Способ изготовления изоляции обмотки электрической машины

) Н 02 К 15/12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И 03 НРЫТПРИ ГКНТ СССР . ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМ,Ф С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ вых и катушечных обмких машин.Известен споляции обмоток и ок электричес" соб изготовления изо-.з сухих стеклослюдя 1(71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-технологический институт электроизоляционных материалови фольгированных диэлектриков(56) 1, Авторское свидетельство СССР8 262239, кл. Н 02 К 15/12, 1966.2. Авторское свидетельство СССРЙ 599709, кл. Н 02 К 15/1, 1976.3. Патент ФРГ Ю 1276152,кл. 21 С 7/02, 1970(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромашиностроению, Целью изобретенияявляется повышение электрическойпрочности изоляции обмоток электрических машин путем увеличения содержания в ней слюды и улучшения условий пропитки. Способ основан на обработке жидкостью, преимущественноводой, или ее парами непропитанногослюдобумажного материала, наложенииуказанного материала на обмотку,Изобретение относится к электро технике, в частности к электромаши строению, и может быть использован при изготовлении изоляции стержнеукладке изолированной обмотки впресс-планки, опрессовке с замыканием пресс-планок по периметру сечения обмотки, термоформовании с одно".временной сушкой, пропитке термореактивным связующим и термоотверждении.Новым в способе является то, что после наложения на обмотку слюдобумажного материала поверх него накладывают последовательно перфорированныйразделительный листовой или ленточный материал, волокнистый непропитанный листовой или ленточный материал, при укладке обмотки в пресспланки между обмоткой и внутреннейповерхностью пресс-планок размещаютпрокладку из материала с коэхициентом термического расширения большим,чем у меди и материала пресс-планок,термоформование производят при 1:)15(1 С, пропитку и термоотверждениев пресс-планках, температуру обмотки при пропитке .устанавливают нижетемпературы .термоформования, термоотверждение производят при температуре, равной температуре термоФормо"вания или на 5-10 С ниже ее, размыкают пресс"форму и снимают с обмоткиволокнистый и разделительный материалы, Электрическая прочность изоляции47-52 МВ/м. 1 ил., 9 табл.,рректор И. Самборская Редактор Н. 6 обко ехред А.Кравчу Подписно Производственно-издательск 1 н 1 комбинат "Патент", г.Ужгород, ул . Гагарина, 10 Заказ 2 ЙЗО ТиражВНИИПИ Государственного комитет113035, Москва,по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР174 ных лент вакуум-нагнетательной пропиткой, В соответствии с этим способом на элемент обмотки (катушку, стержень) наносят непропитанную стеклослюдяную ленту, затем его вставляют в пазы электрической машины, термообрабатывают, пропитывают термореактивным связующим вакуум-нагнетательным способом с последующим отверждением при повышенной температуре,.Недостатками данного способа являются значительное повреждение слоев слюдяной бумаги в корпусной изоляции обмотки и недостаточно высокое содержание слюды в изоляции, Повреждение слюдобарьера происходит из-за деформаций, которым подвергается стеклослюдяная лента при ее наложении на прямоугольный в поперечном сечении элемент обмотки. Это приводит к снижению диэлектрическихсвойств готовой изоляции, особенно ее длительной электрической прочности.Известен способ изготовления обмоток электрических. машин.,в соот.ветствии с которым на проводник на" носят сухую стеклослюдяную ленту,поверх сухой изоляции наносят слой пропитанной быстроотверждающимся термореактивным связующим ленты, намотанной с отрицательным перекрытием не препятствующим последующей пропитке изоляции связующим, опрессовыеают изоляцию. при повышенных температуре и давлении, позволяющих получить расчетный размер изоляции в течение. времени, необходимогодля пблимеризации связующего в поверхностной ленте, вставляют изолированный проводник в пазы электрической машины или в калибровочную пресс-Фор му, пропитывают термореактивным свя.зующим с последующим отверждением при повышенной температуре.