Файл: Техникоэкономических характеристик турбогенераторов с полимидной изоляцией Магистрант.pdf

22 разлагающего воздействия на битумную основу. Для того чтобы полностью исключить вредное влияние ионизации воздушных прослоек в пазовой части, стержни снаружи обматывают впритык одним слоем полупроводящей железистой асбестовой ленты, лента обогащает поверхности стержней потенциал стенки паза. К главным недостаткам микалентиой изоляции на асфальтовых лаках можно отнести а) То что микалента представляет собой композицию из лепестков слюды, наклеенных на бумажную подложку, она не обладает достаточной гибкостью и прочностью на разрыв ив силу этого затрудняет плотную намотку ее на изолируемый стержень с другой стороны, бумажная подложка разлагается под действием температуры, и приводит к постепенному нарушению монолитности изоляции, а следовательно, сокращает общий срок ее жизни б) неодинаковый коэффициент теплового расширения меди и изоляции, выполненной на асфальтовом лаке, при определенном числе температурных циклов нарушает механическую связь между слюдой и связующим, а в некоторых случаях, вызывает разрыв лепестков слюды в) диэлектрические потери сильно зависят от температуры и напряжения г) механическая прочность компаундированной изоляции в разогретом состоянии недостаточна, особенно при больших объемах тока в пазу в современных крупных турбогенераторах. В вышеизложенном главные усилия при разработке новых типов высоковольтной изоляции были направлены
1) на замену бумажной подложки для слюдяной изоляции другим более прочным в механическом и химическом отношении материалом
2) на замену связующего на асфальтовом битуме другим, обладающим более совершенными физическими свойствами, в первую очередь пониженными диэлектрическими потерями и повышенной механической прочностью. В результате появился целый ряд видов изоляции, отличающихся в той или иной мере исходными материалами и способом изготовления, но имеющих весьма схожие физические свойства. Их называют термореактивной корпусной изоляцией.
2.3 Термореактивная изоляция и ее конструкция В данное время большинство современные турбогенераторы мощностью свыше 60 МВт изготавливают с обмоткой статора, имеющую термореактивную корпусную изоляцию, которая в свою очередь выполняется обычно из стеклослюдяной ленты, пропитанной эпоксидным компаундом или другим его термореактивным сополимером.

23
Стеклослюдяная лента составляется из одного слоя слюдопласта (измельченная слюда, спрессованная в виде листов) и односторонней подложки из стеклоленты. Слой слюдопласта и слой подложки имеют толщину около
40 мк. Связью является эпоксидно-фенольный лак или их сополимеры, обладающие термореактивными свойствами. Эта изоляция полимеризуется и затвердевает при температуре 150-160 Си при повторных нагреваниях не размягчается. Стеклослюдяная лента при обычной температуре может храниться на воздухе. Она применяется в новых типах высоковольтной изоляции ста- торных обмоток. К настоящему времени создано несколько типов термореактивной изоляции, отличающихся в основном технологией изготовления
«Слюдотерм», ВЭС-2, Монолит. Таблица Основные характеристики термореактивной изоляции Наименование (тип) изоляции Состав- ляюшие изолции а) диэлектрический барьер, б) связующее, в) стеклткань Основные характеристики операции Электрические и механические свойства изоляции Область применения Монолита) слюдинитовая бумага б) эпоксидный компаунд в) стеклоткань Намотка сухими лентами, наложение обжимных обкладок и сборка в пакет, установка в коробке с эластичными стенками, вакуумировка, вакуум- нагнетательная пропитка компаундом, опрессовка (гидро), за- печка (отверждение) Электрические характеристики выше чему Монолит Стержни гид- рогене- ратров, синхронных компенсаторов Монолита) слюдинитовая бумага б) эпоксидный компаунд в)стеклткань Стержни намотка сухими лентами, наложение обжимных обкладок, установка в котел, вакууми- ровка, вакуум-нагнета -тельная пропитка компаундом, выемка из котла, запечка (отверждение. Катушки намотка сухими лентами, укладка в статор, установка статора в котел, вакуум нагнетательная пропитка компаундом, выемка из котла, запечка (отверждение. При t=20
о
С
Е
пр
=35 кВ/мм, tgδ=0,01p = 1,1·
10 Па При t=130
о
С
Е
пр
=32 кВ/мм, tgδ=0,05p = 6·
10 Па Стержни и катушки Монолита) слюдинитовая бумага б)эпоксид. компаунд в)стеклткань Намотка сухими лентами, пропитка как у Монолит -2, укладка в статор, запечка (отверждение) Электрические характеристики как у Монолит -
2 Катушки Монолита) слюдини- Намотка сухими лентами, под- Электрические

24 товая бумага б) эпоксидный ком- паунд:в)стек лтк. прессовка, пропитка как у Монолит (для стержней) характеристики как у Монолит -
2 Стержни Продолжение таблицы 2.1 1
2 3
4 5
ВЭС - 2 а) два слоя слюдинитовой бумаги б) эпоксипо- лиэфирный компаунд в)стеклткань, стеклсетка Стержни вакуумная сушка ленты в роликах, намотка пропитанной лентой без нагрева, опрессовка в пресс-формах, запечка (отверждение) При t=20
о
С
Е
пр
=32 кВ/мм, tgδ=0,01p = 9·
10 Па При t=130
о
С
Е
пр
=30 кВ/мм, tgδ=0,08 p = 5·
10 Па Стержни и катушки
Слюдо- терма) слюдинитовая бумага б) эпоксииди- тольное ; в)стеклткань Намотка пропитанными лентами с подогревом, опрессовка и отверждение в пресс -формах Электрические характеристики как ВЭС -2 Стержни
Монотерм а) слюдинитовая бумага б) эпоксино- волачное; в)стеклткань Намотка пропитанными лентами с подогревом, опрессовка и отверждение в пресс- формах под давлением Электрические характеристики выше чему ВЭС
-2 и Слюдотерм Стержни Основные характеристики термореактивной, микалентной компаунди- рованной (термопластичной) и полиимдной ИЗОЛЯЦИИ сопоставле- ны.Изоляция типа «Слюдотерм» применяется для обмоток статоров турбогенераторов типа ТВ и ТВВ. Она изготовлена из сухих предварительно пропитанных стеклослюдинитовых лент, состоящих из двух слоев слюдинитовой бумаги толщиной 0,04 мм и одного слоя стеклоткани толщиной 0,04 мм, склеянных связующим на основе эпоксидных или идитольных смол.
Разработаны три варианта ленты в зависимости от их назначения. Лента марки ЛТСС-3 предназначена для механизированного нанесения на станке с подогревом. Лента марки ЛТСС-5 может быть использована для ручного нанесения на обмотку (эластичная лента. Лента марки ЛТСС-3У — для обмоток низкого напряжения. Ленты всех марок изготавливают одной толщины
0,17 мм. После нанесения на стержни изоляция подвергается механической прессовке в прессформах и выпечке. Толщина корпусной изоляции статора те. его обмотки выбирается исходя из электрической и механической прочности. Запас должен быть высоким (от 7 до кратный по отношению к номинальному напряжению. Такой запас необходим, потому что обмотка статора в процессе претерпевает несколько операции в их числе транспортировка, укладка, подрихтовка), при

