История электротехники - Коллектив авторов

Третьим этапом развития электроизоляционной техники явилось создание в 1932–1940 гг. специальных видов изоляции — влаго-, водо- и химостойкой с повышенной теплопроводностью и нагревостойкостью. Сочетание стекловолокнистых материалов, щипаной слюды и модифицированных глифталевых электроизоляционных лаков позволило получить изоляцию электрических машин с повышенной нагревостойкостью.

Качественный скачок в повышении нагревостойкости изоляции стал возможен в результате разработки гаммы высоконагревостойких электроизоляционных материалов на основе кремнийорганических полимеров, созданных под руководством К.А. Андрианова.

В 1948 г. под его руководством в ВЭИ были начаты систематические исследования нагревостойкости кремнийорганической изоляции, синтетических пленок и других полимерных диэлектриков. В результате было доказано наличие связи между структурой диэлектриков и их нагревостойкостью, а также установлены количественные зависимости срока службы изоляции электродвигателей от температуры для кремний-органических и других полимерных диэлектриков. Следует также отметить систематические исследования связи между строением полимерных диэлектриков и их электрофизическими и механическими свойствами, проводимые в ВЭИ с конца сороковых годов.

Возросший спрос на слюдяные материалы для изоляции обмоток турбо- и гидрогенераторов, высоковольтных машин, тяговых, шахтных, металлургических, морских и других электродвигателей с рабочей температурой 130–180 °С увеличивал расход дорогостоящей и остродефицитной щипаной слюды. В связи с этим возникла необходимость более рационального использования добываемых слюд, а также замены слюдяных материалов менее дефицитными.

В 1948–1951 гг. развитие электроизоляционной техники шло главным образом по пути значительного сокращения потребления слюд высоких номеров и щипаных из очищенных слюд. Исследования, проведенные в ВЭИ и на заводе «Электросила», очищенных и колотых слюд позволили значительно сократить удельный расход остродефицитного сырья.

Современный этап развития электроизоляционной техники характеризуется разработкой и применением термореактивных смол для изоляции электротехнического оборудования. Создана и успешно внедряется термореактивная изоляция в турбо- и гидрогенераторах, синхронных компенсаторах и высоковольтных машинах; литая изоляция в измерительных трансформаторах, электробурах, тяговых и других электродвигателях, а также в высоковольтных аппаратах.

В ВЭИ осуществлен синтез полиорганометаллосилоксанов, что дало возможность вводить в цепь полиорганосилоксанов алюминий, титан, олово, кобальт, никель. Наибольшее развитие получили полимеры, содержащие в главной цепи алюминий. Кремнийорганические лаки находят применение в качестве добавок для изготовления нагревостойких лаков и композиционных пластических масс, а также для повышения влагостойкости фенолформальдегидных смол, используемых в производстве гетинакса и стеклотекстолита.

Одновременно с разработкой методов синтеза полиорганосилоксанов в довоенные годы начались исследования в области различных высокополимерных соединений, являющихся основными веществами для изготовления лаков, компаундов, пластических масс, лакотканей, слоистых пластиков. В 50-е годы в ВЭИ были проведены работы по синтезу 100-процентных маслорастворимых смол (гексилфенолформальдегидных, оксидифенолформальдегидных), обладающих высокой влагостойкостью, стойкостью к кислотам и слабым растворам щелочей, т.е. свойствами, необходимыми для создания высококачественных электроизоляционных пропиточных лаков. Синтезированы также новые эластичные растворимые в маслах анилиноформальдегидные смолы для изготовления лаков, стойких к щелочам, щелочным эмульсиям, бензину, керосину, хорошо совмещающиеся с полихлорвинилом и улучшающие его адгезию к металлам.

В конце 30-х — начале 40-х годов одним из важнейших направлений в области полимеров являлся синтез полиэфирных смол, главным образом алкидных, на основе продуктов поликонденсации фталевого ангидрида и глицерина.

Глифталевые смолы широко применяются в изоляционном производстве, и особенно для изготовления изоляционных лаков. Были синтезированы немодифицированные глифталевые смолы, а также глифталевые смолы, модифицированные жирными кислотами, маслами и продуктами окисления парафина. Наиболее широко распространены полиэфирные смолы, представляющие собой продукты поликонденсации многоосновных кислот и многоатомных спиртов. Общие свойства полиэфирных смол — высокие электрические характеристики, хорошая адгезия к металлам и различным изоляционным материалам, значительная стойкость к действию масел и различных растворителей. Нагревостойкость полиэфирных смол зависит от кислот и спиртов, примененных для их синтеза.