Свойства изоляции, изготовленной этим способом, улучшаются за счет большего содержания слюды, достигаемого путем опрессовывания непропитанной изоляции на величину 8-10/ го отношению к расчетному размеру, определенному по номинальной толщине изоляционной ленты. Вместе с тем при реализации этого способа также происходит повреждение слюдяного барьера.685230Изоляция способна сохранять зафиксированный размер, полученныйопутем выпаривания жидкости при 150 Скоторая близка к максимально пре-.дельной, если степень ее опрессовкипри термоформоеании не превышает 10(по отношению к размеру, рассчитанному по толщине наматываемой ленты).1Данные табл. получены при темпег,ратуре выпаривания воды 150 С, яе ляющейся предельной для стабилизации изоляции, так как при более высокой температуре хотя и сохраняется стабильность размеров, но изоляция становится слишком хрупкой, что 45 не позволяет проводить дальнейшиетехнологические операции с изолиро"ванными проводниками без ее повреждения. При более низкой температуретермоформования (ниже 140 С) стаби лизация размера изоляции снижаетсяоа при температуре ниже 12) С этотэФфект наблюдается совсем слабо.Результаты влияния температурывыпаривания воды на стабилизацию 55 размера изоляции при термоформовании (коэффициент опрессовки 103,продолжительность выпаривания 16 ч)приведены е табл.2. 5 1 О 15 20 25 Известен способ изготовления изоляции обмоток, который заключается в том, что слюдосодержащий материал перед пропиткой термореактивным связующим до наложения на проводник или после наложения обрабатывают жидкостью, в частности водой, или парами, слюдосодержаций материал наносят на проводник, изолированный проводник подвергают процессу горячего формования, при котором происходят выпаривание жидкости из изоляции и Фиксации размеров. Свойства изоляции проводника достигаются после .его пропитки термореактивным связующим ене или внутри паза сердечника электрической машины и термообработки.При этом способе изготовления изоляции диэлектрические параметры изоляции повышаются, но далеко не достигают своих возможных предельных значений.Результаты влияния значения опрессовки изоляции на стабилизацию ее размеров при режиме термоформования - выпаривание воды при 150 С в течение 16 ч приведены в табл.1.1746852Независимо от степени опрессовыва ния изоляции Фиксации ее размеров наблюдается только при увлажнении изоляционного стеклослюдобумажного материала не менее, чем на 104 по5 отношению к ее сухой основе. Верхний предел содержания жидкости в изо- ляционном материале 251, что опреде= ляется диэлектрическими параметрами изоляционной намотки.Результаты влияния степени пред" варительного увлажнения изоляцион- в ной ленты марки ЛСКНТТ на пробивное напряжение после высушивания 1 . не пропитанной компаундом.изоляционной намотки, изготовленной из восьми слоев ленты вполнахлеста, приведены в табл.3. В табл.1 приведены данные, показывающие, что электрическая прочность изоляции, не пропитанной термореактивным связующим, повышается с повышением степени ее опрессования вплоть.до достижения коэФФициента опрессовки, равного 30/ и более, при этом усилие опрессовки значи , тельно и составляет .16 МПа . Эти данные свидетельствуют о том что при таких высоких давлениях не происходит разрушения диэлектрического барьера изоляции, Однако пропитка изоляционной намотки, спрессованной более чем на 10, оказывается затруд-. нительной при использовании обычно употребляемых для этих целей пропиточных составов и способов пропитки. Этот вывод подтверждают данные табл.5, согласно которым электрическая прочность изоляции, изготовленной из увлажненного материала с термоФормованием и пропитанной термореактивным связующим с разной степенью опрессовки, повышается до достижения степени опрессовки примерно 104, а затем снижается вследствие недопропитки.При введении в изоляцию водораст" воримого связующего для стабилизации размеров .после опрессовки одновременное сжатие изоляции и введение в нее какого"либо вещества резко ухудшают пропитываемость изоляции термореактивным связующим.Перечисленные способы изготовле".