25 этом изоляция подвергается малозаметным повреждениям , связанным с деформациями, снижающими электрическую прочность отдельных секции Таблица- Характеристики термореактивной, термопластичной и полиимидной изоляции Характеристики ПИ
АБ Термопластичная изоляция Термореактивная
ВЭС-2 Монолит
«Слюдотерм» Электрическая прочность при С, кВ/мм
220 14-17 28 34 31-32 Допустимая рабочая температура, Си при ней
220 0,000 3
105 0,15-0,25 130 0,06 130 0,06 130 0,06 Плотность, Мг/м
3 1,42 3 2,6 2,6 2,6 Изоляция типа «ВЭС-2» применяется в турбогенераторах серии 11 В. Она отличается от «Слюдотерма» типом пропитанной слюдинитовой ленты
ЛСК-11 Ост в 2 слоя, стеклоткани или стеклосетки, связанных эпоксидно- полиэфирным компаундом. Ленты для изоляции ВЭС заранее пропитаны. После нанесения на стержни изоляция подвергается вакуумной сушке и за- печке в котлах при гидростатическом опрессовании или в пресс-формах. Изоляция типа Монолит используется в турбогенераторах серии ТВМ. Технология наложения корпусной изоляции Монолит существенно иная, чем изоляции «Слюдотерм» и «ВЭС-2». Она создана на основе сухих непро- питанных слюдинитовых лент в один слой и стеклоткани, склеенной эпоксидным компаундом. Стержень обматывается чередующимися слоями стек- лоленты и слюдинита. Ленты накладываются на стержень на станке или вручную с последующей вакуумной сушкой, пропиткой эпоксидным компаундом под давление и запечкой в котлах или пресс-формах. Монолит обладает рядом преимуществ перед другими типами термореактивной изоляции, а именно влагостойкостью короностойкостью; электрической прочностью повышенной виброустойчивостью; стойкостью к ударным нагрузкам. Из приведенных данных следует, что изоляция из стеклослюдяных материалов на термореактивных синтетических смолах имеет несомненные преимущества перед микалентной компаундированной изоляцией на асфальтовом лаке. Все эти преимущества позволяют снизить толщину корпусной изоляции на 30 % по сравнению с компаундированной микалентной изоляцией. Надо иметь ввиду, что изоляция на термореактивных связующих, по природе своей, является жесткой и не поддается пластической деформации в процессе укладки обмотки в паз. Поэтому крайне важно придать стержню еще до

26 изолирования совершенно правильную геометрическую форму и сохранить ее вплоть до полного окончания всех технологических операций. Кроме того, процесс изготовления изоляции Монолит сопровождается выделением токсичных газов и требует герметично закрытого оборудования и вытяжной вентиляции.
2.4 Технология изготовления термореактивной изоляции Технологический процесс характеризуется следующими основными этапами а) Изготовление стержней с термореактивными лентами Технологический процесс изготовления стержней с термореактивными лентами производится как вручную, таки машинным способом на изолировочных станках типа
ЛУС. Стержень подвешивается на раскрывающиеся стержнедержатели изолировочного станка, а концы лобовых частей опираются настойки. Изолировочная головка с четырьмя роликодержателями и двумя нагревательными роликами располагается на каретке, которая свободно передвигается по ко- пиру, повторяющему форму изолируемого стержня. Два ролико-держателя предназначены для слюдинитовых лента два других для киперной или стеклянной лент. Нагревательные ролики служат для нагрева слюдинитовых лент. При этом происходит размягчение лака ленты, лента становится эластичнее и лучше ложится на стержень. Поверхность ролика нагревается до С. Станок работает следующим образом. Слюдинитовая лента с двух роликов пропускается через нагревательные ролики и закрепляется на стержне. Включается станок, и каретка начинает движение по шаблону, а головка, вращаясь, накладывает изоляцию на стержень нахлеста. Для получения необходимого нахлеста требуется согласованность скорости движения каретки, скорости головки, ширины изоляционной ленты, угла наклона ленты к стержню. При выпечке изоляция усаживается на 25%, исходя из этого, назначают размер стержня после изоляции. На изолированный стержень наносят технологическую защитную изоляцию из одного слоя фторопласто- вой ленты толщиной 0,02-0,03 мм одного слоя стеклоленты вразбежку. Эти слои предохраняют стержень от повреждений и облегчают отделение выпеченного стержня от рабочих поверхностей пресс-формы. После изолирования изоляцию необходимо опрессовать и запечь. Для этого стержни, изолированные сухими лентами, подвергаются пропитке в эпокидных компаундах, стержни, изолированные пропитанными лентами, подвергаются гидростатическому прессованию и выпечке в автоклавах или механическому прессованию и выпечке в пресс-формах. Механическая прессовка и выпечка производятся в специальных двухместных пресс-формах. Для обеспечения взаимозаменяемости стержней все стержни одной электрической машины проходят через одну пресс-форму.

27 б) Пропитка в эпоксидных компаундах Пропитка в эпоксидных компаундах преследует те же цели, что и ком- паундирование. Заполнение пустот в обмотке, производится эпоксидными компаундами при температуре С, пропитка должна обеспечить полное отсутствие воздуха в стержнях и сохранение пропиточного состава. Процесс пропитки в эпоксидных компаундах получил название монолит. При этих процессах повышается электрическая прочность изоляции, уменьшаются диэлектрические потери, создается устойчивость к воздействию окружающей среды и повышается теплоотдача. Пропитка ведется составами без растворителей, а подача состава в катушки производится при глубоком вакууме. Состав наиболее часто используемого компаунда следующий смола эпоксидно- диановая типа ЭД-22 -100 массовых долей (допускается замена смолами типа
ДЕК-330,МЕК-200, СУ, отвердитель ИМТГФА - 80 массовых долей и ускоритель массовых долей. Вязкость по вискозиметру ВЗ-1 достигает 40 с. Компаунд содержит до 5% воздуха. Поэтому перед использованием его необходимо вакуумировать при температуре 75 Си остаточном давлении 50 Пав течение 1,5 - 2 ч. При этом содержание воздуха снижается до 0,01%. Технологический процесс пропитки в эпоксидном компаунде включает следующие операции Сушку изделия в печи при температуре Св течение 3-6 ч, вакуумирование изделия в котле при остаточном давлении 50-100 Пав течение 2-3 ч при температуре 50-60 С, подачу пропитывающего эпоксидного компаунда при этом вакуум продолжается, снятие вакуума и подачу давления Т Пав течение 2-3 ч (давление на зеркало компаунда создается азотом, снятие давления и удаление компаунда.
А уже при всех операциях в котле поддерживается температура 60 С. После извлечение из котла изделия с обмоткой запекаются при температуре
150-180 Св течение 16-24 ч. Запечку производят после укладки их в сердечник. Подсушка выполняется до «отлипа». Снаружи катушки должны быть сухими настолько, чтобы руки не липли, а внутри должны быть влажными, для того чтобы изоляция была эластичной и не повредилась вовремя укладки. Стержни турбогенераторов для того, чтобы они не потеряли форму перед пропиткой, собирают в многоместные кассеты. Затем на пазовые части накладывают разъемные пресс-планки, которые укладывают в кассеты и расклинивают до полного их смыкания. Пресс- планки повторяют поперечное сечение пазовой части стержня, а основание кассеты в целом профиль стержня. В таком состоянии стержни пропитывают. Режим пропитки следующий создается давление 50-60 Па для удаления из обмотки воздуха. Затем подается компаунд, и на его зеркале создается давление МПа для лучшего проникновения компаунда. При этом происходит гидростатическое опрессование стержней. Температура пропитки 60-70 С. Последовательность работы на установке для пропитки эпоксидным компаундом следующая.