В середине 50-х годов отечественной промышленностью был создан ряд полимеров, в том числе полиуретаны и эпоксидные смолы. Полиуретаны обладают высокой химо-, масло- и влагостойкостью, прочностью на истирание, эластичностью, адгезией к металлам и хорошими электрическими свойствами. Полимеры на основе полиуретанов используются при изготовлении лаков для эмальпроводов, заливочных компаундов и лаков для стеклолакотканей.

Для изоляции различных электротехнических изделий широко применяются эпоксидные смолы. Благодаря высокой адгезии к большинству электроизоляционных материалов и к металлам эпоксидные смолы являются хорошими клеями. Они применяются для изготовления стеклопластиков, отличающихся большой механической прочностью, и в качестве связующего в слюдяных изоляционных материалах. Способность эпоксидных смол отверждаться в толстых слоях без давления с малой усадкой позволила широко использовать их для изготовления литой изоляции.

Для заливки трансформаторов тока и напряжения, предназначенных для работы при низких температурах, разработаны компаунды на основе эпоксидных смол с отвердителями ангидридного типа (малеиновый ангидрид, смесь малеинового и фталевого ангидридов), а также пластифицированные полиэфирами компаунды. Введение в эпоксидную смолу до 20% полиэфира улучшает физические свойства полимера, практически не снижая электрических свойств компаунда. Эпоксидно-полиэфирные компаунды К-168 и К-293 и другие применяются для защиты полупроводниковых приборов и схем от влаги.

Среди электроизоляционных лаков различного назначения особое место занимают разработанные в ВЭИ под руководством К.А. Андрианова в начале 60-х годов композиции эпоксидных смол с полиэфирами и полиорганосилоксанами, позволившие создать комплекс электроизоляционных материалов высокой нагревостойкости. К ним относятся: пропиточный лак ПЭ-933, лак ПЭ-942 для стеклоткани и стекло лакочулок, лак ПЭ-948 для гибких слюдяных материалов, смола ТФП-18 для формовочного и коллекторного миканитов, лаки ПЭ-935 и ПЭ-936 для гибких слюдинитовых материалов, эмаль ЭП-9], стеклолакоткань ЛСП, а также компаунд ЭК. Эта группа лаков и материалов рекомендуется для изоляции кранового, тягового электрооборудования и электродвигателей прокатных станов.

Большой интерес представляют органические полимеры с ароматическими и гетероциклами в основной цепи, обладающие высокой нагревостойкостью. К таким полимерам относятся полиимиды — продукты взаимодействия ангидридов поликарбоновых кислот (пиромеллитовой, тримеллитовой) и ароматических диаминов (диаминодифенилоксид, диаминодифенилсульфид и др.), полимеры на основе ароматических амидов (типа фенилона), а также полиоксидифенилы. Полиимиды наиболее огнестойкие среди органических полимеров, отличаются хорошими электроизоляционными и механическими свойствами при температурах 250–350 °С, чрезвычайно устойчивы к воздействию атмосферы, радиации и химических реактивов. Полиоксидифенилы обладают хорошей цементирующей способностью при температуре от 120 до 300 °С, что свидетельствует об их низкой термопластичности и высокой твердости лаковых пленок. Эти свойства позволяют использовать полиоксидифенилы для получения пропиточных лаков и бандажных лент.

В настоящее время в ВЭИ разрабатываются новые электроизоляционные лаки и материалы на основе полиимидов (эмаль-лаки для эмаль-проводов, пропиточные лаки, стеклолакоткани). Ведутся работы по созданию полимеров на основе оксидифенила.

Разработаны и проходят стадию технологического опробования цианэтилированные целлюлозные материалы, а также ацетилированные бумаги. По сравнению с аналогичными материалами, изготовленными на обычной целлюлозе, нагревостойкость цианэтилированных целлюлозных материалов приблизительно на 20 °С выше, водопоглощение ацетилированных целлюлозных бумаг примерно на 50% ниже, удельное сопротивление на два-четыре порядка выше. Снижается также зависимость сопротивления от температуры. В ВЭИ созданы стеклянные бумаги, изготовляемые сухим формованием и методом растяжки срезов стекловолокон. Новые материалы обладают высокой нагревостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, высокой прочностью на разрыв. Качество асбестовых бумаг, выпускаемых промышленностью, не отвечает основным требованиям, предъявляемым к электроизоляционным материалам. В связи с этим ВЭИ разработана технология изготовления тонких асбестовых бумаг на основе хризотилового асбеста с повышенными электрическими характеристиками. Нагревостойкость различных электроизоляционных материалов, в которых применены эти бумаги, 400 °С.