Электромонтер-обмотчик трансформаторов - Материалы, применяемые при изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов

Глава третья
Материалы, применяемые при изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов

При изготовлении и ремонте трансформаторов применяют специальные электротехнические материалы, обладающие особыми свойствами по отношению к электрическому и магнитному полям. Они делятся на проводниковые, электроизоляционные и вспомогательные.
Правильный выбор и применение материалов в значительной степени определяют качество и надежность отремонтированных трансформаторов.

Проводниковые материалы

Проводниковые материалы обладают способностью хорошо проводить электрический ток, т. е. имеют высокую электропроводность.
При изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов наибольшее применение находят медь и алюминий.
Медь обладает высокой электропроводностью, большой эластичностью, достаточной механической прочностью и стойкостью по отношению к коррозии. Электрическое сопротивление меди постоянному току при 20° С составляет 0,01724 мм²/м, плотность 8,9 г/см³, температура плавления 1083° С. Медь хорошо поддается механической обработке, а также ковке, сварке и пайке.
Алюминий по электропроводности несколько уступает меди. Электрическое сопротивление алюминия постоянному току при 20° С составляет 0,029 Ом-мм²/м, плотность 2,71 г/см³, температура плавления 658,7° С. Алюминий хорошо поддается обработке прокаткой, протяжкой и ковкой. Он устойчив к атмосферной коррозии.
Алюминиевые провода уступают медным по механической прочности и электрической проводимости. Технология изготовления и ремонта обмоток с использованием алюминиевых проводов значительно сложнее, чем медных.
Обмоточные провода выполняют с волокнистой, эмалевой и комбинированной изоляцией.
Волокнистыми электроизоляционными материалами являются: бумага (кабельная или телефонная); хлопчатобумажная пряжа, натуральный и искусственный (капрон, лавсан) шелк, асбестовые и стеклянные волокна (табл. 4).
Таблица 4. Провода с волокнистой изоляцией

Основными материалами для эмалевой изоляции являются: эмаль на поливинилацеталевой основе (винифлекс), эмаль на лаке металвин, эмаль на основе полиэфиров трефталевой кислоты (табл. 5).
Таблица 5. Круглые провода с эмалевой изоляцией

Марки применяемых круглых проводов с комбинированной изоляцией и указание их нагревостойкости приведены в табл. 6.
Таблица 6. Круглые провода с комбинированной изоляцией

Электроизоляционные материалы

Основное назначение электроизоляционных материалов — надежно изолировать токоведущие части трансформатора друг от друга и от заземленных частей. Применяемые электроизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, наиболее важными из которых являются электрическая прочность, диэлектрические потери, диэлектрическая проницаемость, электропроводимость, гигроскопичность, механическая прочность и нагревостойкость.
Согласно ГОСТ 8865—70 все электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, разделяются по нагревостойкости на семь классов.
Большинство изоляционных материалов, используемых в трансформаторах, относятся к классу А, предельная длительно допустимая температура которого 105° С.
В качестве основной твердой изоляции при изготовлении и ремонте трансформаторов применяют волокнистые материалы органического и неорганического происхождения. К ним относятся картоны, бумаги, хлопчатобумажные и шелковые ткани, лакоткани, ленты, древесина, гетинакс, текстолит и т. д.
В качестве жидкой изоляции применяют трансформаторное масло и лаки.
Электроизоляционный картон для аппаратов с масляным заполнением вырабатывают из сульфатной целлюлозы. Листовой картон выпускают каландрированным, ролевый — машинной гладкости с ровными и чистыми обрезными кромками. Поверхность картона должна быть ровной, чистой, с выраженной маркировкой сетки, без сдиров поверхностного слоя и включений инородных материалов. Картон не должен расслаиваться при штамповке и резке на ножницах гильотинного типа.

Электроизоляционный картон ЭВ.

