Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

1. Основные определения и классификация диэлектриков

Электроизоляционными материалами или диэлектриками называются вещества, с помощью которых осуществляется изоляция элементов или частей электрооборудования, находящихся под разными электрическими потенциалами. По сравнению с проводниковыми материалами (проводниками) диэлектрики обладают значительно большим электрическим сопротивлением. Характерным свойством диэлектриков является возможность создания в них сильных электрических полей и накопления электрической энергии. Это свойство диэлектриков используется в электрических конденсаторах и других устройствах.

Согласно агрегатному состоянию диэлектрики делятся на газообразные, жидкие и твердые. Особенно большой является группа твердых диэлектриков (высокополимеры, пластмассы, керамика и др.).

Согласно химическому составу диэлектрики делятся на органические и неорганические. Основным элементом в молекулах всех органических диэлектриков является углерод. В неорганических диэлектриках углерода не содержится. Наибольшей нагревостойкостью обладают неорганические диэлектрики (слюда, керамика и др.).

По способу получения диэлектрики делятся на естественные (природные) и синтетические. Наиболее многочисленной является группа синтетических изоляционных материалов.

Многочисленную группу твердых диэлектриков обычно делят на ряд подгрупп в зависимости от их состава, структуры и технологических особенностей этих материалов. Так, выделяют керамические диэлектрики, воскообразные, пленочные, минеральные и др.

Все диэлектрики, хотя и в незначительной степени, обладают электропроводностью. В отличии от проводников у диэлектриков наблюдается изменение тока со временем вследствие спадания тока абсорбции. С некоторого момента под воздействием постоянного тока в диэлектрике устанавливается только ток проводимости. Величина последнего определяет проводимость диэлектрика.

При напряженности электрического поля, превосходящей предел электрической прочности диэлектрика, наступает пробой. Пробой представляет собой процесс разрушения диэлектрика, в результате чего диэлектрик теряет электроизоляционные свойства в месте пробоя.

Величину напряжения, при котором происходит пробой диэлектрика, называют пробивным напряжением Uпр, а соответствующее значение напряженности электрического поля называется электрической прочностью диэлектрика Епр.

Пробой твердых диэлектриков представляет собой или чисто электрический процесс (электрическая форма пробоя), или тепловой процесс (тепловая форма пробоя). В основе электрического пробоя лежат явления, в результате которых в твердых диэлектриках имеет место лавинное возрастание электронного тока.

Характерными признаками электрического пробоя твердых диэлектриков являются:

· независимость или очень слабая зависимость электрической прочности диэлектрика от температуры и длительности приложенного напряжения;

· электрическая прочность твердого диэлектрика в однородном поле не зависит от толщины диэлектрика (до толщин 10–4—10–5 см);

· электрическая прочность твердых диэлектриков находится в сравнительно узких пределах: 106—107 В/см; причем она больше, чем при тепловой форме пробоя;

· перед пробоем ток в твердом диэлектрике увеличивается по экспоненциальному закону, а непосредственно перед наступлением пробоя наблюдается скачкообразное возрастание тока;

· при наличии неоднородного поля электрический пробой происходит в месте наибольшей напряженности поля (краевой эффект).

Тепловой пробой имеет место при повышенной проводимости твердых диэлектриков и больших диэлектрических потерях, а также при подогреве диэлектрика посторонними источниками тепла или при плохом теплоотводе. Процесс теплового пробоя твердого диэлектрика состоит в следующем. Вследствие неоднородности состава отдельные части объема диэлектрика обладают повышенной проводимостью. Они представляют собой тонкие каналы, проходящие через всю толщину диэлектрика. Вследствие повышенной плотности тока в одном из таких каналов будут выделяться значительное количество тепла. Это повлечет за собой

еще большее нарастание тока вследствие резкого уменьшения сопротивления этого участка в диэлектрике. Процесс нарастания тепла будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет тепловое разрушение материала (расплавление, науглероживание) по всей его толщине — по ослабленному месту.

Характерными признаками теплового пробоя твердых диэлектриков являются:

· пробой наблюдается в месте наихудшего теплоотвода от диэлектрика в окружающую среду;

· пробивное напряжение диэлектрика снижается с повышением температуры окружающей среды;

· пробивное напряжение снижается с увеличением длительности приложенного напряжения;

· электрическая прочность уменьшается с увеличением толщины диэлектрика;

· электрическая прочность твердого диэлектрика уменьшается с ростом частоты приложенного переменного напряжения.

