1147-2真空壓力浸漬用環(huán)氧浸漬樹脂及其在高壓電機(jī)上的應(yīng)用.

1、1147-2 真空壓力浸漬用環(huán)氧浸漬樹脂及其在高壓電機(jī)上的應(yīng)用 楊杰 1,2,張奕黃 2,李雪 3,陳紅生 4,薛長志 4 (1.國電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)(宜興有限公司，江蘇宜興 214203; 2.北京交通大學(xué),北京 100044;3.上海 同立電工材料有限公司，上海 201605;4.南車株洲電機(jī)有限公司，湖南株洲 412001 概要:主要介紹了 1147-2 真空壓力浸漬用環(huán)氧浸漬樹脂的性能指標(biāo)、常規(guī)電性 能及其在高壓電機(jī)上的應(yīng)用情況，結(jié)果表明 1147-2 浸漬樹脂是一種更適宜國內(nèi)工藝 技術(shù)條件的環(huán)保型高性能浸漬樹脂。 關(guān)鍵詞:環(huán)氧酸酐；真空壓力浸漬；高壓電機(jī) 1147-2 Epoxy VPI

2、 Resin and Its Application on High Voltage Motor Yang Jie 1,2, Zhang Yi-huang2,Li Xue 3, Chen Hong-sheng 4, Xue Chang-zhi 4 (1.Guodia n Uni ted Power Techno logy (Yixi ng Compa ny LTD., Yixi ng 214203, Chi na; 2. Beiji ng Jiaot ong Un iversity, Beiji ng 100044, Chi na; 3. Sha nghai To ngli Electric

3、Material CO., LTD,Shanghai 201605, China; 4. CSR Zhuzhou Electric CO.,LTD. , Zhuzhou 412001,Chi na Abstract: The performa nces and conven ti onal electrical properties of 1147-2 epoxy VPI res in and its applicati ons on high voltage motors were in troduced mainly. Results show that 1147-2 impreg nat

4、ed resi n is a ki nd of en vir onmen tal frie ndly impreg nated res in with high performa nee, which is more suitable for the domestic tech no logy con diti on. Key words: epoxy an hydride; vacuum pressure impreg nati on; high voltage motor 1 前言 目前高壓電機(jī)定子主絕緣系統(tǒng)可以分為兩條技術(shù)路線 ：一是以美國 GE 公司 Micadur 絕緣和法國 A-A

5、 公司 isotenax-N 絕緣為代表的環(huán)氧粉云母帶多膠體系,采用 液壓或模壓成型的連續(xù)式絕緣；另一是以美國西屋公司 Thermalastic 絕緣和瑞士 ABB 公司Micadur 絕緣為代表的環(huán)氧粉云母少膠體系，采用真空壓力浸漬（VPI 的連 續(xù)式絕緣。 對(duì)于高壓電機(jī)而言，采用真空壓力浸漬（VPI 絕緣結(jié)構(gòu)，云母含量顯著提高，有利于 提高絕緣的電氣性能、耐電暈性和耐電壽命；絕緣內(nèi)部無氣隙，整體性良好，導(dǎo)熱性提 高，從而提高電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)、運(yùn)行壽命及運(yùn)行可靠性 ；同時(shí)大大簡化線圈制造工藝， 縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本,有利于提高線圈絕緣質(zhì)量的穩(wěn)定性。 根據(jù) VPI 整浸浸漬樹脂來劃分，目前

6、 VPI 技術(shù)線路有三類，一類是環(huán)氧酸酐-苯乙 烯樹脂（典型產(chǎn)品為 Thermalastic 絕緣體系 53841WS 和 53841PU 樹脂,第二類是純環(huán) 氧-酸酐樹脂（典型產(chǎn)品為西門子 Micalastic 絕緣體系 ET884 樹脂，第三類為其它類樹 脂,主要包括一般耐熱不飽和聚酯樹脂（如吳江太湖 1149-2 樹脂、改性不飽和環(huán)氧酯 樹脂（如蘇州巨峰 JF9950 樹脂、改性不飽和聚酯亞胺樹脂（如哈絕 H9110 樹脂等。 其中，除第二類純環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂外，其它樹脂都含有苯乙烯、甲基苯乙烯 等溶劑作為稀釋劑，在烘焙過程中，樹脂中的活性稀釋劑普遍存在沸點(diǎn)較低、易揮發(fā) 的現(xiàn)象，可