28 Но прежде пропиточный компаунд перед применением вводится в дегазационную колонку, где освобождается от летучих веществ и влаги. Пропитываемые катушки, уложенные в ванную на тележке, вкатываются в горизонтальный вакуумный котел. Температура в котле повышается, и с помощью вакуумного агрегата создается вакуум. При этом пропитываемые узлы дегазируются и высушиваются при остаточном давлении. Пропиточный компаунд хранится в сборнике холодным, а при работе насосом перегоняется через нагреватель в ванну с пропитываемыми узлами. При пропитке для лучшего проникновения компаунда в обмотки в котле создается избыточное давление с помощью азотной установки. Затем азот компрессором перекачивается в сосуд. Избыток пропиточного компаунда из ванны перегоняется благодаря перепаду давлений в смеситель-сборник, где под вакуумом, смешивается со свежим компаундом, а затем насосом через фильтр перегоняется в дегазационную колонку. Здесь пропиточный компаунд дегазируется, высушивается и насосом перегоняется через холодильник в сборник. Гидростатическая прессовка и запечка изоляции обмоток в автоклавах Гидростатическая прессовка и запечка изоляции в автоклавах производится у обмоток, изолированных пропитанными слюдинитовыми или слюдопластовыми лентами. При опрессовке и запечке изоляции в пресс-формах не удается полностью реализовать преимущества термореактивной изоляции. Механическая прессовка сопровождается перепрессовкой в одних местах и недопрессовкой в других местах. Эти факторы отрицательно влияют на качество изоляции. Кроме того, при механической прессовке изоляция перед запечкой не вакуумируется, что также снижает ее качество. При гидростатической прессовке обжатие и формирование изоляции происходит вокруг проводников плетеного стержня с помощью жидкой среды разогретого битума, перегретой воды и т.п. Перед прессовкой на стержень для его защиты от битума накладывают изоляцию из двух слоев фторопластовой ленты вполнахлеста и одного слоя стеклоэскапоновой ленты. Между слоями фторопластовой ленты на пазовую и лобовые части стержня устанавливают металлические планки толщиной 1 мм. Планки препятствуют изгибу стержня в процессе выпечки и создают равномерное давление по всему стержню. Наконечники заматывают несколькими слоями изоляции. В свою очередь стержень устанавливают на раму и фиксируют пазовую и лобовые части. Взаимное положение гребенок, определяющих фиксацию пазовой и лобовых частей на раме, должно быть выдержано с большей точностью. Стержень крепится к раме клиньями. После раскрепления стержней рамы устанавливают в ванны с битумом, предварительно нагретым до Си вкатывают в автоклав. Автоклав герметично закрывают, создают вакуум до
4 кПа, при котором воздух удаляется из обмотки и битума, затем подается азот и создается давление 1 МПа. При этом температура битума 165 С. Производят прессовку и запечку изоляции в течение 16 ч при давлении 1 МПа и температуре 165 С.

29 Таким образом, гидростатическая опрессовка позволяет применить вакуумирование и осуществить переход от вакуумной сушки изоляции к опрессовке. При этом процессы происходят водном сосуде, а отвакуумированный стержень защищен битумом от воздуха и воды. После прессовки и запечки со стержней снимают технологическую изоляцию и планки. Следует отметить, что в автоклав можно загрузить большое количество стержней, в то время как водной пресс-форме выпекают два стержня. Процесс гидростатической прессовки следует считать более производительным. Из приведенных данных следует, что изоляция из стеклослюдяных материалов на термореактивных синтетических смолах имеет несомненные преимущества перед мика- лентной компаундированной изоляцией на асфальтовом лаке. Все эти преимущества позволяют снизить толщину корпусной изоляции на 30% по сравнению с компаундированной микалентной изоляцией. Но она также имеет ряд недостатков
1) Изоляция на термореактивных связующих по природе своей является жесткой и не поддается пластической деформации в процессе укладки обмотки в паз. При изменении формы происходит образование цеков (трещин. Поэтому крайне важно придать стержню еще до изолирования совершенно правильную геометрическую форму и сохранить ее вплоть до полного окончания всех технологических операций.
2) Процесс изготовления изоляции Монолит сопровождается выделением токсичных газов и требует герметично закрытого оборудования ивы- тяжной вентиляции. Разработанный новый вид изоляции (полиимид алициклического строения) не имеет указанных недостатков.

30 изолировались обособленно (гибким миканитом и лакированной лентой — рисунок 2.1.). Рисунок 2.1- Типы изоляции гильзовая (аи микалентная непрерывная б) изоляция (сопряжение пазовой и лобовой частей. Применение асфальтов как основного связующего резко меняет характеристики изоляции. Микалентная асфальтовая изоляция имеет более плотное строение благодаря тому, что она подвергается вакуумному компаунди- рованию при ее изготовлении. Это значит, что воздушные включения между слоями изоляции в максимальной степени ликвидируются.
В гильзовой изоляции, получаемой путем обкатки и выпечки микафо- лиевого листа на шеллаке, малые воздушные прослойки неизбежны. Наличие воздушных прослоек под действием высокого потенциала и температуры приводит к постепенному разложению шеллачной основы. Шеллак становится хрупкими крошится. Помимо этого, слоистое строение обусловливает вспухание изоляции в местах вентиляционных каналов, что препятствует свободному удлинению гильзы под действием температуры. Известны случаи, когда при достаточно большом теплоперепаде в изоляционной гильзе и при большой длине сердечника гильза разрывалась, что приводило к тяжелой аварии турбогенератора. Асфальтовая изоляция, как было упомянуто, имеет весьма незначительный объем воздушных включений, причем те включения, которые могут остаться между слоями, не оказывают разлагающего воздействия на битумную основу. Асфальтовые лаки весьма длительно сохраняют эластичность, слегка размягчаясь при повторных нагреваниях. Можно считать, что процесс полимеризации этих лаков вовремя работы турбогенератора протекает очень медленно. Далее из таблице 2.4 следует, что в нагретом состоянии асфальтовая изоляция имеет меньшие диэлектрические потери, чем шеллачная изоляция Таблица Сравнительные свойства изоляции
Свойства Шеллачная изо- ляция(гильза)
Асфальтобитумная изоля- ция(непрерывная) Механическая прочность Толщина -3,5 мм.Вылет250 мм.Температур а - С Максимальная стрела прогиба
6,5мм.Пробивно е напряжение 30 кв Максимальная стрела прогиба мм.Пробивное напряжение 32 кв Толщина -6 мм.Вылет150 мм.Температур а - С Максимальная стрела прогиба
8 мм.Пробивное напряжение кв Максимальная стрела прогиба мм.Пробивное напряжение 32 кв Разбухание наибольшее изменение высоты и ширины при нагреве до
С Высота – 10% Ширина -16% Высота – 2,5% Ширина -4%
Тепловпроводность λ, вт*см/
*град
0,0012-0,0015 0,0016 Диэлектрические потери tg ,%
U=6 кв
20 72 104 15 37 40 %
20 72 104 10 22 35 % Температура t=16 (до укладки в паз)
5 10 20 30 кв
9 10 11 11 % Образец l=1310 5 10 20 30 кв
4,5 5,5 5,5 5,5 % Образец l=1525 мм Это объясняется, с одной стороны, наличием большого числа воздушных включений в гильзовой изоляции, ас другой тем, что гильзовая изоляция на шеллаке, как правило, плохо сцепляется с медью, в то время как микалентная изоляция на асфальте сцепляется с нею гораздо лучше. В исходном состоянии диэлектрические потери у обоих видов изоляции почти одинаковы, а в некоторых случаях могут оказаться ниже у гильзовой изоляции. При эксперименте когда идет нагрев, асфальтовая изоляция не вспухает, отдельные слои микаленты скользят вследствие размягчения компаунда, и изоляция не отрывается от меди. Асфальтовая изоляция менее гигроскопична по сравнению с шеллачной, что подтверждается сравнением сопротивления изоляции стержней, изолированных обоими способами и подверженных увлажнению. Асфальтовая изоляция обладает несколько лучшей теплопроводностью, чем шеллачная это обусловлено более монолитным строением компаундирован- ной изоляции. В итоге можно утверждать, что микалентная асфальтовая изоляция гораздо меньше подвержена старению и более долговечна, что подтверждается более чем тридцатилетней практикой ее применения во многих

