Rem&Coil - качественные секции статора для долгой работы двигателя

688 подписчиков

Нагревостойкость изоляции обмоток электродвигателей

31 октября 202431 окт 2024

11 мин

Нагревостойкость изоляции обмоток электродвигателей.

Нагревостойкость — одно из самых важных качеств электроизоляционных материалов, так как она определяет допустимую нагрузку электрических машин и аппаратов. Способность электроизоляционных материалов выдержать без вреда для них воздействие повышенной температуры, а также резкие смены температуры называется нагревостойкостью. Необходимо знать, что с повышением температуры обмоток электродвигателей сверх допустимых значений, резко сокращается срок службы изоляции. Поэтому нагревостойкость изоляции является основным требованием, определяющим надежность работы и срок службы электрической машины, который должен составлять 15—20 лет.

Изоляция

Электрическая изоляция (ЭИ) - это элемент конструкции оборудования, препятствующий прохождению через него электрического тока. Для изоляции используются материалы с диэлектрическими свойствами: стекло, керамика, многочисленные полимеры, слюда.

Основные характеристики:

· Диэлектрическая проницаемость. Она определяет силу взаимодействия точечных зарядов, находящихся в однородной изолирующей среде на расстоянии друг от друга.

· Механическая прочность. Это устойчивость материала к механическим воздействиям. В электрических машинах изоляция подвергается различным нагрузкам, особенно при высоких скоростях вращения.

· Температурная стойкость. Определяет, насколько хорошо изоляция сохраняет свои свойства при различных температурных режимах. Это критически важно, так как машины могут нагреваться в процессе работы.

· Влажностная устойчивость. Это способность изоляции сохранять свои свойства в условиях повышенной влажности.

· Уровень потерь. Тангенс дельта. Определяет отношение активной мощности (потери) к реактивной мощности в диэлектрике. Это отношение позволяет оценить качество изоляции.

Корпусная изоляция – это наружная изоляция катушки, изолирующая её от стенок пазов в сердечниках (пазовая изоляция) и от других металлических частей машины (изоляция лобовых частей). Главное назначение корпусной изоляции заключается в отделении проводников от железа машина или магнитопровода. После корпусной изоляции идет покровная, защищающая корпусную от механических повреждений.[1]

Стоить отметить, что существуют разных технологии изготовления обмотки. На заводе Rem&Coil используют технологию Flat Coil, которая отличается от классического способа нанесения изоляции. Особенность Flat Coil заключается в нанесении изоляции на заготовку обмотки до проведения этапа формовки. А главным достоинством технологии Flat Coil является возможность использования автоматизированных станков на этапе нанесения изоляции обмотки.

Классификация изоляции: температурный класс

Срок службы электрических машин в значительной мере зависит от состояния изоляции обмотки статора. Повреждение изоляции обмотки ведет к короткому замыканию – это более трех четвертей всех случаев аварий электрооборудования.

Среди причин повреждения кроме естественного старения, увлажнения и загрязнения обмотки можно назвать длительный завышенный несоответствующий требованиям эксплуатации температурный режим, в результате чего резко падает прочность изоляции. Поэтому для оценки стойкости электрической изоляции к воздействию температуры приняты классы нагревостойкости.

Обмотки – наименее устойчивая к нагреву часть конструкции электродвигателя. Поэтому предел рабочей температуры всего устройства определяется именно температурой, при которой они перегорают.

Выделяют следующие классы нагревостойкости изоляции обмоток:

У (максимальная температура – 90 градусов Цельсия). Обмотки выполняются из бумаги или натуральных тканей без дополнительной изоляционной пропитки;

А (максимальная температура – 105 градусов Цельсия). Обмотки бумажные или из натуральных тканей с дополнительной изоляционной пропиткой;

Е (максимальная температура – 120 градусов Цельсия). Обмотки из органической плёнки синтетического происхождения;

B (максимальная температура – 130 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов;

F (максимальная температура – 155 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с синтетической связующей пропиткой;

H (максимальная температура – 180 градусов Цельсия). Обмотки из стекловолокна или минеральных составов с кремнийорганической связующей пропиткой;

С (максимальная температура от 180 градусов Цельсия). Обмотки из термоустойчивых материалов с неорганической связующей пропиткой или без неё.

