Изоляции судовых электрических машин

Анализ аварий и опыт эксплуатации судовых электрических машин(СЭМ) показывает, что срок их службы в основном определяется сроком службы их изоляции [30,32].

Качество электрической изоляции характеризуется следующими параметрами:

– сопротивлением изоляции;

– коэффициентом абсорбции;

– электрической прочностью.

Так как электроизоляционные материалы обладают хотя и не большой, но вполне определённой проводимостью, то под действием приложенного к изоляции напряжения через неё протекает ток, называемый током утечки. Установившаяся величина этого тока и используется для определения сопротивления изоляции R _и по формуле

R_и =

На рисунке 10.1. приведены графики изменения сопротивления изоляции R_ии тока утечки в зависимости от времени, прошедшего после приложения напряжения. Так как ток устанавливается не сразу, а через некоторый промежуток времени, то считывание показаний прибора для определения сопротивления изоляции следует производить не ранее чем через 60 с после приложения напряжения.

Предельно допустимые значения сопротивления изоляции СЭМ указываются в стандартах или технической документации.

Правилами [22] для СЭМ мощностью до 100 кВт и напряжением до 500 В величина сопротивления изоляции в период эксплуатации установлена не менее 0,7 МОм. Допустимое значение сопротивления изоляции машин большей мощности и работающих при больших напряжениях, рассчитывают по формуле

R_и = 3U/(S+1000),

где R_исопротивление изоляции, МОм; U – номинальное напряжение, В; S – номинальная мощность, кВА (кВт – для машин постоянного тока). При получении значения, меньшего 0,5 МОм, допустимое значение сопротивления изоляции, независимо от расчета, принимается равным 0,5 МОм.

Отмеченное выше свойство изоляции – изменение сопротивления во времени после приложения напряжения, положено в основу суждения о степени увлажнения изоляции по скорости изменения показаний прибора. Изоляция считаетс сухой при коэффициенте абсорбции , равном

k_a = ,

где - показания мегаомметра через 60 с после приложения напряжения; - то же через 15 с.

Электрическая прочность изоляции характеризует способность электроизоляционного материала сохранять свои свойства при приложении напряжения и численно выражается значением напряжения, при котором материал разрушается и теряет изоляционные свойства.

Однако следует иметь в виду, что применяемые на практике проверки изоляции обмоток с помощью мегомметров и даже испытания электрической прочности изоляции не дают точной информации о механической прочности изоляции, определяемой, прежде всего, ее тепловым старением.

Из практики известны случаи выхода из строя вследствие витковых замыканий или пробоя на корпус [10] электрических машин, успешно прошедших контроль сопротивления изоляции и выдержавших испытания электрической прочности.

Приборных методов оценки механического состояния изоляции СЭМ в настоящее время не существует. Данная оценка осуществляется визуально и требует от электротехнического персонала достаточно высокой квалификации. При оценке состояния изоляции визуально проверяют внешние лакокрасочные покрытия обмотки: наличие трещин, изломов, следов обгорания, потеков масла и компаунда, изменение цвета лака и эмали.

Во многих случаях изоляцию обмоток, у которых обнаружены внешние повреждения, но сопротивление находится в допустимых пределах, можно восстановить путем перепропитки и нанесением эмали на поврежденные части. В сомнительных случаях производят частичное вскрытие изоляции и оценивают ее эластичность. Если изоляция утратила эластичность, стала хрупкой, при нажатии ломается, трескается или шелушится, то обмотку следует заменить.

Допустимое снижение механической прочности изоляции можно установить, сняв бандажи обмотки и проверив эластичность изоляции под бандажами.

При внешнем осмотре изоляции обмоток необходимо проверить прочность ее закрепления в пазах сердечников статора и ротора (якоря). Обмотки с ослабленным закреплением в пазах подлежат перемотке.

Старение, а затем и повреждение изоляции электрических машин происходят под действием четырех основных факторов – тепловых, электрических, механических и окружающей среды. Каждый из этих факторов влияет на изоляцию по-разному. Обычно тепловое и механическое воздействия являются наиболее активными и поэтому наиболее разрушительными.

Тепло в машине образуется за счет потерь в железе и обмотках. С повышением нагрева изоляции уменьшаются ее механическая прочность и теплопередача; за счет коэффициента линейного расширения меди, изоляции и активной стали, куда вложена обмотка, в изоляционных конструкциях возникают механические напряжения, трещины и разрывы. Сталь сердечника при работе машины нагревается меньше, чем медь обмотки.

От нагрева изоляции происходит тепловое старение, которое вызывает усадку и, как следствие, разрушительную подвижку обмотки в пазах и лобовых частях, катушек главных и дополнительных полюсов. От перемещения секций обмотки в пазах при усадке изоляции во время вращения якорей (роторов), на которые воздействуют центробежные силы, возникает вибрация.

Основным фактором, определяющим срок службы самой изоляции, во многих случая является тепловое воздействие – её нагрев. По этой причине при использовании СЭМ особое внимание должно быть уделено контролю за температурными режимами их обмоток. Заботиться следует о том, чтобы не происходил перегрев их изоляции.

Необходимо ориентироваться на допустимые величины температур нагрева изоляции отдельных элементов машины. Предельно допустимый нагрев электроизоляционных материалов, применяемых в электрических машинах, определяется классами их нагревостойкости (приложение В). Представление о классах изоляции СЭМ оказывается определяющим фактором при решении вопросов эксплуатации электромашин.

