Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 11⁰⁰ - до 18⁰⁰)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №3 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

http://naukovedenie.ru 24ТВН313

Институт Государственного управления, Главный редактор - д.э.н., профессор К.А. Кирсанов права и инновационных технологий (ИГУПИТ) тел. для справок: +7 (925) 853-04-57 (с 11⁰⁰ - до 18⁰⁰)

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» №3 2013 Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 24ТВН313

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Кафедра «Электромеханические комплексы и материалы»

Определение работы адгезии в системе межвитковой изоляции

к.т.н., доцент Леонов Андрей Петрович

к.т.н., доцент Супуева Аделя Сагынбековна

Аннотация

Предложен расчетно-экспериментальный метод определения работы адгезии между компонентами полимерной изоляции низковольтных обмоток. Проведена оценка величин адгезионного взаимодействия для ряда систем «пропиточный состав - эмалированный провод». Показана возможность использования полученных результатов для прогноза скорости дефектообразования в межвитковой изоляции.

Ключевые слова: Адгезия, пропиточный состав, эмалированный провод, обмотка, скорость дефектообразования, межвитковая изоляция, надежность.

Abstract

The calculation and experimental method for determining the work of adhesion between the components of the polymeric insulation of low-voltage windings has been proposed. The estimation of quantities of adhesive interactions for a number of systems «impregnating composition - enamel wire» has been made. The possibility of using the results for the forecast the speed of defect formation in turn insulation has been shown

Keywords: Adhesion, impregnating composition, enamel wire, winding, speed of defect formation, turn insulation, reliability.

В большинстве случаев безотказная эксплуатация низковольтных обмоток, как элементов электрических машин, аппаратов и трансформаторов, определяется надежностью их электрической изоляции. Известно [1], что процесс разрушения межвитковой изоляции, как самого слабого элемента изоляции обмотки, во многом определяется величиной адгезии между ее компонентами. В случае высокой адгезии процессы разрушения изоляции и образования сквозных дефектов значительно ускоряются вследствие повышения вероятности развития трещин из пропиточного состава в эмалевую изоляцию [2]. К сожалению, в настоящее время отсутствуют способы количественного определения величины адгезии в изоляционных системах типа «пропиточный состав - эмалевая изоляция», что не позволяет оценить влияние сил взаимодействия между полимерными изоляционными материалами на стойкость системы к разрушению в процессе эксплуатации.

Формирование межвитковой изоляции начинается в процессе пропитки обмоток, когда пропиточный состав в жидком состоянии проникает в поры и пустоты между проводами. При этом происходит вытеснение воздуха из объема обмотки. Пропиточный состав, смачивая поверхность эмалевой изоляции, отверждается, обеспечивая монолитность и однородность механических свойств обмотки. Полученная система связана по всей поверхности силами адгезии. В данном случае имеет место контакт двух полимерных электроизоляционных материалов.

С позиций термодинамики процесс смачивания связан с самопроизвольным уменьшением свободной энергии системы. Термодинамическая работа адгезии в этом случае может быть представлена в следующем виде [3]:

W_a =г_L +г_S ?г_LS (1)

где г_L- свободная поверхностная энергия адгезива; г_S - свободная поверхностная энергия субстрата; г_LS -межфазная поверхностная энергия.

Суммарная свободная энергия образуется из вкладов различных межмолекулярных сил, действующих на этой поверхности. Электроизоляционные эмали и пропиточные составы представляют собой полярные диэлектрики. Предполагая, что на поверхности полимерной изоляции выполняются принципы аддитивного и независимого действия межмолекулярных сил, поверхностную энергию г можно записать как [4]:

г=г^d +г^h (2)

где индексы d и h указывают соответственно на дисперсионную составляющую и полярную составляющую, обусловленную образованием водородных связей и дипольным взаимодействием.

Межфазное г_1,2 натяжение между пропиточным составом г₁ и эмалевой изоляцией г₂ можно найти по выражению:

(3)

Это позволяет связать составляющие сил свободной энергии поверхности твердого тела (г^d_S, г^h_S) и жидкости (г^d_L, г^h_L) со значением cos? - краевого угла смачивания твердого тела жидкостью:

(4)

Из уравнения (4) можно найти г^d_S и г^h_S по данным измерения углов смачивания ц двумя жидкостями, если значения г, г^d_L, г^h_L для обеих жидкостей известны путем решения системы двух уравнений с двумя неизвестными (например, воды и глицерина) [4]:

адгезия полимерный низковольтный изоляция

(5)

Ниже в таблице приведены литературные данные для некоторых жидкостей, пользуясь которыми можно оценить свободную поверхностную энергию конкретных полимеров в стеклообразном состоянии.

