Испытание на нагревание производят приложением к двигателю непосредственной нагрузки, равной его номинальной мощности, при номинальном напряжении до практически установившейся температуры отдельных частей двигателя, т. е. до такого состояния, когда в течение последнего часа испытания температура охлаждающей или окружающей среды, а также все измеряемые температуры частей машины изменяются не более чем на 1°С.
Для нагрузки асинхронного двигателя при его испытании на нагревание допустимы различные методы; наиболее простые из них — это различные тормоза (колодочный, ленточный и т. д.), а также нагрузка при помощи генератора, работающего на реостат.
При применении этих методов энергия, расходуемая при испытаниях, теряется безвозвратно.
Существуют схемы испытаний на нагревание, при которых большая часть используемой энергии возвращается в сеть. Естественно, что эти схемы более предпочтительны, однако испытательные устройства при этом усложняются и удорожаются, поэтому в испытательных схемах электроремонтных предприятий такие установки применяются редко.
Если определение установившейся температуры обмотки производится методом экстраполяции путем построения кривой остывания после отключения двигателя, то для асинхронных двигателей с фазным ротором построение приходится производить дважды: один раз для обмотки статора и второй раз для обмотки ротора, для чего двигатель после построения кривой остывания обмотки статора вторично приводят во вращение с прежней нагрузкой до установления прежних температур и затем вторично отключают.
Испытание на нагревание иногда проводят не при номинальной нагрузке, а при некотором токе /н, который может несколько отличаться от тока I, соответствующего номинальной нагрузке; в этих случаях измеренное превышение температуры обмотки можно пересчитать по формуле
где в' — искомое превышение температуры обмотки при номинальной нагрузке.
Целью испытания отремонтированного электродвигателя на нагревание является сравнение установившейся температуры его частей при номинальной нагрузке с нормами, установленными ГОСТ 183-74. Это испытание производят только в тех случаях, когда при ремонте изменены электромагнитные нагрузки двигателя (плотность тока, магнитный поток), в частности, при измерении мощности или частоты вращения двигателя.
ГОСТ 183-74 нормирует не температуру, а превышение температуры какого-то тела (или части тела), т. е. разность между его температурой и температурой окружающей среды. Поэтому при испытании на нагрев необходимо измерять не только температуры частей испытываемого двигателя, но и температуру охлаждающей среды. В машинах с принудительной вентиляцией за температуру охлаждающей среды принимают температуру входящего в машину охлаждающего воздуха (или газа), в остальных машинах — температуру окружающего воздуха.
Например, если при испытании электродвигателя на нагревание измеренная температура обмотки равна 100°С, а измеренная температура воздуха, входящего в машину (при принудительной вентиляции) или окружающего машину (при отсутствии принудительной вентиляции), 30°С, то превышение температуры обмотки равно 100°С—30°С=70°С.
Таблица 1
ЧаСти двигателя | Предельно допустимые превышения температуры, °С, при изоляционных материалах класса нагревостойкости | Метод измерения температуры | ||||
А | Е | в | F | н |
| |
Обмотки переменного тока двигателей 5000 кВ-А и выше или с длиной сердечника 1 м и более | 60 | 70 | 80 | 100 | 125 | Сопротивления или температурных индикаторов, уложенных в паз. Данные — вне зависимости от метода измерения |
То же, но менее 5000 кВ-А или с длиной сердечника менее 1 м | 50* | 65* | 70* | 85** | 105** | Термометра или сопротивления. Данные приведены для измерения методом термометра |
Стержневые обмотки роторов асинхронных двигателей | 65 | 80 | 90 | 110 | 135 | Термометра или сопротивления. Данные—вне зависимости от метода измерения |
Контактные кольца | 60 | 70 | 80 | 90 | ПО | Термометра или температурных индикаторов, уложенных в пазы |
Сердечники и другие стальные части, соприкасающиеся с обмотками | 60 | 75 | 80 | 110 | 125 | Термометра |
То же, не соприкасающиеся с обмотками | Превышение температуры этих частей не должно превышать значений, которые создавали бы опасность повреждения изоляционных или других смежных материалов | |||||
При измерении методом сопротивления допускаемая температура увеличивается на 10°С.
В табл. 1 приведены предельно допускаемые превышения температур частей двигателя, причем для одной и той же части приведены разные нормы в зависимости от класса нагревостойкости изоляции двигателя. Остановимся на этом вопросе несколько подробнее.
* То же на 15°С.
** То же на 20°С.
Все электроизоляционные материалы, применяемые в конструкциях электрических машин, стареют и постепенно теряют электрическую и механическую прочность. Скорость этого старения зависит главным образом от температуры, при которой изоляция работает.
При рассмотрении различных изоляционных материалов с точки зрения длительности срока службы при различных температурах было установлено, что их можно разделить на несколько классов по нагревостойкости таким образом, что материалы, относящиеся к одному классу, имеют примерно одинаковый срок службы, когда они работают при одинаковых температурах.
