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

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ стандарт СОЮЗА ССР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ Общие требования к методам ускоренных испытаний на

нагревостойкость

ГОСТ 10518-88 ОКСТУ 3409

Electric insulation systems General requirements for methods of accelerated tests for thermal endurance

Срок действия с 01.01.90 до 01.01.95 Несоблюдение стандарта преследуется по закону

Настоящий стандарт распространяется на системы электрической изоляция и простые комбинации материалов (далее - системы изоляции) и устанавливает общие требования к методам проведения и обработки результатов ускоренных испытаний на нагревостойкость. Стандарт не распространяется на системы изоляции, не содержащие органических или элементоорганических компонентов.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. 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.

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

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

Пояснение терминов, встречающихся в стандарте, указаны в приложении 1.

2. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

2.1. В стандартах или другой технической документации на методы испытаний конкретных систем изоляции (далее - стандартах) должны быть даны соответствующие указания по конструкции образцов для испытаний и способам их подготовки.

Размеры образцов выбирают с учетом размеров реальных конструкций, где предполагают применять систему изоляции. При этом размеры испытываемых образцов должны, по возможности, приближаться к реальной конструкции (выбранной в качестве типовой для данного вида изделий).

2.2. Для испытаний систем изоляции в качестве образцов следует применять макеты или отдельные узлы изделии, если это указано в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции. Допускается проводить испытания готовых изделий с оценкой от дельных узлов или изделия в целом. Для испытаний комбинаций материалов допускается применять образцы по соответствующему стандарту на методы испытаний электроизоляционного материала.

Конструкция макетов должна воспроизводить основные элементы конструкции готовых изделий или их реальных узлов.

Конструкция макетов и узлов должна позволять имитировать основные эксплуатационные воздействия, способствующие старению или его выявлению.

2.3. Если образцами являются готовые изделия и известно, что ресурс испытуемой системы изоляции выше ресурса других узлов изделия, в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции должен быть указан способ повышения ресурса этих узлов с тем, чтобы ресурс этих узлов был заведомо больше ресурса системы изоляции.

2.4. В стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции должны быть предусмотрены контрольные испытания, которым до начала испытаний на нагревостойкостъ подвергают образцы для проверки их качества и идентичности.

2.5. В стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции должно быть указано минимально допустимое число образцов, требуемое для получения необходимой статистической достоверности результатов. При выборе числа образцов учитывают требования п. 4.3.

3. ТРЕБОВАНИЯ К СРЕДСТВАМ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Испытания проводят в камерах тепла.

В месте расположения образцов погрешность поддержания температуры в камере тепла для температур до 180 °С - ±2 °С, допускаются отдельные кратковременные (не более 15 мин за 6 ч испытаний) отклонения до ±5°С. Перепад температуры внутри камеры в месте расположения образцов не должен превышать 2°С.

Погрешность поддержания температуры в месте расположения образцов для температур свыше 180°С -±3°С.

3.2. В испытательных камерах тепла должны быть предусмотрены устройства для перемешивания воздуха со скоростью 1-2 м/с с обновлением его состава, рекомендуется, чтобы это обновление происходило в течение 1ч на каждый квадратный метр площади поверхности образца.

3.3. Образцы должны быть расположены так, чтобы воздух внутри камеры тепла мог свободно их обдувать.

3.4. При необходимости проведения испытаний в особых условиях внешней среды в соответствии с п. 4.6, требования к испытательным камерам - по ГОСТ 21126-75 и ГОСТ 24683-81.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ

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

4.2. 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 21126-75, разд. 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 21126-75, приложение 2.

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 21126-75, рязд. 4). При этом необходимо учитывать, что испытания до отказа только части образцов увеличивают статистический разброс результатов.

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

4.5. 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 и электрического напряжения. При испытании комбинаций материалов допускается исключать некоторые из этих воздействий.

4.6. 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 21126-75 и ГОСТ 24683-81.

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 8865-87.

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.

4.7. 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.

4.8. 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 пред полагается, что при использовании этих продолжительностей могут быть выполнены требования п. 4.10.

Наименьшая испытательная температура должна быть на 15-30 °С выше предельной допустимой температуры предполагаемого для системы изоляции класса нагревостойкости, допускается иное значение по п. 4.2.

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. Если наибольшая испытательная температура не известна, допускается проводить испытания по п. 5.4.

