ПОВРЕЖДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ
15. Повреждение изоляции обмотки статора

Около 80% аварий электрических машин связано с повреждением обмотки статора. Высокая повреждаемость обмотки объясняется тяжелыми условиями работы и недостаточной стабильностью электрических свойств изоляционных материалов. В результате повреждения изоляции может произойти замыкание между обмоткой и магнитопроводом, замыкание между витками катушек или между фазными обмотками. Основной причиной повреждения изоляции является резкое снижение электрической прочности под влиянием увлажнения обмотки, загрязнения поверхности обмотки, попадания в электродвигатель металлической стружки, металлической и другой проводящей пыли, наличия в охлаждающем воздухе паров различных жидкостей, продолжительной работы электродвигателя при повышенной температуре обмотки, естественного старения изоляции.
Увлажнение обмотки может произойти вследствие продолжительного хранения электродвигателя в сыром неотапливаемом помещении. В установленном электродвигателе увлажнение может произойти при длительном неподвижном состоянии, особенно при повышенной влажности окружающего воздуха или при попадании воды непосредственно в электродвигатель.
Для предупреждения увлажнения обмотки во время хранения электродвигателя необходимы хорошая вентиляция складского помещения и умеренное отапливание в холодное время года. В периоды длительных остановок электродвигателя при сырой и туманной погоде следует закрывать задвижки воздушных каналов поступающего и выходящего воздуха. При теплой сухой погоде все задвижки должны быть открыты.
Загрязнение обмотки электродвигателя происходит главным образом вследствие использования для охлаждения недостаточно чистого воздуха. Вместе с охлаждающим воздухом в электродвигатель могут попадать угольная и металлическая пыль, сажа, пары и капли различных жидкостей. Вследствие износа щеток и контактных колод образуется проводящая пыль, которая при встроенных контактных кольцах оседает на обмотках электродвигателя. Предотвращение загрязнения может быть достигнуто внимательным уходом за электродвигателем и тщательной очисткой охлаждающего воздуха. Необходимо периодически осматривать электродвигатель, очищать его от пыли и грязи и в случае необходимости производить мелкий ремонт изоляции.
При повышенном нагревании, а также в результате естественного старения изоляция в значительной мере утрачивает механическую прочность, становится хрупкой и гигроскопичной. При длительной работе машины крепления пазовых и лобовых частей обмотки ослабляются и вследствие вибрации их изоляция разрушается.
Изоляция обмотки может быть повреждена: из-за небрежной сборки и транспортировки электродвигателя, вследствие разрыва вентилятора или бандажи ротора, в результате задевания ротора за статор.
О состоянии изоляции можно судить по ее сопротивлению. Минимальное сопротивление изоляции зависит от напряжения U, В, электродвигателя и его мощности Р, кВт. Сопротивление изоляции обмоток от магнитопровода и между разомкнутыми фазными обмотками при рабочей температуре электродвигателя должно быть

