Электроизоляционные материалы

Электроизоляционные материалы служат для изоляции токоведущих частей устройств, находящихся под разными потенциалами, друг от друга и заземленных частей.
Качество электроизоляционных материалов при прочих равных условиях определяет срок службы трансформатора и характеризуется: пробивным напряжением, электрической прочностью, диэлектрическими потерями, диэлектрической проницаемостью, высоким электрическим сопротивлением и другими свойствами.
Пробивным Uпр называют напряжение, при котором происходит пробой изоляции, если к изоляционному материалу приложить напряжение и постепенно его повышать. Свойство изоляционного материала выдерживать напряжение количественна выражают напряженностью электрического поля UПр, при которой диаэлектрик пробивается, т. е. значением пробивного напряжения, приходящегося на единицу толщины диэлектрика (кВ/мм).
Пробивную напряженность электрического поля, при которой происходит пробой диэлектрика, называют его электрической прочностью, являющейся одной из основных характеристик изоляционного материала. Материалы, применяемые в трансформаторах, имеют электрическую прочность при 20°С от 5 до 90 кВ/мм.
Изоляция, находящаяся в переменном электрическом поле, под воздействием переменного напряжения поглощает часть электрической энергии, в результате чего нагревается. Поглощаемую энергию называют диэлектрическими потерями.

Качество изоляции проверяют для всего трансформатора или его отдельных частей приложением повышенного напряжения, при этом в изоляции возникает электрический ток, называемый током утечки или током проводимости; он зависит от электрического сопротивления изоляции трансформатора. Сопротивление изоляции, обозначаемое Rm3, измеряемое мегомметром и выражаемое в мегаомах или килоомах (1 МОм = = 1 000000 Ом, 1 кОм=1000 Ом), зависит от диэлектрических свойств изоляционного материала, а также от внешних факторов— температуры, влаги, различных загрязнений.
Повышение температуры и особенно увлажненность резко понижают электрическое сопротивление изоляционного материала, а следовательно, увеличивают токи утечки и снижают качество изоляции. Большинство изоляционных материалов обладает значительной гигроскопичностью, т. е. способностью поглощать влагу из воздуха, поэтому после изготовления или ремонта трансформаторы сушат, в результате чего сопротивление их изоляции резко повышается.
Таким образом, изоляционные материалы должны иметь высокое электрическое сопротивление и обладать влагостойкостью. Сопротивление изоляции — важный показатель, определяющий качество изоляции всего трансформатора.
Изоляционные материалы должны обладать рядом других свойств, обеспечивающих их длительную и надежную работу в аппарате: нагревостойкостью, механической прочностью, эластичностью, гибкостью, масло- и влагостойкостью и химической стойкостью.
По нагревостойкости электроизоляционные материалы делят на семь классов: Y, A, F, В, Е, Н, С (ГОСТ 8865—70). Для каждого класса установлена предельно допустимая температура нагрева, при которой материал может длительно работать. Большинство изоляционных материалов, применяемых в масляных трансформаторах, относится к классу А (пропитанные или погруженные в жидкий диэлектрик волокнистые материалы из целлюлозы или шелка, а также другие материалы и их сочетания); их предельная длительно допустимая температура нагрева 105°С.
Для изоляции обмоточных проводов и отводов, а также межслоевой изоляции обмоток и других устройств применяют электроизоляционную кабельную бумагу, изготовляемую из химически обработанной древесной целлюлозы на специальных бумагоделательных машинах. Она отличается высокой электрической и механической прочностью, высокой стойкостью при работе в горячем трансформаторном масле, относится по нагревостойкости к классу А. Электроизоляционные бумаги разделяют по видам и толщине.
С января 1983 г. в трансформаторах начали применять вместо кабельной электроизоляционную трансформаторную бумагу (ГОСТ 16512—80) марок Т-080, Т-120, ТМ-120, ТМП-120, ТВ-120 и ТВУ-080 толщиной 80 и 120 мкм. Буквы в марках бумаги означают: Т — трансформаторная обычная, В — высоковольтная, М — многослойная, П — упрочненная,, У — уплотненная. Выбор марки этой бумаги зависит от класса напряжения трансформатора. Бумагу поставляют в рулонах шириной 500—1000 мм. Электрическая прочность сухой трансформаторной бумаги 6—9 кВ/мм, а пропитанной в сухом трансформаторном масле в. зависимости от толщины — 70—90 кВ/мм; диэлектрическая проницаемость сухой бумаги 2,2—2,7.
Для витковой изоляции обмоточных проводов и межслоевой изоляции обмоток трансформаторов мощностью до 100 кВ-А используют телефонную бумагу КТ-50, выпускаемую толщиной 50 мкм, в рулонах шириной 500, 700 и 750 мм.
Для изолирования отводов применяют крепированную электроизоляционную бумагу ЭКТМ с поперечным крепом (гофрировкой), толщиной 0,44 мм и поставляют в рулонах шириной 1000 мм. Она обладает высокой электрической прочностью (25 кВ/мм в трансформаторном масле при 90±. ±5°С), маслостойкостью и эластичностью.
Другим основным изоляционным материалом в высоковольтных трансформаторах служит электроизоляционный картон (электрокартон), который изготовляют, как и кабельную бумагу, из древесной целлюлозы. В зависимости от толщины электрическая прочность электрокартона в воздухе от 7 до 15 кВ/мм, в горячем (при 90°С) трансформаторном масле (после предварительной вакуумной сушки и пропитки в сухом трансформаторном масле) при (100±5)°С от 30 до 55 кВ/мм; его диэлектрическая проницаемость 4,3—4,5.
Электрокартон, предназначенный для работы в масле при рабочей температуре 105°С, отличается высокой механической прочностью, малой усадкой после сушки, стойкостью к воздействию напряжения в направлении, перпендикулярном поверхности, а также к воздействию поверхностных разрядов и выпускается пяти марок AM, А, Б, В, Г.

