Нагревостойкость электроизоляционных материалов

Температурный индекс	Класс нагревостойкости	Температура, 0 С	Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости
	Y		Непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
	А		Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
	Е		Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
	В		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
	F		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
	H		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
180 и выше	С	Более 180	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 110⁰ 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…+105⁰ С, стеклотекстолит — от – 60 до +130⁰ С, а стеклотекстолит марки СТК — от -60 до +180⁰ 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 250⁰ 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

Материал пленки	Плотность, кг/м3	Нагревостойкость, 0 С	Относительное удлинение, %	Дополнительные данные
Полистирольные (стиропленки)	1050…1060	75…80	3,1…5,0	Растворяются в бензоле при комнатной температуре
Полиэтиленовые	920…930	65…75	250…500	Повышенная механическая прочность
Фторопласт-4	2100…2300		30…100	Не растворяется и не горит
Лавсан	1300…1400	120…130	70…100	Обладает большим сопротивлением надрыву
Фторопласт-3	2100…2400	100…120	40…80	Не горит. Растворяется в неполярных растворителях (бензин, четыреххлористый углерод и т. п.) при 1000 С
Поливинилхлоридные		65…75	10…120	Гибкие, стойкие к маслам, растворителям, озону
Триацетатцеллюлозные			12…15	Повышенное влагопоглощение
Полиамидные (капрон)			350…500	Большое сопротивление надрыву
Полиамидные			70…80	Стойкость к ионизирующим излучениям

 

Клееные электроизоляционные материалы на основе слюды применяют в высоковольтных машинах, а также в низковольтных машинах с классом нагревостойкости изоляции Н. К таким материалам относятся миканиты, микафолий и микаленты.

Миканиты бывают коллекторные, прокладочные, формовочные и гибкие. Коллекторный миканит используют для изоляции между коллекторными пластинами. Прокладочный миканит — твердый листовой материал, применяемый для изготовления прокладок. Из формовочного миканита путем горячего прессования изготавливают коллекторные манжеты, корпуса, каркасы катушек и другие изделия фасонного профиля. Гибкий миканит — листовой материал, обладающий гибкостью при комнатной температуре, используют в качестве пазовой изоляции.

Микафолий состоит из слоев листочков щипаной слюды, склеенных друг с другом и с бумагой или со стеклотканью.

Микалента — рулонный электроизоляционный материал, гибкий при комнатной температуре. Микашелк — одна из разновидностей микаленты, имеющая повышенную механическую прочность. Повышенную нагревостойкость имеют стекломикаленты, широко применяют также стеклобандажные ленты.

Микалекс — неорганическая пластмасса на основе молотой слюды и легкоплавкого стекла, стойкая к дуге и имеющая хорошие механические свойства, выпускается в виде листов, пластин и прутков, применяется в конструктивных электроизоляционных механически нагруженных деталях (траверсы, распорки, щитки и т. д.).

Слюдиниты и слюдопласты широко применяются в качестве изоляционных материалов. Номенклатура слюдинитовых электроизоляционных материалов та же, что и материалов на основе щипаной слюды.

В слюдинитах основой являются слюдинитовые бумаги, которые изготавливаются из отходов слюды при равномерном ее нагреве до 700…800⁰ С с последующей химической обработкой. Из слюдинитовых бумаг производят слюдинитовые ленты, гибкие слюдиниты, формовочный и коллекторный слюдиниты.

Слюдинитовые материалы изготавливаются из листов, полученных из расщепленной слюды путем многократного прокатывания чешуек между валками. В процессе изготовления слюдопластовых листов чешуйки срастаются, образуя более крупные чешуйки слюды, чем в слюдините.

Слюдопластовые материалы выпускаются в том же ассортименте, что и слюдиниты.

Для пропитки обмоток электрических машин широко применяют пропиточные компаунды и лаки, которые обеспечивают цементацию витков, увеличивают коэффициент теплопроводности и повышают влагостойкость обмоток.

Покровные лаки обеспечивают влагостойкость, маслостойкость, защиту от агрессивных веществ обмоток и других частей электрических машин. По способу сушки лаки делятся на лаки печной и лаки воздушной сушки. Первые отвердевают при температуре 80…180⁰ С, а вторые высыхают при комнатной температуре.

В электромашиностроении в качестве изоляционных материалов применяются материалы на основе натурального и искусственного каучуков. В зависимости от содержания серы получают мягкую резину (1…3% серы) и твердую резину — эбонит (30…35% серы).

Хорошими электроизоляционными свойствами обладают керамические материалы. К неорганическим керамическим материалам относится фарфор, применяемый при изготовлении высоковольтных выводов электрических машин.

В качестве изоляции используются диэлектрические пленки. Наибольшее распространение получили оксидные пленки из алюминия.

В качестве изоляционных и конструктивных материалов в электрических машинах широко применяются пластмассы. Многие пластмассы имеют высокую прочность и хорошие электроизоляционные свойства. При прессовании изделий из порошка можно получить электроизоляционные изделия сложной формы при сравнительно низкой трудоемкости [2,18].

 

ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

 

Медные и алюминиевые обмоточные провода выпускают круглых прямоугольных сечений. Изоляция проводов определяет принадлежность проводов к тому или иному классу нагревостойкость (температурному индексу — ТИ) [12].

Круглые медные эмалированные провода широко применяют в электромашиностроении. Они имеют небольшую толщину изоляции, в 1,5…2,5 раза меньшую, чем провода, покрытые эмалью и хлопчатобумажной или шелковой тканью. Это повышает теплопроводность и улучшает коэффициент заполнения паза.

Прямоугольные провода применяются в электрических машинах мощностью свыше 100 кВт, они дают лучшее заполнение прямоугольных пазов.

Прямоугольные провода имеют в обозначении буквы П. Ассортимент и размеры прямоугольных проводов приведены в приложении 3.

Свойства изоляции проводов определяются электроизоляционными лаками. Эмали и лаки имеют синтетическую или масляно-смоляную основу. Более 95% всех эмалированных проводов изготавливается с применением синтетических лаков, так как лаки на масляно-смоляной основе требуют при изготовлении растительные масла.

Для проводов класса нагревостойкости А (ТИ 105) применяются покрытия на основе поливинилацеталевых лаков.

Полиуретановые лаки применяются для эмалированных проводов класса нагревостойкости Е (ТИ 120).

Для производства эмалированных проводов классов нагревостойкости В, F и Н (ТИ 130, 155 и 180) используются лаки на полиэфирной, полиэфироимидной, полиэфирциануратимидной и полиэфирамидной основах. Эта группа лаков является в настоящее время основой при производстве эмалированных проводов [12,16].

В табл. 2.5 приведены основные данные медных эмалированных проводов, а в табл. 2.6 — их ассортимент и размеры.

 

Таблица 2.5. Нагревостойкость, температурный индекс