Андрей Дубровский, коммерческий директор ЗАО «Электроизолит», кандидат экономических наук
Основой экономического успеха России и Казахстана в настоящее время является развитие нефтегазового комплексов и горно-металлургической отрасли. Наши страны обладают огромными природными сырьевыми ресурсами и поэтому они являются основными поставщиками газа, нефти, металла и минерального сырья на мировой рынок. Для того чтобы обеспечить устойчивое развитие горно-металлургических и газо-нефтедобывающих предприятий на должном уровне, необходимо иметь оборудование с большим эксплуатационным ресурсом. Основу надежной работы этого оборудования составляют электрические машины. Тяговые электрические машины (ТЭД) приводят в движение и обеспечивают работу карьерных самосвалов и экскаваторов, шахтных электровозов и комбайнов, тягового подвижного состава железных дорог (электровозов и тепловозов).
Свыше 20% отказов при эксплуатации добывающего оборудования и железнодорожного транспорта приходится на долю тяговых электрических машин и вспомогательного электрического оборудования. Причиной более 40% отказов электрических машин является низкая эффективность электроизоляции или ее тепловое старение в процессе эксплуатации.
Для решения вопросов повышения эффективности электроизоляции электрических машин в России и за рубежом работа ведется в трех основных направлениях. Прежде всего, ведутся разработки новых электроизоляционных материалов, имеющих высокие и стабильные электрофизические характеристики в условиях высоких температур эксплуатации и высоких напряжений. Второе направление – это объединение электроизоляционных материалов в оптимальные системы, которые учитывают электрофизические, электротепловые, механические и химические характеристики, что усиливает эффективность электроизоляции в целом. Однако самая дорогостоящая и сложная часть решения проблемы повышения эффективности электрической изоляции – это совершенствование технологического процесса изолировки, обеспечение этого процесса современным оборудованием, необходимыми контрольно-измерительными и регистрирующими приборами.
При разработке технологического процесса изолировки необходимо учитывать химические, реологические и технологические особенности электроизоляционных материалов, а также условия эксплуатации электрооборудования.
Основной причиной снижения электрической прочности диэлектрика с течением времени является его тепловое старение (деструкция полимеров) при повышенных температурах. Величина пробивного напряжения при электротепловом и электрохимическом механизмах пробоя в значительной степени зависит от окружающей среды (температуры, влажности и т.д.). Диэлектрик способный поглощать влагу теряет свое основное качество – электрическое сопротивление.
Западноевропейские фирмы («Сименс», «Альстом» и др.) для увеличения эксплуатационного ресурса изоляции в тяговых электродвигателях используют электроизоляционные материалы с классом нагревостойкости 180 °С, а в некоторых случаях и 200 °С. Эти материалы имеют высокие технические характеристики. Однако они обладают одним существенным недостатком - высокой стоимостью в сравнении с российской электроизоляцией. Основная часть слюдяных лент зарубежных производителей предназначена для механизированной намотки, поэтому требует специального оборудования и определенных температурных условий.
Российские заводы в настоящее время выпускают весь спектр электроизоляционных материалов, которые являются полными аналогами зарубежных, а по некоторым параметрам имеют перед ними преимущества.
Разработанные и внедренные в производство новые российские электроизоляционные материалы по своему назначению учитывают конструктивные особенности всех современных электрических машин и электроаппаратуры, а так же условия их эксплуатации. Это позволило все материалы объединить в электроизоляционные системы с высокими функциональными свойствами и возможностями. В основном при изготовлении и ремонте электрических машин в мировой практике в основу систем электрической изоляции заложено два основных принципа – электроизоляция на основе пропитанных лент (Resin Rich) и изоляция на основе непропитанных лент с последующей вакуум-нагнетательной пропиткой (VPI). Основу систем изоляции электрических двигателей и генераторов электрического тока составляют электроизоляционные ленты с использованием слюдяных бумаг и пропиточные составы.
При выборе компаунда в качестве пропиточного состава необходимо, чтобы кроме электрофизических показателей он обладал хорошими технологическими параметрами. Очень важны реологические характеристики – вязкость, которая позволяет заполнять все пустоты в электроизоляции. При отверждении иметь минимальную усадку и не допускать образования воздушных включений в изоляции. При соблюдении всех технологических условий пропитки - содержание связующего в лентах составляет от 33 до 42%. В этом случае пропитка и связующее в ленте образуют монолитную изоляционную структуру, с высокой электрической прочностью , высокую теплопроводность, которая обеспечивает хороший отвод тепла от проводника.
