Анализ оптических свойств пропиточных материалов

В настоящее время отечественные и зарубежные фирмы предлагают для электромашиностроения большой спектр электроизоляционных пропиточных материалов на рабочие температуры 220°С и выше. Однако в проспектных данных отсутствуют оптические свойства этих материалов и некоторые технологические характеристики, без которых сложно организовать технологию капсулирования изоляции лобовых частей обмоток тяговых электрических машин. Из отечественных фирм и фирм СНГ по производству пропиточных материалов наиболее активно проявили себя такие предприятия как ООО «НПФ Диэлектрик», производственная компания (НПК) «Пента селикон» (Москва), Запорожское государственное предприятие «Кремнийполимер», компания «Элинар» (Московская область), ЗАО «Диэлектрик» (г. Хотьково, Московская область), ООО «Изотекс» (Москва) и другие.
Исследование рынка электроизоляционных пропиточных материалов содержит подробную информацию по предложениям в РФ электроизоляционных материалов (лаков, смол, компаундов), с подробной адресно-контактной информацией о крупнейших специализированных производителях электроизоляционных материалов, их характеристиках и особенностях, что поможет сориентировать и выбрать подходящего по определенным критериям (цена, качества, расположение) производителя. Однако эти исследования носят коммерческий характер и по данной работе трудно судить о технических и технологических характеристиках электроизоляционных пропиточных материалах. Для наших исследований из этой работы наибольший интерес представляет список приложений, из которого можно найти некоторые физико-механические характеристики пропиточных материалов. Исследованию подлежат электроизоляционные пропиточные материалы, используемые при изготовлении тяговых электрических машин на заводах ЗАО «Трансмашхолдинг» и при ремонте тяговых электрических машин на заводах ОАО «Желдорреммаш». По информации технологических отделов этих акционерных предприятий при изготовлении и ремонте тяговых электрических двигателей используется лак ФЛ-98 и компаунды ВЗТ-1 и ПК 11.
Функциональные свойства систем изоляции обмоток электрических машин, в т.ч. тягового исполнения, окончательно формируются после пропитки электроизоляционными составами (в основном компаундами) и последующей термообработки. При этом качество и надежность систем изоляции находятся в прямой зависимости от эффективности пропитки, оцениваемой по степени заполнения пропиточным составом многослойной, капиллярно-пористой структуры, образованной ленточными изоляционными материалами, и соответствующих пустот в конструкции узлов электрических машин, а также по уровню потерь (вытекание) компаунда при термообработке [].
В свою очередь, на эффективность пропитки оказывает влияние целый ряд факторов:
– конструкция системы изоляции (тип и пористость лент, способ наложения, толщина изоляции);
– метод пропитки;
– технологические характеристики пропиточного состава.
Последние, при прочих равных условиях, могут играть очень существенную роль, определяя не только качество пропитки, но и параметры технологического процесса ее реализации. В связи с этим, очевидна целесообразность оценки технологических характеристик пропиточных составов еще на этапе разработки и предварительного опробования систем изоляции.
Сложившаяся методика этих испытаний, используемая как разработчиками составов, так и их потребителями, предполагает определение технологического «срока жизни» (жизнеспособности) и времени гелеобразования компаундов в состоянии поставки.
Под «сроком жизни» компаунда понимают время, в течение которого состав с введенным отвердителем может быть применен для пропитки изоляции электротехнических изделий.
Состояние компаунда характеризуют условной вязкостью, для которой вводится предельно допустимое значение (ηmax), по достижении которого дальнейшее использование состава по назначению нецелесообразно. Для отечественных составов общепринято считать ηmах=60 с. Иностранные производители обычно устанавливают рассматриваемый показатель равным двойному значению условной вязкости в состоянии поставки.
В рамках вышеупомянутой методики, жизнеспособность компаундов определяется в процессе:
– длительного воздействия температуры, равной рекомендованной разработчиком температуре пропитки (чаще всего 50±2 °С);
– хранения при температуре окружающей среды, но не выше 35 °С.