Следует знать, что в каждой электромашине могут быть применены одновременно электроизоляционные материалы различных классов. При этом машина в её паспортных данных классифицируется по одному классу. Необходимо учитывать и то, что Правила морских квалификационных обществ ряда стран допускают применение электроизоляции низшего класса для включений в изоляцию СЭМ наряду с её элементами, имеющих более высокий класс. Это нужно иметь в виду, чтобы не допускать необоснованных претензий к фирмам, специализирующихся на производстве и ремонте СЭМ.

Несмотря на то, что формулировки этого допущения в Правилах различных классификационных обществ в определённой мере различны, они абсолютно идентичны по существу и определяют условия обеспечения работы изоляции низшего класса при температурных режимах, ей соответствующих. Важно, что никакие изменения механических и диэлектрических свойств изоляции низшего класса не должны подвергать опасности работу машины. Указанное должно быть подтверждено соответствующими расчётами и испытаниями, проведёнными фирмами - поставщиком оборудования.

Оценку технического состояния изоляции СЭМ и режима её работы производят на основе данных о величине и динамики изменения во времени сопротивления изоляции, её увлажнённости, температур нагрева обмоток, а также температур входящего и выходящего охлаждающего воздуха. Оценку также производят на основе визуального внешнего осмотра, определяя степень загрязнения изоляции.

Техническое состояние межвитковой изоляции обмоток, повреждение которых является одной из самых распространённых причин появления отказов в работе электродвигателей, определяют судовые электромеханические или соответствующие береговые службы.

Абсолютная величина сопротивления изоляции зависит от температуры. Она уменьшается примерно вдвое на каждые 18…20ºС увеличения температуры, соответственно, она увеличивается при понижении температуры. Поскольку во многих случаях измерить сопротивление изоляции именно при температуре 70ºС не представляется возможным (за время от остановки машины до момента измерения температура машины успевает снизиться), необходимо делать соответствующий пересчёт. Для обоснования последнего следует, наряду с измерением сопротивления изоляции, производить замер температуры обмотки.

В тех случаях, когда замер сопротивления изоляции обмоток производят при их “холодном” состоянии (например, после длительной остановки машины), за температуру обмотки можно принять температуру окружающей среды. За рабочую же температуру при этом принимают 75ºС.

Номинальное напряжение мегаомметра, предназначенного для измерения сопротивления изоляции, следует принимать в зависимости от величины номинального напряжения обмотки. В настоящее время принято: для обмоток с номинальным напряжением до 100 В применяют мегаомметр на 100 В; с номинальным напряжением до 500 В мегаомметр на 500В; с номинальным напряжением 1000 В мегаомметр на 1000 В; с номинальным напряжением 3000 В и более – мегаомметры на 2500 В.

Недопустимо пользоваться мегаомметром повышенного напряжения по отношению к U_н во избежание возможного нарушения состояния испытуемой изоляции. В связи с этим имеет смысл при использовании на судне, например, двух мегаомметров, рассчитанных на различные напряжения, на лицевой стороне каждого из приборов сделать хорошо читаемую надпись, фиксирующую его номинальное напряжение.

О качестве состояния изоляции СЭМ следует судить не только по абсолютному значению её сопротивления, но так же по характеру изменения этой величины во времени. Соответствующие колебания свидетельствуют об изменении степени увлажнённости обмотки. Существенно, однако, что даже при повышенной влажности изоляции, что весьма опасно в смысле возможного её пробоя, сопротивление – формально – может оставаться в пределах действующих норм. Об этом не следует забывать, поскольку эксплуатация СЭМ с увлажнённой изоляцией сопряжена с аварийными последствиями.

Оценка увлажнённости изоляции. Оценку степени увлажнённости изоляции СЭМ с достаточной для практики точностью производят измерением коэффициента абсорбции k_a, как отношения значений сопротивления изоляции, определённых для двух промежутков времени, истекших после приложения напряжения мегомметра. На отечественных судах в качестве таковых приняты промежутки времени 15 и 60 с.

Коэффициент абсорбции зависит от температуры, причём зависимость эта нелинейна. С увеличением температуры машины величина k _a уменьшается. При температуре в пределах 20…30°С коэффициент абсорбции может достигать величин k_а = 2,0...3,0.

При сухой изоляции даже при увеличении температуры машины значение k_а не опускается обычно ниже k_а = 1,5...2,0. Для решения вопроса о необходимости сушки машины следует применять норму k_а ≥ 1,3 [30] при температуре обмотки, равной 20°С.

В настоящее время коэффициент абсорбции является практически основным показателем при решении вопроса о необходимости сушки машины, хотя он и не является абсолютным показателем степени увлажнённости ее обмоток.

Поддержание и восстановление состояния изоляции СЭМ. Меры, направленные на поддержание и восстановления качества изоляции СЭМ, в основном сводятся к следующему. В главном их определяют Правила технической эксплуатации судовых технических средств (ПТЭ), принятые судовладельцем.

Сопротивления изоляции судового ЭО в нагретом состоянии, измеренные относительно корпуса судна, должны быть не менее величин, указанных в приложении Б или в инструкциях по эксплуатации.

Измерение общего сопротивления изоляции судовых сетей щитовыми приборами должны производиться не реже одного раза в сутки.

