ТЕМПЕРАТУРА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ НАГРЕВОСТОЙКОСТЬ СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ

ТЕМПЕРАТУРА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ НАГРЕВОСТОЙКОСТЬ СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ — предельно допустимая в наиболее нагретом месте системы температура (см. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ) при работе системы изоляции в нормальных для данного вида электротехнических изделий эксплуатационных условиях и при ресурсах, сравнимых с ресурсами электротехнических изделий общего применения (ГОСТ 10518-88).

ГРАФИК НАГРЕВОСТОЙКОСТИ СИСТЕМ ИЗОЛЯЦИИ — изображение зависимости логарифма ресурса системы изоляции от обратного значения абсолютной температуры (ГОСТ 10518-88).

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Оценку нагревостойкости проводят путем определения зависимости между ресурсом системы изоляции и температурой. По результатам определения этой зависимости с требуемой доверительной вероятностью могут быть установлены:

- класс нагревостойкости системы изоляции (при заданном ресурсе системы изоляции);

- ресурс (средний или гамма-процентный) системы изоляции (при заданной температуре);

- график нагревостойкости системы изоляции;

- режим ускоренных контрольных испытаний системы изоляции при одном значении температуры.

Для предварительной ориентировочной оценки нагревостойкости комбинаций материалов допускается применять термогравиметрический метод.

Методы обработки результатов, установленные в стандарте, рекомендуется применять для электроизоляционных материалов, экспериментальное определение нагревостойкости которых проведено по соответствующему стандарту на методы испытаний электроизоляционного материала.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

1. При определении нагревостойкости основным воздействующим разрушающим фактором внешней среды является испытательная температура.

2. Испытания являются циклическими с повторяющимися циклами. Каждый цикл состоит из воздействия испытательной температуры и одновременного или попеременного воздействия дополнительных испытательных факторов, являющихся разрушающими или только выявляющими произведенное разрушение (диагностическими).

При этом следует учитывать, что одинаковые факторы (например, влажность воздуха) могут либо вызвать разрушение, либо только выявить уже произведенное разрушение, в зависимости от значения и продолжительности действия фактора, его сочетания с другими факторами и последовательности приложения испытательных воздействий.

Допускается проводить нециклические испытания в случаях, если заранее известно, что разрушение вызывают только одновременно воздействующие испытательные факторы, а остальные факторы только его выявляют.

Требования по измерению параметров-критериев отказа (в частности, стадия цикла, периодичность) устанавливают в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции в соответствии с ГОСТ 30630.3.0, п. 4.4.

3. Испытания проводят до отказа всех образцов.

Если невозможно проводить испытания до наступления отказа, допускается проводить испытания путем определения зависимости величины и (или) распределения значений параметра (критерия отказа систем изоляции) от времени воздействия испытательных факторов, что должно быть указано в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции. В частности, если математическая функция зависимости параметра-критерия отказа от продолжительности воздействия температуры может быть представлена в виде прямой линии, применяют метод по ГОСТ 30630.3.0, п. Б.1.

Допускается проводить предварительную оценку нагревостойкости по результатам испытаний при отказе части испытываемых образцов, если методы обработки результатов с обязательной оценкой доверительных вероятностей обеспечивают необходимую статистическую достоверность (в частности, проводить испытания по ГОСТ 30630.3.0, п. 4). При этом необходимо учитывать, что испытания до отказа только части образцов увеличивают статистический разброс результатов.

4. Виды и интенсивность испытательных воздействий должны быть указаны в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции.

5. Если готовые изделия или комбинации материалов предназначены для эксплуатации при нормальных значениях климатических факторов внешней среды по ГОСТ 15150-69, в испытательные циклы дополнительно к воздействию испытательной температуры включают также воздействия механических факторов, влажности, для электротехнических изделий и систем электрической изоляции — электрического напряжения (см. СВЕРХНИЗКОЕ (МАЛОЕ) НАПРЯЖЕНИЕ (СНН)), а также нижнего значения температуры воздуха (для электротехнических и других изделий или полимерных систем категорий размещения 1, 2, 3 исполнений У и УХЛ по ГОСТ 15150, если это указано в стандартах и ТУ на изделия). При испытании комбинаций материалов допускается исключать некоторые из этих воздействий.

