Сравнительные испытания новой системы изоляции и изоляции на основе стекломикаленты. Для оценки длительной электрической прочности изоляции было изготовлено девять стержней с изоляцией на основе слюдяных лент, где для подложки вместо стеклоткани был использован плотный листовой материал. Значения одноминутной электрической прочности изоляции при ступенчатом увеличении приложенного напряжения составили от 33 до 35,6 кВ/мм, среднее значение по результатам девяти опытов составило 34,3 кВ/мм, что превышает соответствующие значения электрической прочности изоляции на основе стекломикаленты. Аналогичные результаты были получены на семи других образцах при определении длительной электрической прочности при напряженности 10 и 11,8 кВ/мм (см. рис. 1). Полученные при этих испытаниях результаты были основой для продолжения разработки новой системы изоляции. При разработке новой изоляции полагали, что применение в качестве корпусной изоляции слюдяной ленты без стеклоткани затруднит пропитку изоляции. Поэтому были проведены опыты по определению характеристик изоляции, пропитанной различными смолами.
Результаты определения температурного индекса и значения температуры деформации по Мартенсу [12] и водопоглощения композиций из пропиточной смолы и связующего для лент приведены в табл. 1. Температурный индекс определялся в соответствии с публикацией 216-1 МЭК по потере массы 5% при базовом сроке службы 20000 ч, значения температуры деформации по Мартенсу и водопоглощения определялись у образцов смол до и после старения при температуре 180°С в течение 5000 ч. Смола типа 1 успешно применялась для изоляции с 1965 по 1975 г. Смола тина 2 применяется для пропитки стекломикалентной изоляции начиная с 1975 г. Смола типа 3 характеризуется несколько более высоким температурным индексом. Было сделано предположение, что эта смола окажется перспективной для вакуум-нагнетательной пропитки, так как она имеет малую вязкость.
I. Свойства композиций из пропиточной смолы и связующего для лент
Смола типа 4 была получена в лабораторных условиях и на данном этапе исследования представляла собой некоммерческий продукт.
Незначительные различия в характере теплового старения испытанных ОМОН и совершенно незначительное преимущество смолы типа 3, обнаруженное но время пропитки изоляции, позволили сделать вывод о целесообразности использования в дальнейших исследованиях опробованной ранее смолы типа 2, которая применяется для стекломикалентной изоляции.
Нижним критерием, определяющим возможность применения различных лент, является технологичность их ручного или машинного наложения В ходе рассматриваемой разработки не предполагалось вводить какие-либо значительные изменения в технологический процесс, в том числе и в процесс пропитки.
При проведении функциональных испытаний в качестве основных воздействующих факторов, вызывающих старение изоляции, были выбраны электрические и тепловые нагрузки.
Таблица 2. Характеристики слюдяных лент
Примечание. 0 - достаточный; + - хороший; + + - превосходный; — - нет такой характеристики.
В европейских странах в соответствии со стандартами на приемочные испытания машин требуется приложение при испытании изоляции готовой машины удвоенного номинального напряжения. Пробивное напряжение изоляции катушек электрических машин высокого напряжения должно как минимум в 4 раза превышать номинальное напряжение машины [13]. При разработке новой изоляции была поставлена задача повысить одноминутную электрическую прочность изоляции катушек. После теплового старения в условиях, соответствующих изоляции класса F, новая система изоляции должна обладать остаточной электрической прочностью, достаточной для обеспечения надежной эксплуатации в будущем.
Длительная электрическая прочность системы изоляции на основе стекломикаленты, принятой в качестве базового варианта изоляции, для сравнения до и после теплового старения показана на рис. 1. Старение изоляции проводилось на напряжении промышленной частоты. Около 60 испытательных образцов были выполнены частично из алюминиевых стержней и частично из стержней, собранных из медных проводников, изолированных слюдяной лентой. Сечение образцов составляло (10-12)х(40-50) мм, длина 1000 мм. Образцы были изолированы по принятой для базового варианта изоляции технологии путем нанесения необходимого количества слоев стекломикаленты, с последующей пропиткой и отверждением в формах.