Независимо от ежедневного измерения сопротивления изоляции щитовыми приборами необходимо не реже одного раза в месяц измерить переносным мегаомметром сопротивления изоляции всего ЭО с занесением результатов в журнал учета технического состояния.

Измерения сопротивлений изоляции ЭО, в состав которого входят элементы электроники, необходимо выполнять приборами, рекомендованными инструкцией по эксплуатации конкретного ЭО.

Электрические машины с сопротивлением изоляции ниже нормы должны быть выведены из действия, после чего необходимо принять меры к повышению сопротивления их изоляции. Ввод в действие СЭМ, имеющих сопротивление изоляции ниже нормы, запрещается.

Устройства автоматического контроля сопротивления изоляции должны быть постоянно включены. При срабатывании устройств следует отключать только звуковой сигнал, который сразу после отключения участка с пониженным сопротивлением изоляции должен быть снова включен.

Рекомендуется постоянное включение встроенных электрообогревателей неработающих СЭМ.

Использование аппаратов для поддержания и восстановления сопротивления изоляции СЭМ, основанные на наложении разности потенциалов между токоведущими частями и корпусом, должно производиться в соответствии с инструкциями по эксплуатации.

Защитные заземления стационарного, передвижного и переносного ЭО должны соответствовать требованиям Регистра и правил техники безопасности на судах. Исправность защитных заземлений должна проверяться во время осмотров и ТО ЭО. Заземляющее контакты рекомендуется зачищать до металлического блеска и смазывать техническим вазелином.

Оценку состояния изоляции СЭМ производят в ходе очередных технических осмотров (ТО). Периодичность проведения ТО определяют инструкции судовладельца. При интенсивном снижении сопротивления изоляции по причине её сильного загрязнения, затопления водой (особенно морской), значительного увлажнения, в связи с попаданием на изоляцию нефтепродуктов, химических веществ, при пробивании изоляции и т.д., меры по поддержанию и восстановлению изоляции должны приниматься вне сроков, указанных в ПТЭ и соответствующих инструкциях. В качестве основных мер по поддержанию и восстановлению состояния изоляции СЭМ применяют: продувку, протирку, промывку, сушку изоляции, а также её восстановление после попадания морской воды.

Продувку машины осуществляют сухим сжатым воздухом под давлением не более 0,2 МПа. При проведении продувки полагается щётки машин предварительно извлечь из щёткодержателей и подвязать. Машины постоянного тока, синхронные и асинхронные с фазным ротором целесообразно продувать со стороны, противоположной щёточному устройству.

Чистка, протирка, промывка СЭМ. В процессе эксплуатации электрические машины загрязняются кондесирующимися на них парами масел, топлива, а также оседающей на поверхности обмоток пылью. Под действием масел и топлива электроизоляционные лаки и эмали размягчаются, их защитные свойства ухудшаются. Но особенно опасна грязь, образовавшаяся от смешивания пыли с маслом. Масло, попавшее на обмотку, разъедает её изоляцию, разлагает компаунд, которым она пропитана, и резко снижает её электрическую прочность.

Запыленность статора и ротора, особенно их вентиляционных каналов, и лобовых частей обмоток резко ухудшает эффективность охлаждения машины. Температура обмоток и активной стали становится выше допустимой. В наиболее тяжелых случаях дело заканчивается тем, что от прогрева изоляции обмотка разрушается.

Кроме нарушения охлаждения, пыль вредна и еще по одной причине. Перемещаясь внутри машины с большой скоростью вместе с воздухом, она стирает наружные слои изоляции, уменьшает ее толщину и снижает электрическую прочность.

Поэтому при эксплуатации СЭМ, в качестве основных мер по поддержанию и восстановлению состояния их изоляции, применяется продувка, чистка, протирка, промывка, сушка изоляции, а также ее восстановление после попадания морской воды.

При любом виде ТО, рекомендуется производить чистку и протирку обмоток. Перед протиркой СЭМ отсоединяется от сети, а на коммутационной арматуре вывешиваются предупреждающие плакаты.

Обмотки протирают чистой сухой ветошью. При необходимости ветошь наматывают на деревянную оправу.

В зависимости от степени загрязнения машины допускается влажная чистка – обмотки протирают ветошью, слегка смоченной бензином. Допускается протирка с помощью кистей или щеток, смоченных бензином или рекомендованной моющей жидкостью.

Влажную чистку любым моющим средством рекомендуется выполнять только при значительном загрязнении машины, когда наблюдается нарастающее и устойчивое снижение сопротивления изоляции и когда продувка не дает должного эффекта.

При выполнении работ следует строго соблюдать правила пожарной безопасности. В помещении, выделенном для протирки на время выполнения работ, должна быть включена вентиляция, а по окончании работ вентиляцию не выключать до полного проветривания помещения. После окончания работ по протирке, машину необходимо продуть сухим сжатым воздухом.

Промывка СЭМ на судне допускается в исключительных случаях, когда машина сильно загрязнена, а чистка и протирка не дает должного результата. Промывка допускается только для малых машин при условии, что это невозможно проделать вне судна.

Промывку рекомендованной моющей жидкостью производят одним из способов: протиркой загрязненных поверхностей ветошью или кистями (ершами), смоченных в ней; струей жидкости под давлением 0,2 МПа в сочетании с протиркой; подачей на обмотки жидкости при помощи пульверизатора или шприца.

