CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 222
1975
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВОГО СТАРЕНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ ИЗОФЛЕКСА
В. И. МЕРКУЛОВ, Т. Н. БАСКАКОВА
(Представлена научным семина-ром кафедры электроизоляционной и кабельной техники)
В последние годы в электромашиностроении широкое применение в качестве электрической изоляции получили композиционные материалы на основе полиимидной и полиэтилентерефталатной пленок [1]. Среди композиционных отечественных материалов особое значение имеет изофлекс как материал, обладающий высокой нагревостойкостью, механической и электрической прочностью. Высокие физико-химические, механические и диэлектрические свойства этого материала позволяют использовать его в качестве пазовой изоляции электрических машин и дают возможность автоматизировать технологические операции при намотке статора.
Учитывая, что пазовая изоляция электрических машин подвергается механическим и тепловым воздействиям, нами проводилось исследование электрической прочности изофлекса в процессе теплового старения.
Изучение электрической прочности изофлекса производилось при Т — 20° С на переменном напряжении промышленной частоты в системе электродов диаметром 20 мм.
110 100 90
90 ?0 60 50
О ЮО 200 500 400 500 900 ЮОО Т, час
Рис. 1. Зависимость £пр изофлекса от времени теплового старения т при различных температурах старения: 1 — 200° С, 2 — 250° С,
3 — 300° С
В качестве образцов для исследования брались пластины изофлекса— ЗН размером 100X100 мм2, состоящие из двух слоев полиимидной пленки — ПМ толщиной 40 мк и стеклоткани, пропитанной полиэфир-
70
эпоксидным лаком ЭП-934. Для устранения перекрытия образцов применялось электродное устройство, предложенное Рижинашвили [2]. Измерение толщины образцов производилось на вертикальном оптиметре ИЗВ-2 с точностью ±0,5 мк.
Результаты испытания электрической прочности изофлекса в процессе теплового старения представлены на рис. 1. Каждая точка соответствует 30 образцам.
Из рис. 1 видно, что при температуре старения 200° С электрическая прочность изофлекса практически не зависит от времени старения в течение 1000 часов. Это подтвер-е_*р5о%, кв/мм ждается статистической про-
веркой результатов испытания с использованием критерия Вилькоксона [3]. При температурах старения 250 и 300°С в зависимости ЕП1) — ((х) на-
220
200 /80 160 /40 1РО /ОС
50
/00
/50
200
250 Г, нас
Рис. 2. Зависимость £пр = /(т) для поли
имидной пленки ПМ, состаренной при температуре 250° С
пр
блюдается минимум электрической прочности, который смещается в сторону меньших времен (от 60 часов до 15 часов) с увеличением температуры старения от 250 до 300° С.
Можно отметить также, что с ростом температуры старения происходит снижение электрической прочности. Так, кривая £пр = /(т) при 250° С лежит ниже, чем при температуре 200° С.
С целью выявления причины образования минимума в зависимости £пр — /(т) нами проводилось изучение электрической прочности поли-имидной пленки в процессе теплового старения при температуре 250° С. Результаты испытаний по-лиимидной пленки на про- *0*ю9%к бой, полученные по аналогичной методике, представлены на рис. 2.
Как показала статистическая проверка,электрическая прочность по-лиимидной пленки практически не зависит от времени старения в течение 250 часов. Это позволяет предположить, что образование минимума в кривой зависимости £Пр = — / (т) для изофлекса связано с разрушением
полиэфирэпоксидного связующего в процессе теплового старения. Действительно, как показали визуальные наблюдения, в процессе теплового старения происходит вспучивание изофлекса с последующим расслоением. Можно предположить, что в процессе теплового старения при температурах 250 и 300° С происходит термическая деструкция связующего, сопровождающаяся выделением газообразных продуктов, приводящих к расслоению. С повышением температуры старения процесс деструкции связующего протекает более интенсивно и, например, при температуре старения 300° С процесс расслоения изофлекса наблюдает-
ЦР &
2,0
V *,о
«Э*
/ \
/ \ 1
/ \
/ \ Ч
/ _____
.--1
0 5/0 ?'5 20 2» 65 40 45 50 55 Г, час
Рис. 3. Зависимость кажущейся интенсивности частичных разрядов (} от времени старения при Т = 300° С для изофлекса
ся визуально через 5—10 часов старения. При наблюдении под микроскопом в объеме изофлекса просматривается большое количество газовых включений, размер которых увеличивается в процессе теплового старения.
Это явление способствует перераспределению электрического поля в объеме материала и увеличению его неоднородности вследствие частичных разрядов, что приводит к уменьшению электрической прочности изофлекса.
Для проверки высказанного предположения нами проводилось изучение характеристик частичных разрядов (ч. р.) изофлекса в процессе теплового старения при температурах 250 и 300° С. Результаты измерения кажущейся интенсивности <2 и частоты следования ч.р. — /г, полученные при температуре старения 300° С и напряжении 6 кв, приведены на рис. 3 и 4. Аналогичные данные были получены при температуре 250° С.
Как видно из рис. 3 и 4, с увеличением времени старения частота следования и кажущаяся интенсивность ч. р. сначала возрастают, достигая максимального значения при времени старения 10—15 часов, а затем уменьшаются. Из сравнения рис. 1 и рис. 3 и 4 видно, что минимум электрической прочности изофлекса при температуре 300° С соответствует по времени старения максимальным значениям О и п.
8Г 2 I п-ю2
Рис. 4. Зависимость частоты следования частичных разрядов п ог времени старения т при Т^ЗОСРС для изофлекса при различной чувствительности счетчика импульсов ПС-10000: /-1—я(1); //-2— п . (Ю-1 ); ///-3—п . (10 ~2)
Это позволяет считать, что образование газовых полостей в процессе теплового старения и увеличение их размеров приводит к возрастанию кажущейся интенсивности ионизации, частоты следования ч. р. и увеличению неоднородности электрического поля за счет частичных разрядов. Последнее обусловливает снижение электрической прочности изофлекса.
При дальнейшем старении происходит выгорание связующего и шунтирование пор продуктами деструкции. Действительно, измерения поверхностного сопротивления стеклолакоткани, пропитанной полиэфир-эпоксидным лаком, показали, что его величина в процессе теплового старения уменьшается на 3+4 порядка (от 3,3 • 109 до 7,8 • 105 ом). Это приводит к выравниванию электрического поля в объеме материала, уменьшению частоты следования и кажущейся интенсивности ч. р, а также к некоторому возрастанию электрической прочности изофлекса (см. рис. 1). 72
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Электрическая прочность изофлекса при температуре старения 200° С практически не зависит от времени старения в течение 1000 часов.
При температурах старения 250 и 300° С в зависимости электрической прочности от времени старения наблюдается минимум.
2. Образование минимума в зависимости £Пр = /(т) связано с деструкцией полиэфирэпоксидного связующего в процессе теплового старения, приводящей к созданию газовых полостей и увеличению неоднородности электрического поля за счет частичных разрядов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Современные композиционные материалы. Под ред. А. Браушмана и Р. Крона. М., «Мир», 1970.
2. В. Я. Рижинашвили. Устройство для определения электрической прочности твердых диэлектриков. «Пластмассы», 1966, № ¡Ю.
3. Н. В. Смирнов, И. Н. Д у н и н-Б а р ко вс к и й. Курс теории вероятностей и математической статистики (для технических приложений). М., «Наука», 1965.