При пробое твердых диэлектриков часто наблюдаются случаи, когда до определенной температуры имеет место электрический пробой, а затем в связи с дополнительным нагревом диэлектрика наступает процесс теплового пробоя диэлектрика.

2. Классы нагревостойкости электроизоляционных материалов

Электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, аппаратах и трансформаторах, разделяются по их нагревостойкости на семь классов.

Таблица 1. Нагревостойкость электроизоляционных материалов

Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости

Непропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемые с органическими связывающими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с синтетическими связывающими и пропитывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Читайте также:  Как сохранить очищенные кабачки

Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связывающими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связывающих составов или с неорганическими или элементоорганическими связывающими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Нагревостойкость — способность электроизоляционного материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации электрооборудования, в котором применяется данный электроизоляционный материал.

Указанные в таблице температуры являются предельно допустимыми для электроизоляционных материалов при их длительном использовании (в течение ряда лет) в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, работающих в нормальных эксплуатационных условиях.

Температуры в наиболее нагретом месте изоляции не должны превышать указанных предельно допустимых величин температуры при работе электрооборудования в нормальном режиме при предусмотренной для этого режима максимальной температуре охлаждающей среды.

С электроизоляционными материалами соответствующего класса допускается совместное применение материалов предшествующего класса при условии, что под действием температуры, допускаемой для материалов более высокого класса, электрические и механические свойства комплексной изоляции не должны претерпевать изменений, могущих сделать изоляцию непригодной для длительной работы.

Таблица 2. Ориентировочное распределение электроизоляционных материалов по классам нагревостойкости

Связывающие, пропитывающие и покровные составы, применяемые при производстве указанных материалов

Связывающие, пропитывающие и покровные составы, применяемые при производстве электрических машин, трансформаторов и аппаратов с применением указанных материалов

Текстильные материалы на основе хлопка, натурального шелка, регенерированной целлюлозы, ацетилцеллюлозы и полиамидов

Целлюлозные электроизоляционные бумаги, картоны и фибра

Электроизоляционные материалы по нагревостойкости (теплостойкости) разделяются на семь классов: Y , А, Е, F, В, Н, С. Каждый класс характеризуется предельно допустимой температурой, при которой гарантируется длительная сохранность изоляции.

К классу Y относятся материалы из непропитанных и не погруженных в жидкий диэлектрик волокнистых материалов: хлопчатобумажное волокно, целлюлоза, картон, бумага, натуральный шелк и их сочетания. Предельная температура 90° С.

К классу А относятся материалы класса Y , а также материалы из искусственного шелка, пропитанные масляными, масляно-смоляными и другими изоляционными лаками. Предельная температура 105° С.

К классу Е относятся некоторые синтетические органические пленки, волокна, смолы, компаунды и другие материалы. Предельная температура 120° С.

К классу В относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, изготовленные с применением органических связующих материалов обычной нагревостойкости: микалента, асбестовая бумага, стеклоткань, стеклотекстолит, миканит и другие материалы и их сочетания. Предельная температура 130° С.

К классу F относятся материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, пропитываемые смолами и лаками соответствующей нагревостойкости. Предельная температура 155° С.

К классу Н относятся материалы из слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами. Предельная температура 180" С.

К классу С относятся слюда, керамика, стекло, кварц или их комбинации, применяемые без связующих веществ и материалов органического происхождения. Рабочая температура изоляции класса С выше 180° С. Предельная температура не устанавливается.

Изоляция класса Y в электромашиностроении почти не применяется, а изоляция С применяется редко.

Изоляционные материалы должны обладать также теплопроводностью (чтобы не допускать перегрева токоведущих частей), механической прочностью и влагостойкости.

Температурный индекс Класс нагревостойкости Температура, 0 С Характеристика основных групп электроизоляционных материалов, соответствующих данному классу нагревостойкости
Y Непропитанные и непогруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
А Пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка, шелка, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
Е Некоторые синтетические органические пленки, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов
В 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 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
H 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
180 и выше С Более 180 Слюда, керамические материалы, стекло, кварц, применяемые без связующих составов или с неорганическими связующими составами, а также соответствующие данному классу другие материалы и другие сочетания материалов

Указанные в табл. 2.3 температуры соответствуют самому нагретому месту изоляции при номинальном режиме. С электроизоляционными материалами данного класса допускается совместное применение материалов предшествующих классов при условии, что комплексная изоляция не будет претерпевать изменений, которые могут сделать ее непригодной для длительной работы.