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

Значения дополнительных испытательных факторов в каждом цикле не изменяют.

4.9. 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.

4.10. 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 устанавливалось 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 вьщержки предпочтительно устанавливать различным: меньшее на первых циклах к большее - на последующих.

4.11. 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.

4.12. Способ воздействия испытательной температуры для различных типов готовых изделий указывают в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции.

4.13. 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.4.10.

При испытании готовых 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.

4.14. Если в испытательный цикл введено увлажнение, то для образцов систем изоляции режимы увлажнения выбирают в соответствии с ГОСТ 21126-75.Системы изоляции 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.

4.15. При включении в испытательный цикл механических воздействий в стандартах на методы испытаний конкретных систем изоляции должны быть указаны их интенсивность, направление и время действия.

Интенсивность механических воздействий при испытании должна несколько превышать интенсивность при эксплуатации. При выборе интенсивное™ и времени действия механических воздействий при испытании систем изоляции должны учитываться требования ГОСТ 17516-72.

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

4.16. Для систем изоляции электротехнических изделий за критерий отказа принимают пробой при воздействии испытательного напряжения. Значение испытательного напряжения выбирают в зависимое™ 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 кри™ческой степени деструкции изоляции, но не являться старящим.

При выборе испытательных напряжений при необходимое™ 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 частное™, 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 не электротехнических изделий за критерий отказа принимают пробой при воздействии испытательного напряжения или изменение других параметров (например, удельного объемного сопро™вления, волновых параметров, тангенса угла диэлектрических потерь или же механической прочное™), если э™ми критериями в большей степени, чем приложенным напряжением, определяется работоспособность системы изоляции.

4.17. При выборе критерия отказа учитывают фиксированное значение измеряемого параметра, а не степень его изменения по отношению к исходному значению. При исследовании систем изоляции для которых в различных видах изделий кри™чными 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 привес™ 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 арифме™ческое результатов испытаний не менее 10 образцов, подвергнутых термообработке при наименьшей температуре старения в течение 48 ч.

4.18. При испытании систем изоляции отказом образца считают первый отказ любого компонента системы.

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

В тех случаях, когда необходимо получить данные по одному компоненту системы изоляции, допускается усиление других компонентов, не влияющих на нагревостойкостъ изучаемого компонента в системе изоляции.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ

5.1. Результаты испытаний выражают в виде матема™ческой зависимое™ ресурса L от температуры Т (К).

в

L = А е* ₍₁₎

или l_gL=A' ₊ ^

^Т (2)

где А, В, А', В' - постоянные коэффициенты.

Рекомендуется также выражать результаты в виде графика нагревостойкости.

Необходимо учитывать, что для каждого электроизоляционного материала или системы изоляции может быть получено более одной зависимости ресурса от температуры, при этом каждая из зависимостей определяется выбранными критериями, их уровнями, а также видами, уровнями и способами приложения испытательных воздействий.

Под ресурсом L понимают ресурс образца материала или системы изоляции или ресурс материала или системы изоляции в изделии.

5.2. По результатам ускоренных испытаний проводят экстраполяцию результатов в область заданных температур эксплуатации и (или) заданных ресурсов L. Экстраполяцию следует проводить не более чем на 50 % разности между максимальным и минимальным значениями испытательных температур в масштабе 1/Т. Допускается расширять средние пределы экстраполяции, если в результате изучения механизма возникновения отказа выявлено,, что в расширенных пределах не должно происходить изменения коэффициентов формул (1) или (2), или при выполнении условий п. 4.8.

5.3. Экспериментальные данные для получения аналитической зависимости между ресурсом L и температурой обрабатывают по методу наименьших квадратов с вычислением среднего логарифмического ресурса L, коэффициентов зависимостей (п. 5.1), нижних доверительных границ для среднего и, если требуется, нижних доверительных границ для гамма-процентных ресурсов, температурных индексов, и температур, характеризующих нагревостойкостъ.

Типовые графики зависимости от температуры среднего ресурса системы изоляции электрических машин и аппаратов приведены в приложении 3.

Метод расчетов приведен в приложениях 4. 5.

Пример обработки экспериментальных данных приведен в приложении 6.