Протирку и промывку СЭМ необходимо выполнять рекомендованными моющими средствами [30]: бензином Б-70; Уайт спиртом; смесью топлива ТС-1 и фреона-113 в объемном соотношении 3:1; спиртом; водными растворами щелочных поверхностно активных веществ и т.д. Следует знать, что бензин, спирт, Уайт спирт наряду с моющими качествами обладают и сравнительно сильным растворяющими свойствами, что может неблагоприятно сказаться на состоянии поверхностей плёнки изоляции и её связующих веществ. В силу этого такие средства, по возможности, лучше не применять.

Для целей промывки нередко используют различные соединения хлора: электросол, пероклин и другие, обладающие достаточно высокой растворяющей поверхностью, приемлемой скоростью испарения. Важно, что эти вещества являются практически негорючими. Они, однако, в определённой мере токсичны и это следует учитывать, в частности, при использовании обильно смоченной моющими средствами ветоши. При работе с этими веществами должно быть обеспечено ограничение длительности работы персонала (до 30 минут) с обязательными перерывами.

В судовых условиях наиболее приемлем способ протирки, так как при этом меньше расход моющей жидкости, уменьшается увлажнение обмоток и сокращяется продолжительность сушки.

Промывку производят при проведении ТО с частичной или полной разборкой, так как для ее качественного выполнения необходим хороший доступ к обмоткам. Перед началом промывки машину продувают сжатым сухим воздухом. Затем, во избежание попадания грязи на нижние части обмоток, в воздушный зазор вводят прессшпан, края которого должны выступать за лобовые части обмоток. Для сбора отработанной моющей жидкости под станину машины устанавливают поддон.

Промывку выполняют по возможности быстро, чтобы увлажнение обмоток было незначительным. После промывки машину продувают сухим сжатым воздухом, подвергают сушке (операции сушки обмоток машин рассмотрены ниже). Производится замер сопротивления изоляции машины и если она не повысится до 20 МОм, то промывку и сушку повторяют несколько раз. После сушки обмотки пропитывают электроизоляционным лаком, сушат и покрывают эмалью.

Промывку производят с соблюдением всех правил пожарной безопасности и требований промсанитарии. Лица, производящие промывку, должны пройти специальное обучение и инструктаж в соответствии с положением о безопасных приемах и методах работы на морском транспорте.

Внимание! В практике эксплуатации СЭМ наблюдались случаи, когда вследствие обильной пульверизации обмоток бензином Б-70 происходило невосстановимое снижение сопротивления изоляции СЭМ по причине образования спекшихся проводящих мостиков в труднодоступных местах обмоток машины.

Нежелательно применять для чистки и мойки СЭМ высокотоксичные моющие вещества, такие как четырёххлорный углерод и др., поскольку при их использовании на судах даже при соблюдении надлежащих мер безопасности случались тяжёлые отравления работающих.

Пропитка обмоток. При длительной эксплуатации СЭМ происходит естественное старение изоляции. Она теряет свои меха­нические и диэлектрические свойства, становится немонолитной, в ней появляются трещины, точечные поры и капилляры, происходят отслоение изоляции от меди, шелушение эмалевых покрытий, устой­чивое снижение сопротивления как в холодном, так и в горячем со­стоянии. Для восстановления монолитности изоляции, механиче­ской и электрической прочности, замедления процесса старения обмотки пропитывают изоляционным лаком и покрывают изоляци­онной эмалью. Надежность изоляции определяется не только свой­ствами электроизоляционных материалов, но также качеством про­питки и применяемых при этом пропиточных лаков. Качественная пропитка обмоток изоляционными лаками удлиняет срок службы электрических машин.

Сущность процесса пропитки заключается в удалении влаги из пор изоляционных материалов, их заполнении жидким лаком и его сушке до твердого состояния. В процессе пропитки пропиточным лаком заполняются пустоты и трещины обмотки, поры и капилля­ры. Происходит цементация витков обмотки между собой, а также витковой и корпусной изоляции, повышаются электрическая проч­ность и теплоотдача, замедляются процессы теплового разрушения изоляции и ее увлажнения, возрастает стойкость к воздействию аг­рессивных сред — масла, паров топлива, пыли. После пропитки на поверхность обмотки наносят покровные лаки или эмали для соз­дания дополнительного наружного защитного слоя, предохраняю­щего внутренние слои изоляции от внешних воздействий и способ­ствующего меньшему загрязнению обмоток.

Процесс пропитки обмоток состоит из следующих этапов: под­готовки обмоток к пропитке, сушки до пропитки, пропитки, суш­ки после пропитки, эмалирования, сушки после эмалирования. Перед пропиткой тщательно осматривают обмотки машины и опре­деляют необходимость протирки, промывки и сушки, устраняют обнаруженные дефекты. Осмотр, протирку или промывку, сушку про­водят, как было описано выше. Число пропиток определяется условиями эксплуатации машины, состоянием изоляции обмоток и типом выбранного лака. Обычно в судовых условиях пропитку про­изводят не более двух раз.

При выборе лака необходимо стремиться к тому, чтобы новый лак хорошо соединялся со старым, поэтому для пропитки рекомен­дуется применять такой же лак, которым обмотки были покрыты раньше.

Электроизоляционные лаки представляют собой коллоидные растворы различных пленкообразующих веществ в специально подобранных органических растворителях. Пленкообразующими называются такие вещества, которые в результате испарения растворителей и процессов отвердевания (полимеризации) способны образовать твердую пленку.