Стеклолакоткань марки ЛСММ-105/120 применяют для сухих трансформаторов напряжением более 1000 В, марки ЛСБ-120/ 130 — для таких же трансформаторов, но до 1000 В (для изолирования отводов и мест спая). Стеклолакоткань выпускают толщиной 0,12—0,24 мм в рулонах шириной 690—1140 мм. Буквы я цифры в марках лакотканей означают: Л — лакоткань, X — на хлопчатобумажной основе, М — пропитка на основе масляного лака, Б — на основе битумно-масляного лака, вторая буква М — маслостойкая; С — на основе стеклоткани; 105 — температура по нагревостойкости.

Изоляционные ленты применяют для механической защиты основной изоляции токоведущих частей.

Изоляционную тафтяную хлопчатобумажную ленту марок от Т-10-18 до Т-50-39 толщиной 0,25 мм и шириной 10—50 мм и киперную марок от К-Ю-2 до К-50-17 (с киперным переплетением нитей в «елочку») толщиной 0,45 мм и шириной 10—50 мм используют в масляных трансформаторах. В сухих трансформаторах применяют стеклоленту в основном тех же размеров, что и в масляных. В обозначении марок первая цифра указывает ширину ленты, вторая — номер заправки пряжи. Ленты поставляют в рулонах длиной 50 м.

Электротехнический гетинакс получают прессованием слоев специальной пропиточной бумаги и применяют для изготовления деталей переключающих устройств, крепления обмоток и отводов. Для этих целей выпускают листовой электротехнический гетинакс марок V-1 и V-2 толщиной 8—50 мм, отличающийся высокой механической и электрической прочностью. Электрическая прочность гетинакса в поперечном направлении составляет 16—80 кВ/мм, вдоль слоев — в несколько раз ниже.

Трансформаторное масло (продукт перегонки нефти) используют в трансформаторах в качестве изоляционного материала, а также хорошей теплоотводящей среды. Оно не должно содержать влаги, механических примесей, смолообразующих и других веществ, не обладающих изоляционными свойствами. Масло, из которого удалена влага, резко снижающая его электрическую прочность, называют сухим.

Кинематическая вязкость, сСт, не более:
при 20°С................. 30
при 50°С ,................. 8
Кислотное число, мг, КОЯ на 1 г масла (не более) ..................... 0,35
Температура вспышки, определяемая в закрытом тигле, °С (не ниже) « , ,.......... 135
Зольность, % (не более)............ 0,005
Водорастворимые кислоты, щелочи и механические примеси.................отсутствуют
Температура застывания, °С (не выше)...... —45
Натровая проба — оптическая плотность (не более) , , , ,................. 2
Тангенс угла диэлектрических потерь при 70°С, %, (не более).................. 2,5
Плотность при 20°С, г/с3 (не более)........ 0,900
Пробивное напряжение осушенного масла ... . 60 кВ и более

Совтол-10 — это синтетическая бесцветная жидкость, слегка желтоватого цвета, продукты ее разложения под воздействием температуры и электрической дуги в отличие от трансформаторного масла не горят и не выделяют взрывоопасные газы (водород, метан, ацетилен и др.).
Совтол-10 применяют в качестве негорючего жидкого диэлектрика, являющегося одновременно охлаждающей средой, в герметизированных трансформаторах напряжением не более 15 кВ.