32 типах электрических машин, ив первую очередь в турбогенераторах. Следует указать, что средняя толщина микалентной асфальтовой изоляции больше таковой для гильзовой шеллачной изоляции таблица 2.4. Однако это не снижает общих положительных качеств асфальтовой изоляции, если к тому же учесть, что шеллачная изоляция может быть применена для напряжений не выше 10,5—11 кв. Таблица- Сравнительная толщина изоляции
Для того, чтобы полностью исключить вредное влияние ионизации воздушных прослоек в пазовой части, стержни, изолированные микалентой на асфальтовых связующих, снаружи обматывают впритык одним слоем по- лупроводящей железистой асбестовой ленты. Благодаря тому, что она плотно намотана непосредственно на наружную поверхность пазовой изоляции, лента сообщает поверхности стержней потенциал стенки паза и, таким образом, устраняет возможность появления ионизации в этой области. При отсутствии полупроводящей ленты в качестве покровного слоя в основном используется изоляционная лента (асбестовая или стеклотканевая) с последующим покрытием ее асфальтовым лаком с добавлением графитового порошка (сажи. По- лупроводящее покрытие наносится по всей длине активной части и продолжается за пределы активной длины на прямых участках вылета, а также на некотором расстоянии за началом выгиба лобовых частей. Покрытие имеет целью снизить градиенты поля в местах выхода обмотки из паза. Мика- лентная изоляция на асфальтовых лаках применяется для напряжений до 20 кВ. Но уже при напряжении 18 кВ односторонняя толщина изоляции достигает мм. При такой толщине относительная электрическая прочность (в кВ/мм) изоляции, представляющей собой твердый диэлектрик сложного строения, понижается. А. А. Смуров приводит следующую зависимость пробивного градиента 0 от толщины диэлектрика Линейное напряжение кВ Односторонняя толщина мм Число слоев ми- калента при толщине ммвполнахлеста Гильза на шеллаке
Микалента на асфальтном лаке
3,0-3,15 6,0-6,3 10,0-10,5 13,8 15,75 18,0 2,0 2,75 3,5
-
-
-
2,0 3,0 4,0 4,75 5,25 6,25 6
10 14 17 19 23

33 где а — постоянные для данного диэлектрика б — общая толщина диэлектрика Рисунок 2.2- Нанесение полупроводящего покрытия в лобовой части стержня
2.6 Совокупность причин, вызывающих выход изоляции из строя в процессе работы На основании данных была сформулирована гипотеза потери изоляцией электрической прочности в процессе эксплуатации. Ниже перечисляются основные причины, вызывающие выход микалентоной компаундированной изоляции из строя в соответствии с этой гипотезой.
1. Недостаточность механических свойств изоляции, обусловленная характером используемых материалов (битум и микалента на бумажных подложках. Наличие этого недостатка часто имеет следствием более или менее значительные повреждения изоляции при ее изготовлении. Не выявившиеся вовремя испытаний повреждения являются причиной пробоя изоляции вовремя эксплуатации в первую очередь под воздействием повышенных механических нагрузок, возникающих при коротких замыканиях, несинхронных включениях генераторов и т.п. воздействиях.
2. Строение изоляции на изогнутых участках стержней. На этих участках «нахлест» на внешних сторонах углов получается, как правило, недостаточным. В результате длина разрядного пути в случае перекрытия на поверхности отдельных слоев на этих участках оказывается меньше, чем на прямолинейных участках или на эвольвентной части стержней. Кроме того, при наложении микаленты на внешние стороны изогнутых участков упругость слюды препятствует ее плотному прилеганию к изолируемой поверхности. Недостаточный нахлест и стремление слюды выпрямиться в сочетании с термопластичностью битума обусловливают возможность сравнительно легко расслоения изоляции, особенно в нагретом состоянии. Недостаточный нахлест при наложении ленты, равно как и практикующиеся иногда изолирование узкой лентой, обуславливает возможность более легкого, чем на других участках, нарушения целостности изоляции при воздействии механических нагрузок.
3. Большая неоднородность свойств изоляции в отдельных стержнях, из которых состоит обмотка. Эта неоднородность обусловлена в превую очередь причинами, изложенными в пунктах 1 и 2, те. более или менее значительными нарушениями механической целостности изоляции ряда стержней и несовершенством конструкции изоляции на определенных частях стержня. Стержни с пониженной электрической прочностью являются слабыми точками совокупности стержней обмотки. В эксплуатации весьма вероятен выход из строя таких стержней в первую очередь. В ряде случаев этот выход из строя является результатом воздействий перенапряжений.
4. Большая зависимость электрических ив особенности механических свойств изоляции от температуры при повышении температуры происходит снижение показателей всех характеристик.
5. Незначительный запас по нагревостойкости при обычных рабочие температурах. Это имеет следствием то, что вовремя эксплуатации изоляция постепенно теряет эластичность и приобретает хрупкость. Под действием нагрузок вибрационного характера такая изоляция постепенно может терять механическую целостность и как следствие этого – снижать электрическую прочность. Очевидно, что в этих условиях изоляция, которая имела какие- нибудь дефекты, может выходить из строя в первую очередь.
6. Технология изготовления изоляции, предусматривающая наложение изоляции в несколько приемов. При такой технологии вовремя многочисленных перемещений стержней происходят повреждения за счет недостаточной механической прочности.
7. Тип оборудования для проведения процесса компаундирования, установленного на отечественных заводах. Недостатком этого оборудования при выпуске обмоток крупных генераторов является вертикальное расположение компаунидировачных котлов. При помещении в такие котлы изолированных стержней, в особенности имеющих вес 100 кг и более, происходит деформация и провисание под действием собственного веса, что может приводить к повреждениям изоляции.
8. Принятая система формообразования стержней, отличающаяся тем, что после изготовления на шаблоне плетенного стержня на всех последующих стадиях изготовления, включая изолировку и компаундирование, сохранение правильной формы лобовых частей стержня, не контролируется. В случае, если правильная форма стержня нарушается, возникает необходимость большего или меньшего исправления формы стержня. Это осуществляется с помощью приспособлений, которые в ряде случаев повреждают изоляцию. Тепловые перегрузки, которые, будучи даже кратковременными, могут иметь для микалентной компаундированной изоляции тяжелые последствиями. Ухудшающее качество изоляции тепловые воздействия возникают в

35 первую очередь при превышении допустимых рабочих температур за счет нарушения нормальных условий охлаждения при работе генератора с недопустимыми перегрузками и т.д
2.7 Возможные способы повышения надежности изоляции турбогенератора Возможны два различных способа устранения перечисленных причин выхода из строя изоляции стержней. Первый способ заключается в усовершенствовании конструкции мика- лентной компаундированной изоляции и технологии изготовления, усовершенствовании существенного технологического оборудования и разработке нового. Этот эволюционный путь не может дать заметного качественного улучшения изоляции, поскольку состав основных компонентов остается неизменным. Однако этот способ целесообразен в тех случаях, когда исключена возможность использования других путей. Второй способ – переход на новые виды изоляции, обладающие более высокими характеристиками. В отличии от первого этот способ дает возможность добиться качественного изменения свойств изоляции, значительного улучшения всех характеристик. Нельзя отказаться от наложения изоляции в несколько приемов, поскольку необходимость такого способа наложения изоляции определяется возможностями удаления летучих из внутренних слоев изоляции и проникновения битума через слои микаленты с высоким содержанием связуещего. Не может быть достигнуто значительное повышение нагревостойкости изоляции. Однако могут быть улучшены некоторые характеристики изоляции, технико-экономические показатели ив некоторой степени повышена надежность. Повышение механических свойств изоляции может быть достигнуто за счет повышения механической прочности микаленты при замене бумажных подложек стеклотканевыми. Применение стекломикаленты вместо микален- ты обеспечивает повышение механической прочности изоляции и жесткости изолированных стержней и, следовательно, должно способствовать уменьшению опасности нарушения механической целостности изоляции. Повышение механических характеристик изолированного стержня может быть достигнуто за счет пропитки плетеного стержня не только в пазовой, как это практикуется в настоящее время, но ив лобовых частях термореактивными составами с высокими механическими характеристиками В случае перехода на пропитку всего плетеного стержня термореактивными составами при запекании потребуется создание определенного технологического оборудования. Однако преимущество получения заданной и сохраняющейся формы на всех участках стержня не вызывает сомнения. Действительно, при этом отпадает необходимость в исправлении формы стержня

