Правильный выбор пропиточного состава в сочетании с комплектующими изоляционными материалами, а также технологический режим пропитки и отверждения играют одну из ключевых ролей в надежной работе электрических машин.
Пропиточные составы можно разделить на две основные группы: лаки и компаунды (составы без растворителя). Пропиточные лаки представляют собой растворы олигомеров конденсационного типа (алкиды, полиэфиры, эпоксиэфиры, полиэфиримиды и др.) в органических растворителях, содержание которых в лаках, как правило, составляет 35-60%. Наличие большого количества растворителей в пропиточных лаках затрудняет полное заполнение пустот в обмотках, поэтому в процессе отверждения пропитанных изделий растворители должны быть полностью удалены, что на практике является трудной задачей. При подборе температуры и времени сушки пропитанных изделий время удаления растворителя должно быть меньше времени отверждения, иначе в толстых слоях отвержденных лаков в глубине изоляции обмоток будут образовываться пустоты. Однако, несмотря на совершенствования качества пропиточных лаков (снижение доли растворителя) и технологии пропитки (предварительный нагрев обмотки, пропитка в вакууме или повышенном давлении) полностью устранить негативное влияние растворителей в отверждаемых системах не представляется возможным.
Более прогрессивным как с технологической, так и с экологической точек зрения, являются пропиточные составы без растворителя – компаунды. Они представляют собой растворы олигомеров различной природы в реакционноспособных растворителях (стироле, винилтолуоле, олигоэфиракрилатах и др.). Компаунды характеризуются по сравнению с пропиточными лаками повышенной скоростью сушки (отверждения), отсутствием летучих растворителей, более высокими физико-механическими характеристиками в отвержденном состоянии. Существенным недостатком большинства компаундов является их ограниченный срок жизни с введенным отвердителем. Время и температура отверждения преимущественно зависят от типа и концентрации отвердителя, тогда как жизнеспособность различных компаундов при постоянной концентрации выбранного отвердителя преимущественно зависит от его природы. Во всем диапазоне рабочих вязкостей компаунды обладают отличной проникающей способностью и хорошо удерживаются в обмотках после пропитки и в процессе отверждения, что обусловлено их малым временем желатинизации.
Компаунд ПК-11.
На энергомашиностроительных предприятиях России вакуум-нагнетательная пропитка крупных электрических машин производится в компаунде ПК-11: основа-эпоксиднодиановая смола ЭД-22 или DER-330 и отвердитель - изометилтетрагидрофталевый ангидрид (и-МТГФА).
Смола ЭД-22 – жидкий олигомер конденсации эпихлоргидрина и дифенилпропана с реакционными краевыми эпоксидными группами:
Химическая формула и-МТГФА:
Исходная вязкость свежего компаунда ПК-11 20-23 с при 500С по ВЗ-4, в процессе многократного использования компаунда вязкость постепенно возрастает. Качество пропитки может быть обеспечено при определенной, достаточно низкой вязкости компаунда, температура, при которой вязкость достигает этого значения, непостоянна и возрастает по мере загустевания компаунда.
Главной составляющей роста вязкости является технологическое старение компаунда, т.е. рост числа линейных, а затем и пространственных сшивок по реакционным группам при нагревании. Но это не единственная причина роста вязкости. В процессе эксплуатации компаунд многократно подвергается нагреванию и глубокому вакуумированию, в результате чего происходит частичное испарение ингредиентов. Исходя из физико-химических свойств и молекулярного строения предполагается, что испарение ингредиентов происходит с разной скоростью. Исследованием поведения ингредиентов в процессе вакуумирования и нагревания установлено, что испарение ангидрида происходит интенсивнее, чем испарение летучих фракций смолы (табл. 1).
Таким образом, происходит систематическое обеднение компаунда ангидридом в процессе эксплуатации и нарушается заданное соотношение компонентов, что может явиться причиной недополимеризации компаунда и снижения физико-механических и диэлектрических характеристик изоляции. Кроме того, поскольку вязкость смолы значительно выше вязкости ангидрида, нестабильность компаунда в результате испарения ангидрида вызывает увеличение вязкости компаунда. Таким образом, нестабильность по соотношению ингредиентов является второй составляющей повышения вязкости компаунда ПК-11.
Таблица 1.
Потери в массе ингредиентов компаунда ПК-11 при 800С под вакуумом
Масса, г |
Время выдержки пробы, ч |
||||||
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
|
Пробы ИМТГФА, г |
5 |
4,3 |
3,7 |
3,2 |
2,7 |
2,4 |
2,1 |
Пробы ЭД-22, г |
5 |
4,7 |
4,6 |
4,4 |
4,2 |
4,2 |
4,1 |