В обоих случаях периодические контрольные замеры условной вязкости компаундов производятся при температуре пропитки.
Первый из указанных испытательных режимов позволяет получить представление о кинетике нарастания вязкости компаундов в температурных условиях более жестких, чем производственные. Эти испытания, учитывая определенность и воспроизводимость тепловых нагрузок, обеспечивают достоверное и относительно малозатратное сравнение различных пропиточных составов.
Кроме того, как показывает опыт, применение в производстве компаундов, жизнеспособность которых по результатам рассматриваемых испытаний менее 14 суток, может быть связано с технологическими или иными трудностями при форс-мажорных обстоятельствах, приводящих к нарушению ритма пропиток. Такая ситуация, возникшая в ООО «ПК НЭВЗ» в середине 90-х годов прошлого века, потребовала от специалистов ОАО «ВЭлНИИ» проведения комплекса поисковых и исследовательских работ по замене эпоксидного компаунда ЭМТ-1 (ПК-11) составом, аналогичным по химической природе и функциональным свойствам, но обладающим большей жизнеспособностью. В результате этого для пропитки изоляции тяговых двигателей был предложен эпоксидный компаунд ВЗТ-1. Изменение условной вязкости компаунда ВЗТ-1 от времени воздействия температуры 50±2 °С (рис. 4.1) наглядно показывает его преимущество, относительно компаунда ЭМТ-1, в части жизнеспособности.
1 – ЭМТ-1; 2 – ВЗТ-1; 3 – ПК-11(э); 4 – Элпласт-155ИД; 5 – Элпласт-18ОИД; 6 – DOLPHONCC11144LV; 7 – 3551
Рисунок 4.1 – Изменения условной вязкости компаундов от длительности воздействия температуры 50±2°С
Современные пропиточные составы отечественных производителей либо удовлетворяют указанному выше критерию оценки жизнеспособности (ПК-11(э), Элпласт-180ИД), либо его превосходят (Элпласт-155ИД)

. Импортный компаунд DOLPHONCC1144/LV обладает низкой жизнеспособностью при температуре 50±2 °С (гораздо меньше 14 суток) и его использование в серийном производстве нецелесообразно. Кремнийорганическая смола 3551, напротив, имеет стабильную вязкость в течение длительного времени, гарантирующую качественную пропитку изоляции изделий. Высокие технологические свойства смолы 3551 подтверждены опытом ее применения при изготовлении партии асинхронных тяговых двигателей (АТД) НТА-1200 с изоляцией класса нагревостойкости 200 °С.
Следует отметить существенную разницу в рабочих диапазонах условной вязкости отечественных (2CR60 с) и импортных (50-400 с) компаундов, определяющую, в том числе, параметры технологических процессов пропитки. Например, вакуум-нагнетательную пропитку изоляции обмотки статора АТД НТА-1200 в смоле 3551 потребовалось выполнять при длительностях вакуумирования и воздействия избыточного давления в 4 раза превышающих параметры режимов пропитки, обычно используемые для отечественных компаундов.
1 – ЭМТ-1; 2 – ВЗТ-1; 3 – ПК-11(э); 4 – DOLPHONCC11144LV; 5 – 3551
Рисунок 4.2 – Изменения условной вязкости компаундов от времени хранения при температуре окружающей среды 25±5°С
Испытания компаундов по определению срока хранения при температуре окружающей среды позволяют потребителю обоснованно определять объемы закупок и время, в течение которого тот или иной состав может быть использован без снижения качества пропитки и отрицательных последствий для технологического оборудования. На рис. 4.2 приведены результаты таких испытаний. Отечественные компаунды имеют практически равные сроки хранения, но уступают по этому показателю составам зарубежного производства.
В последнее время, в практику испытаний по оценке жизнеспособности пропиточных составов ряд исследователей, в т.ч. специалисты ОАО «ВЭлНИИ», научно-исследовательского центра ЗАО «Электроизолит», дополнительно вводят режим, предусматривающий длительное воздействие температуры пропитки с условием периодического обновления компаунда в определенной пропорции. Эта методика позволяет определить влияние не только температурного фактора, но и, имеющего место в производственных условиях, систематического пополнения рабочего объема пропиточного состава, компаундом в состоянии поставки.