36 в момент в статор, которая постоянно практикуется в настоящее время и часто сопровождается повреждениями изоляции. Повышение электрической прочности изоляции за счет увеличения длины пути разряда между слоями и на пазовой и на лобовой частях может быть достигнуто за счет применения более широкой микаленты . обычно для изоляции стержней турбогенераторов средней и большой мощности применяется стекломикалента. Если перейти на более широкую микаленту, например 50 мм, то это даст целый ряд преимуществ
1) увеличение нахлеста и, следовательно, увеличение длины разрядного пути
2) увеличение среднего размера слюды в микаленте и, следовательно, также увеличение длины разрядного пути. Изложенное показывает, что возможности для повышения надежности в работе микалентной компаундированной изоляции имеются. Однако эти возможности ограничены, и эффект, который может быть достигнут при их реализации, имеет локальный характер. В тоже время ход развития генера- торостроения требует немедленного повышения характеристик изоляции, в первую очередь механических, для обеспечения необходимой эксплуатационной надежности. Весьма перспективным решением задачи является применение изоляции на новых типах связующих, взамен микалентной компаун- дированной изоляции. Под термином новые виды изоляции обычно принято понимать такие, которые изготавливаются с применением только термореактивных связующих. Термореактивные связующие отличаются от термопластичных тем, что после однократного прогрева вовремя изготовления они приобретают способность сохранять полученные при изготовлении форму и основные механические и электрические свойства. Соответственно изоляция, изготовленная на термореактивных связующих, при нагревании сравнительно немного меняет свои физические свойства. Физические свойствами микалентной компаундированной изоляции при нагревании даже до С резко меняются. Первый вид изоляции с использованием термореактивных связующих был разработан фирмой Вестингаус (изоляция термопластик). Генераторы с такой изоляцией фирма начала выпускать с 1949 года. Вслед за этим фирмой
Эрликон была разработана и стала применяться изоляция орлица. Несколько позднее фирма Дженерал Электрик начала выпускать генераторы с разработанной ею изоляцией майкапэл. К настоящему времени разработано не менее 12 видов изоляции, различающихся по составу, конструкции, технологии изготовления, степени освоения. Использование термореактивных связующих является определяющим признаком термореактивной изоляции. При изготовлении обмоток с термореактивной изоляцией обычно применяется материалы, отличающиеся от таковых, выполняющие аналогичные функции в обмотках с миколентной ком- паундированной изоляцией. Подбор материалов в значительной степени определяет характеристики изоляции обмоток, поэтому ниже приводятся соответствующие данные. Типы проводов. Точные сведения имеются только по обмоткам с изоляцией изотенакс. Для изготовления обмоток с этой изоляцией применяются провода со стекловолокнистой или дельта-асбестовой изоляцией, подклеенной эпоксидными составами. Отказ обычно применяющихся ранее проводов с изоляцией, подклеенной глифталевыми составами, вызван тем, что глифталевые лаки при отверждении выделяют побочные продукты. Это продолжается ив процессе работы генераторов. Эпоксидные составы подобных продуктов практически не выделяют. До тех пор, пока обмотки выпускались с микалентной компаунди- рованной изоляцией, не было необходимости добиваться отсутствия выделения вовремя работы генераторов летучих из изоляции элементарных проводников, поскольку летучие могли выделяться из компонентов даже корпусной изоляции. Когда же появилась возможность изготовлять корпусную изоляцию из материалов, практически не выделяющих вовремя эксплуатации летучих, актуальным стал вопрос связующих с такими же свойствами как для изоляции элементарных проводников, таки для других материалов. Для склеивания плетенного стержня обычно применялись бакелитовые или глифталевые лаки. В настоящее время известны, применяющиеся при изготовлении обмоток, выпускаемых 7 различными видами изоляции. Во всех случаях применяются составы, отверждающиеся без выделения летучих. Изготовление таких составов для пропитки плетенного стержня целесообразно последующим соображениям 1) для исключения возможности выделения летучих продуктов реакции отверждения 2) для придания плетенному стержню возможно более высоких прочностных характеристик. При использовании эпоксидных составов это достигается за счет того, что они имеют прочностные характеристики значительно выше характеристик бакелита и глифталево-бакелитовых композиций) с целью использования свойства эпоксидных и полиэфирных составов при введении определенных добавок отверждаться в толстом слое без термообработки. Полиэфирные составы, от- верждающиеся без нагрева часто применяются для скрепления проводников в лобовых частях стержня. Применение этого составов отвердающихся при нагреве, потребовала бы использование пресс-формы достаточно сложной инструкции, так как необходимо было бы предотвращать неизбежное при нагреве вытекания компаунда. В качестве основного диэлектрического барьера в новых видах изоляции, получивших более или менее широкое распространение, применяются слюда и материалы типа слюдинита. При этом первые разработки новых видов изоляции базировались на слюде Позже появилось комбинированная изоляция на основе слюды и слюдинита. Во всех видах изоляции со слюдяным барьером, разработанном позже, применяются слюдинит. Следовательно, в настоящее время предпочтение отдается слюдиниту, а не слюде. Материалы на основе слюдинита (слюдинитовые ленты) обладают рядом преимуществ перед пре аналогичном материалами на слюде. Слюдинитовые ленты более технологичны чем слюдяные, наложение их на стержни значительно легче, поскольку эти ленты обладают очень небольшой упругостью. Величины толщены и электрической прочности для слюдинитовых материалов имеют значительный разброс чем для слюдяных. Эти отличительные особенности свойств слюдинитовых материалов определяются особенностями строения слюдинитов. В Слюдяных лентах барьер состоит из нескольких пластинок слюды при этом на разных участках в зависимости от нахлеста, количество пластинок колеблется от 1 до 3-4. Это определяет неодинаковость значения толщины и электрической прочности даже на смежных участках материала. Слюдинитовые материалы состоят из чешуек слюды, в десятки раз более тонких и сотни раз меньше по площади, чем щипанная слюда. Количество таких чешуек на каждом участке площади более или менее одинаково. Поэтому и свойства слюдинитовых материалов значительно более однородны чем слюдяных. По ряду показателей слюдинитовые материалы уступают слюдяным. Они имеют меньшую механическую прочность и легче повреждаются под воздействием сосредоточенных нагрузок. Эти недостатки можно частично исправить, если правильно подобрать материалы для подложек и применять материалы только в пропитанном виде и после частичной полимеризации связующего. Кроме новых видов изоляции на основе слюдяных материалов, были разработаны также безслюдяные виды изоляции. Поскольку в настоящее время имеется опыт только по новым видам изоляции, содержащим в томили ином виде слюду, в дальнейшем будут рассматриваться подробно только эти виды изоляции. Связующие в термореактивной изоляции должно выполнять те же функции, что ив обычной микалентной компаундированной изоляции, те. 1) связывать отдельные элементы диэлектрического барьера и отдельные слои изоляции между собой и изоляцию сплетенным стержнем 2) заполнять пустоты и препятствовать возникновению ионизационных процессов. В обычной изоляции битумные и битумно-масляные составы не обеспечивают полностью выполнение этих функций в основном из-за термопла- стичности битума. Это и повлекло за собой решение о необходимости разработки изоляции на связующих, свободных от недостатков, присущих битумным составом. Связующие, разработанные для новых видов изоляции генераторов высокого напряжения, значительно лучше удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним. Причина в этом заключается в том, что вследствие термореактивной природы новых связующих и различий в химическом строении они

