В настоящее время на рынке электроизоляционных материалов идет очень жесткая борьба за потребителя. Ведущие производители ЭИМ предлагают новые электроизоляционные материалы и системы изоляции на их основе. У потребителя, естественно, возникает масса вопросов, связанных с выбором этих материалов. По каким параметрам их сравнивать? Какими характеристиками должны обладать электроизоляционные материалы , чтобы обеспечить надежную работу? Какие следует предъявлять требования к технологии ремонта электрических машин?

Электроизоляционные материалы

Существует целая гамма электроизоляционных материалов для производства и ремонта электрических машин. Основными критериями, по которым технологи заводов сегодня определяют пригодность тех или иных материалов являются:
• класс нагревостойкости материала,
• электрическая и механическая прочность в исходном состоянии,
• технологичность материала.

Кроме этого, в силу экономической ситуации немаловажную роль играет стоимость материалов.

Следует категорично подчеркнуть значение тех параметров, по которым необходимо производить отбор электроизоляционных материалов для применения в системах изоляции электрических машин:
• Класс нагревостойкости;
• Однородность материалов системы изоляции;
• Тангенс угла диэлектрических потерь при повышенных температурах, характеризующий уровень диэлектрических потерь в системе изоляции;
• Теплопроводность материалов – показатель, характеризующий способность изоляционного материала отводить тепло из толщи изоляции;
• Атмосферостойкость (к солям, кислотам, растворителям, маслу, влаге).

Почему именно эти параметры?

Существуют 3 основных вида пробоя твердых диэлектриков:
– электрический
– электротепловой
– электрохимический

Электрический пробой – характерен для низковольтных электрических машин.

В электрических машинах номинальным напряжением свыше 1 кВ чаще всего наблюдается электротепловой пробой, который возникает в том случае, когда количество тепла Q1, выделяющегося в диэлектрике за счет диэлектрических потерь, превышает количество тепла Q2, рассеиваемого с поверхности изоляционной конструкции в данных условиях. Пробой диэлектрика происходит в результате прогрессирующего разогрева диэлектрика с образованием узкого проплавленного канала высокой проводимости.

Для тепла, выделяющегося в диэлектрике, имеет место выражение:
Q1 = U2 • w • Cо • tg , где
U – напряжение, приложенное к диэлектрику
w = 2 • f, где f – частота напряжения (в РФ f = 50 Гц)
Со – электрическая емкость образцового конденсатора
tg  – тангенс угла диэлектрических потерь
Количество отводимого тепла определяется равенством:
Q2 = 2 • • S • (T-T0), где
 – коэффициент теплопроводности диэлектрика
S – площадь участка поверхности диэлектрика, находящегося в наиболее тяжелых условиях (паз якоря или статора)
Т – температура на поверхности диэлектрика
Т0 – температура окружающей среды.

Если Q1 > Q2, то происходит электротепловой пробой.
При этом существует зависимость tg от приложенного напряжения. При увеличении напряжения tg также растет. Мы провели сравнительные испытания различных пропиточных составов (рис 2) - зависимость tg от приложенного напряжения для каждого из составов.

Таким образом, tg является определяющим показателем надежности изоляции.

Сравнительные тангенсограммы отверждения слюдолент ЛСК-110ТПл, ЛСЭП-934ТПл, ЛСУ, Элмикатерм 524019, Элизтерм-155ТПл и ЛСп-F / Н-ТПл показывают (рис.1), что лучшие показатели дала изоляция на основе ЛСп-F-ТПл – класс нагревостойкости F и ЛСп-Н-ТПл – класс нагревостойкости Н.

Давайте теперь рассмотрим влагостойкость материалов. Если изоляционный материал не обладает влагостойкостью, то увеличение влажности у таких материалов приводит в процессе поляризации к росту активных составляющих токов потерь (Jскв, Jабс, Jсм), что дает увеличение tg и соответственно увеличение нагрева электрической изоляции. На рис.3 представлены зависимости tg от времени и количества циклов (зима-лето) для различных типов слюдолент. Этот график демонстрирует влагостойкость лент. Лента ЛСЭП-934 Тпл уже после 1‑го цикла настолько пропиталась влагой, что ее tg достиг 1 и произошел пробой. Остальные ленты сохранили tg  на том же уровне, что говорит о влагостойкости этих материалов.