Ниже приводится ориентировочное распределение электроизоляционных материалов по классам нагревостойкости (температурному индексу).

Читайте также:  Как сделать полукруглую дверь

К классу нагревостойкости изоляции Y (ТИ 90)относятся текстильные материалы на основе хлопка, натурального шелка, регенерированной целлюлозы, ацетилцеллюлозы и полиамидов. К этому классу относятся также целлюлозные электроизоляционные бумаги, картона и фибра, древесина, пластические массы с органическими накопителями.

Класс нагревостойкости изоляции А (ТИ 105)включает материалы класса нагревостойкости Y, если они пропитаны изоляционным составом или погружены в жидкие диэлектрики; ацетобутилатцеллюлозные, ацетилцеллюлозные и диацетатные пленки, пленкоэлектрокартон на основе ацетилцеллюлозной пленки; лакоткани, лакобумаги и лакочулки; изоляцию эмалированных проводов, слоистые пластики на основе целлюлозных бумаг и тканей, полиамидные литьевые смолы, асбестоцемент, пропитанный органическим составом, не вытекающим при 110 0 С, древесно-слоистые пластики, термореактивные компаунды на основе акриловых и метакриловых эфиров.

При производстве машин материалы класса нагревостойкости А могут пропитываться или покрываться лаками на основе натуральных смол, эфирцеллюлозными лаками и термопластичными компаундами.

В класс нагревостойкости изоляции Е (ТИ 120) входят пленки и волокна из полиэтилентерефталата, материалы на основе электроизоляционного картона и полиэтилентерефталатной пленки, стеклолакоткани и лакоткани на основе полиэтилентерефталатных волокон, термореактивные синтетические смолы и компаунды (эпоксидные, полиэфирные, полиуретановые).

К классу нагревостойкости изоляции В (ТИ 130)относятся материалы на основе щипанной слюды, слюдопластов и слюдинитов, включая с бумажной или органической подложкой, стеклоткани и стеклолакочулки, асбестовые волокнистые материалы, изоляции эмалированных проводов, пластмассы с неорганическим накопителем, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, термореактивные синтетические компаунды, асбоцемент.

В качестве пропитывающих и покровных составов при производстве для изоляции класса В применяют битумно-масляно-смоляные лаки и лаки на основе природных и синтетических смол.

Класс нагревостойкости изоляции F (ТИ 155)включает материалы на основе щипаной слюды, слюдинитов и слюдопластов без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистую и асбестовую изоляцию проводов, стеклоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов. При пропитке применяются соответствующие данному классу нагревостойкости лаки и смолы.

К классу нагревостойкости изоляции Н (ТИ 180)относятся материалы на основе слюды без подложки или с неорганической подложкой, стекловолокнистая изоляция проводов, стеклолакоткани и стеклолакочулки, слоистые пластики на основе стекловолокнистых и асбестовых материалов, пластические массы с неорганическим наполнителем, асбестоцемент, кремнийорганические эластомеры без подложек с неорганическими подложками, асбестовые пряжа, бумага и ткани.

При производстве материалов класса нагревостойкости Н для пропитки применяются кремнийорганические лаки и смолы.

К классу нагревостойкости изоляции Сотносятся слюда, стекло бесщелочное и стекловолокнистые материалы, электротехническая керамика, кварц, асбоцемент, шифер электротехнический, материалы из щипанной слюды без подложки или со стекловолокнистой подложкой, микалекс, политетрафторэтилен, полиимиды.

Приведенная выше классификация электроизоляционных материалов является ориентировочной и уточняется по мере накопления опытных данных.

Влагостойкие, тропические, химостойкие, холодностойкие и коррозионно-стойкие исполнения электрических машин предъявляют дополнительные требования к изоляции.

Выбор изоляции определяется заданием на проектирование и технологией, принятой заводом-изготовителем электрической машины.

Электротехнические бумаги и картоны получают из химически обработанных волокон древесины и хлопка, предназначены они для работы на воздухе и в масле. Электроизоляционные бумагу выпускают в рулонах, а картоны — в рулонах (до толщины 0,8 мм) и в листах (при толщине свыше 1 мм). Фибра — прессованная бумага, обработанная раствором хлористого цинка, поддается всем видам механической обработки и штамповки.