39 обладают лучшим, чем битумные составы, комплексом механических характеристики лучшей адгезией к слюдяным, бумажными стекловолокнистым материалам. При этом их свойства не очень сильно меняются при повышении температуры до рабочей и во всяком случае остаются на уровне обеспечивающим сохранение монолитности изоляции и высоких механических характеристик. Эти особенности новых связующих дали возможность использовать в качестве диэлектрического барьера слюдинитовые материалы, что было невозможно сделать, используя битумные составы. Для того чтобы слюдинитовый барьер не содержал газовых включений, необходимо чтобы была достигнута полная пропитка его связующим. Для этого связующее должно обладать хорошей пропитывающей способностью. Требования сохранения монолитности и отсутствия пустот является для слюдинитовой изоляции более важным, чем слюдяной. Если это требование не будет выполняться и возникнут пустоты, расслоение, трещины, то развитие пробоя в слюдинитовой изоляции будет происходить легче, чем в слюдяной, именно из-за небольших размеров слюдинитовых чешуек. Для обеспечения сохранения монолитности и отсутствия трещин при эксплуатационных воздействиях необходимо, чтобы связующее обладало адгезионными свойствами, высокими прочностными характеристиками и достаточной эластичностью. Для того чтобы эти характеристики сохранялись на необходимом уровне в течение всего периода эксплуатации, необходимо, чтобы связующие обладали высокой нагревостойкостью. В качестве связующих для новых видов изоляции разработан ряд составов на основе эпоксидных и полиэфирных смол. Эпоксидные смолы придают, как правило, связующим высокие прочностные характеристики, невысокую эластичность, высокие электрические характеристики. Полиэфирные составы, применяемые для изоляции высокого напряжения, придают связующим эластичность, но снижают прочностные механические и электрические свойства. В качестве подложечных материалов для большинства новых видов изоляции применяются тканные стекловолокни- стые материалы. По сравнению с целлюлозными, применяемыми в лентах для микалентной компаундированной изоляции, стекловолокнистые материалы обладают преимуществами в области нагревостойкости механических характеристик. Высокая нагревостойкость обеспечивает отсутствие у этих материалов термической и термоокислительной деструкции и сохранение исходных механических характеристик в течение всего периода эксплуатации. Приведенные данные касающиеся типа и характеристик материалов для обмоток с новыми видами изоляции на термореактивных связующих, позволяют сделать следующие выводы
1. Имеется тенденция исключить введение в обмотку даже небольших количеств связующих, выделяющих при изготовлении и эксплуатации побочные продукты реакции отверждения, которые могут приводить к нарушению монолитности изоляции, отслаиванию изоляции от плетеного стержня и т.д.

40 В качестве связующих широко используется эпоксидные, полиэфирные и эпоксидно-полиэфирные составы, практически не выделяющие при отверждении летучих и придающие изоляции высокие электрические и механические характеристики.
2. В качестве диэлектрического барьера корпусной изоляции все более широко используется материалы типа слюдинита, обладающие рядом преимуществ перед слюдяными материалами.
3. В качестве подложечных материалов применяются в основном стек- ловолокнистые тканые материалы. По электрической прочности при температуре окружающей среды новые виды изоляции превосходят микалентную компаундированную изоляцию, некоторые из них незначительно, некоторые до 40 %. По электрической прочности точные данные, соответствующие повышенной температуре, отсутствуют, однако, известно, что в этих условиях электрическая прочность компаунидированной изоляции снижается на 15-25%, а электрическая прочность изоляции с применением термореактивных связующих остается практически неизменной. При температуре порядка 100 С новые виды изоляции значительно превосходят компаундированную изоляцию. Показатели механических свойств новых видов изоляции выше , чему компаундированной, и при температуре окружающей среды и при повышенных температурах. При этом степень их различия меняется для разных характеристики разных видов изоляции. Предел прочности при растяжении для новых видов изоляции значительно выше, чем для битумной изоляции как при температуре окружающей среды, таки при повышенных температурах. Сопоставление данных показывает, что по жесткости изолированных стержней наибольшее различие имеется между новыми видами изоляции на слюде и слюдините. Эти особенности данных по жесткости стержней с различной изоляцией объясняется в первую очередь различной структурой изоляции на основе слюды и на основе слюдинита. Особенности структуры изоляции на термореактивных связующих в части, оказывающей влияние на электрическую прочность и определяющие ее высокие механические свойства, определяют и различия характера пробоя такой изоляции и изоляции пропитанной битумом. Применение термореактивных связующих для изоляции генераторов высокого напряжения в сочетании со слюдой и, особенно со слюдинитом, дает возможность более радикально решить вопрос повышения надежности изоляции. Действительно, по сравнению с компаундированной изоляцией механические характеристики термореактивной изоляции значительно выше. Значительно меньшая зависимость физических свойств термореактивных связующих от температуры по сравнению с битумом также придает термореактивной изоляции значительные преимущества. Особенности технологии изготовления стержней с изоляцией на термореактивных связующих также обеспечивает большую гарантию получения

41 изоляции высокого качества с меньшим разбросом значений электрической прочности, чем в случае с битумной изоляции. Высокие показатели механических характеристик изоляции с применением термореактивных связующих, однако, не дают абсолютной гарантии предотвращения повреждений стержня при нагрузках любой величины. Поэтому и для такой изоляции целесообразно принимать возможные дополнительные меры, обеспечивающие еще большее повышения механической прочности изоляции. Уменьшение опасности повреждения и выхода из строя изоляции при эксплуатации может быть достигнуто также за счет принятие мер, несвязанных непосредственно с самой изоляцией, а именно за счет устранения воздействий, превышающих расчетные. Так, уменьшение опасности повреждения изоляции при перенапряже- ниях может быть достигнуто, за счет выбора или в случае необходимости даже разработки соответствующих разрядников. Уменьшение повреждения изоляции от повышенных динамических нагрузок может быть достигнуто, с одной стороны, улучшением крепления обмоток в лобовых частях, ас другой – путем максимального сокращения числа случаев, когда изоляция подвергается существенно повышенным механическим нагрузкам. Длительные температурные нагрузки подвергают изоляцию размягчению, ослаблению электрофизических свойств, понижению общих характреистик.

42 В зависимости от номинального напряжения, мощности и типа машины, а также от способа охлаждения, применяются разнообразные конструкции корпусной изоляции и различные изоляционные материалы. Дох годов все турбогенераторы изготавливались с термопластичной размягчающейся, при повышении температуры, корпусной изоляцией. Полиимиды обладают высокой теплостойкостью и термостабильностью, химической стойкостью к воздействию агрессивных реагентов, радиационной стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, что в сочетании с физиологической безвредностью в условиях эксплуатации обуславливает их практическое значение. Они способны к образованию высокопрочных термостойких покрытий, пленок, волокон, лаков, клеев . При использовании полиимидной пленки в качестве пазовой изоляции электрических машин, степень заполнения паза проводом или пленкой позволила увеличить коэффициент использования активных материалов в электродвигателях в 1,5-2 раза и за счет снижения толщины изоляции улучшила теплоотдачу. Срок службы проводов и пленок с изоляцией из полиимида при температуре 250 С превышает 2000 часов, а при
257 С - более 600 часов соответственно. Большим достоинством проводов и пленок с полиимидной изоляцией является их не горючесть. Использование их для витковой изоляции и для стержневой изоляции тяговых двигателей
1293 кВт, 560 В позволяет увеличить мощность на 87% при той же массе и габаритах Различные модификации полиимидов применяются для изоляции проводов, используемых в авиационной Технике, электродвигателях, работающих в экстремальных случаях. В производстве полиимидных пленок из полиимидов ароматического строения, существует проблема, связанная с трудностью формования толстых пленок до 200 мкм, поэтому обычно получают многослойные пленки. Напротив, полиимиды алициклического строения обладают хорошими пленкообразующими свойствами, позволяющими формовать пленки разной толщины, в диапазоне 2 - 200 мкм, что связано с использованием полимеров с уже сформированными полиимидными циклами, что значительно упрощает технологию производства пленочных материалов. Пленки такой толщины представляют особый интерес для основной, межфазной и пазовой изоляции, когда требуется материал достаточной толщины, обеспечивающей необходимые электроизоляционные свойства. При разработке корпусной изоляции на основе полиимидно- фторопластовых пленок, удовлетворяющих требованиям эксплуатации электрических машин, необходимо обеспечить следующие условия
- монолитность изоляции, за счет чего достигаются высокие значения физико-механических и электрических параметров
- хорошую адгезию изоляции к проводам, что в сочетании с первым требованием должно гарантировать высокую эластичность изоляции истой- кость к многократным вибрационным воздействиям
- адгезионную способность поверхностного слоя изоляции к пропитывающим или цементирующим составам.

