Основные виды и электрические характеристики внутренней изоляции электроустановок
Внутренней изоляцией называются части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.
Целесообразность или необходимость применения внутренней изоляции, а не окружающего нас воздуха обусловлена рядом причин.
Во-первых, материалы для внутренней изоляции обладают значительно более высокой электрической прочностью (в 5-10 раз и более), что позволяет резко сократить изоляционные расстояния между проводниками и уменьшить габариты оборудования. Это важно с экономической точки зрения.
Во-вторых, отдельные элементы внутренней изоляции выполняют функцию механического крепления проводников, жидкие диэлектрики в ряде случает значительно улучшают условия охлаждения всей конструкции.
Элементы внутренней изоляции в высоковольтных конструкциях в процессе эксплуатации подвергаются сильным электрическим, тепловым и механическим воздействиям. Под влиянием этих воздействий диэлектрические свойства изоляции ухудшаются, изоляция “стареет” и утрачивает свою электрическую прочность.
Тепловые воздействия обусловлены тепловыделениями в активных частях оборудования (в проводниках и магнитопроводах), а также диэлектрическими потерями в самой изоляции. В условиях повышения температуры значительно ускоряются химические процессы в изоляции, которые ведут к постепенному ухудшению ее свойств.
Механические нагрузки опасны для внутренней изоляции тем, что в твердых диэлектриках, входящих в ее состав, могут появиться микротрещины, в которых затем под действие сильного электрического поля возникнут частичные разряды и ускорится старение изоляции.
Особая форма внешнего воздействия на внутреннюю изоляцию обусловлена контактами с окружающей средой и возможностью загрязнения и увлажнения изоляции при нарушении герметичности установки. Увлажнение изоляции ведет к резкому уменьшению сопротивления утечки и росту диэлектрических потерь.
Характеристики изоляции как диэлектрика
Изоляция характеризуется в основном сопротивлением постоянному току, диэлектрическими потерями и электрической прочностью. Электрическая схема замещения изоляции может быть представлена параллельным соединением конденсаторов и резисторов. В связи с этим при приложении к изоляции постоянного напряжения ток в ней уменьшается по экспоненте и, соответственно, возрастает измеряемое значение сопротивления. Установившееся значение сопротивления изоляции Rиз характеризует наружное загрязнение изоляции и наличие в ней путей сквозной утечки тока. Кроме того, увлажнение изоляции может характеризоваться также абсолютным значением емкости и динамикой ее изменения.
Пробой внутренней изоляции электрооборудования
При пробое под воздействием высокого напряжения внутренняя изоляция полностью или частично утрачивает свою электрическую прочность. Большинство видов внутренней изоляции принадлежит к группе несамовосстанавливающейся изоляции, пробой которой означает необратимое повреждение конструкции. Это означает, что внутренняя изоляция должна обладать более высоким уровнем электрической прочности, чем внешняя изоляция, т.е. таким уровнем, при котором пробои полностью исключаются в течение всего срока службы.
Необратимость повреждения внутренней изоляции сильно осложняет накопление экспериментальных данных для новых видов внутренней изоляции и для вновь разрабатываемых крупных изоляционных конструкций оборудования высокого и сверхвысокого напряжения. Ведь каждый экземпляр крупной дорогостоящей изоляции можно испытать на пробой только один раз.
Диэлектрики, используемые для изготовления внутренней изоляции электрооборудования
Диэлектрики, используемые для изготовления внутренней изоляции высоковольтного оборудования должны обладать комплексом высоких электрических, теплофизических и механических свойств и обеспечивать: необходимый уровень электрической прочности, а также требуемые тепловые и механические характеристики изоляционной конструкции при размерах, которым соответствуют высокие технико-экономические показатели всей установки в целом.