Для каждого класса нагревостойкости установлена характерная для этого класса предельная температура, при которой изоляция работает длительно и при превышении которой срок службы изоляции резко сокращается.
Согласно ГОСТ 8865-70 установлены следующие классы нагревостойкости электроизоляционных материалов и характерные для них предельные температуры:
Класс нагревостойкости | Y | А | Е | В | F | Н | С |
Предельная температура, *С | 90 | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 | Выше 180 |
Все изоляционные материалы очень чувствительны к высоким температурам. Многочисленными опытами установлено, что долговечность (срок службы) изоляции уменьшается вдвое, если температура, при которой она работает, на 6—8°С превосходит предельную, характерную для данного класса нагревостойкости изоляции (правило Монтзингера).
В электродвигателях применяют электроизоляционные материалы, относящиеся к указанным ниже классам нагревостойкости, а именно А, Е, В, F, Н и С; для различных классов нагревостойкости в табл. 1 приведены предельно допускаемые превышения температуры частей электродвигателя.
ГОСТ 8865-70 следующим образом относит изоляционные материалы, применяемые в конструкциях электрических машин, к указанным классам нагревостойкости:
класс А — пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, натурального, синтетического или искусственного шелка; сюда относятся бумаги, картоны, ткани из хлопчатой бумаги, искусственного и натурального шелка и большинство органических пленок и эмалей;
класс Е — некоторые синтетические органические пленки, теплостойкие эмали, пластмассы с органическим заполнителем;
класс В — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами; сюда относятся миканит с его модификациями, стеклолакоткани, асбестовые бумаги и ткани;
класс F — материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами;
класс Н —материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремний- органическими связующими и пропитывающими составами;
класс С — материалы на основе стекла, слюды, кварца, применяемые без связующих.
Зная, из каких изоляционных материалов выполнена при ремонте изоляция электродвигателя, можно определить, к какому классу нагревостойкости она относится, и выбрать по табл. 1 соответствующее предельно допускаемое превышение температуры. При этом необходимо учитывать, что класс нагревостойкости изоляции двигателя в целом определяется по примененному в конструкции изоляции материалу с наиболее низким классом нагревостойкости. Например, если для пазовой изоляции применен материал на основе слюды класса В, а для обмотки — провод ПБД с хлопчатобумажной изоляцией класса А, то двигатель
по классу нагревостойкости изоляции относится к классу А.
Нормы, приведенные в табл. 1, зависят не только от класса нагревостойкости изоляции, но и от примененного метода измерения температур. Причины этого, а также описание различных методов измерения температуры, применяемых при испытании на нагревание, изложены выше.
Нормы, приведенные в табл. 14, относятся к двигателям, работающим при температуре охлаждающей среды 40°С и на высоте над уровнем моря не более 1000 м.
Для закрытых машин на напряжение не более 1500 В предельно допускаемые превышения температуры обмоток статоров электродвигателей мощностью менее 5000 кВ-А или с длиной сердечника менее 1 м, а также стержневых обмоток роторов при измерении температур методом сопротивления допускается повышать на 5°С.
Если температура охлаждающей среды находится в пределах 40—45°С, предельно допускаемые превышения температуры, указанные в табл. 12, снижаются для всех классов изоляционных материалов на 5°С, а при температурах охлаждающей среды в пределах 45—50°С — на 10°С.
Если температура охлаждающей среды ниже 40°С, то для всех классов изоляции допускаемые превышения температуры могут быть увеличены на столько градусов, на сколько температура охлаждающей среды ниже 40°С, но не более чем на 10°С.
ГОСТ 183-74 предусматривает также некоторое изменение предельных допускаемых температур для электродвигателей на номинальное напряжение выше 11000 В и при установке выше 1000 м над уровнем моря. Здесь эти указания не приводятся.
При пользовании табл. 1 следует учитывать, что упомянутый в ней термин «метод термометра» для измерения температур включает все измерения, когда можно прикладывать измерители к доступным поверхностям частей электрической машины и определять температуру в той точке поверхности, к которой они приложены. С этой точки зрения к методу термометра относятся измерения температуры на доступных поверхностях, когда они производятся не только термометрами расширения, но и другими измерителями, если только эти измерители прикладывают к поверхности части машины (например, поверхностные термопары). Кроме того, сюда же относятся и измерения температуры охлаждающей среды, которые могут выполняться как термометрами расширения, так и термопарами и термометрами сопротивления.
Очевидно, что в результате измерения по методу термометра нельзя учесть более высокие температуры внутри нагретого тела. Поэтому, когда требованиями стандартов или технических условий допускается измерение температуры не только методом термометра, но и другими методами, которые в той или другой степени учитывают и температуру внутри нагретого тела, допускаемые предельные температуры неодинаковы, и как правило, для измерения методом термометра они ниже.
