Учебно-методический комплекс по дисциплине «электротехнические материалы»

Волокнистые электроизоляционные материалы
В качестве изоляции электрических машин и аппаратов, как правило, используют волокнистые материалы растительного происхождения, например, хлопчатобумажные и шелковые волокна, бумагу, ткань, картон или лен. Помимо этого также применяют синтетические текстильные материалы, которые образуются при химической переработке отдельных веществ, например, материалы из полистирола, искусственный шелк, полихлорвинил, синтетические волокна, полиамидные и триацетатные пленки. Органическим волокнистым изоляционным материалам свойственна невысокая нагревостойкость. В естественном виде без специальной обработки они относятся к классу Y. Единственный их недостаток заключается в высокой гигроскопичности. Между нитями и их волокнами остаются воздушные поры, которые легко поглощают влагу.
Картон и бумага представляют собой листовые материалы коротковолокнистого строения, которые состоят из целлюлозы. Бумагу получают из измельченного хлопчатобумажного тряпья и волокон древесины, которые проходят специальную химическую обработку. Бумага обладает хорошими изоляционными свойствами. На сегодняшние дни существует множество сортов бумаги, но не все сорта могут быть использованы в электромашиностроении. Как правило, в электромашиностроении используют такие сорта бумаги как телефонную, оклеечную, кабельную, пропиточную, конденсаторную, микалентную и намоточную.
Эти сорта бумаги применяют для изоляции обмоточных проводов и кабелей различного типа, оклейки листов электротехнической стали, изготовления конденсаторов, а также для изготовления микаленты и слоистых пластических материалов.
Картон изготовлен из того же материала, что и бумага, но в отличие от бумаги картон имеет значительно большую толщину. Как правило, в электромашиностроении используют такие сорта картона как фибру, электрокартон и литероид.
Фибра представляет собой картон, который обработан слабыми кислотами. Фибра обладает большой прочностью, твердостью. Она может подвергаться обработке на металлорежущих станках. Фибру изготавливают в виде стержней, трубок и листов различной толщины. Она обладает хорошими изоляционными свойствами.
Электрокартон обладает высокими изоляционными свойствами и эластичностью. Его можно изгибать в любые стороны. Толщина электрокартона колеблется от 0,2 до 3 мм. Он используется для изготовления шайб, прокладок, пазовой изоляции электрических машин, корпусов катушек и др.
Электроизоляционные текстильные материалы изготавливают из растительных волокон, которые представляют собой целлюлозу. Из шелка получают механически прочную изоляцию.
Искусственный шелк, нейлон и капрон получили широкое распространение среди различных видов искусственных волокон. Искусственный шелк получают путем химической переработки целлюлозы. Искусственные вещества, которые были получены таким путем, обладают хорошей растворимостью, а это позволяет изготовлять из них тонкие нити.
Нейлон и капрон, изготовленные на основе искусственных полиамидных смол, негигроскопичны, механически прочны и нагревостойки.
Искусственные текстильные материалы широко используются в различных отраслях электроизоляционной техники, например, для изготовления лакотканей, обмоточных проводов и др. В электромашиностроении используют такие виды текстильных изделий как пряжу, ленту, нить, ткань и др. Преимущество тканей заключается в высокой механической прочности, которая позволяет использовать их для крепления токопроводящих и изоляционных деталей, а также для изготовления других изоляционных материалов.
При ремонтных работах для изоляции обмоток электрических машин используют тканные хлопчатобумажные ленты: киперную с диагональным переплетением нитей, тафтяную и батистовую. Для изоляции проводом и кабелей путем обмотки используют пряжу.
Для усиления изоляционных свойств волокнистых материалов их промежутки заполняют твердеющими влагонепроницаемыми веществами, например, битумами и пленками, которые образуются при высыхании некоторых масел, естественными и искусственными смолами.
Монолитная кремний-органическая изоляция применяется для изоляции катушек тяговых двигателей. Катушку заливают кремнийорганическим кампаундом. После того как катушка затвердела она образует единую монолитную конструкцию.