6. Если готовые изделия или комбинации материалов предназначены для эксплуатации в особых условиях внешней среды по ГОСТ 15150-69, в испытательные циклы, помимо воздействия по п. 4.5, включают другие воздействия, действующие попеременно или одновременно с этими воздействиями. При этом для случая воздействия агрессивных сред испытания проводят по ГОСТ 30630.3.0 и ГОСТ 30630.3.1.

Результаты этих испытаний используют при определении нагревостойкости систем изоляции, предназначенных для работы в особых условиях окружающей среды, но не применяют для определения классов нагревостойкости по ГОСТ 8865.

Интенсивность других воздействий устанавливают сравнимой с их интенсивностью в условиях эксплуатации. Допускается увеличить интенсивность дополнительных воздействий по сравнению с условиями эксплуатации, если существуют установленные зависимости между интенсивностью воздействий и ресурсом.

7. В стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции должна быть оговорена последовательность приложений испытательных воздействий.

При испытании систем изоляции, предназначенных для работы при нормальных значениях климатических факторов внешней среды, применяют следующую последовательность воздействий: термическое старение, механические воздействия, увлажнение, испытательное напряжение.

8. Испытательные температуры и длительность их воздействия в каждом цикле приведены в приложении 2, причем табл. 2 этого приложения является предпочтительной при испытании систем изоляции, а табл. 1 — при испытании комбинаций материалов. При испытании комбинаций материалов применяют продолжительности по табл. 2 или при испытании комбинаций материалов и систем изоляции — другие продолжительности, если известно или предполагается, что при использовании этих продолжительностей могут быть выполнены требования п. 10.

Наименьшая испытательная температура должна быть на 15–30 °С выше предельной допустимой температуры предполагаемого для системы изоляции класса нагревостойкости, допускается иное значение по п. 2.

Наибольшая испытательная температура ограничивается температурой размягчения материалов (для термопластов), температурой кипения для жидких диэлектриков или температурой, при которой один доминирующий процесс разрушения заменяется другим. В последнем случае наибольшую испытательную температуру допускается определять при помощи косвенных критериев.

При этом следует учитывать, что изменение процесса разрушения, определенное по косвенному критерию, не всегда воспроизводится при определении по прямому критерию.

Рекомендуется, чтобы при наибольшей испытательной температуре средний ресурс составлял 100 ч или более.

Значения дополнительных испытательных факторов в каждом цикле не изменяют.

9. Образцы должны испытываться не менее чем при трех испытательных температурах, отличающихся друг от друга не менее чем на 20 °С. Если максимально допустимая температура испытаний, выбранная по п. 4.8, не позволяет сохранить интервал температур, допускается уменьшить его до 10 °С.

10. Поскольку число циклов может влиять на ресурс образцов, получаемый при данных испытаниях, достоверными можно считать испытания, при которых средние числа циклов, полученные при каждой температуре испытаний, не отличаются друг от друга более чем в 2 раза, при этом среднее число циклов при любой из испытательных температур должно быть не менее 7 и не более 20.

Среднее число циклов вычисляют как среднее арифметическое число циклов до отказа каждого образца, включая цикл, в котором произошел отказ.

Рекомендуется, чтобы среднее число циклов при каждой температуре составляло 10. Для этого в процессе испытаний при необходимости корректируют продолжительность выдержки в цикле при соответствующей испытательной температуре или изменяют испытательную температуру.