ния изоляции и в отдельности, и вкомбинации не позволяют получать изо 6ляцию с макс"мально высокими диэлектрическими параметрами, в частностиэлектрической прочностью, которыеона могла бы иметь благодаря свойствам используемых для ее изготовления материалов. Эти высокие параметры могут быть получены при максимально высоком содержании в изоляциислюдяного барьера и при качественнойпропитке изоляции термореактивнымсвязующим, что трудно достичь одноременно.Целью изобретения является повышение электрической прочности изоляции путем увеличения содержания вней слюды и улучшения условий пропитки термореактивным связующим.Цель достигается согласно способуизготовления изоляции обмотки элект"рической машины,. по которому на провод накладывают обработанный жидкостью, преимущественно водой, слюдобумажный материал, помещают в пресспланки, замыкают их по периметру по- .перечного сечения, опрессовывают и .сушат при нагревании, пропитывают итермоотверждают, благодаря тому,что после нанесения на обмотку слюдо.30 бумажного материала поверх. него накладывают последовательно разделительный перФорированный материал, непро"питанный волокнистый материал, приукладке заготовки в пресс-планкимежду ней и внутренней поверхностьюпресс-планок помещают прокладку изматериала с коэФФициентом термического расширения больше, чем у медипровода и материала пресс-планок, 40 проводят термоФормование при 120 о150 С, температуру при пропитке ус"танавливают ниже температуры термо,формования и термоотверждение производят при температуре термоФормова"ния или на 5"10 С ниже ее, размыкаютпресс"Форму и снимают с обмотки волокнистый и разделительный материалы,При реализации способа используются известные слюдобумажные лентыи эпоксидные компаунды, применяемыепри изготовлении изоляции обмотокэлектрических машин. Особых требований к качеству воды не предъявля.ется (может использоваться обычнаяпитьевая вода, но предпочтительноиспользование дистиллированной). Мо- .гут быть использованы и другие .полярные жидкости, например толуол,спирт.746852 8 5 1 О 15Ю202530 7 1На чертеже изображена статорная обмотка электрической машины, подготовленной к пропитке в соответствии с предлагаемым способом, сечениеНа обмотку 1 наносят несколько слоев увлажненного слюдобумажного материала 2, поверх изоляционной намотки наносят перфорированный разделительный материал 3, например ПТФЭ-пленку, и волокнистый материал 4 (тканую стеклоленту или тканую лавсановую ленту). Обмотку заключают в пресс-планки 5 с некоторым натягом, при этом между стенками пресс- планок и обмотками размещают проклад ки 6 из материала с большим коэффи" циентом температурного расширения.При изготовлении изоляции. в соответствии с изображением высокое со держание слюды обеспечивается за счет опрессовывания увлажненной на" мотки из слюдобумажного материала на величину более 104 (до 253) до пропитки термореактивным связующим, которое осуществляется снацала при помещении изолированного увлажненным материалом проводника в калибровочные пресс-планки, а затем при тер моформовании за счет большего расширения при повышенной температуре прокладок из терморасширяющегося материала.Высокое качество пропитки изоляции термореактивным связующим достигается благодаря выполнению двух условий: при пропитке связующее относительно свободно поступает ко всей поверхности изолированного проводника через волокнистый материал и перфорированный разделительный материал и во время пропитки изоляции находится не в сжатом состоянии. Это достигается автоматически за счет распрессовывания отформованной изоляции, изготовленной из увлажненного на 10-25 ь материала, благодаря тому, цто температуру пропитки выбирают на 70"120 С ниже температуры термоформования, при снижении темпе" ратуры материал прокладки и материал проводника сжимаются больше, чем материал пресс-формы, а отформованная изоляция сохраняет заданный размер или изменяет его незначительно, в результате чего с изоляции снимается сжимающее усилие (это усилие остается при изготовлении изоляции известным способом). При выборе температурных режимов и материаловвсей системы при. пропитке связующимобразуется свободный зазор междуповерхностью изолированного проводника и прилегающих к ней поверхностей пресс-Формы и терморасширяющейся прокладки, что обеспечивает доступ термореактивного связующего состава к поверхности изоляции. Волок.