но не менее 0,5 МОм.
При температуре ниже рабочей это сопротивление необходимо удваивать на каждые 20°С (полные или неполные) разности между рабочей температурой и той температурой, для которой оно определяется.
Вычисленное по формуле сопротивление следует сравнивать с измеренным сопротивлением изоляции для постоянного тока. При переменном токе скапывается наличие емкости между проводниками обмотки и магнитопроводом, поэтому измеренное сопротивление для переменного тока нельзя сопоставлять с полученным по формуле (2). Обычно измерение сопротивления изоляции производится специальным прибором — мегомметром. Для обмоток электрических машин с номинальным напряжением до 500 В напряжение мегомметра должно быть 500 В, для обмоток электрических машин с номинальным напряжением свыше 500 В напряжение мегомметра 1000 В.
Если измеренное сопротивление изоляции обмотки меньше вычисленного по формуле (2), то необходимо произвести очистку и сушку обмотки. С этой целью разбирают электродвигатель и удаляют грязь с доступных поверхностей обмотки с помощью деревянных скребков и чистых тряпок, смоченных в керосине, бензине или четыреххлористом углероде. Если обмотка электродвигателя подвергалась действию морской воды, то ее необходимо промыть пресной водой для предотвращения выделения соли на поверхности изоляции. Сушку защищенных машин можно производить как в разобранном, так и в собранном виде, закрытые машины необходимо сушить в разобранном виде. Способы сушки зависят от степени увлажнения изоляции и от наличия источников нагрева. При сушке внешним нагревом используется горячий воздух или инфракрасные лучи. Сушку горячим воздухом проводят в сушильных печах, ящиках и камерах, снабженных паровыми или электрическими нагревателями. Сушильные камеры и ящики должны иметь два отверстия: внизу для входа холодного воздуха и вверху для выхода нагретого воздуха и водяных паров, образовавшихся при сушке.
Температуру электродвигателя следует повышать постепенно во избежание появления механических напряжений и вспучивания изоляции. Температура воздуха не должна превышать 120°С при изоляции класса А и 150°С при изоляции класса В. В начале сушки необходимо измерять температуру обмотки и сопротивление изоляции через каждые 15—20 мин, затем интервал между измерениями можно увеличить до одного часа. Изменение температуры обмотки и сопротивления R изоляции в зависимости от времени t сушки показано на рис 24. Процесс сушки считается законченным, когда достигнуто установившееся значение сопротивления.

Рис. 24. Изменение температуры обмотки и сопротивления изоляции в зависимости от времени сушки

При слабом увлажнении обмотки сушку можно производить за счет выделения тепловой энергии непосредственно в частях электродвигателя. Наиболее удобна сушка переменным током, когда обмотку статора включают на пониженное напряжение при заторможенном роторе; при этом фазная обмотка ротора должна быть замкнута накоротко. Ток в обмотке статора не должен превышать номинального значения. Если используется трехфазное пониженное напряжение, то схему соединения обмоток статора можно не изменять, для однофазного напряжения целесообразно фазные обмотки соединять последовательно.
Для сушки может быть использована энергия потерь в магнитопроводе и корпусе электродвигателя. Для этого при вынутом роторе на статор укладывают временную намагничивающую обмотку, охватывающую магнитопровод и корпус. Нет необходимости распределять намагничивающую обмотку по всей окружности, она может быть сосредоточена на статоре в наиболее удобном месте. Количество витков в обмотке и ток в ней (сечение провода) подбираются таким образом, чтобы индукция в магнитопроводе составляла (0,8-1)Т в начале сушки и (0,5-0,6)Т в конце сушки. Для изменения индукции делают отводы от обмотки или же регулируют ток в намагничивающей обмотке.

Методы выявления поврежденной изоляции между витками или между фазными обмотками были рассмотрены ранее, в разделе 8. Здесь излагаются методы определения места повреждения изоляции обмотки от магнитопровода. Прежде всего необходимо разъединить фазные обмотки и измерить сопротивление изоляции каждой фазной обмотки от магнитопровода или по крайней мере проверить целость изоляции контрольной лампой. При этом удается выявить фазную обмотку с поврежденной изоляцией. Дли определения места повреждения могут быть использованы различные методы: метод измерения напряжения между концами обмотки и магнитопроводом, метод определения направления тока в частях обмотки, метод деления обмотки на части и метод «прожигания». При первом методе на фазную обмотку с поврежденной изоляцией подается пониженное переменное или постоянное напряжение (рис. 25) и вольтметрами V1 и V2 измеряют напряжение между концами обмотки и магнитопроводом. По соотношению этих напряжений можно судить о положении места повреждения обмотки относительно ее концов. Этот метод не обеспечивает достаточной точности при малом сопротивлении обмотки. Второй метод заключается в том, что постоянное напряжение подается на объединенные в общую точку концы фазной обмотки и на магнитопровод (рис. 26). Для возможности регулирования и ограничения тока в цепь включают реостат R. Направления токов в обеих частях обмотки, разграниченных точкой С соединения с магнитопроводом, будут противоположными. Если поочередно касаться двумя проводами от милливольтметра концов каждой катушечной группы, то стрелка милливольтметра будет отклоняться в одном направлении до тех пор, пока провода от милливольтметра не будут присоединены к концам катушечной группы с поврежденной изоляцией. На концах следующих катушечных групп отклонение стрелки изменится на противоположное. У катушечной группы с поврежденной изоляцией отклонение стрелки будет зависеть от того, к какому из концов ближе место повреждения изоляции; кроме того, величина напряжения на концах этой катушечной группы будет меньше, чем на других катушечных группах, если повреждение изоляции не находится вблизи концов катушечной группы.Таким же образом производится дальнейшее определение места повреждения изоляции внутри катушечной группы. На рис. 27 показана группа двухслойной обмотки, состоящая из четырех катушек. Оставил без изменения схему включения фазной обмотки (рис. 26), измеряют напряжение между точками А-В, В-С, С-D и D-Е и наблюдают за направлением отклонения стрелки милливольтметра. Если изоляция повреждена в катушке В-С, то отклонение стрелки для точек А-В будет противоположно отклонению ее для течек С-D и D-Е.