Диэлектрические материалы должны также:
- обладать хорошими технологическими свойствами, т.е. должны быть пригодными для высокопроизводительных процессов изготовления внутренней изоляции;
- удовлетворять экологическим требованиям, т.е. не должны содержать или образовывать в процессе эксплуатации токсичные продукты, а после отработки всего ресурса они должны поддаваться переработке или уничтожению без загрязнения окружающей среды;
- не быть дефицитными и иметь такую стоимость, при которой изоляционная конструкция получается экономически целесообразной.
В ряде случаев к указанным выше требованиям могут добавляться и другие, обусловленные спецификой того или иного вида оборудования. Например материалы для силовых конденсаторов должны иметь повышенную диэлектрическую проницаемость; материалы для камер выключателей — высокую стойкость к термоударам и воздействиям электрической дуги.
Длительная практика создания и эксплуатации различного высоковольтного оборудования показывает, что во многих случаях весь комплекс требований наилучшим образом удовлетворяется при использовании в составе внутренней изоляции комбинации из нескольких материалов, дополняющих друг друга и выполняющих несколько различные функции.
Так, только твердые диэлектрические материалы обеспечивают механическую прочность изоляционной конструкции; обычно они имеют и наиболее высокую электрическую прочность. Детали из твердого диэлектрика, обладающего высокой механической прочностью, могут выполнять функцию механического крепления проводников.
Высокопрочные газы и жидкие диэлектрики легко заполняют изоляционные промежутки любой конфигурации, в том числе тончайшие зазоры, поры и щели, чем существенно повышают электрическую прочность, особенно длительную.
Использование жидких диэлектриков позволяет в ряде случаев значительно улучшить условия охлаждения за счет естественной или принудительной циркуляции изоляционной жидкости.
Виды внутренней изоляции и материалы, используемые для их изготовления.
В установках высокого напряжения и оборудования энергосистем используется несколько видов внутренней изоляции. Наиболее широкое распространение получили бумажно-пропитанная (бумажно-масляная) изоляция, маслобарьерная изоляция, изоляция на основе слюды, пластмассовая и газовая.
Эти разновидности обладают определенными достоинствами и недостатками, имеют свои области применения. Однако их объединяют некоторые общие свойства:
- сложный характер зависимости электрической прочности от длительности воздействия напряжения;
- в большинстве случаев необратимость разрушения при пробое;
- влияние на поведение в эксплуатации механических, тепловых и других внешних воздействий;
- в большинстве случаев подверженность старению.
Бумажно-пропитанная изоляция (БПИ)
Исходными материалами служат специальные электроизоляционные бумаги и минеральные (нефтяные) масла или синтетические жидкие диэлектрики.
Основу бумажно-пропитанной изоляции составляют слои бумаги. Рулонная бумажно-пропитанная изоляция (ширина рулона до 3,5 м) применяется в секциях силовых конденсаторов и в вводах (проходных изоляторах); ленточная (ширина ленты от 20 до 400 мм) — в конструкциях с электродами относительно сложной конфигурации или большой длины (вводы высших классов напряжения, силовые кабели). Слои ленточной изоляции могут наматываться на электрод внахлест или с зазором между соседними витками. После намотки бумаги изоляция подвергается вакуумной сушке при температуре 100-120°С до остаточного давления 0,1-100 Па. Затем под вакуумом производится пропитка бумаги тщательно дегазированным маслом.
Дефект бумаги в бумажно-пропитанной изоляции ограничен пределами одного слоя и многократно перекрывается другими слоями. Тончайшие зазоры между слоями и большое количество микропор в самой бумаге при вакуумной сушке обеспечивает удаление из изоляции воздуха и влаги, а при пропитке эти зазоры и поры надежно заполняются маслом или другой пропиточной жидкостью.
Конденсаторные и кабельные бумаги имеют однородную структуру и высокую химическую чистоту. Конденсаторные бумаги самые тонкие и чистые. Трансформаторные бумаги используются в вводах, трансформаторах тока и напряжения, а также в элементах продольной изоляции силовых трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов.
Для пропитки бумажной изоляции в силовых маслонаполненных кабелях 110-500 кВ используются маловязкие нефтяные или синтетические кабельные масла , а в кабелях до 35 кВ — маслонаполненные смеси повышенной вязкости.