Испытания на кратковременную электрическую прочность с увеличением испытательного напряжения ступенями проводились в масле. Долговременные испытания продолжительностью до 10000 ч проводились в воздухе. Длина главных электродов составляла около 400 мм. На обеих концах электрода было выполнено полупроводящее противокоронное покрытие, предотвращающее возникновение поверхностного разряда и перекрытий.
Аналогичная программа испытаний была предусмотрена и для новой системы изоляции. Около 60 стержней, собранных из медных проводников, с размерами, аналогичными указанным выше, были изолированы новой слюдяной лентой, толщина изоляции составляла 1,0-2,6 мм. Были определены значения кратковременной и длительной электрической прочности.
Рис. 2. Длительная электрическая прочность новой системы изоляции на основе слюды и пленки, пропитанных синтетической смолой (1), и стекломикалентной изоляции (2) (цифры в кружках — количество испытуемых образцов):
1' - образец продолжает испытываться; 2' - образцы, прошедшие предварительное старение при температуре 165 °C в течение 5000 ч; 3'-толщина изоляции 1,0 мм, испытание при 50 Гц; 4' - толщина изоляции 1,3 мм, испытание при 50 Гц; 5' - толщина изоляции 1,9 мм, испытание при 50 Гц; 6' - толщина изоляции 2,6 мм, испытание при 50 Гц; 7' - толщина изоляции 1,0 мм, испытание при 500 Гц; 1,2 - см. рис. 1
Результаты, приведенные на рис. 2, говорят о весьма большой продолжительности срока службы при данном уровне нагрузок. Наблюдается тенденция постепенного улучшения характеристик при уменьшении толщины изоляции образцов. Нижние границы значений длительной электрической прочности, показанные на рис: 2, были построены графически без статистического анализа.
Увеличение кратковременной электрической прочности новой изоляции составило 45%, а длительной электрической прочности - 25% по сравнению с базовой системой изоляции на основе стекломикаленты. Часть испытаний по определению длительной электрической прочности была выполнена на переменном токе частотой 500 Гц с последующим пересчетом срока службы для частоты 50 Гц.
В качестве критерия для оценки влияния на изоляцию теплового старения в течение 10000, 5000 и 2500 ч соответственно при температурах 165, 175 и 185°С была выбрана длительная электрическая прочность. Ко времени написания данной работы испытания на старение проводились в течение 5000 ч при 165°C.
В связи с ограниченностью термостатов специальной конструкции запланированные эксперименты проводятся последовательными сериями, и программа испытаний пока еще не завершена. Поэтому проводимые в работе оценки носят предварительный характер, поскольку они основаны на промежуточных результатах испытаний. Одноминутная электрическая прочность и продолжительность срока службы при напряженности 15,5 кB/мм были определены на четырех образцах после старения в течение 5000 ч при температуре 165 °C.
Подобное тепловое старение соответствует условиям, характерным примерно для 50% суммарной нагрузки, необходимой для оценки изоляционного материала с температурным индексом 159°C. Продолжительность времени старения систем изоляции, рассматриваемая в Публикации 611 МЭК [3], имеет тот же порядок величин.
В качестве дополнительного критерия для оценки влияния теплового старения на изоляцию определялся предел прочности на изгиб пазовой изоляции. Отрезки образцов длиной 140 мм вырезались из изоляции пазовых частей катушек и подвергались испытанию на изгиб в исходном состоянии, после теплового старения, а также после электрического и теплового старения. Ниже приведены результаты определения предела прочности на изгиб новой изоляции при продолжительности старения до 5000 ч. Эти данные сравнимы с результатами, полученными ранее на образцах базового варианта изоляции, вырезанных из изоляции лобовых частей обмотки
Условие старения Прочность на изгиб, Н/см2
Исходное состояние............................................................. 180
2000 ч при 165 °C................................................................. 150
5000 ч при 165 °C................................................................. 150
2000 ч при 165 °C и 15,5 кВ/мм.................................. 150
5000 ч при 165 °C и 17-43 ч до пробоя....................... 140
Результаты испытаний на старение показывают, что электрическая и механическая прочности, а также длительная электрическая прочность снижаются. Однако остаточные значения длительной электрической прочности и механической прочности находятся в таких пределах, что они обеспечивают длительную эксплуатацию системы изоляции, прошедшей подобное испытание на старение. Запланирована программа испытаний на будущее.
