Сравнительные испытания пропиточных компаундов повышенной нагревостойкости

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПРОПИТОЧНЫХ КОМПАУНДОВ
ПОВЫШЕННОЙ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
Крупенин Н.В., Маслов В.А., Панин А.Л. (ГУП ВЭИ, Москва, РФ), Гроздов А.Г.
(РХТУ, Москва, РФ), Хазанов И.И. (ООО НПК Пента, Москва, РФ)

Повышение нагревостойкости электроизоляционных материалов позволяет решить многие задачи электротехники. Во-первых, можно повысить рабочую температуру электродвигателей. Это важно для машин работающих в тяжелых условиях эксплуатации, например, тяговые двигатели, двигатели металлургических производств, шахт. Во-вторых, можно утончить изоляцию и, соответственно или снизить габариты двигателя, или повысить мощность. В-третьих, за счет более нагревостойкой изоляции можно увеличить ресурс работы двигателя и его на-дежность.

В последнее время рядом фирм предлагаются электроизоляционные пропиточные компаунды на рабочие температуры вплоть до 220°С. Однако в проспектных данных зачастую отсутствуют характеристики материалов, определенных при рабочей температуре. Потребители испытывают затруднения при выборе компаундов, так как показатели приведены по результатам испытаний по методикам принятым за рубежом, а они часто не совпадают с методиками, принятыми в России.

Целью настоящей работы было проведение сравнительных испытаний различных компаундов по методикам принятым в России. Для испытаний были взяты компаунды Dolphon PDR-1962 и Dolphon CC-1118LV (Италия), Пента-541 (ООО НПК Пента), Диэл-ЭПИК-1 (ООО НПФ Диэлектрик). Все эти компаунды по проспектным данным рекомендовались для применения в системах изоляции класса нагревостойкости не менее 180°С.

Для начала мы сравнили технологические параметры – вязкость компаундов по ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм в зависимости от температуры, время гелеобразования при различных температурах отверждения. В качестве электрических показателей смотрели удельное объемное электрическое сопротивление и тангенс угла диэлектрических потерь в зависимости от температуры, а также электрическую прочность при комнатной температуре. Компаунды отверждали по рекомендованным производителями режимам.

Нас интересовала возможность применения компаундов для вакуум-нагнетательной пропитки по системе Монолит. Критичным значением вязкости по этой технологии считается вязкость 60 секунд при температуре пропитки. После достижения этого уровня вязкости компаунд подлежит утилизации. На рис.1 представлены зависимости вязкости компаундов от температуры. Как следует из этих графиков, компаунд Dolphon CC-1118LV имеет очень высокую начальную вязкость, которая снижается до приемлемых значений только при 70°С. Компаунд Пента-541 имеет вязкость несколько ниже и достигает критичных значений при 55-60°С. Компаунд Dolphon PDR-1962 имеет приемлемую вязкость уже при комнатной температуре. Наиболее низкую вязкость имеет компаунд Диэл-ЭПИК-1. Она существенно ниже критической даже при комнатной температуре.

Следующим оценочным параметром было время гелебразования. На рис.2 приведены зависимости времени гелеобразования от температуры. Наиболее «инертным» компаундом оказался Диэл-ЭПИК-1. При 150°С время гелеобразование составило около 20 минут, а при 140°С уже около 30 минут. Промежуточное положение занимает компаунд Dolphon CC-1118LV, а Пента-541 и Dolphon PDR-1962 при 140°С желируют менее чем за 5 минут. С одной стороны медленное гелеобразование может при вести к вытеканию компаунда из изоляции на ранней стадии сушки, но с другой стороны при быстром гелеобразовании возможно неравномерное отверждение компаунда с образованием местных напряженных структур. Положительные и отрицательные стороны этих свойств компаундов могут быть определены на макетных образцах изоляции по данным удельного объемного сопротивления тангенсу угла диэлектрических потерь в зависимости от температуры и от испытательного напряжения.

Далее были изготовлены диски толщиной 1 мм для электрических испытаний. Отверждение проводили по рекомендованным производителями режимам. Следует отметить, что при изготовлении образцов мы столкнулись с рядом трудностей. Компаунд Диэл-ЭПИК-1 перед заливкой в диски обязательно нужно было вакуумировать. Иначе на дисках появлялись дефекты в виде пузырей. Dolphon PDR-1962 при отверждении часто растрескивался и коробился. Пента-541 при рекомендованном режиме отверждения отверждался явно неравномерно, с образованием сгустков. Образцы трескались. Для получения пригодных для испытаний образцов пришлось отверждение вести в два этапа, снизив на первом этапе температуру на 20°С от рекомендованной. Без особых проблем и качественно получались образцы на компаунде Dolphon CC-1118LV. На этом компаунде получалась и наименьшая усадка – около 0,5%.

На рис.3 при ведены зависимости удельного объемного электрического сопротивления от температуры. Как следует из графиков в варьируемом диапазоне температур при наиболее низком значении ρv при комнатной температуре компаунд Диэл-ЭПИК-1 имеет мимнимальное снижение при достижении высоких температур – с 1·1013 Ом·м до 1·1010 при 250°С. Компаунды Пента-541 и Dolphon CC-1118LV имеют приблизительно одинаковую зависимость ρv от температуры – снижение до приблизительно 1·108 Ом·м при 200°С. Неважные характеристики имел компаунд Dolphon PDR-1962. При достижении 120°С ρv снижалось до 1·107 Ом·м, а это весьма невысокие значения.

Аналогичная картина наблюдалась и при определении tgδ (Рис.4). Диэл-ЭПИК-1 был стабилен практически до 230°С и только при 250°С tgδ поднимался до 0,02. Компаунды Пента-541 и Dolphon CC-1118LV были относительно стабильны до 100-120°С, а при 160°С tgδ возрастал до 0,1. Dolphon PDR-1962 практически сразу с подъемом температуры стал менять tgδ и уже при 80°С ушел в неизмеряемую область.

Для серии исследуемых компаундов была определена электрическая прочность при комнатной температуре. Результаты приведены в таблице.

Таблица. Электрическая прочность компаундов.

Компаунд Электрическая прочность, кВ/мм
  средняя максимальная минимальная
1. Dolphon CC-1118LV 35,3 37,4 34,6
2. Dolphon PDR-1962 31,2 41,4 24,7
3. Пента-541 27,3 30,5 24,0
4. Диэл-ЭПИК-1 26,0 29,3 24,5

Как следует из таблицы, наилучшие результаты по уровню и сходимости показал компаунд Dolphon CC-1118LV. Далее идут компаунды Dolphon PDR-1962 и Пента-541. Однако разброс между параллельными испытаниями очень велик, что говорит о напряженной или неоднородной структуре образцов. Наименьшие результаты по электрической прочности отмечены у компаунда Диэл-ЭПИК-1. Следует правда отметить, что по ранее проведенным испытаниям для этого компаунда до температуры 200°С не было отмечено снижения электрической прочности.

Для окончательной оценки возможности применения исследуемых компаундов необходимо проведение макетных испытаний. По предварительным данным, полученным при испытаниях на чистых компаундах можно предположить, что компаунд Dolphon PDR-1962 применим для систем изоляции до 100°С, компаунды Dolphon CC-1118LV и Пента-541 до 155°С, а компаунд Диэл-ЭПИК-1 до 200°С.

В дальнейшем следует осторожней подходить к данным, представленным в проспектах на материалы.