Изоляция электрических машин в эксплуатации подвергается постепенному износу — старению под воздействием нагревания, механических нагрузок, электрического напряжения (в особенности у высоковольтных машин), действия масел, химических веществ, влаги, пыли и т. п.
Внешними признаками старения являются потемнение цвета изоляционных материалов, хрупкость их (действие нагрева), наличие трещин в лаковой пленке (нагрев и механические усилия), разрушения лаковой пленки (действие химических веществ масла, пыли), разбухание изоляционных гильз и пазовой изоляции (нагрев и электрическое напряжение).
Следует отметить, что внешний осмотр и измерение сопротивления изоляции (мегомметром) дают лишь некоторую ориентировку, а не точную картину состояния изоляции.
Для определения состояния изоляции машин высокого напряжения следует, кроме указанных выше, применять специальные методы определения состояния изоляции (измерение диэлектрических потерь, снятие кривых абсорбции и ряд других).
Уход за изоляцией заключается в периодической чистке (тряпкой, смоченной в бензине), продувке, а также в периодической пропитке соответствующими лаками (профилактическая пропитка).
Одной из основных характеристик изоляционных материалов является их пробивное напряжение. Величина минимального напряжения, при котором происходит пробой изоляционного материала толщиной 1мм, определяет его электрическую прочность.
Если изоляция состоит из слоев различных материалов, то напряжение, действующее на такую изоляцию, распределяется по слоям неравномерно, и может оказаться, что один из слоев, на который приходится наибольшее напряжение (на единицу толщины), будет пробит.
После этого все напряжение ляжет на остальные слои, и они также будут пробиты.
В частности, из-за неплотного прилегания слоев изоляции образуются воздушные прослойки, в которых под воздействием напряжения возможна ионизация (разложение) воздуха, приводящая к постепенной порче соседних слоев изоляции.
Воздушные прослойки резко ухудшают теплопроводность изоляции, что повышает перегрев обмоток и снижает срок службы изоляции, а также способствует проникновению влаги внутрь изоляции и порче ее.
Поэтому изоляцию электрических машин следует производить так, чтобы по возможности избежать воздушных прослоек в ней. С этой целью все поры изоляции заполняются специальными составами (лаками или компаундами), для чего изоляция подвергается сушке и последующей пропитке, опрессовке и т. д.
Места, где секции выходят из пазов, являются наиболее слабыми, так как, кроме усиленной электрической нагрузки, в этом месте наиболее часты механические повреждения изоляции. Изоляционный материал может не только пробиваться, т. е. пропускать ток пробоя через свою толщу, но при определенном напряжении, действующем вдоль его поверхности, пропускать ток поверхностного разряда (перекрытие).
Поэтому изоляция всех обмоток или деталей должна быть выполнена так, чтобы были соблюдены как определенные толщины, так и определенные расстояния по поверхности изоляции между токоведущей частью и корпусом или другой токоведущей частью.
С этой целью усиленная изоляция, имеющая место в пазу, должна выступать и иметь так называемый «вылет» за пределы паза на определенную длину, зависящую от напряжения.
Величинааопределяется по формуле
Где U—рабочее напряжение, в.
Точно так же изоляционные конусы коллектора должны выступать из-под пластин на определенную величину, зависящую от напряжения («вылет»), пальцы щеткодержателей должны иметь определенную длину и т. д.
Весьма важной характеристикой изоляционных материалов является их нагревостойкость.
Нагревостойкость характеризуется наибольшей температурой, при которой данный изоляционный материал может длительно работать.
Поскольку нагрев машины (ее температура) растет с увеличением мощности, которую она отдает, допустимая для изоляции наибольшая рабочая температура определяет мощность машины, следовательно, использование активных материалов (меди, электротехнической стали).
Применение более нагревостойких изоляционных материалов позволяет повысить мощность машины без увеличения ее размеров и веса.
По нагревостойкости применяемые в электромашиностроении изоляционные материалы делятся на 5 классов:
К классу А относятся: хлопок, шелк, бумага, пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик (например, масло), а также другие соответствующие данному классу по нагревостойкости органические или неорганические материалы. К этому же классу относятся эмалевая изоляция проводов марки ПЭЛ.
К классу Е (АВ) относятся различные синтетические органические пленки и пластмассы, например эмалевая изоляция проводов марки ПЭВ (наибольшая рабочая температура 110° С).
К классу В относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, а также соответствующие пластмассы с неорганическим наполнителем. В состав изоляции класса В могут входить органические материалы класса А (в качестве подложки, связующего и т. п.) при условии, что ухудшение свойств материалов класса А под действием температуры не сможет сделать изолирующий материал класса В непригодным для длительной работы.
К классам F (ВС) и Н (СВ) относятся материалы на основе слюды, асбеста, стекловолокна на нагрево-стойких лаках.
Существуют также классы изоляции Y (непропитанные органические материалы: фибра, дерево, резина) с рабочей температурой до 90° С и С (фарфор, асбест, стекло, кварц), для которого предельная рабочая температура не устанавливается. Материалы класса С находят в электрических машинах ограниченное применение.
Для нормальных электрических машин допустимая температура нагрева для обмоток с изоляцией классов А и В устанавливается ГОСТ 183-55. В таблице указывается допустимое превышение температуры обмотки над охлаждающим воздухом, температура которого принята равной 35° С.