7、能會(huì)使絕緣存在氣隙和尺寸收縮，只有純環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂才能真 正做到無溶劑、基本零揮發(fā)、零氣隙,VPI 后絕緣整體性好，代表著當(dāng)前世界最先進(jìn) 的 VPI 水平。 目前國外純環(huán)氧酸酐無溶劑浸漬樹脂典型代表 -西門子公司 ET884 樹脂，其主 要由低粘度環(huán)氧樹脂和液態(tài)酸酐組成，不含其他稀釋劑，固化揮發(fā)物小，比較符合環(huán)保 要求，因而在國內(nèi)逐漸得到應(yīng)用和認(rèn)可。但 ET884 樹脂的室溫粘度大，在使用時(shí)要加 熱到60C70C時(shí)粘度才能達(dá)到使用要求，在樹脂不用時(shí)需要冷卻至 10C以下儲(chǔ)存, 在工業(yè)生產(chǎn)中，浸漬樹脂反復(fù)加熱冷卻，不僅會(huì)增加很多電能消耗和工時(shí)消耗，而且在 反復(fù)使用過程中不可避免的會(huì)有部分

8、雜質(zhì)和促進(jìn)劑流入浸漬樹脂中 ，在熱的作用下， 浸漬樹脂的使用壽命會(huì)大幅度縮短，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致樹脂提前報(bào)廢。加上 ET884 樹脂 從國外進(jìn)口，價(jià)格較高,極大的限制了 ET884 浸漬樹脂的在國內(nèi)進(jìn)一步推廣和普及。 2 1147-2 樹脂性能介紹 上海同立電工材料有限公司在對(duì)國外各種浸漬樹脂深入研究的基礎(chǔ)上 ，進(jìn)行了 一些有益的改進(jìn)，開 發(fā)出了 1147-2 真空壓力浸漬用環(huán)氧浸漬樹脂，經(jīng)過產(chǎn)品鑒定和反復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)表 明其性能基本達(dá)到了 ET884 樹脂的水平。與 ET884 樹脂相比,其室溫粘度有明顯下 降，可以滿足常溫下浸漬的工藝條件，縮短了浸漬樹脂的加熱時(shí)間和制冷時(shí)間，減少能 源消耗，并且大幅

9、度減緩了由于促進(jìn)劑流失到樹脂中造成的樹脂粘度快速增長 ，有利 于延長浸漬樹脂的使用壽命。此外,1147-2 與 ET884 樹脂同樣都不含任何易揮發(fā)性 成分,相對(duì)于其他含苯乙烯類稀釋劑的無溶劑浸漬樹脂，減少了在真空和烘培過程中 揮發(fā)物氣體的排放，有利于改善環(huán)境,是更適宜國內(nèi)工藝條件的環(huán)保型高性能 VPI 浸 漬樹脂。 表 1 為西門子 ET884 樹脂與上海同立 1147-2 樹脂的性能對(duì)比。 表 1 兩種浸漬樹脂的性能對(duì)比 序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目單位 1147-2 ET884(實(shí)測(cè)值 1 外觀一淡黃色透明液體，無 機(jī)械雜質(zhì)、不溶粒子 無色透明液體 2 粘度 (23CC,旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) mPa-s 1391

10、6.0-17.0 (70 C 3 固化揮發(fā)份 (140C /10h % 55 4 密度 g/cm3 1.15 0 1.16 01 5 樹脂在閉口容器中的穩(wěn)定性 (60 C C /96h 粘度增長倍數(shù) 1 X 1012 5.3 X 浸水 2 48h 1 X 1012 5.2 X 1012 7 表面電阻率 常態(tài) Q 1 X 1014 3.0 X 浸水 3 48h 3X 1013 1.8 X 1012 8 介質(zhì)損耗因數(shù) 一W 1.0 X-20.001 9 相對(duì)介電常數(shù) 一w 3.5 3.1 10 電氣強(qiáng)度 （快速升壓 常態(tài) MV/m 2223.2 155 20 浸水 48h 20 1147-2 真空

