§ 28. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Наиболее важными свойствами электроизоляционных материалов являются электрическая прочность (определяемая пробивным напряжением), гигроскопичность (способность впитывать влагу из окружающей среды), механическая прочность (определяемая величиной груза, разрывающего образец изоляционного материала) и нагревостойкость (способность электрической изоляции длительно выдерживать заданную рабочую температуру без существенного уменьшения эксплуатационной надежности).
Согласно ГОСТ 8865—58 все электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах и аппаратах, разделяют по их нагревостойкости на семь классов (табл. 7).
Таблица 7
Классификация электроизоляционных материалов по нагревостойкости
Класс нагрево- стойкости | Температура, характеризующая нагрево- стойкость материалов данного класса, °С | Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости |
V | 90 | Не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы и шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов |
А | 105 | Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов |
Е | 120 | Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу материалы и другие сочетания материалов (лавсан, винифлекс и др.) |
В | 130 | 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 | 155 | 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 |
И | 180 | 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 |
С | Более 180 | Слюда, керамические материалы, стекло и стекло- волокнистые материалы, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими или эле- ментоорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов |
Указанные в табл. 7 температуры являются предельно допустимыми для электроизоляционных материалов при их длительном использовании в электрических машинах и аппаратах, работающих в нормальных эксплуатационных условиях. Температуры в наиболее нагретом месте изоляции не должны превышать указанных предельно допустимых величин при работе электрооборудования в номинальном режиме. С электроизоляционными материалами данного класса допускается совместное применение материалов предшествующих классов при условии, что под действием температуры, допускаемой для материалов более высокого класса, электрические и механические свойства комплексной изоляции не должны претерпевать изменений, которые могут привести к непригодности изоляции для длительной работы.
В трансформаторостроении применяют следующие электроизоляционные материалы: электрокартон, бумагу, древесину, лакоткани, хлопчатобумажные ленты, лаки, эмали, трансформаторное масло, гетинакс, бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры, фарфор.
Электрокартон ЭМЦ (ГОСТ 4194—58) изготовляют из небеленой сульфатной целлюлозы. Он предназначен для работы в трансформаторном масле при температуре 95° С, обладает хорошими электрическими характеристиками (электрической прочностью и др.)» повышенной масловпитываемостью и механической прочностью.
Электрокартон толщиной 0,5 мм вырабатывают в рулонах шириной 1000 мм, толщиной 1—3 мм — в листах. Формат листов 850X950 мм\ 850X1100 мм (малый) и Л 650X3800 мм (большой). Удельный вес 0,9—1 кг\дм3. Поверхность электрокартона должна быть ровной, без отверстий и токопроводящих включений. При штамповке и резке на ножницах гильотинного типа электрокартон не должен расслаиваться. Применяют его для изготовления электроизоляционных деталей трансформаторов.
Кабельная бумага К-120 (ГОСТ 645—59) толщиной 0,12 мм и с удельным весом 0,76 кг!дм3 вырабатывается из сульфатной целлюлозы натурального цвета и имеет волокна преимущественно жирного помола. Кабельную бумагу пропитывают трансформаторным маслом. Это придает ей малую пористость и большую плотность, в результате которых электроизоляционная жидкость (трансформаторное масло) разбивается бумагой на тонкие каналы и электрическая прочность бумаги повышается. Кабельную бумагу применяют как изоляцию между слоями обмоток трансформаторов и для изолирования концов обмоток и отводов.
Телефонная бумага КТ-05 (ГОСТ 3553—60) толщиной 0,05 мм натурального цвета с удельным весом 0,8 кг/дм3 изготовляется из сульфатной целлюлозы. Ее применяют в качестве дополнительной изоляции между слоями обмоток трансформаторов, а также для изоляции обмоточных проводов. Механические свойства телефонной бумаги хуже кабельной.
Крепированная бумага (ТУ-6—58) толщиной 0,5 мм изготовляется из сульфатной целлюлозы с нанесенными на ней поперечными линиями крепа. Удельный вес бумаги 104 0,82 кг/дмг. Бумага допускает удлинение до 50%. Ее применяют для изолирования концов обмоток и отводов трансформаторов.
Бук (ГОСТ 2695—56) —дерево лиственной породы. Обладает высокими механическими характеристиками и хорошо обрабатывается. В трансформаторостроении бук применяют в качестве конструкционного материала. Бук меньше всех пород повышает кислотность трансформаторного масла. Удельный вес бука 0,65—0,7 кг\дм3. Свежее срубленное дерево содержит от 35 до 45% воды. Сушкой доводят влажность бука до 5—7%>. Чтобы дерево не растрескалось в результате усадки, подъем температуры вначале сушки, а также снижение температуры после сушки производят медленно. Усадка бука в разных направлениях различна.
