Разработка методики экспресс-оценки адгезионных свойств термореактивных материалов изоляции электрических машин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
m (Швейцария), Isotenax (Франция), Epitherm, Micalastic (Германия), Novobond SX (Великобритания), Hi-Mold (Япония) и другие), либо в случае применения пористых лент, содержащих (5…11) % связующего с последующей вакуум-нагнетательной пропиткой (монолит (Россия), Micadur Compact (Германия), Micapact (Швеция)). В первом случае способ изготовления изоляции носит название технологии пропитанных лент (Resin Rich), во втором - сухих лент (VPI).
Следовательно, корпусная изоляция является многослойным композиционным материалом, состоящим из слюдобумаги, стеклоткани и связующего на основе смол.
.2.1 Диэлектрический барьер
Первоначально (до середины 50-х годов) в качестве диэлектрического барьера использовалась только щепаная слюда, которая обладает высокой электрической прочностью, нагревостойкостью, теплопроводностью и не подвержена электрическому старению. Для изготовления электрической изоляции высоковольтных машин обычно применяется слюда типа мусковит и флогопит. Мусковит, отличающийся лучшими электроизоляционными свойствами, улучшенной химической и механической стойкостью, применяется в тех случаях, когда изоляция несет значительные электрические нагрузки. Флогопит более гибок, чем мусковит, и поэтому в ряде случаев материалы на основе флогопита оказываются более технологичными [2].
В настоящее время вместо щепаной слюды в качестве диэлектрического барьера применяются слюдобумаги. Производство слюдобумаг по сравнению со щепаной слюдой является экономически выгодным, так как они изготавливаются из отходов дефицитной и достаточно дорогой слюды.
Слюдяные бумаги состоят из элементарных чешуек слюды, получаемых обработкой отходов слюдяного производства - скрапа.
Известно два типа слюдяных бумаг: слюдинитовая бумага и слюдопластовая, различающихся структурой, толщиной и линейными размерами чешуек. По сравнению с материалами на основе щепаной слюды, слюдинитовые и слюдопластовые бумаги обладают большей равномерностью по толщине, повышенной и более равномерной электрической прочностью. Они также отличаются хорошей эластичностью и механической прочностью, позволяющей обеспечить получение плотной, монолитной термореактивной изоляции (ТРИ), без складок и вздутий [3].
Слюдинитовые бумаги получают термохимическим способом, а слюдопластовые - гидродинамическим способом. В обоих случаях слюдяной скрап предварительно нагревают до высокой температуры. При этом полученные элементарные чешуйки слюды имеют размер в поперечнике 0,008 - 0,8 мкм и толщину 0,2 - 4 мкм. Далее на бумагоделательных машинах из чешуек отливают бумагоподобный материал - слюдяную бумагу.[4]
Содержание слюды в высоковольтной изоляции, ее химический состав и размеры чешуек определяют длительную электрическую прочность. Увеличение размера чешуек увеличивает путь разряда (рис. 1.1). Уменьшение толщины чешуек также приводит к возрастанию электрической прочности. Зависимость электрической прочности от толщины чешуек определяется уравнением:
(1.1)
Повышенная электрическая прочность изоляции на основе слюдобумаги объясняется тем, что слюдобумага состоит из десятков элементарных чешуек слюды (рис. 1.5). При повреждении отдельных элементарных чешуек слюдобумаги другие частички перекрывают поврежденное место, что не наблюдается при использовании щепаной слюды.
Рис. 1.5 - Путь пробоя композиционной изоляции на основе слюды. 1 - слюда, 2 - связующее
1.2.2 Стеклотканевая подложка
При намотке слюдяных лент требуется большая механическая прочность при натяжении лент, которую одна слюдяная бумага не может обеспечить. Необходимую механическую прочность обеспечивает подложка. В большинстве типов изоляции в качестве подложек применяются стекловолокнистые материалы различных типов (стеклоткань, стекломарля) и различных толщин от 0,02 до 0,05 мм. Отдельные фирмы для некоторых типов изоляции применяют материалы из бумаги на основе синтетических волокон.
Использование в качестве подложек стекловолокнистых материалов имеет свои положительные и отрицательные стороны.
Недостаток стекловолокнистой подложки заключается, прежде всего, в том, что она не увеличивает электрическую прочность изоляции. Из-за ячеистой структуры стеклоткань, пропитанная связующим, имеет электрическую прочность того же порядка, что и слой воздуха такой же толщины.
Однако, композиционная изоляция, выполненная с применением стекловолокнистых материалов, играющих роль армирующего материала, отличаются более высокой механической прочностью: повышается предел прочности при растяжении и изгибе, жесткость изоляции, то есть характеристики, определяющие надежность изоляции в эксплуатации. Стекловолокнистые материалы отличаются высокой термической устойчивостью. При температурах 130-155С, являющихся предельными на обмотках турбогенераторов и электрических машин, стеклянные волокна не претерпевают структурных изменений, не теряют исходных свойств и не выделяют продуктов термической деструкции в течение длительного времени [5].
.2.3 Связующее
Слюдяные бумаги содержат от 25% до 35% воздушных пор. Из-за наличия воздушных пор электрическая и механическая прочность слюдяных бумаг мала. При пропитке поры заполняются пропиточным составом, который препятствует возникновению ионизационных процессов и развитию разрядов по поверхности пластинок и чешуек слюды. Кроме того, пропиточный состав связывает друг с другом чешуйки слюды и отдельные слои изоляции, склеива