К пленкообразующим веществам относятся смолы (природные и синтетические), растительные высыхающие масла, эфиры, целлюлозы и др. В качестве растворителей пленкообразующих веществ применяют легкоиспаряющиеся (летучие) жидкости: бензол, толуол, ксилол, спирты, ацетон, скипидар и др.

Чтобы создать электроизоляционный лак, удовлетворяющий ряду требований, подбирают несколько пленкообразующих веществ, которые составляют основу лака.

Для полного растворения лаковой основы и равномерного высыхания лака иногда приходится применять несколько растворителей. Для разбавления загустевших лаков в них вводят разбавители, которые отличаются от растворителей меньшей испаряемостью. Кроме того, они могут растворять лаковую основу только в смеси с растворителями. В качестве разбавителей применяют бензин, лаковый керосин, скипидар и некоторые другие жидкости.

В состав электроизоляционного лака могут еще входить пластификаторы и сиккативы. Пластификаторы — вещества, придающие лаковой пленке эластичность. К ним относятся касторовое масло, жирные кислоты льняного масла и другие маслообразные жидкости. Сиккативы представляют собой жидкие или твердые вещества, вводимые в некоторые лаки (масляные и др.), чтобы ускорить их высыхание.

При сушке слоя лака, нанесенного на какую-либо поверхность, содержащиеся в нем органические растворители улетучиваются (испаряются), а пленкообразующие вещества в результате процессов полимеризации образуют твердую лаковую пленку. Эта пленка может быть гибкой (эластичной) или негибкой и хрупкой в зависимости от свойств пленкообразующих веществ, составляющих лаковую основу.

По своему назначению электроизоляционные лаки делятся на пропиточные, покровные и клеящие.

Пропиточные лаки применяют для пропитки обмоток в электрических машинах и аппаратах с целью цементации (соединения) витков обмотки друг с другом, а также с целью устранения пористости в изоляции обмоток.

Пропиточный лак, проникая в поры изоляции обмоток, вытесняет оттуда воздух и после своего отвердевания делает обмотку влагостойкой. При этом повышается электрическая прочность изоляции обмотки и ее коэффициент теплопроводности. Одной из главных характеристик пропиточных лаков является их пропитывающая способность.

Покровные лаки применяют для создания на поверхности уже пропитанных обмоток влагостойких или маслостойких лаковых покрытий. К покровным лакам также относятся эмальлаки, применяемые для эмалирования обмоточных проводов, а также лаки, применяемые для изоляции листов электротехнической стали в магнитопроводах.

Клеящие лаки применяют для склеивания различных электроизоляционных материалов: листочков слюды (в производстве слоистой слюдяной изоляции), керамики, пластмасс и др. Основное требование, предъявляемое к клеящим лакам, состоит в том, чтобы эти лаки обладали хорошим прилипанием (адгезией) и образовывали бы прочный шов.

Следует заметить, что в практике бывает так, что один и тот же лак может применяться в качестве пропиточного и покровного или в качестве покровного и клеящего.

Все лаки по способу сушки делятся на две группы: лаки воздушной (холодной) сушки и лаки печной (горячей) сушки.

У электроизоляционных лаков воздушной сушки отвердевание пленки происходит при комнатной температуре. К лакам воздушной сушки относятся шеллачные, эфироцеллюлозные и некоторые другие.

У электроизоляционных лаков печной сушки отвердевание пленки возможно лишь при температурах значительно выше комнатной (от 100°С и выше). В лаках печной сушки применяют термореактивные пленкообразующие вещества (глифталевые, резольные и другие смолы), отвердевание которых обусловлено процессами полимеризации, требующими повышенных температур. Лаки горячей сушки, как правило, обладают более высокими механическими и электрическими характеристиками.

По лаковой основе электроизоляционные лаки делятся на смоляные, масляные, масляно-битумные и эфироцеллюлозные.

Смоляные лаки представляют собой растворы природных или синтетических смол в органических растворителях. К смоляным лакам относятся шеллачные, глифталевые, бакелитовые, кремнийорганические и др. Смоляные лаки могут быть термопластичными (поливинилацеталевые, полихлорвиниловые и др.) и термореактивными (глифталевые, бакелитовые и др.).

Масляные лаки представляют собой растворы растительных (высыхающих и полувысыхающих) масел в органических растворителях. К высыхающим маслам относятся тунговое и льняное масла.

Тунговое масло добывается из орешков тунгового дерева, оно быстро высыхает, образуя эластичную влагостойкую пленку. Льняное масло получается из семян льна. Уваренное до определенной плотности льняное масло служит основой масляных лаков.

В масляные лаки обычно вводят сиккативы — вещества, ускоряющие высыхание лаков. Пленки масляных лаков являются термореактивными веществами, т. е. не размягчаются при нагревании.

Область применения масляных лаков в электротехнике весьма ограничена по сравнению со смоляными лаками. Масляные лаки применяют для пропитки электроизоляционных лакотканей, эмалирования обмоточных проводов и как покровные лаки, отличающиеся стойкостью к влаге.

Масляно-битумные лаки представляют собой растворы масляно-битумных смесей в органических растворителях (скипидар, толуол, ксилол и др.). Для этого применяют битумы нефтяные и природные (асфальты). Из растительных масел применяется главным образом льняное масло.