Электрические свойства бука улучшают пропиткой буковых деталей.в трансформаторном масле (для масляных трансформаторов) или покрытием поверхностей буковых деталей лаками (для сухих трансформаторов).
Лакоткань (ГОСТ 2214—60) представляет собой ткань, пропитанную электроизоляционным лаком. Хлопчатобумажная или шелковая ткань обеспечивает значительную механическую прочность, а лаковая пленка — высокую электрическую прочность. Шелковая лакоткань обладает более высокой электрической прочностью при меньшей толщине изоляции, но она значительно дороже хлопчатобумажной.
ЛXCM — лакоткань хлопчатобумажная, пропитанная в светлом лаке, маслостойкая толщиной 0,17; 0,2 и 0,24 мм. Удельный вес 1,1 кг\дм3. Применяется для изолирования концов обмоток и отводов масляных трансформаторов.
Подробно о электрических материалах см. в книге Н. Г. Дроздова, В. Никулина «Электроматериаловедение». Шрофтехиздат, 1963.
ЛШСС—лакоткань шелковая, пропитанная в светлом лаке, специальная толщиной 0,04—0,06 и 0,1—0,15 мм. Применяется для изолирования концов обмоток и отводов масляных трансформаторов.
ЛХЧ — лакоткань хлопчатобумажная (черная) толщиной 0,17; 0,2 и 0,24 мм, пропитанная в масляно-битумном лаке, немаслостойкая, хотя и имеет лучшие электроизоляционные свойства. Применяется для изолирования концов обмоток и отводов только сухих трансформаторов.
Ленты хлопчатобумажные (ГОСТ 4514—48), применяемые в трансформаторостроении, имеют следующие переплетения: саржевое (киперная) и полртняное (тафтяная).
В саржевом переплетении перекрытия нитей идут в виде наклонных узких полосок при одинаковой основной и уточной плотности под углом 45°, вследствие чего в ткани образуются диагональные рубчики. В полотняном переплетении перекрытия нитей идут под углом 90° при одинаковой основной и уточной плотности.
Ленты обычно изготовляют шириной от 10 до 50 мм и толщи- ной 0,45 мм (киперную) и 0,25 мм (тафтяную). Хлопчатобумажные ленты применяют для механической защиты изоляции и как крепежный материал во время сборки активной части трансформатора.
Лак № 202 (ВТУ МЭП 766—51) представляет собой электроизоляционный покровный лак печной сушки, изготовляемый на основе полимеризованных масел (льняного или тунгового) и резинатов. Применяется для лакировки электротехнической стали при изготовлении магнитопроводов трансформаторов. Покрытые лаком листы электротехнической стали пропускают через печь, в которой поддерживают температуру 250—300° С. Растворитель выгорает, а лаковая пленка полимезируется (запекается). Пленка лака обладает высокой механической прочностью, твердостью, маслостойкостью и влагостойкостью.
Лак № 302 имеет то же применение и те же технические характеристики, что и лак № 202. Растворителем лаков № 202 и 302 служит керосин.
Бакелитовый лак (ГОСТ 901—56) представляет собой раствор резольных смол в этиловом спирте. Бакелитовый лак, изготовленный на основе фенолоформальдегидной смолы, применяют в производстве трансформаторов для склейки электрокартонных деталей толщиной более 3 мм.
Для склейки электрокартонные детали покрывают бакелитовым лаком, набирают до необходимой толщины и прессуют на гидравлическом прессе между металлическими плитами, нагретыми до 125—140° С, при давлении 40 кГ/см2 в течение 1—2 час.
Лак ГФ-95 (ГОСТ 8018—56) (прежнее название № 1154) масляно-глифталевый, электроизоляционный, пропиточный, печной сушки. Пленка лака светлая, твердая, обладает высокой маслостойкостью. Длительно сохраняет свою эластичность в процессе теплового старения. Электрическая прочность пленки лака при температуре 20° С — 70 кВ/мм, при 90° С — 30 кВ/мм, а после действия воды в течение 24 час. — 20 кВ/мм. Лак применяется для пропитки обмоток масляных трансформаторов. Он обеспечивает высокую механическую прочность пропитанных обмоток.
Для получения хорошей пленки, обмотки, пропитанные в лаке, подвергают интенсивной горячей сушке, при доступе воздуха в течение 18 час, при температуре 105° С. Для ускорения сушки (8—10 час.) добавляют лак МЛ-92. Растворителем лака ГФ-95 служит бензин.