Если время выдержки в одном цикле испытаний устанавливается не по табл. 1 или 2, то время выдержки рекомендуется увеличивать в 2 раза. Когда предполагаемый ресурс на основе предварительной информации установить нельзя, время выдержки в каждом цикле выбирают исходя из необходимости получения достаточной информации в результате измерения параметров образцов после каждого цикла. При этом время выдержки предпочтительно устанавливать различным: меньшее — на первых циклах и большее — на последующих.

11. Воздействие испытательной температуры при испытании комбинаций материалов и макетов обеспечивается путем помещения образцов в камеры тепла.

Образцы загружают в камеру тепла, предварительно нагретую до испытательной температуры, и выгружают без охлаждения камеры тепла в случаях, когда резкие смены температур являются требуемым испытательным воздействием, или для сокращения общей продолжительности испытаний (если резкие смены температур существенно не влияют на результаты). Если предполагается, что доминирующей причиной отказа макетов являются резкие смены температур при испытаниях, не отражающие условия эксплуатации, то макеты загружают (и соответственно выгружают) в предварительно охлажденные камеры тепла. Допускается загружать (и выгружать) образцы в предварительно охлажденные камеры тепла для удобства проведения испытаний, если резкая смена температур не является требуемым испытательным воздействием.

Если при испытании макетов необходимо учесть температурные градиенты, возникающие в реальных изделиях, или по другим причинам, предусматривают воздействие испытательной температуры путем пропускания тока через токоведущие части макета (для систем электрической изоляции) или других способов обеспечения имитации эксплуатационного нагрева изделий (для других полимерных систем).

12. Способ воздействия испытательной температуры для различных типов готовых изделий указывают в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции или других полимерных систем.

13. Термическое старение в каждом цикле должно проводиться непрерывно. При технической необходимости допускаются перерывы в испытаниях не более 24 ч за каждый период продолжительности испытаний не менее 10 сут, если известно или предполагается, что изменение температуры при этих перерывах не влияет на ресурс образцов в пределах, соответствующих числу циклов, указанных в п. 10.

При испытании готовых электротехнических изделий или макетов путем пропускания тока применяют устройства для непрерывного измерения температуры обмоток или других токоведущих частей, соприкасающихся с изоляцией, или же, если это невозможно, проводят измерение температуры обмоток не менее шести раз в сутки, при этом допускается кратковременное отключение изделия от источника тока. Для других видов изделий, для которых нагрев осуществляется в соответствии с п. 11, применяют аналогичные приемы измерения температуры в точках, критических к воздействию температуры.

14. Если в испытательный цикл введено увлажнение, то для образцов систем электрической изоляции (или других полимерных систем) режимы увлажнения выбирают в соответствии с ГОСТ 30630.3.0.

Системы электрической изоляции (или другие полимерные системы) изделий категорий 1, 2 по ГОСТ 15150-69 испытывают по режимам, предусмотренным для категории 5.

При испытании систем изоляции изделий категорий 1, 2 и 5 по ГОСТ 15150-69 или изоляции изделий категории 3 на напряжение до 2000 В включительно относительная влажность должна быть 100 % с конденсацией влаги на обмотке, а при испытаниях систем изоляции изделий категории 3 на напряжение свыше 2000 В — (93±3) % без конденсации влаги.

15. При включении в испытательный цикл механических воздействий в стандартах на методы испытаний конкретных систем электрической изоляции (или других полимерных систем) должны быть указаны их интенсивность, направление и время действия.

Интенсивность механических воздействий при испытании должна несколько превышать интенсивность при эксплуатации. При выборе интенсивности и времени действия механических воздействий при испытании систем электрической изоляции (или других полимерных систем) должны учитываться требования ГОСТ 30631.

Интенсивность механических воздействий может значительно превышать интенсивность механических воздействий в эксплуатации только в том случае, если известна закономерность изменения ресурса от интенсивности механических воздействий.

16. Для систем изоляции электротехнических изделий за критерий отказа принимают пробой при воздействии испытательного напряжения. Значение испытательного напряжения выбирают в зависимости от функции, которую материалы выполняют в конструкции и (или) исходя из напряжения, которому изоляция подвергается в изделии. Значение испытательного напряжения должно быть достаточным для установления критической степени деструкции изоляции, но не являться старящим.