В силовых и измерительных трансформаторах и вводах пропитка осуществляется трансформаторным маслом. В силовых конденсаторах применяется конденсаторное масло (нефтяное), хлорированные дифенилы или их заменители, а также касторовое масло (в импульсных конденсаторах).
Нефтяные кабельные и конденсаторные масла более тщательно очищены, чем трансформаторные.
Хлорированные дифенилы , обладая высокой относительной диэлектрической проницаемостью, повышенной стойкостью к воздействию частичных разрядов (ЧР) и негорючестью, токсичны и экологически опасны. Поэтому масштабы их применения резко сокращаются, их заменяют экологически чистыми жидкостями.
Для снижения диэлектрических потерь в силовых конденсаторах используют комбинированную изоляцию, в которой слои бумаги чередуются со слоями полипропиленовой пленки , у которой на порядок меньше чем у непропитанной бумаги. Такая изоляция обладает более высокой электрической прочностью.
Недостатками бумажно-пропитанной изоляции являются невысокая допустимая рабочая температура (не более 90°С) и горючесть.
Масло-барьерная (маслонаполненная) изоляция (МБИ).
Основу этой изоляции составляет трансформаторное масло. Оно обеспечивает хорошее охлаждение конструкции за счет самопроизвольной или принудительной циркуляции.
В состав масло-барьерной изоляции входят и твердые диэлектрические материалы — электрокартон, кабельная бумага и др. Они обеспечивают механическую прочность конструкции и используются для повышения электрической прочности масло-барьерной изоляции. Из электрокартона выполняют барьеры а слоями кабельной бумаги покрывают электроды. Барьеры повышают электрическую прочность масло-барьерной изоляции на 30-50%, разделяя изоляционный промежуток на ряд узких каналов, они ограничивают количество примесных частиц, которые могут приближаться к электродам и участвовать в инициировании разрядного процесса.
Электрическую прочность масло-барьерной изоляции повышает покрытие электродов сложной формы тонким слоем полимерного материала, а в случае электродов простой формы — изолирование их слоями бумажной ленты.
Технология изготовления масло-барьерной изоляции включает сборку конструкции, сушку ее под вакуумом при температуре 100-120°С и заполнение (пропитку) под вакуумом дегазированным маслом.
К достоинствам масло-барьерной изоляции относятся сравнительная простота конструкции и технологии ее изготовления, интенсивное охлаждение активных частей оборудования (обмоток, магнитопроводов), а также возможность восстановления качества изоляции в эксплуатации путем сушки конструкции и замены масла.
Недостатками масло-барьерной изоляции являются меньшая, чем у бумажно-масляной изоляции электрическая прочность, пожаро- и взрывоопасность конструкции, необходимость специальной защиты от увлажнения в процессе эксплуатации.
Масло-барьерная изоляция используется в качестве главной изоляции в силовых трансформаторах с номинальными напряжениями от 10 до 1150 кВ, в автотрансформаторах и реакторах высших классов напряжения.
Изоляция на основе слюды имеет класс нагревостойкости В (до 130°С). Слюда имеет очень высокую электрическую прочность (при определенной ориентации электрического поля относительно кристаллической структуры), обладает стойкостью к воздействию частичных разрядов и высокой нагревостойкостью. Благодаря этим свойствам, слюда является незаменимым материалом для изоляции статорных обмоток крупных вращающихся машин. Основными исходными материалами служат микалента или стеклослюдинитовая лента.
Микалента представляет собой слой пластинок слюды, скрепленных лаком между собой и с подложкой из специальной бумаги или стеклоленты. Микалента используется в так называемой компаундированной изоляции , процесс изготовления которой включает намотку нескольких слоев микаленты, пропитку их при нагреве под вакуумом битумным компаундом и опрессовку. Эти операции повторяются для каждых пяти-шести слоев до получения изоляции необходимой толщины. Компаундированная изоляция используется в настоящее время в машинах малой и средней мощности.
