод, предусматривающий пробой изоляции между двумя слоями проводов, навитыми несколькими витками (испытательная длина 250—500 мм) на металлический цилиндр диаметром 6—19 мм. В этом случае по результатам испытаний пробивное напряжение получается в 1,5—2,0 раза меньшим, чем при испытаниях скрученных образцов. Объясняется это прежде всего тем, что нижние и верхние витки соприкасаются по всей длине провода в двух местах по окружности (рис. 5-20), благодаря чему увеличивается вероятность Совпадения электрически ослабленных мест изоляции провода. Кроме того, условия развития пробоя в замкнутом треугольнике более благоприятны, чем в случае скрученного образца.
При выполнении исследовательских работ электрическая прочность изоляции проводов иногда определяется в различных жидких средах. Результаты этих испытаний показывают, что при повышенной толщине эмалевого покрытия качество среды (дистиллированная, водопроводная и подсоленная вода и т. п.) имеет значительно меньшее влияние на величину пробивных напряжений, чем при малых толщинах эмалевой пленки. Объясняется это тем, что в тонком слое имеется некоторое количество точечных и несквозных местных повреждений в эмалевой изоляции, в которые легко проникает вода, что снижает электрическую прочность изоляции в этих местах.
Рис. 5-20. Положение провода при двухслойной намотке.
При испытаниях на пробой изоляции обмоточных проводов с волокнистой изоляцией, так же как и при испытаниях эмалированных проводов, от испытываемой катушки отбирается один образец. Провода с медными жилами диаметром 0,06—0,29 мм и жилами из сплавов сопротивления диаметром 0,05—1,0 мм испытывают на металлических валиках (см. рис. 5-18).
Медные и алюминиевые обмоточные провода с эмалево-волокнистой изоляцией диаметром 0,31 мм и более испытываются на скрученных образцах длиной 200 мм. Число скруток равно 25 для проводов диаметром 0,31 — 0,83 мм, 15—для 0,86—l,35 мм и 8 — для 1,40 мм и более.
Рис. 5-21. Принципиальная схема устройства для изгибания проводов на 180° вокруг цилиндрических стержней.
1 — цилиндрические стержни подвижные, 2 — цилиндрический стержень неподвижный, 3 — зажим, 4 — грузодержатель; 5 — направляющие ролики, 6 — испытываемый образец провода.
Провода диаметром 0,31 мм и более со стекловолокнистой или дельта-асбестовой изоляцией испытываются с применением в качестве второго электрода металлических шариков диаметром 2—3 мм, заполняющих ванну. Для испытаний изогнутый образец прямоугольного провода длиной 600—1 150 мм (в зависимости от диаметра стержня, на котором производят изгибание) помещается в ванну и концы его выводятся наружу на расстояние 75—100 мм. Принципиальная схема устройства для изгибания проводов на 180° вокруг цилиндрических стержней показана на рис. 5-21. Круглые провода при этих испытаниях навиваются в спирали. Длина навиваемых отрезков проводов, испытываемых в ванне с металлическими шариками, должна быть не менее 500 мм.
Для проводов с волокнистой изоляцией применяется также так называемое испытание на пробой на стержне или параллельно уложенных образцах. При этом образец провода разрезается пополам и каждый отрезок выпрямляется с удлинением не более 1%. Концы отрезков (по одному у каждого отрезка) зачищают от изоляции. Длина медных и алюминиевых отрезков проводов диаметром 0,31—2,44 мм определяется так:
где dст — диаметр стержня для навивания.
Длина образца проводов диаметром более 2,44 мм и проводов прямоугольного сечения должна быть не менее 600 мм.
Если испытываются круглые провода диаметром 2,44 мм или менее, то два отрезка провода наматывают в два ряда один над другим пятью витками в одном направлении на гладкий стержень из электроизоляционного материала. Концы образцов при необходимости закрепляются на стержне, чтобы не было взаимного смещения витков.
При испытаниях проводов диаметром более 2,44 мм или проводов прямоугольного сечения два отрезка провода плотно прикладывают один к другому (отрезки провода прямоугольного сечения — широкой стороной) и обматывают изоляционной лентой. Концы отрезков разводят в противоположные стороны и к ним прикладывается электрическое напряжение. В местах отгиба должна быть прокладка из изоляционного материала толщиной не более 0,6 мм.