При выборе испытательных напряжений при необходимости учитывают размерный фактор и величины отклонений напряжения от номинального. Если на системы изоляции в эксплуатации могут воздействовать различные виды напряжений (например, длительно действующее рабочее напряжение и кратковременные перенапряжения), то в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции могут быть указаны несколько значений испытательных напряжений различных видов.

Длительность приложения испытательного напряжения, и на какой стадии цикла оно прикладывается, должны быть указаны в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции. В частности, если испытание напряжением проводится после таких воздействий, влияние которых изменяется во времени, должно быть оговорено время, в течение которого после указанного воздействия должно быть приложено испытательное напряжение.

Для систем изоляции неэлектротехнических изделий (или других полимерных систем) за критерий отказа принимают пробой при воздействии испытательного напряжения или изменение других параметров (например, удельного объемного сопротивления, волновых параметров, тангенса угла диэлектрических потерь или же механической прочности), если этими критериями в большей степени, чем приложенным напряжением, определяется работоспособность системы изоляции.

17. При выборе критерия отказа учитывают фиксированное значение измеряемого параметра, а не степень его изменения по отношению к исходному значению. При исследовании систем изоляции (или других полимерных систем), для которых в различных видах изделий критичными могут быть разные уровни измеряемого параметра, рекомендуется в качестве критерия отказа принимать несколько уровней параметра и соответственно определять разные ресурсы.

Допускается при сравнении комбинаций материалов использовать при выборе критерия степень изменения измеряемого параметра по отношению к исходному значению. При этом следует учитывать, что этот способ может привести к необоснованной отбраковке образцов с более высокими начальными значениями параметра, но с несколько большей скоростью его изменения. За исходное значение параметра при этом способе принимают (если иное не установлено в стандартах на испытания конкретных материалов) среднее арифметическое результатов испытаний не менее 10 образцов, подвергнутых термообработке при наименьшей температуре старения в течение 48 ч.

18. При испытании систем изоляции (или других полимерных систем) отказом образца считают первый отказ любого компонента системы.

Допускается продолжение испытаний образца для оценки поведения остальных компонентов. При этом принимают во внимание возможность частичного повреждения остальных компонентов при отказе первого. Ресурс этих остальных компонентов учитывают отдельно и не включают в ресурс образца.

В тех случаях, когда необходимо получить данные по одному компоненту системы изоляции (или других полимерных систем), допускается усиление других компонентов, не влияющих на нагревостойкость изучаемого компонента в системе изоляции (или других полимерных систем).

ТИПОВЫЕ ГРАФИКИ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ СРЕДНЕГО РЕСУРСА СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ С ОБМОТКОЙ ИЗ КРУГЛЫХ ПРОВОДОВ С ЭМАЛЕВОЙ, ЭМАЛЕВО-ВОЛОКНИСТОЙ И ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Графики составлены в соответствии с табл. 2 приложения 2 к настоящему стандарту и представляют собой обобщение результатов испытаний материалов и систем изоляции по методикам ГОСТ 10519-76 или по другим соответствующим методикам (см. черт.). Графики могут быть использованы для ориентировочных расчетов допустимых превышений температуры обмоток в изделиях со средним ресурсом, отличающимся (в меньшую* или большую сторону) от среднего ресурса изделий общего назначения, а также для сравнения результатов определения нагревостойкости новых материалов и систем изоляции.

* При этом должны быть учтены имеющиеся данные по ограничению наибольших температур в соответствии с п. 8.

Если для конкретных систем изоляции имеются графики зависимости от температуры среднего ресурса этих систем изоляции, следует пользоваться графиками для конкретных систем изоляции.

Литература

ГОСТ 10518-88 Системы электрической изоляции. Общие требования к методам ускоренных испытаний на нагревостойкость.