Более совершенной является изоляция, выполняемая из стеклослюдинитовых лент и термореактивных пропиточных составов .
Слюдинитовая лента состоит из одного слоя слюдинитовой бумаги толщиной 0,04 мм и одного или двух слоев подложки из стеклоленты толщиной 0,04 мм. Такая композиция обладает достаточно высокой механической прочностью (за счет подложек) и отмеченными выше качествами, характерными для слюды.
Из слюдинитовых лент и пропитывающих составов на основе эпоксидных и полиэфирных смол изготовляют термореактивную изоляцию, которая при нагреве не размягчается, сохраняет высокую механическую и электрическую прочность. Разновидности термореактивной изоляции, используемые у нас в стране, называют “слюдотерм”, “монолит”, “монотерм” и т.д. Термореактивная изоляция применяется в статорных обмотках крупных турбо- и гидрогенераторов, двигателей и синхронных компенсаторов с номинальными напряжениями до 36 кВ.
Пластмассовая изоляция в промышленных масштабах используется в силовых кабелях на напряжения до 220 кВ и в импульсных кабелях. Основным диэлектрическим материалом в этих случаях является полиэтилен низкой и высокой плотности. Последний имеет лучшие механические характеристики, однако менее технологичен из-за более высокой температуры размягчения.
Пластмассовая изоляция в кабеле располагается между полупроводящими экранами, выполняемыми из наполненного углеродом полиэтилена. Экран на токоведущей жиле, изоляция из полиэтилена и наружный экран наносятся методом экструзии (выдавливания). В некоторых типах импульсных кабелей применяются прослойки из фторопластовых лент. Для защитных оболочек кабелей в ряде случаев используется поливинилхлорид.
Для выполнения газовой изоляции в высоковольтных конструкциях используется элегаз, или шестифтористая сера. Это бесцветный газ без запаха, который примерно в пять раз тяжелее воздуха. Он имеет наибольшую прочность по сравнению с такими инертными газами, как азот и двуокись углерода.
Чистый газообразный элегаз безвреден, химически неактивен, обладает повышенной теплоотводящей способностью и является очень хорошей дугогасящей средой; он не горит и не поддерживает горение. Электрическая прочность элегаза в нормальных условиях примерно в 2,5 раза выше прочности воздуха.
Высокая электрическая прочность элегаза объясняется тем, что его молекулы легко присоединяют электроны, образуя устойчивые отрицательные ионы. Из-за этого затрудняется процесс размножения электронов в сильном электрическом поле, который составляет основу развития электрического разряда.
При увеличении давления электрическая прочность элегаза возрастает почти пропорционально давлению и может быть выше прочности жидких и некоторых твердых диэлектриков. Наибольшее рабочее давление и, следовательно, наибольший уровень электрической прочности элегаза в изоляционной конструкции ограничивается возможностью сжижения элегаза при низких температурах, например, температура сжижения элегаза при давлении 0,3 МПа составляет -45°С, а при 0,5 МПа равна -30°С. Такие температуры у отключенного оборудования наружной установки вполне возможны зимой во многих районах страны.
Для крепления токоведущих частей в комбинации с элегазом используются опорные изоляционные конструкции из литой эпоксидной изоляции.
Элегаз используется в выключателях, кабелях и герметизированных распределительных устройствах (ГРУ) на напряжения 110 кВ и выше и является весьма перспективным изоляционным материалом.
При температурах выше 3000°С может начаться разложение элегаза с выделением свободных атомов фтора. Образуются газообразные отравляющие вещества. Вероятность их появления существует для некоторых типов выключателей, предназначенных для отключения больших токов короткого замыкания. Поскольку выключатели герметически закрыты, появление ядовитых газов не опасно для эксплуатационного персонала и окружающей среды, но при ремонте и вскрытии выключателя необходимо принимать специальные защитные меры.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Тип изоляционного материала. Какие бывают
Сегодня разные виды изоляционных материалов активно используются в строительстве и ремонте. Такие материалы могут подразделяться на теплоизолирующие, звукоизолирующие, гидроизолирующие и другие типы. Теплоизоляционные изделия используются для изоляции строительных конструкций жилых, коммерческих помещений, поверхностей агрегатов и промышленных установок (холодильных камер, печей, труб и пр.). Такие материалы обладают небольшой теплопроводностью и снижают потери тепла, сохраняют оптимальную температуру, сокращают трату топлива, а в строительстве — они уменьшают толщину стен, крыши, тем самым уменьшают расход стройматериалов и массу конструкции.
