80 ˚С). Для изоляции лаков электрических машин и аппаратов, работающих при температурах 105-180 ˚С и выше, предпочтительнее применение горячей сушки.
По химическому составу лаковой основы электроизоляционные лаки делятся на три основные группы: маслосодержащие лаки, лаки на основе модифицированных и немодифицированных синтетических полимеров, лаки на основе природных смол и эфиров целлюлозы. Последние используются относительно редко, ведь предпочтительнее использовать лаки из синтетических полимеров, более дешевых в производстве и ничем не уступающих в свойствах природным.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЛАКОВ
Основными техническими характеристиками электроизоляционных пропиточных лаков являются: массовая доля нелетучих веществ (%), колеблющаяся, как правило, от 40 до 60 % для разных лаков; коэффициент вязкости, измеряемый вискозиметром ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при температуре 20±0,5˚С, для разных лаков составляет от 25 до 100 и выше. Важнейшими параметрами является электрическая прочность (МВ/м) - минимальная напряжённость однородного электрического поля, при которой наступает пробой диэлектрика, при температуре 15-35 ˚С составляет около 80 МВ/м и уменьшается с ростом температуры; а также удельное объемное электрическое сопротивление (Ом·м) - величина, показывающая способность диэлектрика проводить электрический ток, при температуре 15-35 ˚С составляет, как правило, 1·1012 Ом·м и с ростом температуры уменьшается. Электроизоляционных лаки характеризуются также теплостойкостью, цементирующей способностью, временем просыхания в толстом слое, термоэластичностью пленки при разных температурах, твердостью пленки, кислотным числом (мг КОН на 1 г), маслостойкостью, горючестью пленки и рядом других параметров.
ПРОПИТОЧНЫЕ ЛАКИ
Пропитка диэлектриков осуществляется с помощью пропиточных лаков, которые служат пропиточным составом для заполнения пор, капилляров и воздушных включений в электроизоляционных материалах (главным образом волокнистых), применяющихся для изоляции обмоток электрических машин, катушек аппаратов, трансформаторов и других электротехнических конструкций. Пропиточные лаки применяются также в производстве лакотканей, гибких трубок и слоистых пластиков.
Пропитка обмоток осуществляется с целью их цементизации, повышения влагостойкости и нагревостойкости изоляции, улучшения ее теплопроводности, увеличения механической и электрической прочности, а также замедления окисления ее кислородом воздуха.
Пропиточные электроизоляционные лаки должны обладать хорошей пропитывающей способностью при максимальном содержании лаковой основы, не действовать разрушающе на изоляцию и, в первую очередь, на эмалевую изоляцию обмоточных проводов, а также на резиновую и пластмассовую изоляцию выводных проводов, хорошо цементировать витки обмоток (в особенности вращающихся), оптимально скоро высыхать, иметь высокие диэлектрические свойства, быть теплостойкими, эластичными. В отдельных случаях от пропиточного лака требуются также повышенная влаго-, маслостойкость, а также химическая стойкость.
МАСЛОСОДЕРЖАЩИЕ ПРОПИТОЧНЫЕ ЛАКИ
Маслосодержащие лаки, как правило, являются пропиточными лаками.
К маслосодержащим электроизоляционным лакам относят битумно-масляные, масляно-алкидные, масляно-фенольные и некоторые другие виды лаков.
Масляные лаки образуют после высыхания гибкие эластичные пленки желтого цвета, стойкие к влаге и к нагретому минеральному маслу. Однако в масляных лаках используют дефицитные льняное и тунговое масла, поэтому они часто заменяются лаками на синтетических смолах, более стойкими к тепловому старению.
Битумно-масляные лаки образуют гибкие пленки черного цвета, стойкие к влаге, но легко растворяющиеся в минеральных маслах (трансформаторном и смазочном). Эти лаки имеют весьма существенный недостаток термопластичности - они не просыхают в толстых слоях, что приводит к плохой цементации обмоток. С применением в производстве электрических машин и аппаратов термореактивных лаков битумно-масляные лаки утратили свое значение и применяются в основном для ремонтных работ.
Масляно-алкидные лаки используются для пропитки обмотки электрических машин и аппаратов, где нужна высокая стойкость к кислотам, в маслонаполненных трансформаторах, для пропитки обмоток статоров и роторов асинхронных двигателей мощностью до 100 кВт и напряжением до 600 В. Также обладают термопластичностью, не стойки к влаге - эти недостатки устраняются добавлением синтетических смол.
Масляно-фенольные лаки используются для пропитки обмоток электрических аппаратов с винифлексовой, стекловолокнистой, хлопчатобумажной и шелковой изоляцией.
Пропиточные лаки из синтетических полимеров делятся на модифицированные и немодифицированные.
К первым относятся различные кремнийорганические лаки. Достаточно распространен и дифенилоксидный лак.