Рис. 25. Определение места повреждения изоляции двумя вольтметрами

Рис. 26. Определение катушечной группы с поврежденной изоляцией

Рис. 27. Определение катушки с поврежденной изоляцией

О направлении тока в катушке можно судить по отклонению магнитной стрелки, располагаемой поочередно над каждым пазом с исследуемой обмоткой. При переходе через пазы, в которых расположена катушка с поврежденной изоляцией, происходит изменение направления отклонения магнитной стрелки в соответствии с изменением направления тока при включении обмотки по схеме на рис. 26. Для выполнения этого исследования электродвигатель должен быть разобран.
Перечисленные методы дают надежные результаты только в случае устойчивого контакта проводников обмотки с магнитопроводом.
Метод деления обмотки на части состоит в том, что фазную обмотку, имеющую соединение с магнитопроводом, делят пополам путем распайки междукатушечных соединений и затем мегомметром или контрольной лампой определяют часть обмотки, имеющую соединение с магнитопроводом. Подобное деление продолжают до тех пор, пока не будет найдена катушка с поврежденной изоляцией.
Если фазную обмотку с поврежденной изоляцией и магнитопровод присоединить к источнику пониженного напряжения, например к сварочному генератору или трансформатору, то вследствие значительного нагревания места контакта проводников обмотки и магнитопровода появляется дым, а иногда и искры (изоляция «прожигается»). Для предотвращения больших размеров повреждения вследствие обгорания изоляции и оплавления проводников обмотки необходимо включить в цепь ограничивающее сопротивление.

В некоторых случаях место повреждения удается установить сравнительно простым методом, если фазную обмотку с поврежденной изоляцией и магнитопровод включить в сеть 220 В через контрольную лампу и деревянным рычагом смещать лобовые части обмотки. При смещении катушки с поврежденной изоляцией контрольная лампа будет мигать.
Обнаруженную катушку с поврежденной изоляцией необходимо заменить. Ограничиться устранением повреждения можно в том случае, когда общее состояние изоляции удовлетворительное. Если нет возможности исправить поврежденную изоляцию и электродвигатель не может быть остановлен для ремонта обмотки, то следует отключить поврежденную катушку, т. е. разъединить концы этой и соседних катушек и затем соединить концы целых катушек. Если кроме изоляции катушки от магнитопровода повреждена также витковая изоляция, то такую катушку нужно отключить и разрезать для устранения короткозамкнутых контуров. Количество отключенных витков не должно превышать 10% общего количества витков фазной обмотки. При наличии параллельных ветвей или при соединении фазных обмоток треугольником отключение катушки может привести к появлению больших уравнительных токов, и поэтому следует отключить также катушки в других параллельных ветвях (или фазных обмотках).