К слоистым электроизоляционным материалам относятся гетинаксы, текстолиты и стеклотекстолиты. В качестве связующих применяют бакелитовые и кремнийорганические смолы. В гетинаксах наполнителями являются специальные сорта бумаги, а хлопчатобумажные ткани используются в качестве наполнителей в текстолитах. Наполнителем в стеклотекстолитах являются бесщелочные стеклянные ткани. Наибольшей нагревостойкостью и хорошими электрическими характеристиками обладают стеклотекстолиты на кремнийорганических связующих.

Гетинакс и текстолит всех марок работают длительно при температурах в диапазоне -60…+105 0 С, стеклотекстолит — от – 60 до +130 0 С, а стеклотекстолит марки СТК — от -60 до +180 0 С.

Лакоткани имеют тканевую основу, пропитанную лаком или другим жидким электроизоляционным составом. Лакоткани делятся на хлопчатобумажные, шелковые, капроновые и стеклянные (стеклолакоткани). Наибольшую гибкость и толщину имеют шелковые и капроновые лакоткани. Наименьшей гибкостью обладают стеклолакоткани. Жесткие лакоткани применяют для пазовой и межслоевой изоляции. Фторопластовые стеклолакоткани негорючи, химостойки и могут работать при 250 0 С. Липкие лакоткани обеспечивают монолитность многослойной изоляции обмоток. Лакоткани выпускают в рулонах шириной 500…1000 мм, липкие стеклоленты — в роликах диаметром 150…175 мм и шириной 10, 15, 20, 25 и 30 мм.

Перспективными электроизоляционными материалами являются пленочные материалы толщиной от 10 до 200 мкм. Они обеспечивают лучший коэффициент заполнения паза, что приводит к снижению массы на единицу мощности в электрических машинах. Данные пленочных электроизоляционных материалов приведены в табл. 2.4.

Таблица 2.4. Пленочные электроизоляционные материалы

Материал пленки Плотность, кг/м 3 Нагревостойкость, 0 С Относительное удлинение, % Дополнительные данные
Полистирольные (стиропленки) 1050…1060 75…80 3,1…5,0 Растворяются в бензоле при комнатной температуре
Полиэтиленовые 920…930 65…75 250…500 Повышенная механическая прочность
Фторопласт-4 2100…2300 30…100 Не растворяется и не горит
Лавсан 1300…1400 120…130 70…100 Обладает большим сопротивлением надрыву
Фторопласт-3 2100…2400 100…120 40…80 Не горит. Растворяется в неполярных растворителях (бензин, четыреххлористый углерод и т. п.) при 100 0 С
Поливинилхлоридные 65…75 10…120 Гибкие, стойкие к маслам, растворителям, озону
Триацетатцеллюлозные 12…15 Повышенное влагопоглощение
Полиамидные (капрон) 350…500 Большое сопротивление надрыву
Полиамидные 70…80 Стойкость к ионизирующим излучениям
Читайте также:  Как сделать басистый выхлоп на ваз

Клееные электроизоляционные материалы на основе слюды применяют в высоковольтных машинах, а также в низковольтных машинах с классом нагревостойкости изоляции Н. К таким материалам относятся миканиты, микафолий и микаленты.

Миканиты бывают коллекторные, прокладочные, формовочные и гибкие. Коллекторный миканит используют для изоляции между коллекторными пластинами. Прокладочный миканит — твердый листовой материал, применяемый для изготовления прокладок. Из формовочного миканита путем горячего прессования изготавливают коллекторные манжеты, корпуса, каркасы катушек и другие изделия фасонного профиля. Гибкий миканит — листовой материал, обладающий гибкостью при комнатной температуре, используют в качестве пазовой изоляции.

Микафолий состоит из слоев листочков щипаной слюды, склеенных друг с другом и с бумагой или со стеклотканью.

Микалента — рулонный электроизоляционный материал, гибкий при комнатной температуре. Микашелк — одна из разновидностей микаленты, имеющая повышенную механическую прочность. Повышенную нагревостойкость имеют стекломикаленты, широко применяют также стеклобандажные ленты.

Микалекс — неорганическая пластмасса на основе молотой слюды и легкоплавкого стекла, стойкая к дуге и имеющая хорошие механические свойства, выпускается в виде листов, пластин и прутков, применяется в конструктивных электроизоляционных механически нагруженных деталях (траверсы, распорки, щитки и т. д.).