43 Указанные проблемы могут быть решены применением при изолировании стержня как двухсторонних, таки односторонних полиимидно- фторопластовых пленок и обеспечением надежной сварки этих пленок между собой в процессе термообработки . При этом двухсторонняя пленка накладывается непосредственно на стержень, а односторонняя - в наружном слое изоляции фторопластом внутрь, полиимидом наружу. За счет фторопластово- го покрытия обеспечиваются сваривание пленок между собой и адгезия к проводу, а корпусной изоляции из чистого полиимида сохраняет способность его к цементации в обмотке. Технология изготовления полиимидной статор- ной изоляции Комбинированная термостойкая пленка получена на основе разработанного полиимида алициклического строения пленки толщиной 40
-
200 мкм с двухсторонним покрытием в мкм на сторону сополимером тет- рафторэтилена и гексафторпропилена. Для получения данных пленок полии- мидную пленку помещали в 50
%-ную суспензию фторопласта вводе с последующей сушкой на воздухе в течение минут при комнатной температуре для удаления влаги. Предварительно эта пленка получила марку ПИФ
АБ
Сварку двух комбинированных пленок осуществляли на установке с односторонним нагревом материала постоянно нагретым сварочным электродом в интервале температур от 180 до 400 С, времени от 5 до 40 си давлении от
0,5 до 5 кгс/см
2
. Оптимальным является следующий режим температура сварки. полимерной пленочной изоляцией применяются обмотчики тангенциального или полутангенциального типа. В последнее время все большее внимание уделяется технологии продольного наложения ленточной изоляции на прямолинейные участки пазовых частей катушек и стержней. Это связано с высокой производительностью процесса продольного наложения пленочной изоляции, отсутствием вращающихся узлов, простотой применяемого технологического оборудования. Для получения на основе лент из полии- мидно-фторопластовых пленок монолитную и герметичную изоляцию вводится процесс термообработки. Традиционным способом термообработки является подвод тепла снаружи, например, в муфельных печах за счет конвективного и лучистого теплообмена. Перспективна термообработка изоляции изнутри индукционным нагревом токопроводящих жил токами высокой частоты в поперечном магнитном поле петлевого индуктора. В этом случае на петлевой, охлаждаемый водой индуктор подается напряжение частотой 66 кГц. Для получения монолитной пленочной изоляции из полиимидно- фторопластовых лент возможно применение комбинированного нагрева. Поскольку технология изолирования проводов пленочными лентами аналогична изолированию стержней, то создается предпосылка переложения данной технологии для изолирования стержней электрических машин, стой лишь разницей, что изоляция стержней толще и режим изолирования и запечки будет изменен. В существующей полуавтоматической линии для производства теплостойких обмоточных проводов с пленочной изоляцией, можно совместить операции обмотки токопроводящей жилы лентами полиимидно- фторопластовой пленки и их термообработки с целью получения монолитной

44 изоляции. Изоляция состоит из одной или двух пленок, в случае применения двух пленок одинаковой ширины они накладываются в одну или разные стороны с одинаковым коэффициентом перекрытия. В линии имеются два центральных обмотчика. Для термообработки провода используется метод комбинированного нагрева. Но, как ив случае изготовления стержней с термореактивной изоляцией, термообработку можно осуществлять с помощью нагревательных роликов, поверхность которых нагрета до температуры 260 С. Для улучшения условий сварки пленки и получения монолитной изоляции, линия оснащена обрезиненными обжимными роликами, которые осуществляют обжатие изоляции стержня в процессе термообработки по меньшей и большей сторонам стержня. Для исключения слипания изоляции, находящейся в термопластичном состоянии, на тяговом устройстве применяется водяное охлаждение. При скорости изготовления 3-4 м/мин интервал времени от момента наложения пленки до момента термообработки составляет небо- лее 1 мин. Преимущества полиимидной изоляции заключаются в следующем
1) В отличие от изоляции на тёрмореактивных связующих, которая по природе своей является жесткой и не поддается пластической деформации в процессе укладки обмотки в паз, в изоляцию из полиимидно-фторопластовой пленки на эпоксидном связующем можно вводить пластификатор, например трифенилфофат, который придаст монолитной изоляции пластичность. Поэтому необязательно придавать стержню еще до изолирования совершенно правильную геометрическую форму.
2) Процесс изготовления изоляции полиимидно-фторопластовой изоляции не сопровождается выделением токсичных газов и не требует герметично закрытого оборудования. Недостатки термореактивной изоляции
1) изоляция на термореактивных связующих по природе своей является жесткой и не поддается пластической деформации в процессе укладки обмотки в паз. При изменении формы происходит образование цеков (трещин. Поэтому крайне важно придать стержню еще до изолирования совершенно правильную геометрическую форму и сохранить ее вплоть до полного окончания всех технологических операций
2) процесс изготовления изоляции Монолит сопровождается выделением токсичных газов и требует герметично закрытого оборудования ивы- тяжной вентиляции. Разработанный новый вид изоляции (полиимид алициклического строения) не имеет указанных недостатков. Полиимиды обладают высокой теплостойкостью и термостабильно- стью, химической стойкостью к воздействию агрессивных реагентов, радиационной стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, что в сочетании с физиологической безвредностью в условиях эксплуатации обуславливает их практическое значение. Они способны к образованию высокопрочных термостойких покрытий, пленок, волокон, лаков, клеев. При использовании полиимидной пленки в качестве пазовой изоляции электрических машин, степень заполнения паза проводом или пленкой позволила увеличить коэффициент использования активных материалов в электродвигателях в 1,5-2 раза и за счет снижения толщины изоляции улучшила теплоотдачу. Срок службы проводов и пленок с изоляцией из полиимида при температуре С превышает 2000 часов, а при 257 С - более 600 часов соответственно. Большим достоинством проводов и пленок с полиимидной изоляцией является их не горючесть. Использование их для витковой изоляции и для стержневой изоляции тяговых двигателей 1293 кВт, 560 В позволяет увеличить мощность на 87% при той же массе и габаритах. Различные модификации полиимидов применяются для изоляции проводов, используемых в авиационной технике, электродвигателях, работающих в экстремальных случаях. В производстве полиимидных пленок из полиимидов ароматического строения, существует проблема, связанная с трудностью формования толстых пленок — до 200 мкм, поэтому обычно получают многослойные пленки. Напротив, полиимиды алициклического строения обладают хорошими пленкообразующими свойствами, позволяющими формовать пленки разной толщины, в диапазоне 2 - 200 мкм, что связано с использованием полимеров с уже сформированными полимидными циклами, что значительно упрощает технологию производства пленочных материалов. Пленки такой толщины представляют особый интерес для основной, межфазной и пазовой изоляции, когда требуется материал достаточной толщины, обеспечивающей необходимые электроизоляционные свойства. При разработке корпусной изоляции на основе полиимидно- фторопластовых пленок, удовлетворяющих требованиям эксплуатации электрических машин, необходимо обеспечить следующие условия монолитность изоляции, за счет чего достигаются высокие значения физико-механических и электрических параметров хорошую адгезию изоляции к проводам, что в сочетании с первым требованием должно гарантировать высокую эластичность изоляции истой- кость к многократным вибрационным воздействиям адгезионную способность поверхностного слоя изоляции к пропитывающим или цементирующим составам. Указанные проблемы могут быть решены применением при изолировании стержня как двухсторонних, таки односторонних полиимидно- фторопластовых пленок и обеспечением надежной сварки этих пленок между собой в процессе термообработки. При этом двухсторонняя пленка накладывается непосредственно на стержень, а односторонняя - в наружном слое изоляции фторопластом внутрь, полиимидом наружу. За счет фторопластово- го покрытия обеспечиваются сваривание пленок между собой и адгезия к проводу, а корпусной изоляции из чистого полиимида сохраняет способность его к цементации в обмотке.

