Доклад на конференции ТРАВЭК 2003г.
Крупенин Н.В., Маслов В.А., Рахманов А.А., Хофбауэр Э.И.
ГУП ВЭИ, Россия
Тяговые и крановые электродвигатели, электрические машины металлургических производств, в том числе прокатных станов, а также нефтедобычи, перекачки нефти и газа по трубопроводам, врубовых угольных комбайнов и другие электромашины с тяжелыми условиями эксплуатации испытывают воздействие высоких температур, значительных механических нагрузок, воды в жидком и парообразном состоянии, угольной пыли. Это предъявляет высокие требования к компонентам систем изоляции таких электрических машин. Компоненты систем изоляции должны обладать высокими электрическими характеристиками, как в исходном состоянии, так и при повышенных температурах, а также при воздействии воды в жидком виде и в виде паров.
Пропиточные лаки, используемые при изготовлении и ремонте таких электрических машин должны обладать, кроме того, достаточно высокой цементирующей способностью, чтобы обеспечить прочность обмоток при высоких механических нагрузках, как при условиях окружающей среды так и при повышенных температурах (до 180°С), а также в условиях длительного воздействия упомянутых факторов в процессе эксплуатации. Недостаточно высокие параметры, а также снижение свойств компонентов изоляции в эксплуатации приводит к низкой надежности электродвигателей, малому ресурсу их эксплуатации. По указанным причинам для пропитки обмоток электрических машин с тяжелыми условиями эксплуатации при их изготовлении и ремонте регламентировано использование кремнийорганического пропиточного лака КО-916К, обладающего в отвержденном состоянии высокой нагревостойкостью (класс Н), очень хорошей влаго- и водостойкостью, высокими электрическими характеристиками (электрическая прочность, удельное объемное сопротивление) как в исходном состоянии, так и при воздействии высоких температур и при увлажнении. Лак КО-916К, отвержденный по регламентированному режиму обладает достаточной цементирующей способностью. Однако, для полного отверждения лак КО-916К требует воздействия высоких температур (до 200-220°С) в течение длительных периодов (10-15 час). Процесс пропитки обмоток двигателей этим лаком весьма энергоемок. В некоторых случаях, например при пайке коллекторов мягкими припоями при ремонте электродвигателей пропитка лаком КО-916К вообще неприменима.
В настоящее время НТЦ МиД ВЭИ им.В.И.Ленина разработан модифицированный кремнийорганический пропиточный лак КО-916Н, обладающий всеми преимуществами лака КО-916К, но требующий для сушки и отверждения температур 150-160°С при продолжительности процесса 8-10 часов, что позволяет существенно снизить трудоемкость и энергоемкость при изготовлении электрических машин с тяжелыми условиями эксплуатации.
Это преимущество лака КО-916Н в сравнении с КО-916К достигается использованием специального латентного катализатора отверждения, гарантирующего также стабильность нового лака в хранении.
Свойства лака КО-916Н в сравнении с КО-916К приведены в табл. 1.
Таблица 1.
| Наименования показателя | Норма по ТУ6-02-1-012 -89 для лака КО-916К | Свойства образца лака КО-916Н |
|---|---|---|
| Внешний вид компаунда | Однородная жидкость от желтого до свело-коричневого цвета. Допускается опалесценция | Однородная жидкость красно-коричневого цвета. |
| Наличие механических примесей | Отсутствие | Отсутствие |
| Массовая доля нелетучих веществ, % | 66±2 | 62,5±2 |
| Вязкость по вискозиметру ВЗ-246 с диаметром сопла 4 мм при (20±0,5)°С, с | 45-65 | 30-65 |
| Продолжительность высыхания покрытия до степени 3, мин, при температуре | ||
| - 150±2°С | - | 15 |
| - 200±2°С | Не более 15 | менее 5 |
| Термоэластичность лаковой пленки при 200±5°С, час | Не менее 50 | 70 |
| Цементирующая способность, Н | Не менее 300 | 260 |
| Электрическая прочность, МВ/м, | ||
| R; M (15-35°C) 45-75% | Не менее 75 | 102,4 |
| R; М (200±2°С) 20% | Не менее 50 | 76,5 |
| R; 24 ч (23°С) 95±2% M (15-35°C) 45-75% | Не менее 50 | 85,2 |
| Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом·м, | ||
| R; M (15-35°C) 45-75% | Не менее 1·1013 | 2,1·1014 |
| R; М (200±2°С) 20 | Не менее 1·1010 | 6,7·1011 |
| R; 24 ч (23°С) 95±2% M (15-35°C) 45-75% | Не менее 1,5·1012 | 3,8·1012 |
Приведенные результаты испытаний подтверждают, что по уровню регламентированных свойств лак КО-916Н не уступает лаку КО-916К, а по скорости просыхания превосходит его. Более низкая концентрация КО-916Н связана с разбавлением исходного КО-916К раствором катализатора. Для более детального исследования лака КО-916Н проведены его широкие сравнительные испытания с лаком КО-916К.
Изучены зависимости удельного объемного сопротивления лаков от температуры (Рис.1) и продолжительности увлажнения (Рис.2), которые показали их близость по этим параметрам. Следует, однако, отметить некоторый рост удельного объемного сопротивления у КО-916Н выше 150°С, что, возможно, связано с дальнейшим отверждением лаковой основы. Это, однако, не отражается на термоэластичности лака, как видно из данных табл. 1.
Изучена зависимость потерь массы основ лаков от продолжительности термообработки при 250±5°С (Рис.3).
Определение зависимостей цементирующей способности лаков от продолжительности старения при 220±5°С (Рис.4.1. и 4.2) и электрической прочности от температуры (Рис.5) показало их идентичность.
На основании проведенных исследований проведен расчет величины температурного индекса лака КО-916Н, который оказался равным 183°С с доверительным интервалом ±4°С.
Разработанный лак с положительным результатом прошел технологичекое опробование на Воротынском электроремонтном заводе и Электрозаводе им. Куйбышева (г.Москва) и в настоящее время применяется в промышленном производстве ВЗРЗа.
Рис. 1. Зависимость удельного объёмного электрического сопротивления лаковых покрытий от температуры.
Рис.2 Зависимость удельного объёмного электрического сопротивления лаковых покрытий от продолжительности пребывания в среде с относительной влажностью 95±3% при температуре 20±2°С.
Рис.3. Потери массы лаковых основ в зависимости от продолжительности термического старения при температуре 250±5°С (среда - воздух).
Рис. 4.1. Зависимость цементирующей способности лаков (метод пучка) от продолжительности старения при температуре 220±5°С.
Испытания при температуре 15-35°С;
Рис. 4.2. Зависимость цементирующей способности лаков (метод пучка) от продолжительности старения при температуре 220±5°С.
1 и 2 - испытания при температуре 180°С;
Рис. 5. Зависимость электрической прочности лаковых покрытий от температуры.