Изоляция электрических машин - Композиционные материалы для изоляции

§ 19. Композиционные материалы для изоляции электрических машин
Как показано в § 8, все ЭИМ по стойкости к действию ч. р. разделяются на две группы: материалы на основе слюды и слюдобумаг и материалы на основе синтетических пленок.
Материалы на основе слюды и слюдобумаг получили широкое распространение благодаря следующим особенностям их основы — слюды: высоким диэлектрическим характеристикам, способности в композиции создавать диэлектрический барьер и, следовательно, устойчивость к ч. р., и высокой нагревостойкости (могут использоваться до рабочих температур 500 ... 700° С). Температурный индекс слюдяных композиционных материалов зависит только от ТИ тех компонентов, которые применяются в сочетании с ней.
Номенклатура материалов на основе слюды разнообразна, это обусловлено различием требований к ЭИМ, например, по эластичности, стойкости к ч. р., нагревостойкости,, влагостойкости, технологичности и др. В связи с этим материалы отличаются видом связующего и его содержанием, видом слюды (мусковит, флогопит) или слюдобумаги, наличием и составом подложки, размером (лента, полотно) и др.
Отметим основные группы слюдяных материалов на основе щепаной слюды.
Гибкие миканиты выпускаются в виде полотна, могут быть без подложек, с подложками из целлюлозных бумаг с двух сторон (обозначение ББ) и со стеклотканевыми подложками с одной стороны Т и с двух сторон ТТ. Для склеивания слюды в этих материалах используют связующие, длительно сохраняющие эластичность.
Микалепты представляют собой гибкие в холодном состоянии материалы с одно- или двухсторонними подложками из микалентной бумаги, стеклоткани или сетки.
Микафолий изготавливают из слюды, подложек и термореактивных смол (глифталевых, полиэфирно-эпоксидных, кремнийорганических), размягчающихся при нагревании и переходящих в твердое неплавкое состояние в процессе дальнейшего нагревания и опрессования. Этим материалом при нагреве изделию придается необходимая форма, затем после соответствующей термоопрессовки материал отверждается.
Первая буква в обозначении марок рассмотренных материалов показывает: Г — гибкий, J1 — лента, М — микафолий; вторая — вид слюды, Ф — флогопит, М — мусковит; третья — связующее.
Миканиты состоят из слюды и связующего, содержание которого в зависимости от назначения материала может быть различным. Формовочные миканиты изготавливают двух типов, первый (четвертая буква в обозначении А) содержит 8... 15% смолы, во втором (без индекса А) содержание смолы повышено до 15... 25%. Прокладочные миканиты содержат 5... 10% связующего. Коллекторные миканиты— твердые прессованные материалы с малым содержанием связующего (до 4%) и малой усадкой при нагреве. Обозначения марок миканитов: первая буква Ф — формовочный, П — прокладочный, К — коллекторный; вторая буква — вид слюды; третья — связующее.
Лакостекломиканиты — материалы, состоящие из гибкого стекломиканита и стеклолакоткани, склеенных лаком.

Во всех рассмотренных материалах основой является щепаная слюда — дорогой и дефицитный материал, получаемый вручную. Замена ее в композиционных материалах на слюдобумаги — слюдинит и слюдопласт, получаемые механизированно из недефицитного сырья, позволила механизированно изготавливать дешевые материалы, во многих случаях не уступающие по электрическим и механическим свойствам материалам на основе щепаной слюды. Более того, можно отметить ряд их преимуществ — более высокую однородность по толщине и электрической прочности и возможность получения материалов малой толщины. Электрическая прочность слюдобумаг в значительной степени зависит от ее структуры, в частности, от толщины чешуек 6:
(21)
Материал

Гибкие

Ленточные

Рулонные

Листовые прессованные

Формовочные

Примечание. Третья буква в марках обозначает вид пропиточного масляный, П или Э — полиэфирный, ПЭ — эпоксидно-полиэфирный, К —
каучук, ЭПМ —
где Umin = 230 В — минимальное пробивное напряжение воздуха; у — относительная общая толщина воздушной прослойки; 8С — диэлектрическая проницаемость слюды, в определенных пределах технологически управляемая величина.
Номенклатура композиционных материалов на основе слюдобумаг та же, что и миканитовых. Перечень основных композиционных слюдяных материалов, используемых в электрических машинах, представлен в табл. 9. Отметим, что в ЭИМ, представленных в табл. 9, пропиточный лак вводится на стадии их изготовления. Исключение составляют материалы типа ЛС-25Р-ТТ, содержащие всего 3,0...3,5% связующего. Изоляция, изготовленная из таких лент, пропитывается эпоксидным компаундом в изделиях (катушках, стержнях) или в конструкциях после укладки обмотки в пазы.

лака: Ч—битумный, Г — глифталевый, Ш —шеллачный, С — глифталево- кремнийорганический, ЭН — эпоксиноволачный, КЭ — кремнийорганический эпокситрифенольный.

Материалы на основе полимерных пленок

Для изоляции низковольтных электрических машин широко используются материалы на основе полимерных пленок. Они представляют собой сочетание пленок с различными гибкими ЭИМ на основе целлюлозных, синтетических и стеклянных волокон. Компоненты связаны между собой клеящими составами. Полимерные пленки имеют высокую кратковременную электрическую прочность, благодаря этому композиционная система изоляции в целом устойчива к перенапряжениям. Волокнистые компоненты выполняют функции армирующего материала, обеспечивающего технологические свойства композиции — хорошую пропитываемость, упругость, стойкость к механическим воздействиям и др. В качестве гильзы сердечника волокнистые материалы обеспечивают надежную связь между поверхностью катушки обмотки и сердечником за счет лучшей смачиваемости волокнистых материалов пропиточными составами по сравнению со смачиваемостью синтетических пленок. Отметим основные компоненты композиционных материалов.

Пленки — полиэтилентерефталатная (ПЭТФ) и полиамидная (ПМ). Волокнистые подложки — целлюлозные, асбестовые, стекловолокнистые, фенилоновые (на основе ароматических полиамидов). Клеящие составы выбираются с учетом ТИ сочетаемых компонентов. Основные композиционные материалы на основе полимерных пленок перечислены в табл. 10.
В последнее время созданы композиции на основе полиимидной пленки, на поверхность которой с одной или двух сторон наносятся суспензия сополимера политетрафторэтилена Ф-4МБ (обозначение материалов ПМФ-351 и ПМФ-352 соответственно), а также низкомолекулярный кремнийорганический каучук (синтофлекс Н). После изготовления конструкции изоляции из таких материалов производится спекание ее при температуре 300 ... 350° С, таким образом исключается процесс пропитки.
В целом применение композиционных материалов на полимерных пленках взамен слюдяных в низковольтных электрических машинах позволяет снизить толщину изоляции. Так, замена микаленты ЛФК в якорных обмотках машин постоянного тока класса «Н» на стеклополиимидный материал позволила снизить толщину изоляции на 20... 30%.
Системы изоляции на основе полиимидной пленки могут длительно работать при высоких температурах (у ПМ-пленки ТИ составляет 240°С), однако необходимо помнить, что эксплуатация системы ПМ-изоляции в течение 20 000 ч при Т = 240° С возможна при условии отсутствия ч. р., так как полимерные пленки не устойчивы к ч. р. (см. § 8).