Электроизоляционный картон ЭВ вырабатывается из сульфатной целлюлозы цвета натурального волокна. Применяется для работы в воздушной среде. Поверхность картона должна быть гладкой, чистой, без коробления, без сдиров элементарного слоя и вмятин, без видимых невооруженным глазом отверстий и без токопроводящих включений. Картон при штамповке и резке на ножницах гильотинного типа не должен расслаиваться.
Изоляционные бумаги изготовляют из сульфатной целлюлозы натурального цвета. Наибольшее применение получили кабельная, телефонная и крепированная бумаги, обладающие сравнительно высокими механическими качествами и воздухонепроницаемостью, но малой нагревостойкостью.
Кабельная бумага применяется в качестве изоляции обмоточных проводов, между слоями обмоток, концов обмоток и отводов.
Телефонную бумагу применяют как дополнительную изоляцию между слоями обмоток, а также для изоляции обмоточных проводов.
Крепированная бумага обладает хорошей эластичностью и служит для изолирования концов обмоток и отводов.
Пропитка бумаг маслом, лаком значительно повышает их электрическую прочность и нагревостойкость.
Л а кот кань — гибкий электроизоляционный материал, изготовленный из ткани, пропитанной лаком или составом, образующим на ее поверхности эластичную пленку, равномерную по толщине, прочно сцепленную с тканью.
В качестве основы применяют хлопчатобумажную и шелковую ткани (из натурального и искусственного шелка), а также стеклоткань из безщелочного волокна. Для пропитки служат масляные, масляно-битумные и специальные нагревостойкие лаки на основе модифицированных глифталевых смол, кремнийорганические лаки и др.
Вид и толщину ткани, а также вид пропитывающего лака или состава определяют электроизоляционные и механические свойства лакоткани, ее нагревостойкость, маслостойкость и влагостойкость.

Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани по нагревостойкости относятся к классу А. Стеклоткани в зависимости от вида пропитывающего лака относятся к классам от А до Н.
Лакоткань должна иметь ровную гладкую поверхность без натеков лаковой основы, не должна иметь видимых пор, посторонних включений и повреждений.
Изолирование лакотканью производят лентами шириной 20— 40 мм, нарезанными по диагонали (под углом 45°); такая резка дает максимальное удлинение ленты и обеспечивает выполнение плотной изолировки.
Хлопчатобумажная лента, применяемая при изготовлении и ремонте обмоток, вырабатывается из хлопчатобумажной пряжи. Она может иметь саржевое (киперная) и полотняное (тафтяная) переплетения. Ленту обычно применяют шириной 10—50 мм, толщиной 0,45 мм (киперную) и 0,25 мм (тафтяную) для механической защиты изоляции обмоток и отводов трансформаторов и как крепежный материал во время сборки активной части трансформатора.
Стеклянная электроизоляционная лента ЛЭС вырабатывается из крученых стеклянных нитей малощелочного состава и имеет полотняное переплетение. Лента применяется толщиной 0,1—0,2 мм, шириной 20—25 мм для изолирования концов обмоток и отводов трансформаторов нагревостойкого исполнения.
Бук — дерево лиственной породы, обладает высокой механической прочностью и хорошо обрабатывается. Плотность бука 0,65—0,7 г/см³. Бук меньше всех других пород дерева повышает кислотность трансформаторного масла. Влажность поставляемого бука должна быть не более 22%, ее доводят до 10% сушкой в сушильных камерах.
Электрические свойства бука улучшают пропиткой буковых деталей в трансформаторном масле (для масляных трансформаторов), лаке МЛ-92 и БТ-987 или эмали ГФ-92 ГС (для сухих трансформаторов). В трансформаторостроении бук применяют в качестве конструкционного материала при монтаже обмоток и креплении отводов масляных трансформаторов.
Электротехнический листовой гетинакс — слоистый прессованный материал, состоящий из двух или более слоев бумаги, пропитанной термореактивной смолой.
Гетинакс отличается высокой механической и электрической прочностью; его плотность 1,28—1,45 г/см³. При механической обработке гетинакса не образуются трещины и сколы.
В трансформаторостроении применяют пять марок гетинакса (I-V) для изготовления изоляционных деталей, крепления обмоток трансформаторов, работающих в трансформаторном масле или на воздухе.
Электротехнический листовой текстолит — слоистый прессованный материал, состоящий из двух и более слоев хлопчатобумажной ткани или ткани из синтетического волокна,  пропитанной термореактивной смолой. Допускает механическую обработку. Имеет большую удельную ударную вязкость, чем гетинакс, поэтому его используют для изготовления изоляционных деталей, несущих механическую нагрузку. Плотность текстолита 1,3—1,45 г/см³. Применяют текстолит толщиной до 50 мм марок А и Б для изготовления изоляционных деталей крепления обмоток и отводов сухих трансформаторов.
Электрический листовой стеклотекстолит представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из двух или более слоев ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивной смолой. Стеклотекстолит всех марок допускает механическую обработку: обточку, фрезерование (распиловку) и сверление, без образования трещин и сколов. Применяется для изготовления изоляционных деталей крепления обмоток и отводов специальных сухих трансформаторов.
Изоляционные лаки и эмали в зависимости от назначения разделяются на пропиточные, покровные и клеящие.
Широкое применение при изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов имеют следующие основные группы лаков и эмалей:

1. Масляно-битумные по нагревостойкости относятся к классу А. Пленка гибка, влагостойка, но не противостоит трансформаторному маслу.
2. Глифталевые и масляно-глифталевые по нагревостойкости относятся к классу В. Пленка масляно-глифталевых лаков гибка и эластична, стойка к нагретому трансформаторному маслу.
3. Кремнийорганические по нагревостойкости относятся к классу Н. Отличаются хорошими диэлектрическими качествами, высокой влаго-, химической и короностойкостью.

Лак БТ-987 — электроизоляционный пропиточный масляно-битумный лак, черного цвета, печной сушки (при температуре 105° С в течение 6 ч). Пленка лака противостоит действию влаги. Лак применяют для пропитки обмоток сухих трансформаторов, а также в качестве покровного лака для изоляционных и деревянных деталей сухих трансформаторов. Электрическая прочность пленки лака при 20° С — 55 кВ/мм.
Лак МЛ-92 — электроизоляционный лак, представляет собой раствор смеси глифталевого лака и меламиноформальдегидной смолы К421-02 в органических растворителях. Лак печной сушки. После высыхания лак образует твердую глянцевую однородную пленку светлокоричневого цвета. Пленка лака обладает высокой маслостойкостью, длительно сохраняет свою эластичность в процессе теплового старения. Электрическая прочность пленки лака при 20° С — 65 кВ/мм. Лак МЛ-92 предназначен для пропитки изоляционных деталей и обмоток трансформаторов. Обмотки, пропитанные лаком, подвергают интенсивной горячей сушке при доступе воздуха в течение 8—10 ч при температуре 105° С, чем обеспечивается высокая механическая прочность пропитанных обмоток.

Эмаль ГФ-92 ГС серого цвета, горячей сушки. Представляет собой суспензию в глифталевом лаке с добавлением сиккатива и растворителей.
Пленка эмали глянцевая, гладкая, без морщин; обладает масло- стойкостью, водостойкостью, механической прочностью и защищает основную изоляцию от кратковременного воздействия электрической дуги и поверхностных разрядов. Электрическая прочность пленки 30 кВ/мм. Эмаль высыхает при температуре 105—110° С в течение 3 ч. Применяется для пропитки обмоток сухих трансформаторов, работающих в помещениях с повышенной влажностью.

Эмаль ГФ-92 ХС серого цвета, холодной сушки. Представляет собой суспензию пигментов в глифталевом лаке с добавлением сиккатива и растворителей. Пленка эмали ГФ-92 ХС — глянцевая, гладкая, без морщин, обладает маслостойкостью, водостойкостью, механической прочностью, менее теплостойка, чем эмаль ГФ-92ГС, электрическая прочность пленки 30 кВ/мм. Эмаль высыхает при температуре 18—22° С в течение 24 ч.
Применяется для отделки обмоток сухих трансформаторов, работающих в помещениях с повышенной влажностью, покрытия деревянных деталей сухих трансформаторов и покрытия отводов и частей собранных трансформаторов.

Лак КО-916К — электроизоляционный кремнийорганический лак класса нагревостойкости F и Н. Представляет собой раствор полиорганосилоксановой смолы, модифицированной полиэфиром. Лак предназначен для пропитки обмоток сухих трансформаторов кремнийорганического исполнения класса нагревостойкости F и Я, Электрическая прочность лаковой пленки при температуре 15— 35° С — 70 кВ/мм. Обмотки, пропитанные лаком, подвергают печной сушке при температуре 100—120° С в течение 4 ч и далее при температуре 180—200° С в течение 3 ч.

Эмаль КО-935 розового цвета, электроизоляционная покровная. Представляет собой красочные суспензии пигментов в различных кремнийорганических лаках. Пленка лака обладает высокой нагревостойкостью, маслостойкостью и повышенной твердостью. Электрическая прочность пленки при температуре 20° С — 40 кВ/мм.
Эмаль применяется для защитного покрытия обмоток и частей собранных трансформаторов нагревостойкого исполнения. Обмотки трансформаторов, покрытые эмалью, подвергают печной сушке при температуре 100—120° С — 4 ч и далее при температуре 180— 200° С — 12 ч.
Бакелитовый лак ЛБС-1 представляет собой растворы феноло-формальдегидных смол резольного типа в этиловом спирте. Раствор бакелитового лака прозрачный, от красноватого до красно-бурого цвета, не содержит взвешенных частиц. В производстве трансформаторов применяют для склейки электрокартонных деталей.