Пленки этих лаков имеют черный цвет. Они обладают хорошими электроизоляционными свойствами, отличаются эластичностью и водостойкостью. Пленки масляно-битумных лаков термопластичны и легко растворяются в минеральных маслах и в ряде растворителей, что является их недостатком. Масляно-битумные лаки широко применяют в качестве пропиточных лаков для обмоток электрических машин.

Эфироцеллюлозные лаки представляют собой растворы эфиров целлюлозы (нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и др.) в смеси растворителей (амилацетат, ацетон, спирты и др.). Пленки этих лаков прозрачны, имеют характерный блеск и обладают стойкостью к минеральным маслам, бензину и озону.

Эфироцеллюлозные лаки применяют преимущественно для лакирования хлопчатобумажных оплеток проводов с резиновой изоляцией — для защиты резины от действия бензина, минеральных масел и озона. К металлам эти лаки прилипают плохо. Применение эфироцеллюлозных лаков облегчается тем, что они являются лаками воздушной сушки, но область применения их в электротехнике относительно невелика.

В судовых условиях наиболее приемлема пропитка путем погружения обмоток в лак. Обмотки, подготовленные к пропитке и высушенные при температуре 60…70°С, погружают в ванну, наполненную лаком, и выдерживают до полного прекращения выделения пузырьков воз­духа, но не менее 15…30 мин при первой пропитке и 10 мин — при последующих. Якоря и роторы малых электрических машин погружают в ванну вертикально так, чтобы уровень лака на 5…10 мм не доходил до коллектора (контактных ко­лец), или пропитывают их прокатывая в ванне с лаком.

При пропитке якорей крупных электрических машин постоянно­го тока поднимают верхнюю половину станины. В воздушный за­зор. между якорем и нижними полюсами вводят специальную ван­ну со съемной боковой крышкой. После строго горизонтальной установки ванны закрывают боковую стенку и наливают лак с та­ким расчетом, чтобы были полностью покрыты обмотки якоря в нижней части. Поворачивая якорь, поочередно выдерживают каж­дый сектор обмотки в лаке до полного выделения пузырьков возду­ха (выдержка в каждом положении должна быть не менее 15 мин). При повороте якоря необходимо следить за тем, чтобы пропитывае­мый сектор включал в себя не менее 10% поверхности ранее пропитанно­го сектора. По мере выхода пропитанных участков якоря из ниж­ней половины статора лак удаляют с железа якоря и бандажей ве­тошью, смоченной растворителем.

После пропитки сливают лак из ванны, медленно проворачива­ют якорь на 2…3 оборота для удаления остатков лака и вынима­ют ванну. К сушке приступают через 2…3 ч. после удаления из ра­створителя ароматических компонентов.

Обмотки статоров при пропитке располагают в ванне под углом 45° к вертикали так, чтобы уровень лака покрывал весь сердеч­ник статора. Обмотки статоров крупных машин, не помещающих­ся в ванну, пропитывают путем обливания. Статор устанавливают на торец в противень на деревянные подставки и, переворачивая его, поочередно с обеих сторон обливают обмотки лаком, следя за тем, чтобы лак затекал в пазы статора.

После каждой пропитки дают возможность стечь излишкам лака. Затем все места машины, где не должно быть лаковой пленки (поверхности сердечников статора, ротора, якоря, валы, зажимы и т. д.), протирают ветошью, смоченной растворителем, а после сушки с пропитанных обмоток удаляют натеки лака. После этого сушат детали или машину, при этом из пор изоля­ции удаляется растворитель и происходит запекание лаковой плен­ки на поверхности изолированных обмоток. При запекании под действием продолжительного нагрева лаковая пленка переходит в нерастворимое и неплавкое состояние. Сушку начинают при температуре воздуха 50…60 ° С, которую постепенно (не более 5°С в час) повышают до температуры, соответствующей классу нагревостойкости изоляции и лака. Кремнийорганические лаки и эмали сушат в два этапа – при низкой и высокой температуре. Низкие зна­чения температур необходимы для удаления растворителей, так как температура запекания лаков и эмалей отличается от температу­ры, при которой происходит удаление растворителей. Более высо­кая температура нагрева при удалении растворителей нежелатель­на, так как это может привести к пористости пленки и ухудшению ее защитных свойств.

В процессе сушки периодически проверяют сопротивление изоляции.

Сушку заканчивают через 2…3 ч. после достижения обмоткой установившегося сопротивления изоляции. Хорошо просушенная после пропитки обмотка должна иметь гладкую блестящую, совершенно не липнущую к пальцам однородную лаковую пленку.

Пропитка (с последующей сушкой) может быть двух-, трех- и шестикратной. Повторными пропитками увеличивают влагостойкость изоляции.

Для защитылаковой пленки и для придания изоляции повышенной влагостойкости, маслостойкости, дугостойкости, химостойкости и т. д. детали (обмоткодержатели и др.) и пропитанные обмотки покрывают покровными ла­ками и эмалями.

Покровные эмали наносят дважды на поверхность якоря, рото­ра и на лобовые части обмоток статора кистью или пульверизато­ром. После каждого покрытия обмотки обязательно просуши­вают.

Компаунды - это электроизоляционные составы, изготовляемые из нескольких исходных веществ. В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые постепенно отвердевают.

В отличие от лаков и эмалей компаунды не содержат летучих растворителей. Это обеспечивает монолитность компаунда после его отвердевания. Согласно своему назначению компаунды разделяются на пропиточные, заливочные и обмазочные.

Пропиточные компаунды применяют для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации витков обмотки и защиты их от влаги.