Основные изоляционные материалы – это жесткие (плиты, блоки, кирпич, скорлупы, сегменты и пр.), сыпучие (зернистые, порошкообразные), волокнистые.
По типу главного сырья отличают:
- Органические — их изготавливают при переработке отходов деревообработки и неделового дерева; а также газонаполненного пластика. У них минимальная огнеустойчивость, поэтому их рекомендовано устанавливать при температуре до 150 °С.
- Неорганические — минеральная вата и минераловатные плиты, ячеистые бетоны, стеклянное волокно и пр.
- Комбинированные изоляционные материалы — (фибролит, арболит и пр.) — изготавливаются из минерального вяжущего компонента и натурального наполнителя (древесные стружки, опилки). Этот тип изоляционного материала отличается более высокой огневой стойкостью.
- Звукоизоляционная линейка — использование изоляционных материалов такого типа рекомендовано для ослабления звука при его прохождении через ограждения помещений, понижения уровня шума, попадающего в здание снаружи.
Виды изоляционных материалов и их применение
- Пенопласт
Один из распространенных изоляционных материалов для стен. Он является доступным в цене утеплителем, поэтому получает широкое распространение. Отметим, такая популярность полностью оправдана. Его активно применяют для строительства жилых и коммерческих строений.
Итак, главные преимущества пенопласта таковы:
- стоимость. Расходы на производство небольшие. Расход материала (в сравнении с другими материалами) существенно меньше;
- удобство установки. Пенопласт не нуждается в монтаже обрешеток и направляющих. На стену он устанавливается при помощи приклеивания;
- универсальность. Грамотно выбранный утеплитель позволяет получить надежный тепловой барьер пола, фасада, стен, перекрытий между этажами, крыши и пр.
Вспененный полистирол продается в магазинах как утеплитель пеноплекс. Он схож с пенопластом, но обладает лучшими эксплуатационными характеристиками.
Главные преимущества теплоизоляционного материала:
- прочность. Она обеспечивается благодаря уникальной однородной структуре. При значительных нагрузках плита не повреждается, качественно распределяя массу, но при этом легко поддается разрезанию на части требуемых размеров;
- экологичность пеноплекса доказана многочисленными тестированиями, он устойчив к появлению грибка и плесени. Некоторые натуральные растворители могут размягчить пеноплекс и нарушить есть форму. Вот почему при работе с данным материалом следует избегать контакта с такими веществами;
- минимальная паропроницаемость предполагает строгое соблюдение технологии установки и советы по эксплуатации, чтобы не получить парникового эффекта внутри здания;
- срок службы плит пеноплекса достигает 50 лет. На протяжении этого времени материал не будет утрачивать заводские характеристики;
- коэффициент тепловой проводимости – основной показатель, по которому плиты считаются лучшим утеплителем. Низкие параметры говорят о том, что дом будет хорошо защищен от тепловых потерь.
Какие бывают изоляционные материалы пеноплекс? Эта продукция представлена широкой линейкой, имеющие разную сферу применения.
Это универсальный материал, который активно используется в строительстве уже много лет. Современная стекловата претерпела определенные видоизменения. Но для ее производства используется вся та же расплавленная стекломасса. Песок и вторичное сырье стеклянного происхождения при температуре больше 1400 °C превращаются в тонкие волокна, формирующиеся в компактные пучки, а потом нагреваются и прессуются в продукт, напоминающий войлок. Покупателям стекловата поступает в матах или рулонах и используется для утепления как горизонтальных, так и вертикальных строений.