Таблица Значения г, г^d_L, г^h_L для различных жидкостей [4]

Термодинамическую работу адгезии жидкости можно определить по выражению:

W_a =г_L(1+cos^ц) (6)

где г_L - свободная поверхностная энергия адгезива (равна у_жг - поверхностному

натяжению жидкости); ц - краевой угол смачивания твердой поверхности жидкостью.

Поверхностное натяжение жидкости у_жг и краевой угол смачивания ц поддаются непосредственному и достаточно точному измерению. По уравнению (6) определяют равновесную работу адгезии жидкости и при помощи этой величины сравнивают адгезионную способность жидкостей к различным твердым телам. Тогда величина работы адгезии может быть представлена как:

(7)

В настоящей работе проведено определение поверхностной энергии и работы адгезии для ряда марок обмоточных проводов и пропиточных лаков: ПЭФД-2-200 - КО-916К, ПЭТ155 - ПЭ-9153М, ПЭТ-155 - КО-916К, ПЭТВ-2 - ГФ-95.

Определение смачивающих свойств и краевого угла смачивания проводились методом погружения с использованием электронных весов типа CAU 120D. В качестве эталонных жидкостей с известными параметрами дисперсионной и полярной составляющими использовались дистиллированная вода и глицерин.

Образцы представляли собой отрезки эмалированного провода примерно одинакового диаметра (около 1 мм). Часть образца, погружаемая в жидкость, подвергалась шлифованию для обеспечения ровной поверхности контакта с жидкостью. Одна партия образцов была использована для определения смачивания воды и глицерина к поверхности эмалевой изоляции. Другая партия образцов предварительно окуналась в пропиточный лак, затем помещались в термошкаф для отверждения при повышенной температуре. Температурный режим сушки соответствовал указанному в нормативно-технической документации на пропиточный состав. Затем были определены параметры смачивания воды и глицерина к поверхности отвержденного пропиточного состава. За результат принималось среднее арифметическое не менее 10 измерений. Используя выражения (5 - 7) была рассчитана поверхностная энергия исследуемых материалов и работа адгезии между компонентами полимерной изоляции.

Полученные результаты сопоставленны с данными [5, 6] скоростей дефектообразования Н_В в исследованных системах, представлены в виде зависимости H_в = f W( _a) на приведенном ниже рисунке.

Анализируя результаты проделанной работы, можно сделать следующие выводы:

Соотношение величин скоростей дефектообразования Н_в и работы адгезии W_a в системах низковольтной межвитковой изоляции

1. Используемый подход расчетно-экспериментального определения работы адгезии W_а в системе «полимер - полимер» применим для оценки величины адгезионного взаимодействия в системе «пропиточный состав - эмалированный провод».

2. Сопоставление расчетных данных работы адгезии W_a с литературными данными о скорости дефектообразования H_в исследуемых систем показали, что с увеличением работы адгезии увеличивается скорость дефектообразования. Это связано с повышением вероятности развития сквозного дефекта в системе «пропиточный состав - эмалированный провод» что приводит к снижению надежности полученной композиции. При анализе были приняты некоторые допущения: не учитывалось распределение пропиточного состава в реальной обмотке, внутренние механические напряжения, работа адгезии принималась без учета процесса старения системы межвитковой изоляции. Тем не менее, полученный результат наглядно показывает взаимосвязь W_a и процессов дефектообразования в изученных системах.

3. Предлагаемый метод достаточно прост и имеет сравнительно малую продолжительность проведения работ. Полученные результаты могут быть использованы для оценки уровня скорости дефектообразования H_в в композициях «пропиточный состав - эмалированный провод».

4. Предварительный отбор компонентов межвитковой изоляции позволит прогнозировать интенсивность процессов разрушения изоляции низковольтных обмоток при эксплуатации и оптимизировать выбор её компонентов.

Литература

1. Похолков Ю.П., Леонов А.П., Шуликин И.Н. К вопросу о совместимости пропиточных составов и эмалированных проводов// Электротехника, 2009, - № 7, c. 30-33

2. Галушко А.И., Максимова И.С., Оснач Р.Г. Надежность изоляции электрических машин. М.: Энергия, 1979.-175с.

3. Зимон А.Д. Адгезия пленок и покрытий. М.: Изд-во «Химия», 1977.-352с.

4. Каган Д.Ф., Гуль В.Е., Самарина Л.Д.. Многослойные и комбинированные пленочные материалы. М.: «Химия», 1989.-288с.

5. ОСТ16. 0.800.821-88 Машины электрические асинхронные мощностью свыше 1 кВт до 400 кВт включительно. Двигатели. Надежность. Расчетно-экспериментальные метода определения.

6. Леонов А.П. Совместимость пропиточных составов и эмалированных обмоточных проводов// Деп. В ВИНИТИ 30.06.08, № 544-В2008

Размещено на Allbest.ru