Слюдиниты и слюдопласты широко применяются в качестве изоляционных материалов. Номенклатура слюдинитовых электроизоляционных материалов та же, что и материалов на основе щипаной слюды.

В слюдинитах основой являются слюдинитовые бумаги, которые изготавливаются из отходов слюды при равномерном ее нагреве до 700…800 0 С с последующей химической обработкой. Из слюдинитовых бумаг производят слюдинитовые ленты, гибкие слюдиниты, формовочный и коллекторный слюдиниты.

Слюдинитовые материалы изготавливаются из листов, полученных из расщепленной слюды путем многократного прокатывания чешуек между валками. В процессе изготовления слюдопластовых листов чешуйки срастаются, образуя более крупные чешуйки слюды, чем в слюдините.

Слюдопластовые материалы выпускаются в том же ассортименте, что и слюдиниты.

Для пропитки обмоток электрических машин широко применяют пропиточные компаунды и лаки, которые обеспечивают цементацию витков, увеличивают коэффициент теплопроводности и повышают влагостойкость обмоток.

Покровные лаки обеспечивают влагостойкость, маслостойкость, защиту от агрессивных веществ обмоток и других частей электрических машин. По способу сушки лаки делятся на лаки печной и лаки воздушной сушки. Первые отвердевают при температуре 80…180 0 С, а вторые высыхают при комнатной температуре.

В электромашиностроении в качестве изоляционных материалов применяются материалы на основе натурального и искусственного каучуков. В зависимости от содержания серы получают мягкую резину (1…3% серы) и твердую резину — эбонит (30…35% серы).

Хорошими электроизоляционными свойствами обладают керамические материалы. К неорганическим керамическим материалам относится фарфор, применяемый при изготовлении высоковольтных выводов электрических машин.

В качестве изоляции используются диэлектрические пленки. Наибольшее распространение получили оксидные пленки из алюминия.

В качестве изоляционных и конструктивных материалов в электрических машинах широко применяются пластмассы. Многие пластмассы имеют высокую прочность и хорошие электроизоляционные свойства. При прессовании изделий из порошка можно получить электроизоляционные изделия сложной формы при сравнительно низкой трудоемкости [2,18].

2.4. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА

Медные и алюминиевые обмоточные провода выпускают круглых прямоугольных сечений. Изоляция проводов определяет принадлежность проводов к тому или иному классу нагревостойкость (температурному индексу — ТИ) [12].

Круглые медные эмалированные провода широко применяют в электромашиностроении. Они имеют небольшую толщину изоляции, в 1,5…2,5 раза меньшую, чем провода, покрытые эмалью и хлопчатобумажной или шелковой тканью. Это повышает теплопроводность и улучшает коэффициент заполнения паза.

Прямоугольные провода применяются в электрических машинах мощностью свыше 100 кВт, они дают лучшее заполнение прямоугольных пазов.

Прямоугольные провода имеют в обозначении буквы П. Ассортимент и размеры прямоугольных проводов приведены в приложении 3.

Свойства изоляции проводов определяются электроизоляционными лаками. Эмали и лаки имеют синтетическую или масляно-смоляную основу. Более 95% всех эмалированных проводов изготавливается с применением синтетических лаков, так как лаки на масляно-смоляной основе требуют при изготовлении растительные масла.

Для проводов класса нагревостойкости А (ТИ 105) применяются покрытия на основе поливинилацеталевых лаков.

Полиуретановые лаки применяются для эмалированных проводов класса нагревостойкости Е (ТИ 120).

Для производства эмалированных проводов классов нагревостойкости В, F и Н (ТИ 130, 155 и 180) используются лаки на полиэфирной, полиэфироимидной, полиэфирциануратимидной и полиэфирамидной основах. Эта группа лаков является в настоящее время основой при производстве эмалированных проводов [12,16].

В табл. 2.5 приведены основные данные медных эмалированных проводов, а в табл. 2.6 — их ассортимент и размеры.

Таблица 2.5. Нагревостойкость, температурный индекс

| следующая лекция ==>
Материалы, применяемые в электромашиностроении. | медных эмалированных проводов

Дата добавления: 2017-04-20 ; просмотров: 648 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Комментарии запрещены.

Присоединяйся