Из асбестового волокна получают ткани, бумагу, ленту и картон. Асбестовые изделия обладают невысокими изоляционными свойствами. Асбест гигроскопичен и применяется как дополнительный теплостойкий материал.
К числу волокнистых электроизоляционных материалов относятся главным образом материалы органического состава как растительного происхождения (дерево, бумага, хлопчатобумажное волокно и пр.), так и животного происхождения (шелк) и получаемые искусственным путем посредством химической переработки различных материалов (искусственный шелк и т. п.).
Дерево как электроизоляционный материал пригодно к применению только в сухом и пропитанном виде. Лучшими породами с точки зрения механической прочности и способности пропитываться являются береза и бук.
Для придания электроизоляционных качеств и для заполнения пор дерево может пропитываться в трансформаторном масле, натуральной олифе, льняном масле, масляных лаках и парафине.
Для применения дерева в качестве электроизоляционного материала в воздухе в помещениях (для сигнальных поводков и тяг разъединителей) дерево пропитывается в высыхающих маслах (льняном и т. п.), а для применения в качестве тяг выключателей, работающих в масле, — в трансформаторном масле.
Пропитывать дерево следует при температуре масла выше 100° и лучше при температуре 125°.
Пропитку ведут путем погружения деталей в горячее масло до полного прекращения выделения пузырьков из пропитываемых деталей.
После окончания пропитки детали следует охлаждать вместе с тем же маслом (лучше под давлением) или перенести в другую ванну с холодным маслом, чтобы при охлаждении масло засосало во все поры.
Бумага и картоны — листовые материалы коротковолокнистого строения, состоящие из целлюлозы. Для производства бумаги применяют главным образом наиболее дешевую и доступную древесную целлюлозу. Наибольшее значение в электротехнике имеют следующие типы бумаги:
Кабельная бумага марок К-08, К-12 и К-17 с толщиной соответственно 0,08; 0,12 и 0,17 мм, применяемая для изоляции силовых кабелей; телеграфная бумага марки КТ толщиной 0,5 мм для изоляции телефонных кабелей и обмоточных проводов марок ПБ, ПББО; пропиточная бумага толщиной 0,12 мм для изготовления листового гетинакса; намоточная бумага толщиной 0,05 и 0,07 мм для изготовления намоточных изделий и конденсаторная бумага марок А-7, А-10, А-12 и А-15 (число обозначает толщину бумаги в микронах). Чаще всего для конденсаторов применяют бумагу А-10 толщиной 0,01 мм.
Особым типом материала из целлюлозы является фибра. Она изготовляется из большого числа слоев тонкой бумаги, которые пропускаются через теплый раствор хлористого цинка, при этом отдельные слои бумаги склеиваются друг с другом, после чего фибра прессуется. Фибра выпускается в листах и трубках.
Слоистые пластики. Гетинакс является распространенным и типичным слоистым электроизоляционным материалом. Его изготовляют из прочной и нагревостойкой пропиточной бумаги. Эту бумагу пропитывают бакелитовой смолой, нарезают в листы и укладывают пачками, после чего пачка бумаги прессуется на гидравлических прессах при давлении 110—120 кг на 1 см2 площади прессуемой доски при температуре плит пресса 160—165° и времени выдержки между горячими плитами от 2 до 5 мин. на каждый миллиметр толщины.
Из лакированной бакелитовым лаком бумаги изготовляются намоточные изделия путем наматывания на металлические оправки с последующей запечкой.
Эти изделия известны под названием гетинаксовых (или бакелитовых) трубок (при внутреннем диаметре до 30 мм) и цилиндров (при диаметре от 30 до 600 мм). Трубки и цилиндры изготовляются различной длины и толщины стенок и применяются для изоляции трансформаторов, в качестве барьеров маслонаполненных вводов, для изготовления штанг и тяг.
Текстолит изготовляется так же, как и гетинакс, но на основе не бумаги, а ткани (карманная парусина или бязь, а для некоторых специальных сортов — шифон).
Текстолит лучше выдерживает ударные нагрузки, в других же отношениях преимуществ перед гетинаксом не имеет и как более дорогой применяется для специальных изделий, требующих большой механической прочности при ударных нагрузках.