11、壓力浸漬用環(huán)氧浸漬樹脂是由高純度環(huán)氧樹脂與酸酐固化劑配制 而成的高壓電機(jī)（VPI 無溶劑浸漬樹脂。與國外西門子 ET884 樹脂、Von Roll ISOLA 3407同屬環(huán)氧酸酐類低揮發(fā)無溶劑絕緣浸漬樹脂。與國外同類型產(chǎn)品相比 ，其最大 的優(yōu)點(diǎn)在于采用獨(dú)創(chuàng)的降粘技術(shù)，降低了樹脂體系的粘度，實(shí)現(xiàn)了室溫浸漬，節(jié)約了大 量能源，縮短生產(chǎn)周期,提高經(jīng)濟(jì)效益，填補(bǔ)國內(nèi)空白。 2.1 1147-2 樹脂固化揮發(fā)份 為驗(yàn)證含苯乙烯類活性稀釋劑的浸漬樹脂和 1147-2 樹脂在固化過程中質(zhì)量損 失的巨大差異，采用105 的鋼盤澆注 1.0mm 厚的膠片方法，比較不同種類的浸漬樹 脂所產(chǎn)生的揮發(fā)份的大小程度。

12、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見下表 2 所示。 試驗(yàn)只是間接地反映浸漬樹脂的固化揮發(fā)物水平，無法正確反映電機(jī)定子在 VPI 處理過程中的真正揮發(fā)物水平?？紤]到敞口澆片都是在烘箱中進(jìn)行 ，升溫速率 較快，使樹脂體系能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化。而電機(jī)定子體積、重量較大 ，烘房的 空間又很大，很難實(shí)現(xiàn)在同樣短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到與上述方法類似的升溫效果。如果使 用傳統(tǒng)的苯乙烯為活性稀釋劑的浸漬樹脂，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)在升溫過程中，苯乙烯在未達(dá) 到固化溫度點(diǎn)時(shí)大量揮發(fā)，就樹脂體系而言，這種揮發(fā)量應(yīng)該比上述試驗(yàn)所測(cè)的數(shù)值 還要大許多。但是，1147-2 樹脂的揮發(fā)份指標(biāo)都不會(huì)超過 5%,這對(duì)于提高主絕緣的 致密性、電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度都是

13、至關(guān)重要的。 1147-2 樹脂在固化過程中可以達(dá) 到極低的排放量，從環(huán)保角度來考慮 1147-2 樹脂是真正的無溶劑浸漬樹脂。 表 2 幾種樹脂固化后揮發(fā)份對(duì)比 名稱固化條件粘度/涂 4 杯 23C (s 固化前重量 (g 固化后重量 (g 揮發(fā)份(% 國內(nèi) T 廠樹脂 150C /10h 40s 9.8546 6.6026 33.0% 9.9784 6.5630 34.2% 1147-2 14C、8h 3335s 10.8028 10.6452 1.5% 10.8636 10.6198 2.2% 11.3203 11.1008 1.9% 11.6172 11.3728 2.1% 進(jìn)口樹脂

14、16.0-17.0 mP.s (70C 11.5567 11.4088 1.3% 11.0782 10.8911 1.7% 10.9890 10.7023 2.6% 11.9844 11.6539 2.7% 備注:澆鑄模具為直徑 105mm，深度為 5mm，涂有均勻脫模劑的鐵質(zhì)模具，將其 放置于烘箱中調(diào)至水平并預(yù)熱至 90C。將樹脂倒入預(yù)熱好的模具中，升溫至浸漬樹 脂固化溫度并開始計(jì)時(shí)。烘箱升溫速率 1C /min。 2.2 溫度對(duì) 1147-2 樹脂粘度的影響 粘度是決定浸漬樹脂流動(dòng)性和滲透性的主要因素。圖 1 為 1147-2 樹脂的粘度 溫度關(guān)系曲線。 溫度/o C 粘度/m P a s