В качестве примера на рис. 4.3 представлены изменения условной вязкости компаунда Элпласт-180ИД от времени воздействия температуры пропитки при 20 % обновлении каждые 5 суток и без него (жизнеспособность периодически обновляемого компаунда выше примерно в 2 раза).
1 – без обновления; 2 – с 20 % обнослением через каждые 5 суток
Рисунок 4.3 – Изменения условной вязкости компаунда ЭЛПЛАСТ-180ИД от времени воздействия температуры 50±2°С:
Процессы гелеобразования компаундов связаны с формированием пространственной структурной сетки и ведут к существенному увеличению их вязкости. С технологической точки зрения, время перехода пропиточного состава из жидкого состояния в гель, в определенной степени, характеризует его способность удерживаться в занятых объемах и, чем оно меньше, тем результативнее пропитка изоляции электротехнического изделия. Оценку длительности процесса гелеобразования производят при температурах, рекомендованных производителем, используя метод полимеризационной плитки (компаунды с коротким временем гелеобразования), или метод положения мениска в пробирке (компаунды с большим временем гелеобразования). В табл. 2.2.1 приведены значения времени гелеобразования отечественных и импортных пропиточных составов. Эпоксидные компаунды (ЭМТ-1; ПК-П(э); ВЗТ-1) характеризуются большими значениями рассматриваемой характеристики (порядка часов). В связи с этим, например, для минимизации потерь стекания компаунда ВЗТ-1, при термообработке изоляции якорей, на их внешние поверхности накладываются технологические цилиндры.
Компаунды нового поколения Элпласт-155ИД, Элпласт- 180ИД и аналогичный им по химической природе DOLPHON СС1144/LV имеют малое время гелеобразования, как и кремнийорганическая смола 3551.
Таблица 4.1 - Время гелеобразования компаундов
Марка компаунда и производитель Класс нагревостойкости Температура проведения испытаний, °C Метод
испытаний Среднее
время гелеобразования
(по результатам
5-ти опытов), ч
Полимеризационная плитка Положение мениска в пробирке
ЭМТ-1, РФ F(155°C) 150±2 - + 5,30
ВЗТ-1,
ООО «Изотэкс», РФ F(155°C) 150±2 - + 3,75
ГТК-11(э), ОАО «ХК Элинар», РФ F(155°C) 160±2 - + 7,50
Элпласт-155 ИД, ЗАО «Электро- изолит», РФ F(155°C) 150±2 + - 0,25
Элпласт-180ИД, ЗАО «Электро- изолит», РФ H(180°C) 160±2 + - 0,25
DOLPHON CC1144/LV, «AlbesianoSisa», Италия H(180°C) 150±2 + - 0,15
3551,
«Von Roll Isola», Швейцария 200°C
190±2 + - 0,25
Как показывает практика испытаний, технологические свойства некоторых компаундов в значительной степени изменяются при наличии контакта с электроизоляционными материалами. Так, время гелеобразования компаунда ПК-П(э) с введенной в него стеклослюдинитовой лентой Элмикатерм 529029 в количестве 5 % от массы испытываемого состава, сокращается на 2-2,5 часа, по сравнению с данными, приведенными в таблице4.1.
В связи с этим, методику оценки технологических свойств пропиточных составов целесообразно дополнить испытаниями, воспроизводящими не только тепловой фактор и обновление компаунда, но и периодические контакты с элементами конструкций пропитываемых электротехнических изделий.
В целом, представленная методика позволяет получить достоверные характеристики компаундов, достаточные для их сравнительного анализа, оценки стабильности свойств при хранении и возможности применения в конкретных производственных условиях, а также определить направления корректировки действующих технологических процессов при внедрении новых пропиточных составов.
Инфракрасная техника применяется в промышленности в основном для нагрева и сушки