нистый материал, используемый в способе, кроме обеспечения доступа связующего к поверхности изоляции, одновременно обеспечивает свободное удаление пропиточного состава из изоляции в процессе подъема температуры перед термоотверждением,Высокое качество изоляции дости" гается также благодаря тому, что в процессе термоотверждения в изоляции не выделяются летучие (в виде газа или пара), которые ухудшают ее монолитность. Это условие соблюдается в случае, если при изготовлении изоляции из обработанного жидкостью изоляционного материала температурч термоотверждения выбирают равной или даже несколько ниже (на 5-10 С) температуры термоформования. В табл.б приведены параметры изоляции, изготовленной при различных соотношениях между температурой термофор" мования и термоотверждения. Для получения этих данных былиизготовлены калиброванные на моментпропитки по толщине образцы с изоля"цией толщиной 2 мм, Термоотверждение образцов было осуществлено в сво 40 бодном состоянии,Высокое качество изоляции Обеспечивается также за счет того, что впроцессе термоотверждения происходитее автоматическое подпрессовывание45 за счет расширения элементов системы,в первую оцередь терморасширяющихся прокладок, при этом избыток связующего удаляется в первый периодпроцесса за пределы пресс-Формы по50 слою волокнистого материала.П р и м е р 1, Изготавливают четыре пропитки макетов обмоток известными, и предлагаемым способами. Вовсех случаях на прямоугольные медныешины сечением 630 мм накладывают восемь слоев вполнахлеста стеклослюдинитовой ленты марки ЛСК 0-180 ТО,2 у толщиной 0,13 мм. В первом и втором случаях лента наложена в неув74 Я 5210эпоксидным компаундом аналогичноспособу Я и отверждают при 140 Св течение 12 ч, При охлаждении пресс 5формы со 140 до 50 С перед пропиткойэпоксидным компаундом между поверхностью изоляции и примыкающими кней поверхностями пресс-Формы и пластины образовался зазор величиной0,05 мм. Результаты испытаний изоляции изготовленных макетов приведеныв табл.7 и 8,91 лажненном состоянии, а в третьем и четвертом - в увлажненном водопроводной водой на 154 (к сухой массе) состоянииПо способу (11 макеты высушивают под вакуумом и пропитывают вакуумнагнетательным способом эпоксидным компаундом ПК(остаточное давление при сушке 0,5 мм рт,ст, в тече",оние 2 ч при 56 С; температура компаунда при пропитке 40 С, избыточное давление при пропитке 0,8 МПа в течение 2 ч), Термоотверждение в течение 12 ч при 13 Г С.По способу )поверх изоляции макетов наносят пропитанную термореактивным связующим стеклянную ленту (препрег марки ППО) с зазором 1"2 мм, поверх нее слой разделительной пленки (Фторопластовой Ф). Изоляцию макетов опрессовывают на 104 в течение 20 мин при 120 С с последующим их охлаждением до 40 С в прессе под давлением, далее макеты укладывают в П-образные коробки с натягом 0,15-0,2 мм и проводят пропитку и отверждение аналогично способу)По способу 3изоляцию макетов, увлажненную до содержания влаги 153, опрессовывают на 104 и в опрессованном состоянии подвергают термоформоованию при 120 С в течение 16 ч. Затем макеты охлаждают до 5) С, распрессовывают, пропитывают эпоксидным компаундом ПКи отверждают аналогично способу Я .По предлагаемому способу поверх изоляции макетов, увлажненной до содержания влаги 1.5 Ф, наносят сначала один слой встык перфорированной,фторопластовой пленкеФтолщ 1 иной Ор 04 мм затем один слой встык не" пропитанной тканой стеклоленты толщи ной 0,1 мм. На одну широкую сторону макетов накладывают пластины из лавсанового гетинакса марки ЛС толщиной 4 мм, обладающего при температуре вьюше 120 С с коэффициентом термического расширения в направлении, нормаль " ном к плоскости пластины, равным 200 е 10 оград . Упакованные макеты помещают в калибровочные стальные пресс-планки с одновременным опрессовыванием изоляции на 20,6. Затем макеты вместе с пресс-Формой подвергают термоформованию в течение 12 ч при 40 С, после чего пропитывают П р и м е р 2. Изоляцию изготавливают предлагаемым способом в наиболее благоприятных условиях еепропитки термореактивным связующим.Изоляционную ленту марки ЛСКОчТОр2 у перед изолированием увлажняют20 водой на 15 мас.