16. Повреждение изоляции обмотки ротора

Фазная обмотка ротора в небольших электродвигателях выполняется однослойной с концентрическими катушками, а в электродвигателях средней и большой мощности — двухслойной стержневой. Число фаз равно трем и фазные обмотки соединяются звездой. Обмотку ротора по технико-экономическим соображениям выполняют на меньшее напряжение, чем обмотку статора, но условия работы изоляции обмотки ротора усложняются большими механическими напряжениями, вызванными укладкой бандажей на лобовых частях и центробежными силами при вращении ротора. Так как для изоляции обмоток ротора и статора применяются одинаковые материалы и эти обе части электродвигателя находятся практически в одинаковых условиях эксплуатации и хранения, то основные причины повреждения изоляции обмотки ротора те же, что и обмотки статора (см. раздел 15).
Для выяснения состояния изоляции производится измерение сопротивления ее при помощи мегомметра. Минимальное допускаемое сопротивление изоляции обмотки ротора определяется формулой (2). В случае пониженного сопротивления изоляции необходимо провести сушку электродвигателя или только ротора, как описано в разделе 15. Методы выявления поврежденной изоляции между витками или между фазными обмотками были рассмотрены в разделе 8. В катушечной обмотке повреждение изоляции равновероятно во всех частях катушки, но все же при проверке главное внимание следует обратить на переходы проводников из пазовой части в лобовую, а в стержневой обмотке чаше всего повреждается изоляция вблизи хомутиков. Определение места повреждения изоляции обмотки от магнитопровода ротора может быть выполнено одним из методов, описанных в разделе 15. Предпочтение следует отдать трем последним методам (метод деления обмотки на части, метод «прожигания» и метод смещения лобовых частей катушки); они отличаются простотой и позволяют быстро получить надежные результаты.

17. Повреждение изоляции контактных колец, щеткодержателей и выводных зажимов

Изоляция контактных колец и щеткодержателей может быть повреждена вследствие поверхностных разрядов даже при небольшом напряжении на обмотке ротора, которые возникают при введенном пусковом реостате или при обрыве цепи ротора за пределами электродвигателя. Причинами, способствующими возникновению этой неисправности, являются: загрязнение щеточного аппарата и контактных колец маслом из подшипников, графитной и металлической пылью от износа щеток, а также влажность воздуха, содержащего пары кислот и щелочей.
Обугливание изоляции вследствие поверхностных разрядов может привести к нарушению изоляции между кольцами или щеткодержателями и корпусом электродвигателя. Наличие поврежденной изоляции между одним кольцом или одним щеткодержателем и корпусом не отражается на работе электродвигателя, повреждение изоляции в двух местах приводит к короткому замыканию двух фазных обмоток ротора. Чтобы предупредить повреждение изоляции контактных колец и щеточного аппарата, необходимо периодически очищать их от пыли и грязи. Следует избегать включений электродвигателя в сеть при разомкнутой обмотке ротора, целесообразно перед пуском электродвигателя установить ползунок металлического пускового реостата на первый контакт, соответствующий полностью введенному сопротивлению, а в жидкостном реостате немного погрузить электроды в жидкость. При повышенном напряжении ротора и тяжелых условиях эксплуатации следует дополнительно покрыть лаком все токоведущие части скользящего контакта, кроме рабочих поверхностей; пленка лака должна быть гладкой и блестящей.
Проверка состояния изоляции производится мегомметром путем измерения сопротивления ее между кольцами, между пальцами щеткодержателей и между этими частями скользящего контакта и корпусом электродвигателя. Предварительно необходимо отсоединить кольца от обмотки ротора и щеткодержатели от выводных зажимов, а между кольцами и щетками проложить электрокартон или лакоткань. Так как поверхность соприкосновения токоведущих частей скользящих контактов с изоляцией небольшая, то низкое сопротивление может быть только в случае сильного увлажнения, когда необходима сушка всeго электродвигателя. На практике чаще встречаются два предельных случая: изоляция целая и скользящий контакт пригоден к эксплуатации или изоляция повреждена, поэтому можно ограничиться проверкой целости изоляции контрольной лампой на напряжение 220 В.
Изоляция выводных зажимов обычно повреждается вследствие ударов при небрежном обращении с электродвигателем или при недопустимом нагревании в месте контактов зажимов с обмоткой или с проводами сети. Повреждение изоляции в этих случаях можно обнаружить при тщательном осмотре выводных зажимов без дополнительной проверки.