Заливочные компаунды применяются для заливки полостей (свободных пространств) в кабельных муфтах и воронках, а также в корпусах электрических аппаратов - трансформаторов тока, дросселей и т. п.

Обмазочные компаунды применяются для обмазки лобовых частей обмоток электрических машин с целью защиты их от влаги, масла и др.

Компаунды могут быть термореактивными материалами, не способными размягчаться после своего отвердевания, или термопластичными, могущими размягчаться при последующем нагреве. К термопластичным относятся компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков (парафин, церезин и др.) и термопластичных полимеров (полистирол и др.). К термореактивным относятся компаунды на основе эпоксидных, полиэфирных и других синтетических смол.

Широкое применение в электротехнике получили термопластичные компаунды на основе битумов, так как последние являются дешевыми материалами, стойкими к воде, и обладают хорошими электроизоляционными свойствами.

Одной из главных характеристик компаундов является их объемная усадка - сокращение объема компаунда после его отвердевания. Характеристики некоторых лаков, эмалей, компаундов представлены в приложении Е.

При выполнении работ по пропитке необходимо помнить, что все разбавители и растворители токсичны. Работать с ними следует в специальных камерах с вытяж­ной вентиляцией и в респираторах. Необходимо строго выполнять правила техники безопасности и противопожарной охраны. Надо твердо помнить, что все растворители и разбавители (кроме метиленхлорида) огнеопасны, а их пары могут образовывать взрывоопасную смесь.

Сушка электрических машин. Сушка СЭМ является неотъемлемой операцией при выполнении любого вида работ по восстановлению сопротивления изоляции, в том числе после транспортировки или длительного бездействия, расконсервации машины. Сушке подвергают электрические машины, если они были залиты водой, отсырели, подверглись обильной мойке водными растворами, а также после пропитки обмоток.

Цель сушки – удалить влагу из обмотки машины. Удаление влаги из изоляции обмотки происходит за счет так называемой термической диффузии, вызывающей перемещение влаги в направлении потока тепла, т.е. от более нагретой части к более холодной. Перемещение влаги происходит вследствие перепада влажности в разных слоях изоляции: из слоев с большей влажностью влага перемещается в слои с меньшей влажностью. Перепад влажности создается перепадом температуры.

Чем больше температурный перепад, тем интенсивнее происходит сушка. Поэтому, нагревая внутренние части обмотки (например, током), можно создать перепад температуры между внутренними и внешними слоями изоляции и тем ускорить процесс сушки. Температурный перепад можно создать также быстрым периодическим охлаждением наружных слоев изоляции путем периодического продувания холодного воздуха и последующего повторного нагревания. Подобными приемами можно пользоваться при сушке сильно увлажненных обмоток.

Сушка электрических машин в судовых условиях может производиться различными методами: внешним нагреванием, нагреванием током от постороннего источника, током короткого замыкания, потерями в активной стали или корпусе машины и др. В тех случаях, когда одним каким-либо методом не удается получить необходимую температуру сушки или же когда нагрев отдельных частей получается неравномерным, применяют комбинированный метод сушки, представляющий собой сочетание двух каких-либо методов.

Выбор метода сушки зависит, главным образом, от местных условий, имеющихся технических возможностей, мощности СЭМ и в некоторых случаях от степени увлажненности изоляции. Наиболее интенсивной сушкой сильно увлажненных обмоток является сушка током, при которой внутренние слои изоляции нагреваются сильнее наружных. Однако сушка током, пропускаемым по обмотке с сильно увлажненной изоляцией, может привести к вспучиванию последней, а сушка такой обмотки постоянным током может оказать и электролитическое действие. Поэтому в подобных случаях рекомендуется сушку производить другими методами, например потерями в активной стали, методом внешнего нагревания и т.д. После предварительной подсушки этими методами можно применить сушку током.

Перед сушкой надо машину осмотреть и продуть сжатым воздухом. Перед сушкой током необходимо проверить все контактные части, а если эта сушка связана с вращением машины, то и зазоры между ротором (якорем) и статором (полюсами) и в подшипниках. Корпус машины следует заземлить. Во время сушки машину надо вентилировать – это ускоряет процесс сушки. Однако слишком сильная вентиляция препятствует нагреванию до необходимой температуры.

Чтобы избежать излишней потери тепла во время сушки, машину следует защищать снаружи от окружающего воздуха, но сохранить при этом вентиляцию, способствующую удалению влаги. Для этой цели машину закрывают щитами или покрывают брезентом и т.п. В наиболее высоком и наиболее низком местах обшивки (или брезента) делают вентиляционные отверстия, обеспечивающие непрерывность вентиляции. В машинах закрытого типа следует открыть смотровые люки (в станине, в щитах и т.п.), а в машинах водозащищенного и взрывобезопасного исполнения с обеих сторон снимают торцевые крышки.

В процессе сушки температуру обмоток и стали измеряют термометрами, установленными в нескольких местах. В машинах с замкнутой или проточной вентиляцией термометры устанавливают также на входе и выходе воздуха. Если внутрь машины заложены температурные детекторы, то ими можно пользоваться вместо термометров.

Температуру обмоток можно определить также по методу сопротивления. Наивысшая температура во время сушки в наиболее горячем месте обмотки или стали не должна превышать: по термометру 80 °С, по методу сопротивления 100 °С, по температурному детектору 90 °С.

