Ізоляції обмоток

За умовами роботи обмотки є найважливішою і найскладні-шою частиною електричних машин і апаратів. Вихід обмоток з ладу в більшості випадків обумовлений пошкодженнями ізоляції. Так, на промислових підприємствах більше ніж 84% всіх відмов асинхронних двигунів відбувається внаслідок різних пошкоджень обмоток. В сільському господарстві 80% відмов електродвигунів виникає внаслідок пошкодження ізоляції.

На обмотки й особливо на їх ізоляцію у процесі експлу-атації діють електромагнітні сили, вібрація, температура, навколи-шнє середовище та інші фактори. Спільна дія цих факторів призводить до незворотних процесів зміни структури і хімічного складу ізоляції, тобто до старіння ізоляції. Крім цього, в ізоляції можуть бути дефекти, які виникають як в процесі виготовлення матеріалів, так і під час виготовлення самої ізоляційної конструкт-ції. Особливо часто під час вкладання обмоток пошкоджується виткова ізоляція, що значно скорочує термін їх служби. Викорис-тання під час вкладання обмоток металевого інструмента часто призводить до передавлювання і прорізання ізоляційного шару проводів. Різкі перегини обмоткового проводу при намотці сприяє утворенню в ізоляції значних механічних напруг, внаслідок чого виникають тріщини. Розвиток місцевих дефектів звичайно призво-дить до пошкодження ізоляційних конструкцій в перший період експлуатації. Такі пошкодження виникають, як правило при пробої міжвиткової ізоляції.

У процесі роботи на обмотки електричних машин діють електродинамічні і механічні сили, які досягають великих значень під час пуску і реверсування. Під дією цих сил в ізоляції виникають тріщини, а також механічні пошкодження. Особливо небезпечною для ізоляції обмоток електричних машин є вібрація, яка виникає в зв'язку з незрівноваженістю обертових частин, згином вала, під час зношування підшипників, при обриві стрижнів короткозамкнених обмоток роторів і з інших причин. Вібрація може також передава-тися на електричні машини з боку привідних механізмів. Вібрація може скоротити строк служби ізоляції в декілька разів. До зношу-вання виткової ізоляції може приводити тертя між витками і витків з корпусною ізоляцією, яке виникає в електричних машинах внас-лідок різних коефіцієнтів теплового розширення міді обмоток і активної сталі сердечників.

Важливим показником, який використовується під час експлуатації, діагностування і прогнозування працездатності ізоля-ції є строк її служби і залежність його від температури. В резуль-таті було сформульоване "правило восьми градусів", згідно з яким підвищення температури на кожні вісім градусів призводить до скорочення строку служби ізоляції вдвічі.

Електричному старінню під дією електричних полів під-дається ізоляція високовольтних машин, причому суттєвий вплив полів виявляється в ізоляції обмоток електричних машин напругою 6 кВ і вище. Особливу загрозу для ізоляції, з певним рівнем старіння і пониженою електричною міцністю становлять комута-ційні перенапруги, які можуть перевищувати значення напруги живлення в 7 разів.

Значний вплив на прискорення процесу старіння ізоляції має волога. Зволоження є однією з основних причин пробою ізоля-ції обмоток електричних машин, особливо намотаних проводами з бавовняного обплетення, що має високу гігроскопічність. Волога, яка проникає в пори і тріщини, значно знижує електричну міцність ізоляції. Небезпечним є також зволоження забруднених обмоток. При зволоженні обмоток з дефектами в ізоляції опір ізоляції зни-жується в декілька десятків разів і при цьому різко збільшуються струми втрат через ізоляцію. В цих випадках через дефекти в ізоля-ції під дією напруги проходить струм, який руйнує ізоляцію, внас-лідок чого виникає коротке замикання між витками обмоток або замикання обмоток на землю. В електричних машинах, які мають такі дефекти ізоляції, потрібно замінити обмотки, тобто здійснити капітальний ремонт.

Якщо ізоляція не має технологічних дефектів, то під дією температури, вібрації, зволоження, зовнішнього середовища та ін-ших факторів протягом часу відбувається поступове старіння ізо-ляції, яке виражається в її всиханні, випаровуванні летучих ком-понентів, втраті еластичності, виникненні пор і тріщин. В «най-слабших» місцях ізоляції виникають місцеві дефекти, які мають ни-зьке значення напруги пробою. В моменти перенапруг (атмос-ферних або комутаційних) в місці дефекту виникають іскрові роз-ряди, які повторюються при кожній наступній перенапрузі, значен-ня якої перевищує напругу пробивання місця дефекту. Внаслідок дії розрядів пробивна напруга поступово зменшується до тих пір, поки в місці дефекту не виникне дуговий розряд від робочої напруги між витками. В цьому випадку наступає повне міжвиткове замикання і обмотка електродвигуна виходить з ладу.

Значний вплив на строк експлуатації ліній електропередач мають вітрові навантаження. Виникаючі при цьому механічні нава-нтаження в опорах, розтяжках, проводах можуть привести до їх деформації і руйнування. Хімічні фактори старіння полягають у дії хімічних агентів на елементи електроустановок. Наприклад, гуми, використовувані для герметизації, набухають у багатьох розчин-никах, у тому числі бензині, трансформаторній олії. При набрякан-ні вони приводять до розгерметизації. Найбільш значний вплив вологи на електричну ізоляцію, особливо на рідкі діелектрики і гідрофільні тверді діелектрики (картон, папір). Наприклад, досить приблизно 0,1% води в трансформаторній олії, щоб його електрич-на міцність зменшилася приблизно в два рази. Відповідно, транс-форматор, заповнений такою олією, може вийти з ладу при незнач-них перенапругах, або навіть при робочій напрузі. Волога зменшує не тільки електричну міцність, але і механічну міцність. Періоди-чне зволоження і висушування може привести до короблення виробів, розшарування, розтріскування і т.д., що характерно для паперової ізоляції і картону.

З техногенних факторів старіння, у першу чергу, виділимо вплив електричної напруги. Це вплив різноманітного ряду явищ, що відбуваються в матеріалі: часткові розряди, дендрити, дуга, вода, нагрів за рахунок діелектричних втрат.

Старіння неорганічних діелектриків притаманне роботі пристрою при постійній напрузі, при змінній напрузі старіння практично відсутнє. При цьому іони, що містяться в діелектрику, дрейфують до відповідного електроду і розряджаються на них.

Органічні діелектрики слабостійкі до атмосферних і експлу-атаційних впливів.Старіння при постійній напрузі практично відсутнє, при змінній напрузі вони старіють за рахунок часткових розрядів, дендритів. Вплив високої температури, плазми розряду, випромінювання розряду веде до розкладання матеріалу і до появи дендриту.