Электрические машины с изоляцией класса А практически не изготовляются, а класса Е — находят ограниченное применение в машинах малой мощности. Применяют в основном изоляцию классов В и F, а в специальных машинах, работающих в тяжелых условиях (металлургия, горное оборудование, транспорт),— класса Н и С. В результате использования более нагревостойких материалов, улучшения свойств электротехнических сталей и улучшения конструкций за последние 60—70 лет удалось уменьшить массу электрических машин в 2,5—3 раза.

Виды материалов для изоляции

Для долгосрочного использования изоляции необходимо обращаться к проверенным и надёжным подрядчикам по обмотке и приобретать качественные материалы. Изготовители электродвигателей и ремонтные организации могут обращаться к российскому заводу Rem&Coil, который с 2006 года производит любые виды секций, а также стержни статорных обмоток для электродвигателей и генераторов переменного и постоянного тока. Благодаря идеальной геометрии укладка секций займет 1-2 дня. А на производстве используется только качественная медь марок М0 и М00, и изоляция классов нагревостойкости F, H, C ведущих мировых производителей.

Виды используемых изоляционных материалов на заводе Rem&Coil

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЛЕНТЫ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИИ RESIN RICH

• Элмикатерм 524019

Слюдяная лента, состоящая из ПЭТ-пленки, слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 40%. Класс нагревостойкости F(155°C).

• Элмикатерм 52409

Слюдяная лента, состоящая из слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 50%. Класс нагревостойкости F(155°C).

• Элмикатерм 529029

Слюдяная лента, состоящая из полиимидной пленки, слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 35%. Применяется для изготовления секций обмотки статора асинхронного двигателя для тяговых электрических машин. Класс нагревостойкости Н(180°C).

• Элмикатерм 525029

Слюдяная лента, состоящая из полиимидной пленки, слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 35%. Применяется для изготовления секций обмотки статора трехфазного асинхронного двигателя для тяговых электрических машин. Класс нагревостойкости С (200°C).

ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ЛЕНТЫ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИИ VPI

• Элмикапор 523119

Слюдяная лента, состоящая из ПЭТ-пленки, слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 60%. Класс нагревостойкости F(155°C).

• Элмикапор 523199

• Элмикапор 53319

Слюдяная лента, состоящая из слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 80%. Класс нагревостойкости F(155°C)

• Элмикапор 525029

Слюдяная лента, состоящая из полиимидной пленки, слюдяной бумаги, стеклянной подложки. Содержание слюды не менее 35%. Применяется для изготовления секций для тяговых электрических машин. Класс нагревостойкости Н/С (180 - 200°C).

ЗАЩИТНЫЕ ЛЕНТЫ

• Стеклолента ЛЭС

Предназначена для защиты корпусной изоляции от механических воздействий.

• ЛПП-400

Предназначена для защиты корпусной изоляции от воздействия внешних частичных разрядов в пазовых частях.

Температурный режим эксплуатации электродвигателей

Нормальные значения температуры внешней среды, при которых электродвигатель работает с номинальной мощностью, определяются климатическим исполнением ЭД. Так, машины с исполнением У1 и ХЛ1 предназначены для эксплуатации при температуре внешней среды до +40 градусов Цельсия, У3 и Т2 – до +45 градусов Цельсия, Т1 – до +50 градусов Цельсия. Если температура внешней среды превышает данный параметр и организовать охлаждение не получится, то необходимо снизить нагрузку на используемый электродвигатель[3].

Для контроля за температурным режимом следует отслеживать напряжение в питающей сети. При его снижении до 95% от номинального и ниже на ЭД подаётся повышенный ток, что приводит к перегреву устройства. Аналогичное явление наблюдается и при повышении напряжения до 110% и выше от номинального, поскольку вихревые потоки приводят к нагреву статора.

Согласно статистике, срок службы изоляции при повышении температуры на 8 градусов выше допустимой нормы вдвое снижает её эксплуатационный период. Поэтому, для сохранения работоспособности машины, стоит выяснить допустимую рабочую температуру, не допускать перегрева и превышения (либо снижения) токовых нагрузок.

Превышения температуры при оговоренных выше условиях (температуре газообразной охлаждающей среды 40 °С и высоте над уровнем моря не более 1000 м) не должны превышать значений, приведенных в таблице 3 ( для воздушного охлаждения) или таблице 4 (для водородного охлаждения). Для других условий эксплуатации на месте установки для типовых режимов, отличных от S1, и для номинальных напряжений машины свыше 12000 В предельные допускаемые значения должны быть скорректированы согласно ГОСТ Р 52776— 2007 (МЭК 60034-1— 2004).

