Основное назначение электроизоляционных материалов — надежно изолировать токоведущие части трансформатора друг от друга и от заземленных частей. Применяемые электроизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами. Наиболее важными из них являются: электрическая прочность (определяется пробивным напряжением), гигроскопичность (способность впитывать влагу из окружающей среды), механическая прочность (определяется величиной груза, разрывающего образец) и нагревостойкость (способность длительно выдерживать заданную рабочую температуру).
Согласно ГОСТ 8865—70 все электроизоляционные материалы, применяемые в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, разделяются по нагревостойкости на семь классов. Указанные в таблице 1 температуры являются предельно допустимыми для электроизоляционных материалов при их длительном использовании в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах, работающих в нормальных эксплуатационных условиях.
Таблица 1 - Классификация электроизоляционных материалов по нагревостойкости
Класс нагрево-стойкости | Температура, | Краткая характеристика основных групп электроизоляционных |
Y | 90 | Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка и натурального шелка, не пропитанные и не погруженные в жидкий электроизоляционный материал |
А | 105 | Волокнистые материалы из целлюлозы, хлопка или натурального, искусственного и синтетического шелка, в рабочем состоянии, пропитанные или погруженные в жидкий электроизоляционный материал |
Е | 120 | Синтетические органические материалы (пленка, волокно, смолы, компаунды и др.) |
В | 130 | Материалы на основе слюды (в том числе на органических подложках), асбеста и стекловолокна, применяемыми с органическими связующими и пропитывающими составами |
F | 155 | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с синтетическими связующими и пропитывающими составами |
Н | 180 | Материалы на основе слюды, асбеста и стекловолокна, применяемые в сочетании с кремнийорганическими связующими и пропитывающими составами, кремнийорганические эластомеры |
С | Свыше 180 | Слюда, керамические материалы, стекло, кварц или их комбинации, применяемые без связующих или с неорганическими и элементоорганическими составами |
Большинство изоляционных материалов, применяемых в трансформаторах, относится к классу А, предельная длительно допустимая температура которого составляет 105° С.
В качестве основной твердой изоляции в трансформаторах применяют волокнистые материалы органического и неорганического происхождения. К ним относятся картоны, бумаги, хлопчатобумажные и шелковые ткани, лакоткани, ленты, древесина, гетинакс, текстолит и т. д. В качестве жидкой изоляции применяют трансформаторное масло и лаки.
Электроизоляционный картон для аппаратов с масляным заполнением
Картон вырабатывают из сульфатной целлюлозы. Листовой картон выпускают каландрированным, ролевой картон - машинной гладкости с ровными и чистыми обрезными кромками. Поверхность картона должна быть ровной, чистой, с выраженной маркировкой сетки или салфетки, без сдиров поверхностного слоя и включений инородных материалов. Картон не должен расслаиваться при штамповке и резке на ножницах гильотинного типа.
Электроизоляционный картон ЭВ
Электроизоляционный картон ЭВ вырабатывается из сульфатной целлюлозы цвета натурального волокна. Применяется для работы в воздушной среде. Поверхность картона должна быть гладкой, чистой, без коробления, без сдиров элементарного слоя и вмятин, а также без видимых невооруженным глазом отверстий и токопроводящих включений. Картон при штамповке и резке на ножницах гильотинного типа не должен расслаиваться.
Изоляционные бумаги
Электрические изоляционные бумаги изготовляют из сульфатной целлюлозы натурального цвета. Наибольшее применение получили кабельная, телефонная и крепированная бумаги, обладающие сравнительно высокими механическими качествами и воздухонепроницаемостью, но малой нагревостойкостью и низкой электрической прочностью. Пропитка бумаги маслом, лаком значительно повышает ее электрическую прочность и в меньшей степени — нагревостойкость.
Кабельная бумага применяется в качестве изоляции обмоточных проводов, между слоями обмоток, концов обмоток и отводов.
Телефонную бумагу применяют как дополнительную изоляцию между слоями обмоток, а также для изоляции обмоточных проводов.
Крепированная бумага обладает хорошей эластичностью и служит для изолирования концов обмоток и отводов.
Лакоткани
Лакоткань представляет собой гибкий электроизоляционный материал, изготовленный из ткани, пропитанной лаком или составом, образующим на ее поверхности запеченную эластичную пленку, равномерную по толщине, прочно сцепленную с тканью и обладающую высокими электроизоляционными качествами.
Вид и толщина ткани, а также вид пропитывающего лака пли состава определяет электроизоляционные и механические свойства лакоткани, ее нагревостойкость, маслостойкость и влагостойкость.
В качестве основы берут хлопчатобумажную или шелковую ткань (из натурального и искусственного шелка — капрон), а также стеклоткань из бесщелочного волокна. Для пропитки применяют масляные, масляно-битумные и специальные нагревостойкие лаки на основе модифицированных глифталевых смол, кремнийорганическне лаки и др.
