Трансформаторы малой мощности - Электроизоляционные материалы

§ 6. ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Для современных трансформаторах малой мощности используют изоляционные материалы всех классов нагревостойкости. Нагревостойкость, т. е. способность непрерывно работать при данной температуре в течение ряда лет, определяется по ГОСТ 8865—58 следующими данными:
Класс нагревостойкости..................... А Е В F Н С
Длительная рабочая температура, °С . . . 105 120 130 155 180 >180
Во многих случаях данный материал с различными пропитывающими составами может относиться соответственно к различным классам нагревостойкости. При меньшей, чем несколько лет, продолжительности службы данный материал может работать при более высокой температуре.
Из используемых материалов Для слоевой и межобмоточной изоляции трансформаторах малой мощности бумаги наиболее дешевы и широко распространены. Они обладают хорошей электропрочностью, но уступают другим материалам по механической прочности. Все бумаги относятся к классу нагревостойкости А (после пропитки). Из бумаг применяются: кабельная марки К, телефонная КТН, пропиточная ИП, крепированная, намоточная, микалентная, конденсаторная (КОН I и КОН II). Последняя наиболее качественна.
Из тканевых материалов применяются: в качестве изоляции класса А лакоткани на хлопчатобумажной основе — светлая ЛХ, черная ЛХЧ и на шелковой основе — ЛШ, ЛШС; в качестве изоляции классов В, F, Н — стеклоткань, стеклолента, стеклолакоткань, класса Я — стекломикалента и др.
Из пленочных материалов, приходящих на смену традиционным бумагам, используют: триацетатную пленку (класс Л), высокопрочную механически полиэтилентерефталатную пленку лавсан (класс £), пленку фторопласта-4 (класс С). Обладая повышенной влагостойкостью и теплостойкостью, пленки позволяют одновременно снизить толщину изоляции. Следует иметь в виду, что конструкции, использующие пленки, плохо пропитываются. Недостатком пленок является также их плохая адгезия к компаундам.
Из материалов, применяемых для сборных каркасов, текстолит не должен использоваться в условиях повышенной влажности. Для прессованных и литых каркасов применяют пресспорошки К-21-22, К-114-35, К-211-3, ФКПМ-15 и др., литьевые материалы на основе полиамидных смол (поликапролактам, продукт № 68), в качестве изоляции классов В, F, Н—стеклотекстолит СТК, СВФЭ, СКМ-1, классов С, Н — термостойкие пресс-порошки АГ-4, К-41-5. Недостатком пресс-порошков марок К является недостаточная стабильность их свойств, а полиамидных каркасов — появление с течением времени хрупкости, что в ряде случаев недопустимо.
Для создания изоляционной среды в герметизированных высоковольтных трансформаторах кроме обычного трансформаторного масла перспективны кремний-органические и фторорганические жидкости, а из инертных газов — азот и элегаз (шестифтористая сера).
Для пропитки и обволакивания используют лаки и компаунды: для изоляции классов А, Е, В — масляно-битумные лаки № 447, 458 и 462, маслостойкий глифтале-масляный лак № 1154; новые прогрессивные материалы — водноэмульсионный лак № 321-Т, полиэфирные компаунды МБК (класс А, Е), КГМС (класс £), эпоксидные компаунды на основе смол ЭД-5, ЭД-6, Э-37 (классы В, Е). Для изоляции классов F и Н применяют кремний-органические лаки ЭФ-ЗБСУ, К-47, К-55, К-57. Эти лаки отличаются очень высокими качествами, в частности, высокой влагостойкостью. Из них лак ЭФ-ЗБСУ наименее дефицитен, но несколько менее нагревостоек.
Наиболее распространенным пропиточным лаком является лак № 447. Однако в последние годы он интенсивно вытесняется водноэмульсионным лаком, который не требует дорогостоящих, токсичных и пожароопасных растворителей, не воздействует на эмаль обмоточных проводов и хорошо цементирует катушки. Недостатком его является несколько худшая влагостойкость. Этого недостатка лишены новые термореактивные алкидные лаки ФЛ-98 (АРБ-1) и АФ-17, обладающие всеми достоинствами лака 321-Т. Кроме того, они хорошо высушиваются по всей толщине катушки. Особенно перспективным для широкого применения следует считать лак ФЛ-98, являющийся достаточно дешевым. Однако этот лак вредно действует на эмаль проводов ПЭВ и с ними применяться не должен. Начинает успешно применяться для пропитки лак 100АСФ (ВТУ КУ 393-54), отличающийся хорошими свойствами и особой дешевизной. Пропитанные им катушки обладают повышенной теплоотдачей, тропикоустойчивы. Лак, однако, воздействует на эмаль проводов. Перечисленные материалы могут работать по классу В, а кратковременно (до 1000 час.)—при 150° и даже выше.
Высокое качество пропитки обеспечивают компаунды КГМС, МБК и особенно эпоксидные. Исключительно перспективными представляются новейшие компаунды КП-10 и КП-18, разработанные под руководством советского специалиста А. К. Варденбурга. Это диметакриловые эфиры, смешанные с полиэфирной смолой, являющейся продуктом конденсации малеинового и фталевого ангидридов с этиленгликолем и касторовым маслом. Компаунды употребляются в готовом виде (вязкость 30—60" по ВЗ-4). Они обладают высокой электропрочностью, способностью чрезвычайно быстро просыхать в толстом слое, высокой цементирующей способностью. Теплостойкость — как у алкидных лаков. Влагостойкость компаундов изучается. Тропикоустойчивость пропитанных компаундами катушек может быть обеспечена специальными покрытиями. По совокупности свойств предпочтение может быть отдано компаунду КП-10.
В качестве нагревостойкого (до 20(F) и морозостойкого пропиточного компаунда разработан стирольно-кремний-органический компаунд К-33. Для пропитки катушек из алюминиевой фольги может применяться кремний-органический лак КМ-17.
Наружное покрытие трансформаторов осуществляют покровными лаками (100АСФ, СБ-1с, 976-1 и др.) и различными эмалями, например серыми эмалями воздушной сушки СВД или печной сушки СПД, кремний-органическими эмалями ПКЭ, эпоксидными эмалями Э-4071, ОЭП-4171-1 и др. Последняя (не прозрачная) заметно усиливает лучеиспускание с поверхности катушек.