При сушке машин с проточной вентиляцией температура выходящего воздуха из машины не должна превышать 65 °С.

В отдельных случаях при необходимости сокращения времени сушки указанные температуры могут быть повышены на 10…15 °С. При современной технологии монтажа статорных обмоток с термообработкой изоляции лобовых частей и деталей крепления статорной обмотки температуру сушки (термообработки) доводят до 120…130 °С.

Нагревать обмотку и сталь нужно постепенно – при быстром нагревании температура внутренних частей машины легко может достигнуть опасного значения, в то время как нагрев наружных частей будет еще незначительным. Кроме того, разница в постоянных времени нагрева и в коэффициентах линейного расширения обмотки и активной стали, а также и конструктивных частей машины может при быстром нагреве послужить причиной повреждений (разрывов) изоляции и механических повреждений станин, роторов и пр.

При сушке крупных машин, например турбогенераторов, скорость нагрева должна быть такой, чтобы температура 50 °С (по термометру) обмотки и стали или температура выходящего воздуха 40 °С были достигнуты не ранее 20…30 ч. с момента начала сушки, а наивысшая температура – не ранее чем через 40…50 ч.

При сушке током необходимая скорость подъема температуры достигается либо постепенным ступенчатым повышением тока, либо временным отключением его. Увеличивать ток надо лишь после того, как температура обмоток установилась.

Во время сушки необходимо также измерять сопротивление изоляции всех обмоток машин, а при сушке током – и значение тока.

В процессе сушки ведут протокол и вычерчивают кривые зависимости сопротивления изоляции и температуры обмоток от времени сушки. Эти кривые облегчают суждение об успешности сушки (характерные кривые сушки приведены на рисунке 10.2).

Измерения производятся в начале сушки через 20…30 мин., а при достижении установившейся температуры – через час. Измерения температуры и сопротивления изоляции продолжаются до полного охлаждения машины. Если машину сушат током, то на время измерения изоляции ток необходимо выключать. В этом случае измерения сопротивления изоляции можно производить каждые два-три часа.

Сушка внутренним нагреванием. Для нагревания этим методом можно использовать различные нагревательные устройства. Простейшим способом сушки внешним нагревом является нагрев лампами накаливания, помещаемыми внутрь статора машины на лист железа или асбеста. Лучше брать две лампы, мощность которых зависит от мощности двигателя, например при мощности двигателя 30 кВт можно взять две лампы мощностью по 300 Вт, для двигателя 75 кВт – две лампы по 500 Вт, для двигателя 110 кВт – две лампы 1000 Вт.

Вместо ламп накаливания внешний нагрев может осуществляться также с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭН) соответствующих размеров и мощности, устанавливаемых внутрь статора на теплостойкую подкладку.

Нагрев машины может осуществляться также струей горячего воздуха от воздухонагревателя, например, электрокалорифера (рисунок 10.3).

Во избежание неравномерного нагревания обмоток горячий сухой воздух направляется на корпус машины, который нагревается и равномерно передает теплоту обмоткам машины, вызывая сушку их изоляции.

Сушка потерями в активной стали статора. Нагревание в этом случае получается за счет создания в активной стали статоров машин переменного тока магнитного потока путем накладывания на статор специальной намагничивающей обмотки, питаемой однофазным током (рисунок 10.4, а). Обмотка охватывает также и корпус статора. Благодаря значительной разнице в магнитных проводимостях корпуса и активной стали в корпус будет ответвляться незначительный поток.

Сушка машин с большим воздушным зазором, например турбогенераторов, может производиться при вынутом и вставленном роторе. В первом случае ротор можно сушить отдельно. Сушка машин с малым воздушным зазором, например асинхронных двигателей, производится при вынутом роторе, так как небольшой зазор в этих двигателях не позволяет поместить намагничивающую обмотку.

При сушке методом потерь в активной стали необходимо соблюдать меры предосторожности. В расточке статора не должно быть металлических предметов, которые могут вызвать замыкание листов активной стали и ее повреждение. При использовании термопар нельзя в процессе переключений замыкать концы двух термопар. В противном случае может образоваться контур, в котором также будет индуктироваться ЭДС, равная ЭДС одного витка намагничивающей обмотки.

Число витков намагничивающей обмотки определяется по формуле

w=45 U /(S B),

где U – напряжение на концах намагничивающей обмотки, В; S – сечение активной стали, см²; В – индукция, Тл;

S=kl_ch_c=k(l-nb)h_c,

где k – коэффициент заполнения стали, который для лакированной стали принимается равным 0,95, а для бумажной изоляции 0,9; l_c – длина активной стали статора без вентиляционных каналов, см; h_c – высота активной стали (без зубцового слоя), см; l – полная длина активной стали, см; b – ширина вентиляционного канала, см; n – число каналов.

Индукция В берется обычно в пределах 0,6…0,8 Тл. Для определения тока необходимо вычислить требуемую магнитодвижущую силу:

F =p D _cp H,

где D _cp – средний диаметр активной стали статора, см; H – напряженность магнитного поля, А/см (на 1 см длина магнитопровода), зависящая от сорта активной стали.

Ориентировочно при слабо- и среднелегированной стали для В = 0,6; 0,7 и 0,8 Тл можно принять Н, равным соответственно 1,4; 1,8; 2,2 А/см, а для электротехнической стали – соответственно 2,2; 2,8; 3,7 А/см.

Силу тока определяют по формуле

I=F/w.