46
3.2 Технология изготовления полиимидной статорной изоляции Комбинированная термостойкая пленка получена на основе разработанного полиимида алициклического строения пленки
ПИ
АБ
+
ДАДФЭ
толщиной мкм с двухсторонним покрытием в мкм на сторону сополимером тетрафторэтилена и гексафторпропилена. Для получения данных пленок полиимидную пленку помещали в 50
% суспензию фторопласта вводе с последующей сушкой на воздухе в течение минут при комнатной температуре для удаления влаги. Предварительно эта пленка получила марку ПИФ
АБ
Сварку двух комбинированных пленок осуществляли на установке с односторонним нагревом материала постоянно нагретым сварочным электродом в интервале температур от 180 до 400 , времени от до
40 си давлении от 0,5 до 5 кгс/см
2
. Оптимальным является следующий режим температура сварки -С, время сварки двух пленок толщиной по
40 мкм каждая 20 секунд, толщиной 200 мкм 150 секунд. Давление в обоих случаях принимали 2 кг При проведении испытаний на макетах медные шины сечением мм было принято 10 слоев по 200 мкм толщиной и 190 мкм слои фторопласта между пленками. Изолирование проводилось в нахлеста. Толщина изоляции после термопрессования составила 2,19 мм на сторону. При температуре прогрева 260 С монолитное покрытие хорошего качества получилось при времени 12 - 14минут.Пленки ПИФ
АБ
, сваренные по такому режиму, имеют прочность нахле-сточных сварных соединений, равную 100 % прочности пленки. В таблице 3.1 приведены данные электрофизических характеристик пленки. Таблица- Электрофизические характеристики пленки ПИФ
АБ
Электрофизические характеристики Значения Удельное объемное сопротивление, Омм
2,1 10 16 Удельное поверхностное сопротивление ,Ом-м Электрическая прочность, МВ/м
200 - 220 Диэлектрическая проницаемость при 50 Гц
1,8-2,1 Тангенс угла диэлектрических потерь
0,0003 Предел прочности при растяжении, МПа
180-200 Относительное удлинение при разрыве, %
45 Адгезионная прочность, Нм
240 Модуль упругости, МПа
3400 Коэффициент теплопроводности, Дж- мм -с- К
0,142 Удельная теплоемкость, Дж/кг-К
1,01-
Влагопоглощение, %, при С при 50% относительной влажности
1,1 вводе Технология получения полиимидно-фторопластовой пленочной изоляции стержней По зарубежным данным основной областью применения полиимидно- фторопластовой пленки на основе ароматических диангидридов в настоящее время является электрическая изоляция электрических машин, силовых кабелей и проводов крупного сечения, работающих в экстремальных условиях. Намотку такой пленки можно осуществлять на обычном оборудовании или вручную, которая осуществляется методом спиральной обмотки лентами и путем продольного наложения лент. При спиральной обмотке лентами основная масса обмотчиков построена по принципу вращения роликов или бобин с пленкой вокруг движущейся поступательно катушки или стержня, как и при изолировании термореактивной изоляцией. Важнейшей частью ленто обмоточных машин являются обмотчики, которые в основном и обеспечивают качество наложения пленочной изоляции. Наиболее часто для изолирования стержней с полимерной пленочной изоляцией применяются обмотчики тангенциального или полутангенциального типа. В последнее время все большее внимание уделяется технологии продольного наложения ленточной изоляции на прямолинейные участки пазовых частей катушек и стержней. Это связано с высокой производительностью процесса продольного наложения пленочной изоляции, отсутствием вращающихся узлов, простотой применяемого технологического оборудования. Для получения на основе лент из полиимидно-фторопластовых пленок монолитную и герметичную изоляцию вводится процесс термообработки. Традиционным способом термообработки является подвод тепла снаружи, например, в муфельных печах за счет конвективного и лучистого теплообмена. Перспективна термообработка изоляции изнутри индукционным нагревом токопроводящих жил токами высокой частоты в поперечном магнитном поле петлевого индуктора. В этом случае на петлевой, охлаждаемый водой индуктор подается напряжение частотой 66 кГц. Для получения монолитной пленочной изоляции из полиимидно-фторопластовых лент возможно применение комбинированного нагрева. Поскольку технология изолирования проводов пленочными лентами аналогична изолированию стержней, то создается предпосылка переложения данной технологии для изолирования стержней электрических машин, стой лишь разницей, что изоляция стержней толще и режим изолирования и запечки будет изменен.В существующей полуавтоматической линии для производства теплостойких обмоточных проводов с пленочной изоляцией можно совместить операции обмотки токопроводящей жилы лентами вполиимидно-фторопластовой пленки и их термообработки с целью получения монолитной изоляции. Изоляция состоит из одной или двух пленок, в случае применения двух пленок одинаковой ширины они накладываются в одну или разные стороны с одинаковым коэффициентом перекрытия. В линии имеются два центральных обмотчика. Для термообработки провода используется метод комбинированного нагрева. Но, как ив случае изготовления стержней с термореактивной изоляцией, термообработку можно осуществлять с помощью нагревательных роликов, поверхность которых нагрета до температуры 260 С. Для улучшения условий сварки пленки и получения монолитной изоляции, линия оснащена обрезиненными обжимными роликами, которые осуществляют обжатие изоляции стержня в процессе термообработки по меньшей и большей сторонам стержня. Для исключения слипания изоляции, находящейся в термопластичном состоянии, на тяговом устройстве применяется водяное охлаждение. При скорости изготовления 3-4 м/мин интервал времени от момента наложения пленки до момента термообработки составляет не более 1 мин.В основу расчета технологического режима изолирования стержня взяты изолирование отдельных проводов полии- мидно-фторопластовыми лентами и данные, полученные на образцах. При длине стержня, примерном при температуре С для двух слоев пленки толщиной 200 мкм, наложенных вполнахлеста, необходимое время нахождения В печи для запечки составит 2,5 минут (150 сек. Для получения корпусной и изоляции толщиной в 3 мм на сторону необходимо 14 слоев полиимид- ной пленки толщиной 200 мкм, с двухсторонним покрытие фторопластом толщиной 10 мкм и 1 слой полиимида с односторонним покрытием фторопластом в мкм. Время для запечки такой изоляции составит, примерно, минут. При этом не требуется никакого водяного охлаждения, так как наружный слой изоляции непокрыт фторопластом и материал термореакти- вена значит нет слипания изоляции к деталям станка. При изготовлении данной изоляции необходимо строго соблюдать пропорции, так как при изготовлении выделяются ядовитые вещества.