Рис. 49. Зависимость пробивной электрической прочности эпоксидного компаунда от температуры.
Заливочные компаунды используют с различными наполнителями — пылевидным кварцем, маршалитом, тальком, слюдяной мукой, окисью алюминия и др., иногда вводят небольшие добавки стекловолокна. Наполнитель удешевляет компаунд, повышает его теплопроводность, улучшает технологические свойства, снижает величину коэффициента линейного расширения, способствуя повышению стойкости конструкции против растрескивания, но несколько снижает его электрическую прочность. Для пропитки применяются компаунды без наполнителя.
Хорошими свойствами обладают эпоксидные компаунды: высокой адгезией к большинству материалов, малой усадкой (1—2%), хорошей склеивающей способностью. Высоки и их электрические свойства. Компаунды химически-, бензо-, масло- и влагостойки и наряду с электропрочностью обеспечивают надежную герметизацию катушек.
Для высоковольтной изоляции наиболее пригодны компаунды на смолах Э-37, ЭД-б, чешской Э-2000. На смоле Э-37 выпускаются компаунды КЭП-1 и наиболее качественный — КЭ-2.
На рис. 49 приводится зависимость электрической прочности одного из эпоксикомпаундов от температуры. Можно видеть, что достаточно высокая прочность сохраняется вплоть до температур 150—200°, при которых можно использовать компаунд в течение десятков и сотен часов. Длительно с соответствующими наполнителями эпоксикомпаунды могут использоваться в классе В. Однако полностью исходные свойства (в рабочем состоянии изоляции) сохраняются до 105—110°. По зарубежным данным созданы эпоксидные компаунды, работающие при 150° в течение 10 000 час.
Имеется положительный опыт использования эпоксидных компаундов при повышенных и ультразвуковых частотах, однако вопросы электропрочности и изменения других характеристик в этих условиях еще мало изучены. По предварительным данным надежная работа эпоксидной изоляции на ультразвуковых и близких к ним частотах возможна лишь в импульсных режимах или при пониженных температурах.
Эпоксидные компаунды легко комбинируются с различными материалами, приобретая весьма разнообразные свойства. Например, в смеси с кремний-органической смолой они обеспечивают высокую нагревостойкость (обволакивающий компаунд ЭК-20 и др.).
Недостатками эпоксидных компаундов являются токсичность, большие усилия усадки и известная трудность обеспечения морозостойкости в конструкции. Тем не менее удается получить трансформаторы с залитыми катушками, выдерживающие температуры —50° и даже —60°. Ведутся работы по созданию эластичных эпоксикомпаундов.
Большей эластичностью и меньшей токсичностью обладает компаунд МБК. Его свойства близки к свойствам эпоксикомпаундов, но при температурах 90—120° начинается (без потери конфигурации и электрических свойств) заметное механическое размягчение компаунда. Кроме того, МБК не стоек по отношению к маслу и бензину, а при заливке — и к канифоли. Этот компаунд химически активнее, чем эпоксидные, и вредно действует на ряд проводов и материалов, совместно с которыми не может применяться: провод ПЭЛ, резины, лакоткань, клей БФ и ряд других.
С точки зрения лучшего сочетания в отношении коэффициента линейного расширения, который составляет для эпоксикомпаундов с наполнением около 30 X 10~6, а для МБК — 50 X 10~6, наиболее подходящими для применения в конструкциях с заливкой являются детали из пресс-порошков и теплостойкого оргстекла.
В последнее время разработан стирольный пропиточнозаливочный компаунд КИ, обладающий совокупностью высоких свойств, близких по многим показателям к свойствам эпоксидных компаундов, но значительно более эластичный и обеспечивающий лучшую пропитываемость волокнистой изоляции. Однако его компоненты взрывоопасны. Некоторое распространение для заливок получил в первое время после появления полиэфирный компаунд КГМС, однако в конструкциях он сильно подвержен растрескиванию.
В настоящее время ведется интенсивная работа по созданию новых заливочных компаундов, удовлетворяющих разнообразные требования. Среди вновь разработанных компаундов — Т-58, АФ, К-30, К-31, РГЛ-450, КГМС холодного отверждения и др. Перспективными для применения на повышенных частотах могут оказаться стирольные компаунды КС, обладающие высокими электрическими свойствами.
Для герметизации (влагозащиты) и защиты от грибковой плесени применяют эпоксидо-полиэфирные компаунды К-168, К-293. Для лакировки пластин магнитопровода применяют бесцветный нитролак, бакелитовый лак и теплостойкие кремний- органические лаки К-47 и К-71.
Для выполнения различных бандажей и разделки концов при намотке катушек применяют нитки хлопчатобумажные, шелковые, капроновые, а для теплостойкой изоляции — стеклянные. Для изоляции выводных концов применяют трубки линоксиновые марок А, Б, Н, П (электропрочность 300 в), резиновые, полихлорвиниловые (по ТУ МХП 1357—47), а в качестве теплостойкой и тропикоустойчивой изоляции — стеклолакочулки АСЭ-4 (по ТУ МЛП 1503—48) и ТКС (по ВТУЭИ 1-58).

