Глава вторая
ИСПЫТАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА
Целью этих испытаний является проверка соответствия параметров ряда узлов ЭМ требованиям технической документации и подготовка ЭМ к испытаниям под нагрузкой. При испытаниях устанавливаются значения отклонений параметров от номинальных значений и степень электрической, магнитной и механической симметрии электрических машин (различие этих параметров по фазам и полюсам), что, совместно с результатами испытаний под нагрузкой, дает необходимые сведения для оценки технологии производства ЭМ и выбора мероприятий для ее совершенствования.
В программу испытаний входят:
- испытание электрической изоляции;
- измерение "холодных" сопротивлений обмоток (см. гл. 5);
- контроль числа витков и схемы соединения обмоток;
- контроль качества пайки и схемы соединения обмоток с коллектором (см. гл. 6);
- контроль магнитной симметрии;
- контроль узлов токосъема (см. гл. 6);
- контроль состояния подшипников.
Ряд работ, указанных в этой программе (п. 4 и др.), выполняется персоналом ОТК сборочного или обмоточного цеха. Во всех случаях, однако, необходима тесная координация работ персонала испытательной станции и ОТК цеха.
ИСПЫТАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ
В изоляционных конструкциях ЭМ различают следующие виды изоляции: между витками обмотки, обмотки от корпуса и соприкасающихся с ней других обмоток, комплекта коллекторных пластин от корпуса и между собой (межпамельная изоляция), контактных колец, щеткодержателей и стяжных болтов активной стали (если они имеются) от корпуса, бандажей якоря от обмотки, подшипниковых опор от фундамента или корпуса ЭМ.
Различают также изоляцию пазовой и лобовой частей обмоток. В наиболее тяжелых условиях находится витковая и корпусная изоляция в месте выхода обмотки из пазов, где она подвержена действию повышенных электрических и механических нагрузок.
Электрическая изоляция характеризуется в основном сопротивлением RK и максимальным напряжением Uипр, которое она способна выдержать без повреждения (пробоя). К числу основных параметров мы отнесем также коэффициент абсорбции.
Прежде чем перейти к методам испытания, коснемся вкратце физических процессов в изоляции электрических машин [2.1].
Слои изоляции, расположенные между находящимися под напряжением элементами ЭМ или между этими элементами и корпусом (введем общее название — "электроды"), имеют определенное сопротивление и емкость, что обусловливает наличие тока утечки и емкостного (зарядного) тока.
Ток утечки может проходить как через толщу изоляции (сквозной ток), так и по поверхности изоляции, граничащей с воздухом или какой-либо другой изоляционной средой, например маслом.
Токи утечки тем больше, чем больше градиент напряжения, т. е. напряжение, приходящееся на 1 см пути утечки. В силу неизбежной неравномерности структуры изоляционных слоев, наличия в них воздушных или иных включений напряжение распределяется по толщине изоляции неравномерно. Значительные напряжения приходятся на воздушные включения, поскольку диэлектрическая проницаемость воздуха в несколько раз меньше, чем у изоляционного материала.
Если градиент напряжения на воздушных включениях превышает электрическую прочность воздуха (25—50 кВ/мм), происходит пробой, появляются частичные разряды, сопровождающиеся увеличением тока утечки. Частичные разряды вызывают ионизацию воздуха и появление, весьма опасного с точки зрения химического разрушения изоляции, озона. Воздушные включения ухудшают также теплопроводность изоляции.
Поэтому изоляция ЭМ должна быть монолитной, без воздушных включений, что достигается специальной технологией производства электроизоляционных материалов и конструкций, предусматривающей сушку и пропитку обмоток изоляционными лаками или компаундами.
Для изоляции особо ответственных электрических машин предусматривается вакуумная сушка, при которой воздух удаляется в наиболее полной мере, а затем осуществляется пропитка или заполнение пор изоляционными составами под давлением.
В высоковольтных электрических машинах (при фазном напряжении > 1 кВ), для того чтобы снять напряжение, способное пробить воздушные включения между обмоткой и стенкой паза, поверхность обмотки покрывается электропроводящим лаком.
По достижении током утечки в наиболее слабых точках изоляции достаточно высоких плотностей начинает сказываться тепловое действие этого тока, прожигающего в изоляции, вследствие обугливания, проводящие шнуры, что, в свою очередь, усиливает ток утечки. Весь процесс приобретает лавинообразный характер, приводит к замыканию на землю и при достаточном напряжении — к дугообразованию и разрушению узла.
Поэтому зависимость тока утечки от напряжения имеет характерный перегиб, после которого начинается быстрый рост тока. Очевидно, что напряжение, соответствующее этой точке, должно быть существенно (в 10—100 раз) выше рабочего.
Поверхностный ток утечки зависит от расстояния между электродами, качества поверхности и связанной с условиями эксплуатации степенью ее загрязнения. Усиление поверхностного тока утечки может также приводить к перекрытию изоляционного расстояния, появлению дуги и разрушению поверхностных слоев изоляции. Для ее восстановления поврежденные слои должны быть удалены.
Для высоковольтных электрических машин причиной пробоя могут быть как описанные выше ионизационные, так и тепловые процессы. Для электрических машин с напряжением менее 1 кВ пробой обычно возникает от теплового фактора.