Кремнийорганические лаки, в зависимости от исходных мономеров, которые были использованы для синтеза кремнийорганических полимеров, имеют различные характеристики по термопластичности, продолжительности высыхания, твердости. Эти лаки отличаются высокой нагревостойкостью и высокими электрическими характеристиками, особенно при рабочих температурах. Они могут длительно работать при 180-200 ˚С, поэтому они применяются в сочетании со стекловолокнистой и слюдяной изоляцией. Кроме этого, пленки обладают высокой влагостойкостью и стойкостью к электрическим искрам. Пропиточные кремнийорганические лаки отличаются небольшими потерями массы при повышенных температурах, малой зависимостью электрических характеристик от температур старения и продолжительности увлажнения.
Дифенилоксидный лак обладает высокой цементирующей способностью при рабочих температурах, стойкостью к маслам, топливам, другим агрессивным средам и таким факторам, как плесневые грибы, солнечная радиация, а также к циклическим термоударам.
ПРОПИТОЧНЫЕ ЛАКИ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ СИНТЕТИЧЕСКИХ ПОЛИМЕРОВ
К модифицированным синтетическим лакам относятся феноло-алкидные, алкидно-меламиновые лаки, а также разновидности полиуретанового, полиэфирноэпоксидного, полиэфирноизоциануратного, полиэфиримидизоциануратного и других лаков.
Феноло-алкидные лаки обладают высокой цементирующей способностью при рабочих температурах хорошими электрическими показателями, маслостойкостью. Эти лаки особенно пригодны для изоляции обмоток, претерпевающих значительные центробежные и электродинамические усилия. Недостатком является длительное время (до 16 ч) сушки в обмотках электрических машин.
Алкидно-меламиновые лаки термореактивны и влаго- и маслостойки. Они обладают более скромными электрическими показателями и более высокой потерей массы, чем феноло-алкидные. В цементирующем свойстве они также уступает феноло-алкидным лакам, и тем не менее у алкидно-меламиновых лаков она гораздо выше, чем у битумно-масляных.
Полиэфиримидизоциануратный лак отличается сокращенным временем просыхания в обмотках электрических машин и пониженной температурой сушки (10-12 ч при 130-150˚С). Он обладает высокой цементирующей способностью, твердостью при рабочих температурах, стойкостью к влаге, маслам, топливам, хладонам и другим агрессивным средам и таким факторам, как плесневые грибы, радиация, циклический перепад температур -60÷180˚С, токовые перегрузки. Лак пригоден в том числе для пропитки крупных двигателей постоянного тока.
ПОКРЫВНЫЕ ЛАКИ
Покрывные лаки предназначены преимущественно для создания защитного электроизоляционного покрытия на пропитанных обмотках, а также для покрытия металлов, различных электроизоляционных деталей из гетинакса, текстолита и других материалов. Они образуют механически прочную, гладкую, блестящую, влагостойкую пленку на поверхности твердой изоляции (часто - на поверхности предварительно пропитанной пористой изоляции). Такая пленка повышает напряжение поверхностного разряда и поверхностное сопротивление изоляции, создает защиту лакируемого изделия от действия влаги, растворителей и химически активных веществ, а также улучшает внешний вид изделия и затрудняет прилипание к нему загрязнений.
Некоторые покрывные лаки (так называемые эмаль-лаки) наносят не на твердую изоляцию, а непосредственно на металл, образуя на его поверхности электроизоляционный слой (например, изоляция эмалированных проводов, изоляция листов электротехнической стали в расслоенных магнитопроводах электрических машин и аппаратов). В производстве проводов с эмалевой изоляцией наибольшее значение имеют синтетические клеящие лаки, на долю которых приходится около 90% всех эмалированных проводов. Остальная часть изготавливается при помощи масляных лаков.
Покрывные лаки должны иметь хорошие электрические характеристики, влагостойкость и нагревостойкость, оптимально быстро высыхать, проявлять хорошую адгезию к покрываемой поверхности и способность образовывать твердую и механически прочную пленку. Как и к пропиточным лакам, в зависимости от условий эксплуатации и назначения электротехнического оборудования к покрывным лакам могут быть предъявлены и дополнительные требования, как, например, повышенная влаго- и термостойкость, стойкость к воздействию нефтяных масел и химически активных сред.
КЛЕЯЩИЕ ЛАКИ
Клеящие лаки применяются в производстве слюдяных, фольгированных, пленочных и других композиционных материалов, а также для склеивания листов расслоенных магнитопроводов. С их помощью склеиваются между собой твердые электроизоляционные материалы.
Общими требованиями, предъявляемыми к таким лакам, являются: высокая клеящая способность, хорошие и электрические и механические показатели, технологичность (стабильность пределов вязкости и содержания нелетучих веществ, температурных режимов и интервалов переработки лака.
Клеящие лаки, ровно как и лаки покрывные, имеют ту же химическую природу, что и пропитывающие, т.е. существуют алкидно-фенольные, битумно-масляные и др. виды клеящих лаков.