Она относится к классу минеральных материалов и в основном производиться в большом количестве, а это демонстрирует о популярности и наличии массы положительных свойств:
- Хрупкость относится скорее к минусу. Чтобы стекловата не распалась на составные части при использовании, маты и полотна сшивают. Экипировка у работающего с таким материалом человека должна быть профильной: надежно защищающая тело одежда, специальный респиратор, очки и перчатки.
- Теплопроводность ваты небольшая, но по сравнению с прочими материалами аналогичного происхождения, она считается высокой.
- Цена стекловаты доступная. Благодаря доступности она популярна, тем более что потери тепла она понижает эффективно.
- Удобство перевозки и использования. Весят рулоны и маты с ватой мало и упаковки достаточно компактные, чтобы доставить весь заказ одним разом. Настилать ее также просто. Единственная деталь – при изоляции вертикальных оснований она может выходить из каркаса, так как довольно гибкая и малоупругая. Это устраняется монтажом направляющих с меньшим расстоянием, чем ширина мата. Резать вату необходимых размеров просто.
- Безопасность. Некоторые неудобства и вред здоровью материал может причинить только в ходе монтажа. Но при грамотной организации процесса неприятностей не происходит. А после того, как материал установлен в основание и закрыт гипсокартоном, листами ДСП или прочими отделочными материалами, никакого вреда здоровью людей не будет.
- Шлаковата
Шлаковата – это минеральный утеплитель, получаемый из доменного шлака. Поскольку это как бы отход производства, то расходы на ее изготовление низкие, как результат и цена на готовую продукцию достаточно доступная. Шлаковата прекрасно блокирует тепло в помещениях, но минусов и ограничений по эксплуатации у нее хватает.
- Экологическая вата
Эковата – это утеплитель, который получается из макулатуры и разных остатков от изготовления бумаги и картона. Кроме этих веществ в составе бывают антисептики и довольно эффективный антипирен. Он обязательно нужен, поскольку большая часть материала составляет легковоспламеняющаяся целлюлоза, показатель горючести у такого изоляционного изделия большой.
Полиэфир с добавлением влаги, эмульгаторов и эффективных реагентов, при действии катализатора, образуют вещество, обладающее хорошими изолирующими свойствами.
Строительная компания ООО «СТМ»
В энергетической отрасли широко применяются диэлектрические материалы, которые обладают хорошими изолирующими свойствами. Для их приобретения лучше всего воспользоваться услугами интернет-торговли, предлагающей широкий ассортимент продукции, доступную стоимость и бесплатную доставку выбранных товаров. На сегодняшний день можно найти большое количество специализированных магазинов, как же из такого разнообразия найти подходящий, спросите вы ? Все достаточно просто, необходимо найти компанию-лидера. Как правило, она более 15 лет работает на рынке, поэтому успела сформировать стабильную аудиторию клиентов и получить хорошую репутацию, обладает широким ассортиментом, предлагает гибкие условия покупки своим клиентам, продукция имеет сертификаты качества и соответствия.
Такая компания предлагает посетителям широкий выбор изолирующих материалов, созданных из полиэтилена, оргстекла, капролона или резины. Большим спросом пользуется эбонит, полученный путем вулканизации искусственного или натурального каучука серой. Чтобы оставить заявку на приобретение качественной продукции, необходимо перейти по ссылке. Главными положительными свойствами эбонита является низкий уровень влагопроницаемости, противостояние агрессивной среде и легкость механической обработки.
Выпуск эбонита производится в виде стержней, пластин или трубок. Материал широко применяется при изготовлении электротехнических деталей, а также тары для хранения кислотных или щелочных веществ. Эбонит хорошо сочетается с металлами, поэтому его можно использовать для обкладки емкостей, а также для оборудования промежуточного слоя в массивных автомобильных шинах.
