Электроматериаловедение - Термопластичные компаунды

Компаунды — это электроизоляционные составы, изготовляемые из нескольких исходных веществ: смол, битумов. В момент применения компаунды представляют собой жидкости, которые постепенно отвердевают, превращаясь в монолитный твердый диэлектрик.
В отличие от лаков и эмалей компаунды не содержат летучих растворителей. При сушке слоя лака растворители испаряются и, улетучиваясь, образуют в пленке лака сквозные поры и капилляры. Это приводит к снижению влагостойкости изоляции, пропитанной лаком. Отсутствие в компаундах растворителей обеспечивает монолитность компаунду после его отвердевания. Согласно своему назначению компаунды разделяются на пропиточные, заливочные и обмазочные.
Пропиточные компаунды применяют для пропитки обмоток электрических машин и аппаратов с целью цементации витков обмотки и защиты их от влаги. Заливочные компаунды применяются для заливки полостей (свободных пространств) в кабельных муфтах и воронках, а также в корпусах электрических аппаратов — трансформаторов тока, дросселей и т. п. Обмазочные компаунды применяются с целью защиты их от влаги, масла и др.
Компаунды могут быть термореактивными материалами, не способными размягчаться после своего отвердевания, или термопластичными, могущими размягчаться при последующем нагреве. К термопластичным относятся компаунды на основе битумов, воскообразных диэлектриков (парафин, церезин и др.) и термопластичных полимеров (полистирол и др.).
Широкое применение в электротехнике получили термопластичные компаунды на основе битумов, так как последние являются дешевыми материалами, стойкими к воде, и обладают хорошими электроизоляционными свойствами.
Например, для пропитки обмоток электрических машин широко применяется битумный пропиточный компаунд № 225, который получают в результате сплавления битума, канифоли и льняного масла, взятых в определенном соотношении. В твердом состоянии компаунд № 225 представляет собой массу черного цвета с блестящей поверхностью.
температура. Для пропитки обмоток компаунд нагревается до 160—170° С. При этой температуре он переходит в жидкое состояние и тогда частицы его становятся способными проникать внутрь пропитываемой обмотки. Пропитка обмоток жидкими битумными компаундами производится в специальных пропиточных котлах, закрываемых герметически. Обмотки, помещенные в пропиточные котлы, начале сушатся при циркуляции окружающего воздуха, а затем подвергаются сушке под вакуумом при температуре (100—180° С)*. Затем в пропиточный котел впускается разогретый жидкий компаунд, который начинает проникать в открытые поры изоляции обмоток. Затем давление в котле повышают до 6—8 атм. Под воздействием давления жидкий компаунд проникает в поры изоляции обмоток и одновременно опрессовывает их. Пропитанные обмотки подвергают дополнительной сушке. Для различных обмоток разрабатываются разные режимы пропитки.
В результате пропитки получается монолитная изоляция обмоток с повышенной механической и электрической прочностью и стойкая к парам воды.

Рис. 114, Соединительная кабельная муфта для кабелей напряжением до 1000 В (крышка снята):
1 — уплотняющая подмотка, 2 —чугунная муфта, 3 — заземляющий провод, 4 — фарфоровые распорки, 5 — внутреннее пространство муфты, заполняемое компаундом
Битумы являются термопластичными материалами, поэтому битумные компаунды применяют, как правило, для пропитки неподвижных обмоток. Из вращающихся обмоток (при перегреве их) битумный компаунд может вытекать (особенно под действием центробежных сил). Битумными компаундами также нельзя пропитывать обмотки, работающие в трансформаторном масле или подвергающиеся воздействию бензина, керосина, так как все битумы растворяются в минеральных маслах и в углеводородах (бензин, бензол и др.).
Из заливочных битумных компаундов наиболее широкое применение получили компаунды МБ-70, МБ-90, МБМ-1 и МБМ-2. Первые два компаунда изготовляют на основе нефтяных битумов БН-Ш; БН-IV и БН-V, взятых в разных соотношениях. Компаунды МБМ-1 и МБМ-2 изготовляют на основе тех же битумов, но для повышения их морозостойкости в них вводится еще трансформаторное масло (пластификатор).
Перечисленные компаунды применяют для заливки полостей и кабельных соединительных муфтах (рис. 114) и концевых воронках напряжением до 10 кВ. Компаунд МБ-70, обладающий морозостойкостью до —15° С, применяют для заливки кабельных муфт, проложенных в земле, и кабельных воронок, установленных в неотапливаемых помещениях (с температурой до —10° С). Компаунд МБ-90, обладающий несколько меньшей морозостойкостью, чем компаунд МБ-70, применяют для заливки кабельных муфт и воронок, установленных в отапливаемых помещениях.
Компаунды МБМ-1 и МБМ-2, обладающие морозостойкостью соответственно —35 и —45° С, применяют для заливки соединительных концевых муфт, монтируемых в наружных установках, т. е. вне зданий.
Основные характеристики заливочных битумных компаундов: плотность 0,92 и-1,05 г/см-1; температура каплепадения 70° С (МБ-70); 90° С (МБ-90); 60°С (МБМ-1) и 55° С (МБМ-2); объемная усадка 7—9%; U,, - 1012ч-1014 ом-см; EпР = 14-М8 кВ/мм.
К термопластичным заливочным компаундам относится также масляно-канифольный компаунд марки МК-45. Он представляет собой однородную аморфную массу желтого цвета, состоящую из канифоли (75%) и минерального масла (25%). Температура размягчения этого компаунда равна 45—48° С, а морозостойкость — Н°С. Остальные характеристики компаунда МК-45 примерно такие же, как и у лучших битумных компаундов. Компаунд МК-45 применяют для заливки кабельных муфт напряжением до 35 кВ.
Температура, при которой обычно производится заливка компаундами кабельных муфт и воронок, находится в следующих пределах:

Кроме битумных и масляно-битумных компаундов, применяют и другие термопластичные компаунды, например, компаунд КЭЦ на основе этилцеллюлозы и церезина. Этот заливочный компаунд имеет интервал рабочих температур от —60 до 90° С. Его электрические характеристики: q„= 1014-f-101В ом-см; tg6 = 0,007; е=2,8; ЕПр =20-22 кВ/мм. Компаунд марки КЭЦ представляет собой однородную массу желтого цвета. Этот компаунд применяют для заливки небольших по объему катушек сопротивления с целью их герметизации.

Для повышения теплопроводности компаундов в них вводят пылевидный кварц и другие минеральные наполнители. Последние повышают теплостойкость и твердость, но несколько снижают электрические характеристики компаундов.
Кроме пропиточных и заливочных компаундов, находят применение обмазочные компаунды. С их помощью заполняются промежутки между витками и стенками паза в лобовой части обмотки, и также наносится слой компаунда на всю лобовую часть обмотки. Этим создается дополнительная защита обмотки от механических повреждений, смазочного масла и повышается его влагостойкость.
Из обмазочных компаундов большое применение получил компаунд 4401. Этот компаунд представляет собой густую массу, состоящую из масляно-битумного лака и введенных в него минеральных наполнителей. Компаунд деревянным шпателем наносится на пропитанные лобовые части обмоток и тщательно уплотняется. Каждый нанесенный слой компаунда сушат. В результате на поверхности обмотки создается ровный слой изоляции толщиной от 3 до 6 мм.
Кроме описанного, имеются и другие обмазочные компаунды на основе масляно-глифталевых и других клеящих лаков с введенными в них минеральными наполнителями. Минеральные наполнители повышают твердость и механическую прочность слоя высушенного компаунда и увеличивают его теплопроводность.