15、 - 圖 1 1147-2 與國外浸漬樹脂粘溫關(guān)系 由圖 1 可知,1147-2 樹脂具有良好的粘度溫度特性，在 23C到 30C范圍內(nèi)足以滿 足電機(jī)繞組的浸漬要求，樹脂的滲透性填充性十分優(yōu)異；與國外樹脂相比，1147-2 樹脂 的室溫粘度大幅度下降，在 20C 30C時(shí)粘度處于 200mPas80mPas 之間，完全可以 滿足電機(jī)電氣設(shè)備的絕緣浸漬，節(jié)約了大量能源，縮短生產(chǎn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益，填補(bǔ)國 內(nèi)空白。 2.3 1147-2 樹脂膠化時(shí)間 由于 1147-2 樹脂中沒有促進(jìn)劑成份，所以膠化時(shí)間的長短直接取決于少膠粉云 母帶中所含促進(jìn)劑的種類與份量。測(cè)試膠化時(shí)間時(shí)在樹脂中另外加入占環(huán)氧樹

16、脂重 量份的1/100 的 BDMA 作為固化促進(jìn)劑。在電機(jī)實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以使用含有不 同種類促進(jìn)劑的少膠粉云母帶，具體烘培固化時(shí)間因促進(jìn)劑含 量和種類的不同而不同。 2.4 1147-2 樹脂儲(chǔ)存穩(wěn)定性試驗(yàn) 正是因?yàn)?1147-2 樹脂中沒有固化促進(jìn)劑，所以樹脂的儲(chǔ)存穩(wěn)定性十分優(yōu)異。圖 2為 1147-2 樹脂在 60C下儲(chǔ)存的粘度變化曲線。圖 3 為 1147-2 樹脂在 30C下儲(chǔ)存 的粘度變化曲線。 圖 2 60C儲(chǔ)存粘度-溫度曲線圖 3 30C儲(chǔ)存粘度-溫度曲線從圖 2 可以看 出,1147-2樹脂在 60C下儲(chǔ)存28天后,其粘度仍低于 300mPa.s仍可以滿足實(shí)際使用 的粘度

17、要求。而在圖 3 中,樹脂在 30T下儲(chǔ)存 120 天后其粘度只有 200 mPa.s 左 右。綜上可知,1147-2 樹脂的儲(chǔ)存穩(wěn)定性十分優(yōu)異。 3 1147-2 樹脂的應(yīng)用 3.1 線棒結(jié)構(gòu)應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn) 3.1.1 線棒常規(guī)電性能對(duì)比 B 為驗(yàn)證 1147-2 樹脂絕緣體系，針對(duì) 1147-2 樹脂絕緣體系和傳統(tǒng)的環(huán)氧苯乙烯絕 緣體系分別制作線棒，并測(cè)試線棒試樣的介質(zhì)損耗和電場(chǎng)強(qiáng)度。 模擬線棒制備：采用 7.1 20800 銅排，按相同絕緣厚度分別包扎不同少膠云母 帶和分別 VPI 浸漬 1147-2 和傳統(tǒng)環(huán)氧苯乙烯絕緣漆包扎。 試樣絕緣結(jié)構(gòu):5 種不同絕緣結(jié)構(gòu)，其中 A1 結(jié)構(gòu):國產(chǎn)含

18、促進(jìn)劑薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠 帶和玻璃布補(bǔ)強(qiáng)少膠帶混包+1147-2 樹脂 VPI 浸漬;A2 結(jié)構(gòu):國產(chǎn)含促進(jìn)劑純薄膜補(bǔ) 強(qiáng)少膠帶+1147-2 樹脂 VPI浸漬;a1 結(jié)構(gòu)和 a2 結(jié)構(gòu):兩家國外知名絕緣材料供應(yīng)商生 產(chǎn)的含促進(jìn)劑純薄膜補(bǔ)強(qiáng)少膠帶+1147-2 樹脂 VPI 浸漬,B 結(jié)構(gòu):國產(chǎn)玻璃布補(bǔ)強(qiáng)少 膠帶+環(huán)氧苯乙烯浸漬漆 VPI 浸漬。線棒經(jīng) VPI 處理 1 次之后烘干固化。 試樣檢測(cè)：試樣檢測(cè)數(shù)據(jù)如表 3 所示。 表 3 試樣檢測(cè)數(shù)據(jù) 試樣 常態(tài)介損 tan S 熱態(tài)介損 (0.6U n 電氣強(qiáng)度 (kV/mm 0.2U n 0.4U n 0.6U n 0.8U n 1.0U n 1.