Предельно допустимая температура подшипников установлена равной 80° С для подшипников скольжения и 95° С для подшипников качения.
Следует помнить, что увеличение температуры сверх указанных здесь пределов резко сокращает срок службы изоляции. Так, увеличение температуры на 10° С сокращает срок службы приблизительно в 2 раза.
В некоторых специальных случаях с целью уменьшения веса и размеров машины (тяговые, краново-подъемные двигатели и т. п.) допустима работа при более высоких температурах за счет сокращения срока службы.
В качестве основных изоляционных материалов для изоляции обмоток и деталей (пазов, обмоткодержате-лей, коллекторов) применяются лакоткани,т. е. ткани (хлопчатобумажные и шелковые класс А, стеклянные — классы В, F, Н), пропитанные соответствующими лаками, и слюдяная изоляция(миканиты,классы В, F, Н).
Электрокартон, бумаги, хлопчатобумажные, шелковые, стеклянные и асбестовые ткани и ленты применяются для защиты указанных выше изоляционных материалов от механических повреждений и для придания обмоткам большей прочности.
Для машин низкого напряжения (до 110 в) с пониженными требованиями по влагостойкости в качестве
Основой изоляций обмоток могут применяться: электрокартон, бумага, хлопчатобумажные ленты и другие волокнистые материалы.
Волокнистые материалы находят широкое применение в качестве межвитковой изоляции (изоляция обмоточных проводов, прокладки и т. п).
Все волокнистые материалы могут применяться только в пропитанном виде.
Значительное место в электромашиностроении занимают синтетические (искусственные) материалы: смолы, пластические массы (Л. 19). К числу таких материалов принадлежат: различныепресс – материалы и пресс-порошки для опрессовки коллекторов, контактных колец, пальцев щеткодержателей, изготовления панелей, коробок, фасонных изоляционных деталей.
Применение пластмасс (Кб, стекловолокнит, АГ4 и др.) для изготовления коллекторов и кольцевых коллекторов (узла с контактными кольцами) позволяет получить ряд больших преимуществ по экономии материала пластин и колец, упрощению технологии, увеличению надежности конструкций. В основном применяются термореактивные (см. разд. 5—7) пластмассы (фенопласты — бакелиты резольного и новолачного типа, аминопласты, кремнийорганические пресс-материалы), затвердевающие в процессе прессования и нагрева.
Лаки и компаунды служат для пропитки и покрытия обмоток. С помощью жидких термореактивных смол — компаундов обмотка может быть пропитана и в специальных формах залита так, что получается литая (монолитная) изоляция. Такая изоляция обладает весьма высокой влаго- и водостойкостью и механической прочностью. Двигатели с литой изоляцией могут длительно работать в воде. Для заливки применяются полиэфирные (КМГС), эпоксидные, полиуретановые, акриловые (МБК) компаунды.
Слоистые пластинки представляют собой изоляцию из нескольких слоев бумаги, ткани, стеклоткани, пропитанных смолами и опрессованных. К таким материалам относятся гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, идущие на изготовление (путем механической обработки) различных изоляционных деталей (крайние изоляционные листы пакета активной стали, доски, панели, изоляционные диски, пазовые клинья и т. п.), а также бакелизированная бумага и ткань, идущие на изготовление (путем формовки и прессования) изоляционных гильз и фасонных изоляционных деталей.
Следует упомянуть также о гетинаксе с запрессованной стальной сеткой и пластмассе с металлическим порошком — металлопластмассе, применяемых для изготовления так называемых магнитных клиньев. Такие клинья, закрывая пазы активной стали, одновременно увеличивают и выравнивают магнитную проводимость воздушного зазора, что снижает потери и увеличивает коэффициент мощности асинхронных двигателей.
Пленочные материалы— триацетатная пленка (класс изоляции А, Е), лавсановая пленка (класс изоляции Е, В), фторопластовая пленка (класс Н) в сочетании с электрокартоном, стеклотканью или слюдой позволяют получить весьма прочную и влагостойкую пазовую изоляцию. Фторопласт применяется также для получения нагревостойкой изоляции проводов.
Клейтипа БФ применяется для склейки листов пакета активной стали.
Специальная стеклянная лента, пропитанная полиэфирной смолой, применяется вместо стальной проволоки для бандажировки якорей и роторов {Л. 1].
Необходимо отметить быстрое развитие пластмасс, которые получают исключительно высокие физико-механические и технологические свойства. За счет более широкого их применения может быть достигнут существенный прогресс в конструкциях и технологии электромашиностроения.
Если машина в результате тяжелых условий эксплуатации (перегрузки, высокой температуры, влажности, наличия в воздухе пыли, кислот и т. п.) преждевременно выходит из строя вследствие порчи изоляции, а возможность улучшить эксплуатационные условия отсутствует, следует при ремонте принять меры к усилению свойств изоляции.
В частности, применением слюдяных, стеклянных, стеклослюдяных изоляционных изделий и нагревостойких лаков, разработанных нашей промышленностью, можно повысить нагревостойкость обмоток и увеличить мощность машины.
Применением соответствующих лаков может быть достигнуто повышение стойкости обмотки против масла, химических паров и частиц, попадающих на изоляцию. Следует иметь в виду, что слюдяные и в особенности стеклослюдяные изделия дороги, и поэтому применять их следует лишь тогда, когда решение вопроса другим путем нецелесообразно.