Изобретение относится к области регулирования электрического поля в изоляторах, в частности к способу контроля полупроводящего покрытия в виде эмали, электрические характеристики которой определяются наполнителем - карбидом кремния, предназначенного для подавления разрядов на поверхности изоляции в краевой зоне секций обмоток электрических машин высокого напряжения, а также в других конструкциях типа проходного изолятора.
Известны составы и способы изготовления эмали, покрытия из которой обладают необходимыми свойствами регулирования электрического поля на поверхности стержня (секции) электрической машины [1] . Эти составы содержат наполнитель - мелкодисперсный карборунд, обладающий нелинейной зависимостью тока проводимости от напряженности электрического поля, в качестве элемента, регулирующего поле, и пленкообразующие компоненты - глифталевую и нитроцеллюлозную основу эмали.
Контроль свойств этих составов осуществляется путем измерения вольт-амперной характеристики (ВАХ) образцов покрытий и определения по этим данным коэффициента нелинейности ВАХ
β = 
, где i1, i2 - токи, измеренные при напряжениях U1 и U2 соответственно. При этом математическая модель ВАХ предполагалась в виде степенной функции i= AUβ[2] .
Как показал опыт, изготовление эмали с применением указанного метода контроля во многих случаях не обеспечивало получение необходимых электрических характеристик покрытия, так как при испытаниях высоким напряжением возникали разрядные процессы, требовалось многократное исправление покрытий. Это было связано с тем, что применение степенной модели ВАХ, определяющее использование в качестве контролируемого показателя величины β, не соответствует истинной характеристике эмали.
Лучшие результаты были получены при использовании для контроля эмали величин проводимости (или тока) при определенных значениях напряженности [3] , предельные минимальные значения которых были определены на основании опыта изготовления и применения большого числа партий эмали, а также при введении кондиционирования образца в электрическом поле перед измерением ВАХ.
Однако при таком способе контроля эмаль, успешно используемая для одних условий, например для обмотки электрических машин с номинальным напряжением 6 . . . 10 кВ, имеющей толщину изоляции 2. . . 3 мм и испытательное напряжение 22. . . 35 кВ, оказывалась непригодной для более жестких условий, например класса напряжения 15,75 кВ с толщиной изоляции 3,8 мм и испытательным напряжением 51 кВ.
Исследования показали, что отказы покрытия, изготовленного с применением метода контроля электрических характеристик эмали по способу-прототипу [3] , вызваны электрической или тепловой нестабильностью эмали, что проявляется в резком снижении проводимости покрытия или образовании локальных каналов-прогаров при повышенных напряженностях. Применяемый способ контроля [3] не обеспечивает проверку эмали в реальном рабочем режиме, возникающем при проведении стандартных одноминутных испытаний изоляции переменным напряжением промышленной частоты.
Целью является повышение надежности работы эмали в покрытии, регулирующем электрическое поле на поверхности проходного изолятора, путем увеличения электрической и тепловой стабильности эмали.
Это достигается тем, что при способе контроля эмали для покрытия, регулирующего электрическое поле на поверхности проходного изолятора, содержащей наполнитель - микропорошок карбида кремния и пленкообразующие компоненты, при котором измеряют электрические параметры образцов покрытия из контролируемой партии эмали и по ним устанавливают соответствие эмали предъявляемым требованиям или необходимость коррекции ее состава, на одном из образцов определяют один из указанных электрических параметров - предельно допустимую напряженность в покрытии Ед, на другом, идентичном указанному, - параметры Go и А зависимости проводимости эмали от напряженности, представляемой в виде экспоненты G= Go ехр (АЕ), после чего определяют второй из указанных параметров - максимальную напряженность в покрытии Ем, для расчета которой используют модель изолятора с покрытием, имеющим зависимость проводимости от напряженности в виде экспоненты с параметрами Go и А, значение которых определено выше. Соответствие эмали указанным требованиям устанавливают при получении значения для Емменьше, чем для Ед.
Для расчета напряженности используется модель изолятора с покрытием в виде емкостно-омической линии конечной длины, ячейки которой состоят из емкостного элемента - изолятора и омического элемента - покрытия с нелинейной ВАХ, представленной экспоненциальной зависимостью проводимости от напряженности. Одна из методик расчета представлена в "Программе расчета распределения электрического потенциала по поверхности полупроводящего покрытия изоляции стержней обмоток якорей машин переменного тока методом конечных элементов", БС. 00 562, НИИ ЛПЭО "Электросила".
Сущность способа состоит в использовании полученной экспериментально вольт-амперной характеристики эмали для расчетного определения рабочей напряженности в покрытии и сопоставлении ее с предельно допустимой напряженностью, также устанавливаемой экспериментально.
П р и м е р. Процедура контроля партии эмали ПЛК-259Ч по ОБС. 504.090 ТУ. Состав эмали партии N 825 выпуска 1991 г; мас. ч. : Основа - лак 2240 6 и лак НЦ-62 7,5; наполнитель - карборунд черный КЧ-20 20 и растворитель - этилцеллозольв.
Назначение эмали - лобовое покрытие изоляции стержней гидрогенератора на номинальное напряжение 15,75 кВ (испытательное 50,2 кВ) с толщиной изоляции 3,8 мм.
Изготавливают два образца покрытия из подлежащей контролю эмали в виде покрытых этой эмалью с одной стороны пластин из стеклотекстолита размером 100х50х1 мм.
На одном из образцов определяют предельно допустимую напряженность Ед (кВ/см) путем приложения к промежутку длиной 5. . . 15 мм медленно нарастающего напряжения (постоянного или временного тока) до разрушения покрытия в промежутке. Испытания проводят в нескольких точках образца и результаты обрабатывают статистически.