Следует также отметить значение покровных электроизоляционных эмалей. Эти материалы должны обладать атмосферостойкостью, соле-, кислотостойкостью и трекингостойкостью. К сожалению, сегодня на это мало обращают внимание. В качестве покровных эмалей применяют ГФ-92ХС / ГС, ЭП-9111, которые не обладают ни трекингостойкостью, ни солестойкостью, ни кислотостойкостью, ни атмосферостойкостью. Эмаль ГФ-92 выдерживает ток силой 10 мА при напряжении на электродах 10 кВ всего доли секунды, а эмаль ЭП-9111 – 1‑2 секунды. Тогда как требуется не менее 10 секунд. У эмали ЭКП-9303ГС производства ЗАО «Диэлектрик» время выдержки образца под током 20  мА и напряжении на электродах 10 кВ превышает 30 минут. Эмаль ЭКП-9303ГС устойчива к воздействию кислот и солей. Образец с нанесенной эмалью ЭКП-9303ГС выдерживает прямое воздействие серной кислоты в течение 6 суток без каких‑либо видимых разрушений.

Следует подчеркнуть, что для того, чтобы система изоляции демонстрировала показатели, перечисленные выше, на требуемом уровне, заводы должны категорически обеспечить следующие требования к технологии при использовании систем изляции на основе лент ЛСп-F / Н -ТПл и компаунда КП-303:
1. Температура в печах во всех зонах должна быть 150‑180 оС, что позволит произвести полную полимеризацию системы изоляции в течение 2 часов после прогрева до 150 °С якоря, или катушек, или всего электродвигателя в сборе.
2. Обязательное применение защитных покровных эмалей, обеспечивающих атмосферо­стойкость, соле- и кислотойкость, трекингостойкость. На сегодня мы знаем всего лишь 3 марки таких эмалей: эмаль дугостойкая ЭКП-9303ГС (ЗАО «Диэлектрик»), эмаль КО-976 ГС (ЗАО «Электроизолит») и новая эмаль холодной сушки КО-983М (ЗАО «Диэлектрик»).
3. Обязательное применение однородных материалов, обладающих одинаковыми свойствами полимеризации (т. е. процесс полимеризации всех элементов системы изоляции должен протекать по одним и тем же законам).

Желательно обеспечить следующие операции:
1. Ввести в технологический процесс операцию опрессовки пазовых частей секций перед укладкой в паз. Для опрессовки лобовых частей также следует применять термоусаживающиеся материалы, например ленту ЛТЭ (ЗАО «Диэлектрик»).
2. Применять мастики для укрепления клина в пазу. Мастики также следует применять в качестве выравнивающего и скрепляющего материала для полюсных катушек и лобовых частей секций якоря. Хорошо показала себя мастика МКП-303 (ЗАО «Диэлектрик»)
3. Коллекторные манжеты делать по технологии, позволяющей исключить промазку составом БФ-6 и взамен использовать препреги в качестве прокладки между формовочными материалами.
4. Применять полупроводящие ленты, которые снимают поляризацию и выравнивают напряжение между слоями изоляции – ППЛ-1 (2,3) (ЗАО «Диэлектрик»).

Если заводы выполнят все эти требования и пожелания и будут применять электроизоляционные материалы, которые имеют tg не более 30% при Т=150 оС, обладают хорошей теплопроводностью и влагостойкостью, то качество систем изоляции будет гарантированно обеспечено в том числе и для тяговых электродвигателей, межремонтный пробег которых должен быть н / м 2,5 млн. км.

Хочу отметить, что системы изоляции для класса F на основе слюдолент ЛСп-F-ТПл и пропиточного компаунда КП-303 и для класса Н на основе слюдолент ЛСп-Н-ТПл и КП-303 удовлетворяют всем требованиям, указанным в этой статье.