Процесс и признаки теплового старения

В процессе теплового старения в изоляции происходят химические и физические изменения. Во-первых, длительное действие температуры и взаимодействие изоляции с кислородом воздуха вызывают усадку изоляции или появление в ней пор и трещин. При термоокислительных процессах может произойти и дополнительная сшивка молекул полимеров, приводящая к увеличению жесткости, появлению хрупкости. Во-вторых, возможен и обратный процесс — химическое разложение (деполимеризация) под действием температуры, при этом материал может размягчаться выделять летучие продукты, разрушающие соприкасающиеся с ним другие компоненты.

Физические изменения в системах изоляции, обусловленные процессом теплового старения, зависят от ее состава и конструктивного исполнения обмотки. Удобно их рассмотреть на примерах изоляции всыпной катушечной, шаблонной и стержневой обмоток.

Изоляция всыпных обмоток. Наиболее слабым элементом этой конструкции оказывается витковая изоляция" представляющая собой два слоя изоляции обмоточного"провода (соприкасающиеся витки), соединенных пропитывающим составом. В такой изоляции на границе раздела проводник— полимер создается внутреннее напряжение авн, определяемое соотношением [1].

(S).

где ад, ам —ТКЛР полимера и металла соответственно; Јпмодуль упругости полимера; АТ — разность между температуройстеклования полимера Тс и наименьшей температурой обмотки в эксплуатационных условиях.

Выражение (5) справедливо для одноосного растяжения, возникающего в устройствах продолговатой формы, каким является и обмоточный провод. Внутреннее напряжение создается только в стеклообразном состоянии полимера, поэтому в (5) и входит АТ как различие низкой эксплуатационной температуры, например при перерывах в работе, и Тс.

В процессе теплового старения из-за указанных выше химических процессов в полимерном материале изменяются его физические параметры (увеличиваются Тс и снижается ап), что приводит в целом к возрастанию авн, особенно в начальный период старения. Кривую изменения ствн в процессе теплового старения полимерного материала можно условно разделить на две области (рис. 4). Первая (до 1000 ч) характеризуется быстрым нарастанием напряжении, во второй (свыше 1000 ч) рост напряжений замедляется, так как модуль упругости, температура стеклования и TKJIP стабилизируются.

Внутренние напряжения влияют на стойкость материала к растрескиванию: Полимер растрескивается в том случае, когда внутренние напряжения сигма-вн и прочность 0р становятся соизмеримыми. Относительное сближение этих величин может происходить как в результате повышения сигма-вн, так и в результате снижения стР. Приведенные на рис. 4 зависимости авн, ар от времени старения даны для широко используемого в электрических машинах пропиточного лака МЛ-92 (меламинглифталевого).