Изоляция электрических машин - Испытания изоляции механическими нагрузками

§ 9. Испытания изоляции механическими нагрузками.
Физико-механические характеристики
Как указывалось в § 5, длительные механические воздействия, за исключением вызванных тепловыми перемещениями, не достигают опасных уровней. Поэтому не проводятся испытания на длительное механическое старение, подобные электрическим и тепловым, а действие термомеханических напряжений из-за сложности их воспроизведения изучается .на специальных функциональных моделях (§ 10).
Изучается также совместное действие статических механических нагрузок и электрического поля. Испытательное устройство и характерные результаты исследования одного типа высоковольтной изоляции представлены на рис. 18, на котором даны зависимости Unp(t) при различной деформации: для 1 — е = 0; 2— е = 5 -10-4; 3 — 8=1-10_3. Эти
данные подтверждают опасность механических деформаций е « МО-3.
Для изоляции катушечных обмоток исследуется влияние вибрации, поскольку она существенна при пуске машины, и это воздействие обычно входит в программу комплексных испытаний (§ 11).
При разработке новых видов изоляции и технологических вариантов исследуются физико-механические характеристики изоляции — модуль упругости Еу и критические нагрузки (прочность, деформация) в рабочем диапазоне температуры, знание которых необходимо для обоснованного выбора конструкции крепления обмотки и технологии изготовления и укладки стержней (катушек).
У изоляции, как и у ряда других полимеров и композитов, наблюдается характерная зависимость модуля упругости и деформации от температуры.

Рис. 18
При определенной температуре, называемой фиктивной температурой стеклования Тс, происходит переход материала в другое физико-механическое состояние, называемое вязкоупругим, когда связи между макромолекулами ослабевают и под действием нагрузки становится возможным их перемещение, соизмеримое с деформацией самих молекул. Это значит, что при Т^ТС становится возможным значительное упругое течение материала. Очевидно, что это свойство определяется только поведением связующего в отвержденной изоляции, так как другие компоненты — слюдобумага и тканые или пленочные подложки, например стеклоткань или лавсановая пленка, в рабочем диапазоне температур не изменяют свои механические характеристики.
В вязкоупругом состоянии резко понижается модуль, упругости Еу, появляется зависимая от времени высокоэластическая деформация. На рис. 19 приведена характерная временная диаграмма деформации при наложении неизменной во времени нагрузки и ее снятии, описываемая формулой
(19)
где т — постоянная времени установления вязкоупругой составляющей (релаксации). Механической моделью установления деформации в таком материале является параллельное включение пружины и гидравлического демпфера (рис. 19,а) — модель Фогта.
В практике часто встречаются случаи, когда материал или элемент конструкции подвергаются неизменной во времени деформации (термомеханическое удлинение стержня обмотки, имеющего изоляцию с малой, по сравнению с медью, жесткостью, заклиновка обмотки в пазах).

Рис. 19
Тогда применима модель последовательного соединения пружины и демпфера (Максвелла), описывающая постепенное ослабление напряжения— релаксацию (рис. 19,6). Температуру стеклования
можно определить из зависимости(рис. 20),

Рис. 20
как температуру, соответствующую середине интервала А£у = Еу (20° С) — £,у(100°С). Кривая 1 характерна для изоляции с явно выраженными вязкоупругими свойствами которой модуль £у при повышении Т до 100...120° С снижается почти на порядок, а вязкоупругая составляющая деформации (кривая 1) имеет максимум при Тс.
Как правило, такое изменение механических характеристик изоляции с ростом температуры не влияет на долговечность и старение ее при повышенной температуре, а изоляция обладает характерными свойствами термореактивных систем, так как сохраняются все образовавшиеся при отверждении связи между молекулами. Однако в обмотке с изоляцией этого типа при рабочей температуре ослабляются упругие взаимодействия между элементами крепления, что учитывается в конструкции. Например, лобовые части стержней между собой скрепляются с помощью формующихся материалов и клеев холодного или горячего отверждения.
Важнейшим показателем, зависящим от температуры, является критическая деформация изоляции екр, при которой происходит ее разрушение. Наиболее распространен способ определения еКр, при котором пазовая часть катушки или стержня подвергается возрастающему изгибу при одновременном приложении неизменного напряжения и фиксируется прогиб fКр в момент пробоя. Для оценки изоляции обычно ограничиваются сравнением /Кр, не вычисляя е. «Жесткие» системы изоляции, характеризуемые кривой 2 (рис. 20), сохраняют не только жесткость при повышении температуры, но и малое /кр. Для релаксирующей изоляции характерно резкое увеличение fкр—в 2—3 раза при увеличении температуры до 70... 100° С. Это позволяет применять такую изоляцию для катушечных обмоток, при укладке которых происходит значительная деформация секций.