Основные физико-технические свойства совтола-10:
Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С (не выше) . . 0,08
Пробивное напряжение при 65°С (не менее)......... 40 кВ
Кислотное число, мг КОЯ на 1 г масла (не более)..... 0,02
Кинематическая вязкость при 65°С (не более)...... 14
Вода, механические примеси............. отсутствуют

К недостаткам совтола относятся: токсичность (его пары при длительном воздействии на дыхательные органы человека могут привести к отравлению); высокая гигроскопичность по сравнению с трансформаторным маслом; резкое увеличение вязкости при снижении температуры.
Для пропитки обмоток, изолирования пластин магнитопроводов, окраски деталей и сборочных единиц применяют лаки и эмали.

Электроизоляционный лак изоляционный ГФ-95 представляющий собой раствор глифталевой смолы, растительного масла и канифоли, применяют для пропитки с последующей запечкой обмоток. Время его высыхания (запечки) — 15 ч при 105—110°С.

Электроизоляционный лак МЛ-92, получаемый добавлением к лаку ГФ-95 15% меламиноформальдегидной смолы, применяют для тех же целей, что и ГФ-95. Время его высыхания 10—12 ч при 9—100°С.

Бакелитовый лак, представляющий собой раствор бакелитовой смолы в этиловом спирте, имеет цвет от красноватого до красно-бурого, запекается при 120—130°С, выпускается марок ЛБС-1 и ЛБС-2 и используется в трансформаторах для склеивания электрокартонных полос, колец и других деталей. Склеенные этим лаком детали имеют высокую механическую и электрическую прочность. Для склеивания электрокартона применяют также клей марки МЦ, изготовленный на основе метилцеллюлозы.

Изоляционный лак № 302, изготовляемый из канифоли, тунгового масла, керосина и других составляющих, применяют для изолирования пластин магнитной системы. В качестве растворителя лака служит чистый фильтрованный керосин.
Л а к № 202 используют для тех же целей, что и лак № 302, но в отличие от последнего его приготовляют на льняном масле. Вместо дорогостоящих дефицитных лаков № 302 и 202 чаще применяют изоляционный лак КФ-965.
Масляно-битумный лак № 458 черного цвета, печной сушки применяют для пропитки обмоток сухих трансформаторов низкого напряжения. Растворителем лака служит бензин, толуол, бензол. Время его запечки не более 4 ч при 105°С.
Глифталево-масляная эмаль ГФ-92-ГС серого цвета, горячей сушки, маслостойкая, запекается в течение 3 ч при 105—110°С и применяется для покрытия пропитанных лаком ГФ-95 и МЛ-92 обмоток и окраски стальных деталей сухих трансформаторов. Для этих же целей используют эмаль серого цвета ХВ-124.

Маслостойкая эмаль ГФ-92-ХС серого цвета, холодной сушки, высыхает в течение 24 ч при 18—22°С и применяется в качестве покровной для сухих трансформаторов.

Маслостойкая эмаль ГФ-92-ХК красного цвета, не требующая запечки, используется для окраски неизолированных отводов и стальных конструкционных частей и деталей.

Нитроэмаль 624С серого цвета, воздушной сушки, высыхает за 10—12 мин при 20°С и применяется для окраски внутренней поверхности баков трансформаторов.

Нитроэмали 1201 и 1202 воздушной сушки, высыхают за 10—15 мин при 20°С и используются для покрытия неизолированных токоведущих шин и стальных конструкционных деталей.

Эмаль ПФ-133 черного и серого цвета применяют для окраски наружных поверхностей баков, радиаторов, термосифонных фильтров и других поверхностей трансформаторов, не соприкасающихся с маслом. Для окраски эмалями ПФ-133 части трансформаторов (баки, расширители, крышки, охладители) предварительно покрывают грунтом ФЛ-ОЗ-К.