Главными положительными свойствами материала считается низкий коэффициент трения и противостояние электрическому току. При любой температуре он демонстрирует хорошие показатели упругости. Продукт считается абсолютно безопасным, поэтому применяется даже в пищевой или медицинской отрасли. Чаще всего материал используется в радиоэлектронике для изоляции различных проводов, кабелей или разъемов. Он идеально подходит для транспортировки и сохранения кислотно-щелочных веществ, так как обладает абсолютной инертностью.
2.3. Электроизоляционные материалы
Электроизоляционные материалы, или диэлектрики, применяются в электромашиностроении для изоляции частей электрической машины, находящихся под разными потенциалами.
Диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. В электрических машинах применяют, в основном, твердые изоляционные материалы.
Толщина междувитковой и пазовой изоляции в большой степени определяет массогабаритные показатели машин. Нагревостойкость и теплопроводность изоляции определяют допустимые температуры частей машин и выбор электромагнитных нагрузок. Изоляция должна обладать необходимыми механическими свойствами и допускать механизацию и автоматизацию технологических процессов изготовления.
Изоляция во многом определяет надежность электрической машины. Срок службы электрической машины в нормальных условиях составляет 15…20 лет и зависит, главным образом, от срока службы изоляции.
При нагреве изоляции возникают процессы, приводящие к старению изоляции, т. е. к потере изолирующих свойств и механической прочности.
Нагревостойкость является одним из важнейших факторов, определяющих условия применения изоляции. Нагревостойкость — способность электроизоляционного материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации.
Согласно стандарту МЭК для определения нагревостойкости вводится характеристика, называемая температурным индексом (ТИ). Под температурным индексом понимается температура, при которой срок службы материала равен 20 тыс. ч.
Электроизоляционные материалы, применяемые в электромашиностроении, по нагревостойкости делятся на семь классов в соответствии с предельно допустимыми для них температурными (табл. 2.3).
Таблица 2.3. Температурный индекс,
Нагревостойкость электроизоляционных материалов
Температура, 0 С
Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости
Непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Указанные в табл. 2.3 температуры соответствуют самому нагретому месту изоляции при номинальном режиме. С электроизоляционными материалами данного класса допускается совместное применение материалов предшествующих классов при условии, что комплексная изоляция не будет претерпевать изменений, которые могут сделать ее непригодной для длительной работы.
Ниже приводится ориентировочное распределение электроизоляционных материалов по классам нагревостойкости (температурному индексу).
К классу нагревостойкости изоляции Y (ТИ 90) относятся текстильные материалы на основе хлопка, натурального шелка, регенерированной целлюлозы, ацетилцеллюлозы и полиамидов. К этому классу относятся также целлюлозные электроизоляционные бумаги, картона и фибра, древесина, пластические массы с органическими накопителями.
Класс нагревостойкости изоляции А (ТИ 105) включает материалы класса нагревостойкости Y, если они пропитаны изоляционным составом или погружены в жидкие диэлектрики; ацетобутилатцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и диацетатные пленки, пленкоэлектрокартон на основе ацетилцеллюлозной пленки; лакоткани, лакобумаги и лакочулки; изоляцию эмалированных проводов, слоистые пластики на основе целлюлозных бумаг и тканей, полиамидные литьевые смолы, асбестоцемент, пропитанный органическим составом, не вытекающим при 110 0 С, древесно-слоистые пластики, термореактивные компаунды на основе акриловых и метакриловых эфиров.
При производстве машин материалы класса нагревостойкости А могут пропитываться или покрываться лаками на основе натуральных смол, эфирцеллюлозными лаками и термопластичными компаундами.
В класс нагревостойкости изоляции Е (ТИ 120) входят пленки и волокна из полиэтилентерефталата, материалы на основе электроизоляционного картона и полиэтилентерефталатной пленки, стеклолакоткани и лакоткани на основе полиэтилентерефталатных волокон, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые).