Рис. 50. Зависимость пробивного напряжения бумаг и стеклоткани с пропиткой эпоксидным компаундом от числа слоев при температуре 105° (для стеклоткани — при 150°)
-----  — для образцов тороидальных;
— для образцов с прямоугольными катушками;
1 — стеклоткань 0,1 мм; 2 — микалентная бумага 0,03 мм.
Электропрочность стеклочулков в исходном состоянии составляет 4 /се, а после нескольких перегибов — 1 кВ.
Для трансформаторов жаростойкого исполнения (500°) лучшие результаты в качестве основной изоляции показывают слюда и слюдяная бумага. Эти материалы достаточно стойки и по отношению к радиоактивному облучению. Интересен заменяющий слюду тонколистовой эластичный материал минерального ироисхождения палигорскит, испытанный в США на температуру до 900°.
Основные характеристики изоляционных материалов с указанием ГОСТ или ТУ приведены в табл. 8 и 9 .Ed в таблицах дается в действующих значениях. В дополнение к данным таблицы на рис. 50 приведена зависимость пробивного напряжения £/пр бумаг и стеклоткани, пропитанных эпоксидным компаундом, от числа слоев материала. Пользуясь таблицами
Свойства бумаг, пленок, тканей и твердой изоляции

Примечания. 1. е и tg& даются при частоте 50 Гц.

2. Электропрочность Ед при рабочей температуре снижается на 10-50% против значений  при нормальной температуре.

Свойства заливочных, пропиточных, прессовочных материалов и газов

Примечания. 1 .Электропрочность Ед при рабочей температуре снижается на 10—30%,

1. Для пресс-материалов Ед дана при испытании в конструкции, для газов—
2. Кремний-органические лаки могут кратковременно (до 500 час.) работать
3. Для пропитки могут применяться также заливочные компаунды без

у лаков на 50% против значения в нормальных условиях, при электродах плоскость—стержень, при 250- 300°. наполнителя.

и кривыми, не следует забывать, что при практическом использовании материалов в конструкции необходимо сохранять известный запас электропрочности. Коэффициент запаса в зависимости от условий составляет 1,5—3. Для эпоксикомпаундов и компаунда МБК, например, толщину слоя заливки надо выбирать из расчета 2,5—8 кВ/мм в зависимости от толщины изоляции, рабочей частоты, температуры, срока службы.