Полиэфирноэпоксидный клеящий лак применяется для изготовления слюдопластовой ленты для электрической изоляции машин напряжением до 6,6 кВ и мощностью до 100 кВт.
Кремнийорганический клеящий лак, модифицированный эпоксидной смолой, служит для цементации полюсных катушек электрических машин.
ПРЕИМУЩЕСТВО ОБРАБОТКИ ОБЫЧНЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПРОПИТОЧНЫМИ ЛАКАМИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Электроизоляционные пропиточные лаки применяются, главным образом, для изоляции обмоток проводов электрических машин и аппаратов. Это нужно для предупреждения междувитковых замыканий. В асинхронных двигателях низкого напряжения междувитковое напряжение обычно составляет несколько вольт. Однако при включениях и выключениях возникают кратковременные импульсы напряжения, поэтому изоляция должна иметь большой запас электрической прочности. Появление ослабления в одной точке может вызвать электрический пробой и повреждение всей обмотки. Пробивное напряжение изоляции обмоточных проводов должно составлять несколько сот вольт.
Высоковольтная нелакированная изоляция обмоток электрических машин и турбогенераторов содержит в себе большое количество воздушных включений, в которых происходит ионизация воздуха (внутренняя ионизация), причем выделяется озон, особенно разрушающий органическую часть изоляции. Заполнение воздушных включений лаком устраняет возможность возникновения внутренней ионизации, тем самым и разрушение изоляции и преждевременный выход ее из строя.
Токоведущие части также должны быть изолированы от других металлических деталей электродвигателя. Прежде всего, необходима надежная изоляция проводов, уложенных в пазах статора и ротора. Для этой цели используют лакоткани и стеклоткани, представляющие собой ткани на основе хлопчатобумажных, шелковых, капроновых и стеклянных волокон, пропитанных лаком. Пропитка улучшает изоляционные свойства лакотканей и повышает механическую прочность.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ
Под повышением механической прочности понимают цементирование отдельных витков обмотки, слоев и прокладок в одно монолитное целое. Этим исключается возможность перемещения отдельных витков и устраняется возможность вибраций обмоток и отдельных слоев изоляции. Высокая цементация витков вращающихся частей обмоток особенно важна для тех машин, которые работают в тяжелых условиях эксплуатации (например, тяговые и др.).
Цементирующая способность у различных лаков и компаундов неодинакова и зависит от химического состава и природы исходного полимера.
ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ
Протекание тока по проводнику сопровождается выделением тепла, которое нагревает электрическую машину. Другие источники тепла - потери в стали статора и ротора, вызываемые действием переменного магнитного поля, а также механические потери на трение в подшипниках. В целом около 10 - 15% всей потребляемой из сети электрической энергии так или иначе преобразуется в тепло, создавая превышение температуры обмоток двигателя над окружающей средой. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя ток в обмотках возрастает. Известно, что количество тепла, выделяемого в проводниках, пропорционально квадрату тока, поэтому перегрузка двигателя приводит к росту температуры обмоток. Немаловажную роль в этом играет и наличие воздушных прослоек в изоляционных материалах, а также неплотностей и зазоров между отдельными проводниками и слоями изоляции, что ухудшает отвод образующегося тепла. Перегрев изменяет структуру изоляции и резко ухудшает ее свойства. Этот процесс называется старением. Изоляция становится хрупкой, ее электрическая прочность резко понижается. На поверхности возникают микротрещины, в которые проникает влага и грязь. В дальнейшем происходит пробой и выгорание части обмоток. При увеличении температуры обмоток срок службы изоляции резко снижается. Заполнение пор капилляров и воздушных зазоров пропитывающим составом, теплопроводность которого выше теплопроводности воздуха, создает условия для улучшения теплоотдачи обмоток, а улучшение теплоотдачи в свою очередь позволяет увеличить мощность электрических машин и аппаратов при тех же габаритах.
электроизоляционный лак полимер
СТОЙКОСТЬ К ХИМИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
Изоляция электрических машин, особенно органическая ее часть, подвержена разрушению из-за действия химически активных веществ, таких как крепкие кислоты, щелочи, хлор и т.п. Поэтому электротехнические конструкции, работающие в соответствующих средах (например, на химических заводах), подвержены действию указанных химически активных веществ и могут быстро выходить из строя. Пропитка волокнистых изоляционных материалов соответствующими химически стойкими лаками и компаундами значительно увеличивает срок службы изоляции обмоток и всей конструкции в целом.
ВЫВОДЫ
Таким образом, можно заключить, что пропитка (и последующее покрывание, при необходимости) волокнистых диэлектриков электроизоляционными лаками положительно сказывается на их электрических, механических, влаго-, тепло-, химостойких свойствах, а зачастую является необходимой мерой для нормального функционирования и безаварийной эксплуатации электрической аппаратуры и оборудования.