Температурой окружающего воздуха, при которой общепромышленный электродвигатель может работать с номинальной мощностью, считается 40ºС. Если температура окружающей среды больше или меньше +40 для общепромышленного исполнения электродвигателя, то стандарт разрешает определенные изменения допустимых превышений температур.

! При повышении температуры окружающего воздуха более 40ºС, нагрузка на электродвигатель должна быть снижена настолько, чтобы температура отдельных его частей не превышала допустимых значений. При работе машины в горных местностях, где из-за понижения атмосферного давления ухудшается теплоотдача, стандарт предусматривает некоторое уменьшение допустимых превышений температуры.

Независимо от снижения температуры окружающего воздуха, увеличивать токовые нагрузки более чем на 10% номинального не допускается. У асинхронных двигателей на это может влиять изменение напряжения питающей сети, вместе с уменьшением напряжения питающей сети, в квадрате уменьшается мощность на валу двигателя и кроме того, уменьшение напряжения ниже 95% от номинального приводит к значительному росту тока двигателя и нагреву обмоток. Рост напряжения выше 110% от номинального также ведет к росту тока в обмотках двигателя, увеличивается нагрев статора за счет вихревых токов.

При повышении температуры многие из материалов начинают обугливаться и становятся проводниками. Все материалы от длительного воздействия повышенных температур задолго до обугливания приобретают хрупкость, легко разрушаются и теряют свои изолирующие свойства. Этот процесс называется тепловым старением. Опыт показывает, что повышение температуры изоляции на 10 °С сокращает срок ее службы примерно в два раза. Так, для изоляции класса А повышение температуры с 95 до 105 °С сокращает срок ее службы с 15 до 8 лет, а нагрев до 120 °С — до двух лет. В основе этого явления лежит общий закон зависимости скорости химических реакций от температуры, описываемый уравнением Ван-Гоффа-Аре-ниуса.

Технологические перегрузки рабочих машин или колебания напряжения в питающей сети ведут за собой увеличение тока в обмотках машин и превышение температуры обмоток выше допустимых для данного класса, в результате срок службы машин быстро уменьшается.

Температура - важнейший фактор, влияющий на срок службы двигателя. Если рабочая температура постоянно превышает предельную рабочую температуру изоляционного материала, изоляция разрушается быстрее. Этот ускоренный процесс старения значительно сокращает срок службы двигателя. Поэтому поддержание рабочей температуры двигателя в заданных пределах является важнейшим условием обеспечения долговечности и надежной работы.

Более подробно про испытания: СТО 34.01-23.1-001-2017 - https://stds.ru/document/%D0%A1%D0%A2%D0%9E%2034.01-23.1-001-2017.pdf

Полезные материалы по изоляции и секциям

https://drive.google.com/drive/u/2/folders/1OuvG0IJ7v6ntdjSMA24-2AyfjrEa_r2G

Литература

https://www.etlpro.ru/metodiki-ispitanii/metodika-ispyitaniya-i-izmereniya-elektrodvigateley-peremennogo-toka.htm

https://elmashinspb.ru/wp-content/uploads/2021/08/Osnovy-ispytaniya-elektrodvigatelej.pdf

https://npk-relan.ru/file/%D0%9F%D0%A3%D0%AD%20%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%8B%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F.pdf

[1] Покровная изоляция защищает не только от механических повреждений, но и от влажной внешней среды (Элифлекс 19), от частичных разрядов – противокоронарная/проводящая лента (ЛПП-400 + ЛПП-1000). Все зависит от наложенных лент.

[2] Конкатенация = консолидация

[3] Климатическое исполнение: У – умеренный макроклиматический район; ХЛ – холодный макроклиматический район; УХЛ – объединение умеренного и холодного макроклиматических районов; T – тропический макроклиматический район; O – общий район суши, исключая районы и очень низкими температурами; M – макроклиматический район с умеренно-холодным морским климатом; B – все районы земного шара, исключая части земли с очень низкими температурами (например, Антарктида). https://relsib.com/uploads/tiny/documents/gost_15150_69_klimat_ispolneniya.pdf