Хлопчатобумажные и шелковые лакоткани по нагревостойкости относятся к классу А. Стеклолакоткани в зависимости от вида пропитывающего лака могут относиться к классам от А до Н.
Лакоткань должна иметь ровную гладкую поверхность без натеков лаковой основы, не должна иметь видимых пор и посторонних включении. При разматывании с рулона поверхность лакоткани не должна повреждаться.
Изолирование производят лентами шириной 20—40 мм, нарезанными по диагонали (под углом 45°). Такая резка дает максимальное удлинение ленты и обеспечивает выполнение плотной изолировки.
Хлопчатобумажная лента
Хлопчатобумажная лента, применяемая при изготовлении трансформаторов, вырабатывается из хлопчатобумажной пряжи. Ленты применяют для механической защиты изоляции обмоток трансформаторов и как крепежный материал во время сборки активной части трансформатора.
Стеклянная электроизоляционная лента ЛЭС
Стеклянная электроизоляционная лента ЛЭС вырабатывается из крученых стеклянных нитей малощелочного состава и имеет полотняное переплетение. Лента применяется толщиной 0,1 и 0,2 мм, шириной 20—25 мм для изолирования концов обмоток и отводов трансформаторов нагревостойкого исполнения.
Стеклянная бандажная лента ЛСБТ
Стеклянная бандажная лента ЛСБТ толщиной 0,2 мм и шириной 20 мм применяется для стяжки стержней магнитопроводов силовых трансформаторов бесшпилечной конструкции. Лента представляет собой параллельно расположенные непрерывные стеклянные нити, скрепленные между собой электроизоляционным составом.
Электротехнический листовой гетинакс
Электротехнический листовой гетинакс представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из двух или более слоев бумаги, пропитанной термореактивной смолой. Он отличается высокой механической и электрической прочностью. При механической обработке не образуются трещины и сколы. Объемная масса гетинакса 1,28— 1,45 кг/дм3.
В трансформаторостроении применяют пять марок гетинакса (I—V) для изготовления изоляционных деталей, крепления обмоток трансформаторов, работающих в трансформаторном масле или на воздухе.
Электротехнический листовой текстолит
Электротехнический листовой текстолит представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из двух и более слоев хлопчатобумажной ткани или ткани из синтетического волокна, пропитанной термореактивной смолой. Допускает механическую обработку. Текстолит имеет большую удельную ударную вязкость, чем гетинакс, поэтому его используют для изготовления изоляционных деталей, несущих механическую нагрузку. Объемная масса текстолита 1,3—1,45 кг/дм3. Текстолит применяют толщиной до 50 мм марок А и Б для изготовления изоляционных деталей крепления обмоток и отводов сухих трансформаторов.
Электротехнический листовой стеклотекстолит
Стеклотекстолит электротехнический листовой представляет собой слоистый прессованный материал, состоящий из двух и более слоев ткани из стеклянного волокна, пропитанной термореактивной смолой. В трансформаторостроении в зависимости от свойств, преимущественного назначения и допустимых длительных рабочих температур применяется стеклотекстолит толщиной 0,5—30 мм марок СТ и СТЭФ, допускающий длительную рабочую температуру до +130° С, и марки СТК, допускающей длительную рабочую температуру до + 180° С. Стеклотекстолит всех марок допускает механическую обработку: обточку, фрезерование (распиловку) и сверление без образования трещин и сколов.
Древесный слоистый пластик ДСП
Пластик представляет собой слоистый листовой материал, изготовленный из листов лущеного березового шпона, склеенных между собой искусственными смолами резольного типа в процессе термической обработки под высоким давлением. Объемная масса пластика 1,3 г/см3.
В трансформаторостроении применяют маслостойкий пластик следующих марок:
1) ДСП-Б-Э — каждые 5—20 слоев шпона с параллельным направлением волокон чередуются с одним слоем, в котором направление волокон перпендикулярно направлениям их в смежных слоях. Пластик изготовляется толщиной 15—60 мм;
2) ДСП-В-Э — волокна во всех смежных слоях шпона взаимно перпендикулярны. Пластик изготовляется толщиной 1—60 мм.
Бук
Бук — дерево лиственной породы, обладает высокими механическими характеристиками и хорошо обрабатывается. Объемная масса бука 0,65—0,7 кг/дм3. Бук меньше всех других пород дерева повышает кислотность трансформаторного масла. В трансформаторостроении бук применяют в качестве конструкционного материала. Влажность поставляемого бука должна быть не более 22%. Влажность бука доводят до 10% сушкой в сушильных камерах (паровая сушка) или сушкой с нагревом в поле переменного тока высокой частоты.
Электрические свойства бука улучшают пропиткой деталей в трансформаторном масле (для масляных трансформаторов), лаке МЛ-92 и БТ-987 или эмали ГФ-92, ГС (для сухих трансформаторов).