Клей из водорастворимой метилцеллюлозы.

Для приготовления клея применяют водорастворимую метилцеллюлозу марок МЦВ и МЦ 16. В 0,3—0,5 кг водорастворимой метилцеллюлозы заливают 4—5 л дистиллированной воды, нагретой до 50—80° С (для набухания и смачивания), и тщательно перемешивают. После выдержки в течение 15—30 мин доливают холодной дистиллированной водой до общего объема 10 л и тщательно перемешивают. Клей применяют для скрепления витков дисковых обмоток вместо пропитки лаком МЛ-92, а также склейки изоляционных деталей из картона и бумаги вместо бакелитового лака. Клей хранят в закрытой эмалированной посуде.

Трансформаторное масло — это жидкий электроизоляционный материал, получаемый путем ступенчатой перегонки нефти. Масло, заливаемое в бак масляного трансформатора, является одновременно электроизоляционным материалом и средой, отводящей тепло от нагретых частей трансформатора (обмоток, магнитопровода). Масло должно обладать высокой электрической прочностью, в нем не должно быть влаги и механических примесей; оно должно циркулировать от нагретых частей трансформатора к холодным, т. е. иметь малую вязкость, которая строго нормируется. Температура вспышки паров масла — не ниже +135°С; температура застывания масла — не выше —45° С; тангенс угла диэлектрических потерь при 20° С — не более 0,2 %.
Трансформаторное масло, поступающее на завод, тщательно сушат в специальных установках и многократно фильтруют. Пробивное напряжение масла после сушки должно быть не менее 50 кВ при расстоянии 2,5 мм между двумя электродами в стандартном пробойнике.

Вспомогательные материалы (припои и флюсы)

При изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов для соединения между собой различных металлических частей и деталей применяют припои.
Припоями называют специальные сплавы, используемые для пайки, в присутствии которых нагревают соединяемые металлические части. Расплавленный припой заполняет пространство между металлическими частями, которые сами при этом не плавятся. Различают две группы припоев: мягкие и твердые.
Мягкий припой имеет температуру плавления не выше 255° С. В качестве мягких припоев используют оловянно-свинцовые припои.
Припой ПОССУ-30-0,5 — сплав, состоящий из 30% олова, 0,8% сурьмы, остальное — свинец. Его применяют для лужения медной ленты и других деталей.
Припой ПОС-40 — сплав, состоящий из 40% олова, 0,1% примесей (медь и сурьма), остальное — свинец. Применяют для пайки медных обмоточных проводов диаметром до 0,51 мм, для пайки емкостных колец и др.
В качестве твердых припоев используют серебряные и меднофосфористые припои. Пайка этими припоями обеспечивает высокую механическую прочность и нагревостойкость соединений.
Припой МФ-1 — сплав, состоящий из 92,5% меди и 7,5% фосфора. Плавится при температуре 725—850° С, применяется при пайке медной ленты и отводов трансформаторов. При увеличении процента содержания фосфора повышается хрупкость и температура плавления припоя.
Припой ПСР-15 — сплав, состоящий из 80% меди, 15% серебра и 5% фосфора. Плавится при температуре 810° С. Отличается высоким качеством спаев и большой механической прочностью. Применяется для пайки медных обмоточных проводов при намотке обмоток.
Флюсами называют химические вещества, обладающие способностью защиты соединения от окисления в процессе пайки мягким припоем и повышения жидкотекучести припоя.
Канифоль представляет собой хрупкую стекловидную массу. Получают ее из смолы хвойных деревьев. Температура размягчения не менее 68° С. Растворяется в спирте.
Бура — белый кристаллический порошок, плавится при температуре 941° С. Используется в чистом виде или в смеси с борной кислотой.

Контрольные вопросы

1. Назовите проводниковые и электроизоляционные материалы, применяемые при изготовлении и ремонте обмоток трансформаторов.
2. Расскажите об основных свойствах электроизоляционных материалов.
3. На какие классы нагревостойкости разделяют электроизоляционные материалы, используемые в обмотках трансформаторов?
4. Перечислите марки электрокартона и расскажите, какие предъявляются к нему требования?
5. Какие лаки и эмали применяют для пропитки обмоток?
6. Какие припои применяют при изготовлении и ремонте обмоток?