Ф и восемь слоевленты накладывают вполнахлеста намакет, Опрессовку изоляции осущест"вляют на 12 о, термоформование прио150 С в течение 12 ч, при этом ис 25 пользуют терморасширяющуюся прок"ладку из лавсанового гетинакса толщиной 4 мм. Затем макет с планкамиохлаждают. Пропитку изоляции эпоксидным компаундом марки ПКосуществЗО ляют при. температуре макета 5 Сои компаунда 40 С по режиму, указанному е примере 1 .(способ 1111, отеередение изоляции осуществляют приО140 С в течение 12 ч.П р и м е р 3. Изоляцию изготав 35 ливают предлагаемым способом в условиях достижения максимального содержания в ней .слюдяного барьера.В отличие от примера 2 изоляцию опрессовывают на 254.П р и м е р 4. Изоляцию изготавливают предлагаемым способом в наиболее неблагоприятных условиях еепропитки термореактивныи связующим:изоляционная лента марки ЛСКОТ .)увлажнена на 10 Жр изоляция опрессована на 223, термоформование изоляцииосуществлено при 120 фС в течение 12 ч,при этом использована терморасширяю 50 щаяся прокладка из лавсановогогетинакса толщиной 2 мм, отверждениеизоляции осуществлено при 120 С втечение 12 ч.П р и м е р 5. Изоляцию изготавливают аналогично примеру 2 е ноленту увлажняют на 25 мас.В,Результаты кратковременной электрической прочности изоляции в исходном состоянии приведены в табл.9,Толщинаизоляции перед пропиткойсвязующим,мм Толщина изоляции после пропитки связующим,мм Толщинаизоляциипослетермообработкипропитанной свяЗначение опрессовки 4 Ь расчетному размеру) зующимизоляциимм 2,00 2 рПО 1 р 80 1,70 2,0 1,30 1,66 1,49 1,54 1,43 1,50 Зб 1,30 Т а б л и ц а 2 Толщинаизоляциипослезапекания,мм Температура выпаривания водыр С Толщинаизоляциипередпропиткойсвязующим,мм Толщина и золя ции после пропиткисвязующим,.мм 1,80 1,80 1,80 150 140 1,801,80, 1,80 По данным табл.9 видно, что вовсех случаях значения электрическойпрочности и пробивного напряжения, к:- и в с кими. оззль ь оФор ула изобретения Сгь:об изготовления изоляции обк; электрическои машиныр по кото "у на провод накладывают обработан жидкостью, преимущественно вог слюдобумажный материал, помещаэго:; пресс-планки, замыкают ихпериметру поперечного сечения,совывают и сушат при нагревазатем пропитывают и термоотвержо т л и ч а ю щ и й с я тем, чор с целью повышения электрической прочности изоляции путем увеличения содержания в ней слюды и л; чшен; условий пропитки, после на 6852 12йесения на провод слюдобумажного материала поверх него накладывают последовательно разделительный перФорированный материал, непропитанныйволокнистый материал, при укладке.указанной заготовки в пресс-планкимежду ней и внутренней поверхностьюпресс-планок помещают прокладку из 10 материала с коэФФициентом термического расширения большим, чем у медипровода и материала пресс-планок,проводят термоФормование при температуре 120-150 С, температуру припропитке устанавливают ниже, чем температура термоФормования и термоотверждение проводят при температуреотермоформования или на 5-10 С нижеее, размыкают пресс-Форму и снимают .20 волокнистый непропитанный материали разделительный перФорированныйматериал.Табл.и ца 11746852 Табли ца 6 Температура термоотверждения 120 фС Температура термоотверждения 140 ОС. 20 1 9 105 120 140 0,8 03,10 3 0,6 П р и м е ч а н и е. Погрешность определения толщины изоляции 3,13. Т а б л и ц а 7 еВф, 3,при 20 С и напряжении, кВ Толщинаизоляциина сторону, мм Способ изготовле"ния изоляции апреИЗ/м кВ еетете ееетте 3 6 9 е е т тт е т 83 39,5 78 30,5 71 25,5 60 24,5 66 23,5 1,8 71 28,5 ИзвестныйЯ)вв.188, Ф,при 20 С и напря- Т Г 9 Способ изготовления изоляции Толцина ПР э ИЗ/м 1 н ьк 8 а ттт вет1,6 1,8 73 39 Среднее 89. 1,6 57,5 1,6 88 1,6 46,5 1,7 54,5 1,7 54,0 1,65 1,2 1,5 ЕЕ Среднее веет ЮЮЮЮФЮЮЮЕ ав ю е а аа ю е е в в Табли ца 8 Срок жизни изоляции, ч, при напряженности электрического поля, ИВ/м 2 ва етт теаватт аае еетатаетате веет Известный: 12 4 Предлагаемый 44 500 27 бли.ца 9 Пример а сторонмм е в ав ю О,Приведены усредненные знач ия. Предлагаемый(изоляция оп-рессована на20,6".) Способ изготовленияизоля- ции 2 4 изоляциина, сторону, мм Толцинизоляции 1,85 1,60 1,60 1,60 23 79 141 е ее ьф при 2 и 3-9 0,4 0,5 0 7 45 174 396 Пробивное напряжение,8791837 66 346 1112