§ 18. Работа изоляции в различных условиях

Изоляционные материалы, применяемые для электрических машин, представляют собой разного рода композиции из органических и неорганических веществ. Класс изоляционного материала определяет максимально допустимую в эксплуатации температуру нагрева обмоток.

В тепловозных электрических машинах, как уже указывалось выше, применяются изоляционные материалы классов А и В. Согласно ГОСТ 2582-50 для изоляции класса А максимально допустимая температура нагрева установлена в 125° и для изоляции класса В-145°.

Свойства изоляции электрических машин в период эксплуатации изменяются по ряду причин, например, влага, находящаяся в воздухе, ухудшает изоляцию. При этом наиболее интенсивно влага действует в период остывания обмотки, когда объём воздуха в порах и капиллярах изоляции сокращается. Повышенная температура окружающего воздуха повышает (при прочих равных условиях) температуру обмотки, что ускоряет старение изоляции. Низкая температура воздуха способствует ломкости её. Пары кислот, щелочей, бензина, бензола, воздействуя на составляющие органические части изоляции, разрушают последнюю.

Пыль, содержащаяся в охлаждающем воздухе, частично оседает на поверхности изоляции, а при большой скорости воздуха создаёт абразивный износ её отдельных элементов. В зависимости от состава она может быть активной (металлическая пыль, сода, соль и т. п.) или нейтральной (цемент, песок). Особенно вредна металлическая пыль, обладающая проводящими свойствами и потому способная создавать замыкания и поверхностные разряды в машине; то же относится и к пыли от угольных щёток. Помимо этого, оседающая на частях машины пыль ухудшает условия их охлаждения, а следовательно, повышает температуру обмоток. Как известно, у главных генераторов и тяговых электродвигателей предусмотрены вентиляционные каналы в коллекторах и железе якоря, служащие для пропуска через них охлаждающего воздуха. В случае загрязнения этих каналов пылью и смазкой, попадающей в остов при чрезмерном количестве её в подшипниках якоря, условия охлаждений якоря значительно ухудшаются.

При механическом воздействии (толчках, ударах о стыки рельсов и другие неровности пути) в изоляции тяговых электродвигателей появляются трещины.

Масла, проникающие в машины, разрушают немаслостойкие составные части изоляции, понижая диэлектрические свойства изоляции.

При нагревании органических материалов в них происходят необратимые процессы теплового старения, приводящие к потере эластичности и понижению механической прочности. При значительной тепловой нагрузке наблюдается ухудшение диэлектрических свойств изоляции.

Как установлено наблюдениями, у электрических машин, имеющих изоляцию класса А, повышение рабочей температуры на 10° сокращает срок службы изоляции вдвое. Срок службы изоляции класса В определяется в основном нагревостойкостью связующих и скрепляющих органических материалов, а также их процентным содержанием.

На фиг. 217 представлена диаграмма срока службы изоляции класса В в зависимости от температуры её нагрева.

Фиг. 217. Диаграмма срока службы изоляции класса В: 1 - максимальный; 2 - минимальный

При нахождении машин во влажном воздухе или при постановке холодных машин в тёплое помещение наблюдается снижение общего сопротивления изоляции из-за увлажнения. При этом ухудшаются её диэлектрические свойства и снижается пробивная прочность. Увлажнение изоляции может быть поверхностным, когда влага, находящаяся в воздухе, оседает на поверхности, или объёмным, когда влага проникает в макроскопические и микроскопические поры изоляции.

Процесс отсыревания - обратимый процесс, так как при нагревании влага испаряется и изоляция восстанавливает свои первоначальные свойства. При температуре ниже нуля сопротивление изоляции резко возрастает, так как сопротивление льда в 10 000 раз больше сопротивления воды.

Необходимо отметить, что при многократном отсыревании наблюдается некоторое снижение влагостойкости изоляции из-за повышения её пористости.

Сухая изоляция, имеющая поры, подвержена электрическим разрядам, приводящим к ухудшению изоляции. В результате разрядов в очагах ионизации образуется озон, вредно действующий на асфальто-масляные лаки, применяющиеся для пропитки обмотки изоляции электрических машин.

Основным показателем состояния изоляции является её сопротивление, измеряемое в мегомах; кроме того, о состоянии изоляции судят по её ёмкости и диэлектрическим потерям.

Ёмкость изоляции определяется конструктивными размерами и свойствами диэлектриков, входящих в её состав. В процессе эксплуатации ёмкость изоляции, - измеряемая в микромикрофарадах, снижается вследствие появления пор, трещин и расслоения.

Диэлектрические потери также определяются размерами изоляции и её свойствами.

Мощность, рассеиваемая в диэлектрике, образует диэлектрические потери, характеризуемые тангенсом угла 8 диэлектрических потерь (фиг. 218). При увлажнении изоляции активный ток и активная слагающая абсорбционного тока растут быстрее, чем ёмкостный ток и ёмкостная составляющая тока абсорбции. Поэтому по величине tgδ можно судить о влажности изоляции. Плавный рост tgδ при увеличении испытательного напряжения указывает на утечки, т. е. на увлажнение изоляции.

Фиг. 218. Составляющие переменного тока в диэлектрике: I_е - ёмкостный ток; I_абсор - ток абсорбции; I_а - активный ток; I_а - активная составляющая тока абсорбции; I_е - ёмкостная составляющая тока абсорбции

Для определения степени влажности изоляции используют прибор ПКВ системы ЦНИИ (прибор контроля влажности), схема присоединения которого к тяговому электродвигателю показана на фиг. 219.

Фиг. 219. Схема проверки влажности изоляции тягового электродвигателя прибором ПКВ

Прибор подключают к сети переменного тока напряжением 220 в. Для проверки замыкают концы выводных проводов медной перемычкой, которую присоединяют при помощи провода к одному из зажимов Сх. Второй зажим соединяют с валом якоря.

По отношению ёмкостей при частоте 2 гц и 50 гц судят о состоянии изоляции. Если отношение равно или больше 1,5 (для электродвигателей ДК-304Б), то это указывает на увлажнение изоляции и необходимость ее сушки.

Проверка диэлектрических потерь не выявляет местных дефектов в изоляции; для определения электрической прочности изоляции необходимо провести испытание током высокого напряжения.

Действительное состояние изоляции можно выявить только полным комплексом испытаний.

Восстановление качества изоляции обмотки может быть произведено путём компаундировки, сушки, пропитки и последующей сушки с лакировкой.