Чтобы обеспечить монолитность структуры, лучше всего, когда связующее в ленте и пропиточный состав имеют одинаковую химическую природу. Таким примером может быть слюдяная лента «Элизтерм» и компаунд «Элпласт».
Учитывая, что пропиточные лаки до 50% содержат растворители, поэтому при высушивании они испаряются. Следовательно, для образования необходимой толщины электроизоляционной пленки требуется проводить двух- или трехкратную пропитку. Компаунд «Элпласт» в своем составе содержит разбавитель олигоэфиракрилат, который не удаляется в процессе формирования электроизоляционной пленки (при сушке), а образует с ненасыщенным олигоэфиримидом (химической основой компаунда) полимер. Это позволяет проводить только однократную пропитку, что сокращает трудо - и энергозатраты на данную операцию .
Монолитная электроизоляционная структура, образованная лентой «Элизтерм» и компаундом «Элпласт», кроме всего прочего, обладает высокой механической прочностью и низким влагопоглощением, что позволяет эксплуатировать электрические машины и электроаппаратуру при больших перепадах температуры и влажности в условиях постоянной вибрации.
Горнодобывающая техника, шахтное и металлургическое оборудование работает в условиях высокой запыленности. Попадание внутрь электрической машины грязи и влаги существенно снижает электрическое сопротивление изоляции. Чтобы препятствовать ее накоплению, пазовые пустоты электрической машины заполняют электроизоляционным герметиком, а поверхность электродвигателей покрывают электроизоляционными покрывными эмалями. До настоящего времени широко использовали ГФ- 92 ХС и ГС. Данные эмали обладают нагревостойкостью не выше 130 0С. На смену ГФ-92 приходят новые покрывные электроизоляционные типа «Эпималь» 9111 и 9155 с классом нагревостойкости 155 0С. Эти эмали обладают необходимой, трекингостойкостью, климатостойкостью и высокими показателями электрической прочности.
Разработку и производство новых эффективных электроизоляционных материалов можно осуществить только на совершенном, высокотехнологичном оборудовании и в жестко заданных условиях, что сказывается на их цене. В этой связи повышение класса нагревостойкости электроизоляции возможно приводит к ее удорожанию. В тоже время правильный выбор и технически грамотное использование этих материалов значительно увеличивает надежность и эксплуатационный ресурс электрической машины, что компенсирует все затраты на ее производство и ремонт.
Литература
1. Ященко С.А. Модернизация и исследования системы электрической изоляции класса нагревостойкости Н тяговых электродвигателей, эксплуатируемых в экстремальных условиях, дисс. канд. техн. наук. М., 2009.
2. Пропиточные составы для систем изоляции класса нагревостойкости В,F,H,C/ Ю.М.Евтушенко, В.В.Иванов, К.С.Сидоренко и др.//Тр. V Междунар. симпозиума ЭЛМАШ – 2004 «Электромеханика, электротехнологии, и тенденции развития электротехнического оборудования», Москва,2004.Т. II .C.46-52.
3. Электроизоляционные материалы и системы изоляции для электрических машин. В двух книгах. Кн. 2/ В.Г.Огоньков и др.; под ред. В.Г.Огонькова, С.В.Серебрянникова. -М. Издательский дом МЭИ, 2012.-304 c.: ил.
4. Мельник Т.М., Биржин А.П., Огоньков В.Г. Новое поколение электроизоляционных материалов - повышение надежности тяговых двигателей //Тр. L Х V I Междун. науч.- практической конференции «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта». Днепропетровск,2006.
5. Новые электроизоляционные материалы ЗАО «Электроизолит» при изготовлении и ремонте электрических машин/ А.П.Биржин, С.А. Ященко, В.В. Иванов, Ю.М. Евтушенко//Тр.VI Междунар. симпозиума «Элмаш-2006».М.,Т.2.С.195-201.
6. Сравнительная оценка качества пропитки изоляции обмоток электрических машин ультразвуковым и вакуум-нагнетательным способами/Н.И.Березинец, В.И.Коротков, Л.В.Родова, Б.Е.Рыбалко//Электротехника.2009.№3.