19、2U n A1 0.44 0.45 0.51 0.60 0.77 0.88 0.035 7.25 52.42 A2 0.42 0.42 0.47 0.53 0.62 0.70 0.025 6.69 51.65 a1 0.55 0.55 0.58 0.63 0.72 0.77 0.0167 7.50 46.94 a2 0.44 0.44 0.46 0.50 0.57 0.62 0.01 6.87 53.96 B 1.51 1.57 1.70 2.00 2.36 2.57 0.09 14.2 31.51 Un=4.2kV 從表 3 數(shù)據(jù)來看根據(jù) JB/T 50133-1999 中型高壓電機(jī)少膠整浸

20、線圈產(chǎn)品質(zhì)量 分等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，上述幾種純環(huán)氧酸酐體系結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)線棒測(cè)試結(jié)果表明，其幾個(gè)關(guān) 鍵的電氣性能指標(biāo)：常態(tài)介質(zhì)損耗 tan &熱態(tài)介質(zhì)損耗 tan 常態(tài)介損增量 tan、 電氣強(qiáng)度 Eb等指標(biāo)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)全面優(yōu)于傳統(tǒng)少膠 VPI 絕緣體系，都能滿足 4.2kV 額 定電壓的高壓電機(jī)要求，全面到達(dá)優(yōu)等品要求，而傳統(tǒng)少膠 VPI 絕緣體系試驗(yàn)數(shù) 據(jù)相對(duì)較差，影響絕緣壽命的介損水平，達(dá)不到優(yōu)等品要求。含促進(jìn)劑國產(chǎn)少膠 云母帶和進(jìn)口少膠云母帶相比，國產(chǎn)材料并不處于劣勢(shì)。 兩種體系對(duì)比，1147-2 純環(huán)氧-酸酐體系全面優(yōu)于環(huán)氧-苯乙烯膠 VPI 絕緣體系, 特別是影響絕緣壽命的介質(zhì)損耗水平優(yōu)

21、勢(shì)非常明顯。 3.1.2 線棒結(jié)構(gòu)電老化對(duì)比試驗(yàn) a 線棒制作:按照 3.1.1 中 A2 結(jié)構(gòu)和 B 結(jié)構(gòu)制造試樣。 b 試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目： 常規(guī)檢測(cè)：測(cè)量試樣常態(tài)和熱態(tài)(155rtan (Un =4.2kV 和擊穿電壓 Ub; 電老化：電老化試驗(yàn)參數(shù)：試驗(yàn)電壓:2Un+1kV;試驗(yàn)時(shí)間:1200h;電老化之后檢測(cè) 試樣常態(tài)和熱態(tài)(155Ctan (Un =4.2k和擊穿電壓 Ub。 c 試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示。 表 4 電老化試驗(yàn)結(jié)果 對(duì)比項(xiàng)目 1147-2 體系傳統(tǒng)少膠 VPI 體系 常規(guī)性能常態(tài)介損 tan S （0.2Un0.61 0.9 熱態(tài)介損 tan S （0.6Un 3.97 1

22、8.8 介損增 量 tan S 0.02 0.06 氣強(qiáng)度 kV/mm 40.24 38.16 電老化后常態(tài)介損（0.2Un0.56 4.66 熱態(tài)介損（0.6Un 1.80 21.70 介損增量 tan S 0.02 0 電 5強(qiáng)度 kV/mm 43.49 35.09 從表 4 電老化試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看,1147-2 純環(huán)氧酸酐絕緣體系的試樣，在（2Un+1kV 的高電壓、155C的高溫條件下經(jīng)過 1200h 的電老化后，其常態(tài)介質(zhì)損耗、熱態(tài)介質(zhì) 損耗和電氣強(qiáng)度和電老化前基本保持一致，說明其絕緣性能沒有劣化，而傳統(tǒng)少膠 VPI 絕緣體系的試樣，常態(tài)介質(zhì)損耗和熱態(tài)介質(zhì)損耗上升、電氣強(qiáng)度下降 ，說明此體 系的絕緣性能已開始有明顯劣化的跡象。 通過比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),1147-2 純環(huán)氧酸酐絕緣體系的性能全面優(yōu)于傳統(tǒng)環(huán)氧苯乙 烯少膠 VPI 絕緣體系，尤其是介質(zhì)損