Лак 447 (ГОСТ 6244—52)—пропиточный масляно-битумный лак черного цвета, быстрой печной сушки (при температуре 105°С в течение 10 час.). 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. Растворителем лака служит бензин. 106
Лак БТ-99 (ГОСТ 8017—56) (прежнее название лак 462-П)—покровный масляно-битумный лак черного цвета, воздушной сушки. Создает хорошую влагостойкую наружную пленку на пропитанных обмотках и отводах собранных сухих трансформаторов. Растворителем лака служит бензин.
Эмаль ГФ-92, ГС (ГОСТ 9151—59) (прежнее название СПД) серого цвета, горячей сушки. Представляет собой суспензию пигментов в глифталевом лаке с добавлением сиккатива и растворителей.
Пленка эмали глянцевая, обладает маслостойкостью, водостойкостью, механической прочностью и защищает основную изоляцию от кратковременного воздействия поверхностных разрядов. Электрическая прочность пленки 30 кВ/мм. Эмаль высыхает при температуре 105—110° С в течение 3 час. Применяется для пропитки обмоток сухих трансформаторов, работающих в помещениях с повышенной влажностью, и для покрытия отводов и частей собранных трансформаторов. Растворителем эмали служит соль вентнафта.
Трансформаторное масло (ГОСТ 982—56) — жидкий электроизоляционный материал, получаемый путем ступенчатой перегонки нефти. Удельный вес масла 0,9 кг/дм3. Применяется оно в масляных трансформаторах.
Масло, заливаемое в бак масляного трансформатора, является одновременно электроизоляционным материалом и веществом, отводящим тепло от нагретых частей трансформатора (обмоток, магнитопровода) к стенкам бака.
Трансформаторное масло служит изоляцией, дополнительной к твердой изоляции обмоток ВН и НН. Масло заполняет пространство между обмотками и тем самым повышает изоляцию всего трансформатора. Выполняя роль изоляции, 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. Вязкость трансформаторного масла при температуре 50° С небольшая (9,6 сст). Это обеспечивает хорошую подвижность частиц масла, а следовательно, и отвод тепла от нагретых частей трансформатора к стенкам бака.
Температура влспышки паров масла должна быть не ниже 135° С, а температура застывания масла не выше —45° С. Свежее масло перед заливкой в трансформатор подвергают дополнительной обработке: сушке и фильтрованию. Пробивное напряжение масла должно быть не менее 40 кВ на 2,5 мм (расстояние между двумя электродами в стандартном пробойнике).
Гетинакс (ГОСТ 2718—54) представляет собой слоистую электроизоляционную пластмассу, состоящую из большого числа слоев, пропиточной бумаги и бакелитовой смолы. Удельный вес его 1,3—1,4 кг/дм3. Предназначен для работы на воздухе и в трансформаторном масле. Применяют гетинакс следующих марок:
А — для работы в трансформаторном масле;
Б — то же, но с повышенной электрической прочностью вдоль слоев;
В — для работы на воздухе и в трансформаторном масле;
Г — для работы на воздухе в условиях повышенной влажности. Гетинакс поддается механической обработке: распиловке, сверловке, обточке и фрезеровке. Листовой гетинакс применяют толщиной до 50 мм. Для высоковольтных трансформаторов используют гетинакс ЭТ, изготовляемый по временным техническим условиям ИЖ 29—59.
Бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры (ГОСТ 8726—58) изготовляют на специальных станках из лакированной бакелитовым лаком бумаги, наматываемой на металлическую оправку. Диаметр оправки определяет внутренний диаметр изделия. В процессе намотки бумага своей нелакированной стороной проходит по поверхности горячих валов станка. Полимеризация смолы происходит в печах, куда помещают изделия, намотанные на оправках.
Бумажно-бакелитовые трубки существуют следующих марок:
ТБ— трубки бумажно-бакелитовые; это изделия с внутренним диаметром от 6 до 80 мм и длиной до 1200 мм;
ЦБ — цилиндры бумажно-бакелитовые; это изделия с внутренним диаметром от 85 до 1500 мм и длиной до 2000 мм.
Бумажно-бакелитовые трубки и цилиндры допускают механическую обработку: сверловку, резку, обточку, фрезеровку. Бумажно-бакелитовые трубки ТБ применяют при сборке магнитопроводов и для изолирования отводов трансформаторов. Бумажно-бакелитовые цилиндры ЦБ используют для каркасов обмоток трансформаторов 1—3-го габаритов и специальных.
Фарфор (ГОСТ 5862—51) является важнейшим керамическим материалом, широко применяемым для изготовления изоляторов. Оформление изделий (изоляторов) производится из подготовленной фарфоровой массы путем обточки заготовок. Фарфоровые изоляторы подвергают сушке, покрывают глазурью для повышения механической прочности и термически обрабатывают при высокой температуре (1320—1350° С).