Рис. 2.1. Примерная зависимость сопротивления изоляции от температуры
С ростом температуры и степени увлажненности изоляции ее сопротивление падает, а ток утечки растет. Примерная зависимость сопротивления изоляции от температуры приведена на рис. 2.1. Ориентировочно можно считать, что изменение температуры изоляции на 15 °С в пределах температур 20— 100 °С изменяет сопротивление изоляции в два раза.
В процессе работы под влиянием нагрева, механических и химических (оксидирования) воздействий изоляция подвергается старению, становится хрупкой. Улетучиваются некоторые составляющие пропиточных составов, что способствует появлению пор. Механические нагрузки приводят к появлению трещин.
Эти характерные для старения изоляции последствия, как правило, не обнаруживаются при измерении сопротивления изоляции. Сопротивление такой изоляции часто даже повышается, а пробивное напряжение снижается. Однако для установления этого факта необходимо подвергнуть изоляцию или ее часть испытанию на пробивание, т. е. разрушению. Такие испытания иногда проводят для электрических машин, поставленных на ремонт, выборочно — для нескольких стержней обмотки, с целью определения состояния ее изоляции и объема потребного ремонта.
Для определения степени старения изоляции используется тот факт, что она становится менее влагостойкой, т. е. легче впитывает влагу (пары воды), что приводит к понижению ее сопротивления. Для небольших ЭМ такая проверка может производиться помещением их в камеру влажности. Для крупных электрических машин, однако, степень увлажнения может быть функцией изменяющихся климатических условий, и сопоставление данных по сопротивлению изоляции за определенный период эксплуатации не дает возможности оценить ее состояние. Зависимость сопротивления изоляции от температуры усугубляет трудности такой оценки.
Для оценки степени увлажнения изоляции широкое распространение получил метод контроля абсорбции, основанный на определении зависимости тока, проходящего через изоляцию, при приложении к ней постоянного напряжения, от времени.
Для понимания сути этого метода нужно напомнить, что электроды, разделенные изоляцией, представляют собой определенную электрическую емкость, способную накапливать заряды. Структура изоляции может рассматриваться как состоящая из большого числа элементарных RC-цепей, включенных последовательно и параллельно. Как известно, скорость заряда конденсаторов в RC-цепи определяется постоянной времени Т = RC. Чем больше Т, тем медленней происходит процесс заряда. Наряду с цепями, в которых преобладают емкости, изоляция включает в себя цепи, в которых преобладают сопротивления, имеющие весьма высокие значения.
При подаче постоянного напряжения на электроды через изоляцию начинает проходить ток утечки iy, быстро затухающий ток заряда чисто емкостных цепей и медленно затухающий ток заряда элементарных RС-цепей — ток абсорбции /а. Значение этого тока связано не только с большими постоянными времени RС-цепей, но и с временем перетекания — выравнивания этих зарядов через параллельные связи цепей, так называемым временем релаксации, измеряемым десятками секунд — минутами. Чем больше увлажнена изоляция, тем больше iy и меньше (ближе к 1) отношение
(2.1)
называемое коэффициентом абсорбции [2.1, 2.2]. Определение Ка сводится к определению показаний мегаомметра Rn через 15 и 60 с (или 1 и 10 мин для крупных электрических машин) после приложения к обмотке (изоляции) напряжения
(2.2)
Для неувлажненнои изоляции Ка достигает значений 3—4 и более. Перед измерением обмотки замыкаются на землю для снятия возможных остаточных зарядов. Для повышения точности метода рекомендуется снимать также точки Rn через 30 и 45 с с построением кривой Ка = /(f) [2.2]. Поскольку метод абсорбции использует отношение сопротивлений изоляции, влияние температуры на результаты измерений существенно уменьшается, что составляет основное преимущество метода. Этот метод и его модификации, например метод саморазряда, находят широкое применение при контроле изоляции электрических машин в процессе сушки и в эксплуатации.
Измерение сопротивления изоляции
Для этого применяются мегаомметры, генерирующие определенное напряжение постоянного тока и измеряющие отношение напряжения к току [см. § 1.7; 2.4]. Источником постоянного напряжения могут быть генераторы с ручным (частотой вращения рукоятки 120 об/мин) или электродвигательным приводом, а также статические выпрямительные устройства. Напряжение мегаомметра Uмо указывается обычно в технической документации. Ориентировочные данные для его выбора в зависимости от номинального напряжения Uном приводятся ниже: 
*
* Напряжение 125 В может быть получено вращением ручки мегаомметра на 250 В со скоростью 60 об/мин.
Минимальное сопротивление изоляции обмотки относительно корпуса и других обмоток, при котором допускается включение ЭМ под напряжение, устанавливается в стандартах или ТУ.
Оно может быть определено в мегаомах ориентировочно из выражения
(2.3)
а при Λ,ομ < 10 МВ - А
(2.4)
где UHOм - номинальное напряжение, В, РНом ~ номинальная мощность, КВ- А (для многофазных электрических машин Rumin — сопротивление изоляции одной фазы).
Если сопротивление изоляции меньше Ruminy то в допустимых местах производится разъединение цепей ЭМ и проверка Ru отдельных участков. В первую очередь должно быть проверено отсутствие загрязнения изоляционных поверхностей, по которым может пройти ток утечки.