К классу нагревостойкости изоляции В (ТИ 130) относятся материалы на основе щипанной слюды, слюдопластов и слюдинитов, включая с бумажной или органической подложкой, стеклоткани и стеклолакочулки, асбестовые волокнистые материалы, изоляции эмалированных проводов, пластмассы с неорганическим накопителем, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, термореактивные синтетические компаунды, асбоцемент.
В качестве пропитывающих и покровных составов при производстве для изоляции класса В применяют битумно-масляно-смоляные лаки и лаки на основе природных и синтетических смол.
Класс нагревостойкости изоляции F (ТИ 155) включает материалы на основе щипаной слюды, слюдинитов и слюдопластов без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистую и асбестовую изоляцию проводов, стеклоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов. При пропитке применяются соответствующие данному классу нагревостойкости лаки и смолы.
К классу нагревостойкости изоляции Н (ТИ 180) относятся материалы на основе слюды без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистая изоляция проводов, стеклолакоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, пластические массы с неорганическим наполнителем, асбестоцемент, кремнийорганические эластомеры без подложек с неорганическими подложками, асбестовые пряжа, бумага и ткани.
При производстве материалов класса нагревостойкости Н для пропитки применяются кремнийорганические лаки и смолы.
К классу нагревостойкости изоляции С относятся слюда, стекло бесщелочное и стекловолокнистые материалы, электротехническая керамика, кварц, асбоцемент, шифер электротехнический, материалы из щипанной слюды без подложки или со стекловолокнистой подложкой, микалекс, политетрафторэтилен, полиимиды.
Приведенная выше классификация электроизоляционных материалов является ориентировочной и уточняется по мере накопления опытных данных.
Влагостойкие, тропические, химостойкие, холодностойкие и коррозионно-стойкие исполнения электрических машин предъявляют дополнительные требования к изоляции.
Выбор изоляции определяется заданием на проектирование и технологией, принятой заводом-изготовителем электрической машины.
Электротехнические бумаги и картоны получают из химически обработанных волокон древесины и хлопка, предназначены они для работы на воздухе и в масле. Электроизоляционные бумагу выпускают в рулонах, а картоны — в рулонах (до толщины 0,8 мм) и в листах (при толщине свыше 1 мм). Фибра — прессованная бумага, обработанная раствором хлористого цинка, поддается всем видам механической обработки и штамповки.
К слоистым электроизоляционным материалам относятся гетинаксы, текстолиты и стеклотекстолиты. В качестве связующих применяют бакелитовые и кремнийорганические смолы. В гетинаксах наполнителями являются специальные сорта бумаги, а хлопчатобумажные ткани используются в качестве наполнителей в текстолитах. Наполнителем в стеклотекстолитах являются бесщелочные стеклянные ткани. Наибольшей нагревостойкостью и хорошими электрическими характеристиками обладают стеклотекстолиты на кремнийорганических связующих.
Гетинакс и текстолит всех марок работают длительно при температурах в диапазоне -60…+105 0 С, стеклотекстолит — от – 60 до +130 0 С, а стеклотекстолит марки СТК — от -60 до +180 0 С.
Лакоткани имеют тканевую основу, пропитанную лаком или другим жидким электроизоляционным составом. Лакоткани делятся на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклолакоткани). Наибольшую гибкость и толщину имеют шелковые и капроновые лакоткани. Наименьшей гибкостью обладают стеклолакоткани. Жесткие лакоткани применяют для пазовой и межслоевой изоляции. Фторопластовые стеклолакоткани негорючи, химостойки и могут работать при 250 0 С. Липкие лакоткани обеспечивают монолитность многослойной изоляции обмоток. Лакоткани выпускают в рулонах шириной 500…1000 мм, липкие стеклоленты — в роликах диаметром 150…175 мм и шириной 10, 15, 20, 25 и 30 мм.
Перспективными электроизоляционными материалами являются пленочные материалы толщиной от 10 до 200 мкм. Они обеспечивают лучший коэффициент заполнения паза, что приводит к снижению массы на единицу мощности в электрических машинах. Данные пленочных электроизоляционных материалов приведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4. Пленочные электроизоляционные материалы