Значение Емин= Еср - 3 σ (Е)/
, где n - число измерений, σ (Е) - среднеквадратичное отклонение от Еср, принимается за максимально допустимую напряженность в эмали Ед, в нашем примере Ед= 9,77 кВм/см.
Пробивные напряжения (амплитудные значения) (Uпр) образца покрытия из эмали партии N 825 (кВм) при σ (Е)= 0,649 кВм следующие: 10,55, 10,35, 10,35, 10,00, 11,85, 10,35.
Второй образец используют для измерения вольт-амперной характеристики (ВАХ) эмали, которая представляется зависимостью проводимости G от напряженности Е экспоненциального вида
G= Go ехр АЕ, (1) где Go, А - параметры, определяемые из ВАХ.
Измерения ВАХ производятся на нескольких участках образца при напряжении постоянного тока с предварительным кондиционированием измеряемого участка напряженностью, равной 0,9 Ед, в течение 1 мин, результаты обрабатываются статистически.
Результаты измерений и расчета представлены в таблице.
ln Go = -26,63, Аср. = 0,906, коэффициент корреляции r = 0,998-0,999.
При расчете максимальной рабочей напряженности в начале покрытия Ем= Е (х= 0) входными данными для расчета являются параметры Go и А, определенные из ВАХ; рабочее или испытательное напряжение изолятора Vi; толщина изолятора dn; диэлектрическая проницаемость изолятора εn; длина покрытия l.
Программа численного расчета составлена применительно к возможности персонального компьютера IBM - РС следующим образом.
Конструкция, состоящая из проходного изолятора и полупроводящего покрытия, представлена в виде RC-линии длиной l, в которой продольный элемент R= 1/G является нелинейным и описывается уравнением (1), поперечный элемент С= εn/dn - удельная емкость изолятора. Уравнение этой линии представляется в виде
= 
, (2) где U - электрический потенциал на поверхности покрытия;
t - время;
х - координата по длине покрытия.
Граничными условиями для решения этого уравнения являются напряжение в начале линии, равное напряжению на изоляторе U(x= 0) = Uo sin ωt и ток в конце покрытия i(l)= 0.
Для численного решения дифференциального уравнения (2) производится его дискретизация по длине (координате х) методом конечных элементов и интегрирование во времени неявным методом Эйлера, на каждом шаге которого система нелинейных алгебраических уравнений, полученных в результате пространственной дискретизации, решалась методом Ньютона, а линейная система алгебраических уравнений на шаге по Ньютону решалась методом прогонки. Время работы программы в зависимости от варианта расчета и требуемой точности, т. е. размеров пространственного и временного интервала, составляет 5. . 20 мин.
Вычисляемый параметр, в нашем примере величина максимальной напряженности, равная напряженности в начале покрытия, Ем= 9,42 кВм/см.
Анализ качества эмали. Величины Ед и Ем сравниваются между собой. Эмаль признается годной, если Ем меньше Ед. В противном случае производится корректировка ее состава.
Предлагаемый способ контроля электрических характеристик эмали повышает эффективность регулирования электрического поля и стабильность его работы, снижает трудоемкость изготовления обмотки. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1354341, кл. Н 02 К 3/40, 20.06.85.
2. А. Ф. Городецкий и А. Ф. Кравченко. Полупроводниковые приборы. М. : Высшая школа, 1967; Г. П. Жабко, Т. А. Лыкова и др. Полупроводящие покрытия для статорных обмоток электрических машин высокого напряжения. Электротехника, N 5, 1986.
3. ОБС. 504.090 ТУ, эмаль ПЛК-259Ч.
Использование: в машиностроении для увеличения надежности работы эмали в покрытии, регулирующем электрическое поле на поверхности проходного изолятора путем увеличения электрической и тепловой стабильности эмали. Сущность изобретения: определяют экспериментально наибольшую допустимую напряженность электрического поля в образце контролируемой партии эмали Eд, затем определяют экспериментально параметры G0 и A зависимости проводимости эмали от напряженности, представляемой в виде экспоненты G=G0exp (АЕ), после чего определяют максимальную напряженность в покрытии Eм при заданных значениях приложенного к изолятору максимального напряжения, толщины, диэлектрической проницаемости изолятора и длины покрытия путем расчета распределения напряжения в емкости-омической модели изолятора с покрытием, в котором представляющий покрытие омический элемент имеет зависимость проводимости от напряженности в виде экспоненты с параметрами G0 и A, и делают заключение о годности эмали, если Eм меньше Eд. 1 табл.
СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭМАЛИ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ, РЕГУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ на повеpхности пpоходного изолятоpа, содеpжащей наполнитель - микpопоpошок каpбоpунда и пленкообpазующие компоненты, пpи котоpом измеpяют электpические паpаметpы обpазцов покpытия из контpолиpуемой паpтии эмали и по ним устанавливают соответствие эмали пpедъявляемым тpебованиям или необходимость коppекции ее состава, отличающийся тем, что на одном из обpазцов опpеделяют один из указанных электpических паpаметpов - пpедельно допустимую напpяженность в покpытии Eд, на дpугом - идентичном указанному, паpаметpы G0 и A зависимости пpоводимости эмали от напpяженности, пpедставляемой в виде экспоненты G = G0 exp (AE), после чего опpеделяют втоpой из указанных паpаметpов - максимальную напpяженность в покpытии Eм, для pасчета котоpой используют модель изолятоpа с покpытием, имеющим зависимость пpоводимости от напpяженности в виде экспоненты с паpаметpами G0 и A, значение котоpых опpеделено выше, и соответствие эмали указанным тpебованиям устанавливают пpи получении значения для Eм < Eд.