5.4. Если зависимость среднего ресурса L от температуры, определяемая по приложению 4 и вычисленная по формуле (2), резко отлична от линейной, то для окончательного установления нагревостойкости материалов или систем изоляции проводят дополнительно испытания при одной или более значениях испытательных температур, не совпадающих с прежними, причем нижнее значение испытательной температуры не должно отличаться от температуры, характеризующей предполагаемый температурный индекс или класс нагревостойкости, более чем на 20 °С (рекомендуется, чтобы дополнительные значения лежали между первоначальными). При этом рекомендуется проводить параллельные испытания материалов и систем изоляции, характер зависимости ресурса которых от температуры не вызывает сомнений.

Допускается не проводить дополнительных испытаний, если первоначальные испытания проводились не менее чем при четырех значениях испытательных температур и при соблюдении остальных требований в части общего числа и интервалов значений температуры. Экспериментальные данные в соответствии с п.

5.3 обрабатывают в этом случае по линейной части зависимости логарифма ресурса от величины обратной абсолютной температуры, причем не менее чем по трем экспериментальным точкам, поочередно исключая из рассмотрения более высокие значения температуры.

5.5. За температуру, характеризующую нагревостойкостъ системы изоляции, или за температурный индекс материала принимают температуру, полученную путем экстраполяции по п. 5.2 и соответствующую единому стандартному ресурсу, базовому для данной группы однотипных материалов систем изоляции. При этом для каждого электроизоляционного материала при одном и том же базовом ресурсе могут быть получены разные температурные индексы в зависимости от толщины и (или) значений критериев отказа.

Для систем изоляции базовый ресурс определяют на основании требований, предъявляемых к изделию, и результатов испытаний системы изоляции по стандартам на методы испытаний конкретного типа системы изоляции.

При определении указанного базового ресурса испытаниям подвергают систему изоляции, целиком состоящую из изоляционных материалов, нагревостойкостъ которых не вызывает сомнений (базовая система).

Рекомендуется, чтобы класс нагревостойкости выбранной для этой цепи системы изоляции соответствовал предполагаемому классу нагревостойкости испытуемой системы изоляции, а по остальным свойствам выбранная для определения базового срока система изоляции была возможна более близка к испытуемой.

Этот базовый ресурс указывают в стандарте на испытания конкретного типа системы изоляции, за исключением случаев, указанных в пп. 5.6 и 5.7.

Для определения базового ресурса образца материала допускается применять такую же методику, как для систем изоляции.

5.6 В отдельных технически обоснованных случаях допускается в стандарте на испытания конкретного типа системы изоляция не указывать единого базового ресурса, а руководствоваться требованиями п. 5.7.

5.7. До разработки указанных в пп. 5.5 н 5.6 стандартов на методы испытаний конкретного типа систем изоляции и определения соответствующих стандартных базовых ресурсов следует определять температуру, характеризующую нагревостойкостъ, путем проведения сравнительных параллельных испытаний, причем для сравнения используют аналогичную систему изоляции, нагревостойкостъ которой однозначно установлена путем длительных испытаний или опыта эксплуатации. Тип этой системы изоляции должен быть согласован с предполагаемым заказчиком и базовой организацией но стандартизации электроизоляционных материалов н указан в программе испытаний, утвержденной в установленном порядке, рекомендуется согласовать тип этой системы с другими заинтересованными организациями.

5.8. Систему изоляции относят к данному классу нагревостойкости, если полученная согласно пп. 5.5 или

5.7 температура не ни же, чем температура данного класса, и не выше, чем температура следующего, более высокого класса за вычетом 1 °С. Под темпера турой класса понимают температуру, соответствующую классу нагревостойкости по ГОСТ 8865-87.

Полученные указанным методом и соответствующие данным таб.1, приложения 2 типовые графики зависимости от температуры ресурсов систем изоляции электрических машин и аппаратов с обмоткой из крутых проводов с эмалевой, эмалево-волокнистой пли волокнистой изоляцией приведены в приложении

3.

5.9. Если результаты испытаний используют для установления режима ускоренных контрольных испытаний при одном значении температуры, коэффициент ускорения испытаний определяют по ГОСТ 21126-75, при этом под т з понимают базовый ресурс для системы изоляции пли материала.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Справочное

ПОЯСНЕНИЕ ТЕРМИНОВ, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В СТАНДАРТЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Рекомендуемое

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ТЕРМИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ В КАЖДОМ ЦИКЛЕ ПРИ УСКОРЕННЫХ ИСПЫТАНИЯХ НА НАГРЕВОСТОЙКОСТЪ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Рекомендуемое

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

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Обязательное