Выбор и обоснование способа и материалов защиты катушки и трансформатора
В процессе эксплуатации трансформаторы, как правило, подвергаются негативным воздействиям окружающей среды: высокой влажности, большому перепаду температур и перепаду атмосферного давления, воздействию агрессивных веществ и грибковых образований и т.д.
Для защиты катушки и металлических элементов трансформатора от влаги и агрессивной среды нашли преимущественное применение пропитка, обволакивание и защитно-декоративные покрытия. Способ и материалы защиты выбираются исходяиз условийэксплуатации и назначения устройств с учетом требований к электрической прочности и сроку службы.
В катушке наиболее критичными к влаге и агрессивной среде являются изоляционные материалы. Поэтому при достаточно высокой влажности для защиты катушки широко используется пропитка лаками и компаундами. Пропиточные материалы должны иметь малую вязкость, хорошую адгезию к изоляции проводов и изоляционным материалам, входящим в катушку, но не являться растворителями изоляции. Они должны легко проникать в толщу обмоток, заполнять все воздушные промежутки и пропитывать волокнистые изоляционные материалы, придавая катушке монолитность. Тем самым катушка защищается от проникновения влаги внутрь обмоток, повышается электрическая и механическая прочность обмоток и улучшается теплоотвод от внутренних слоев катушки.
Для защиты от коррозии металлических элементов ТП (сердечника, деталей стяжки, экранов) наиболее широко применяется обволакивание, которое обычно выполняет и роль декоративного покрытия.
При нежестких условиях эксплуатации (влажность не выше критической, отсутствие агрессивной среды и т.д.) для пропитки используются недорогие пропиточные лаки, а для обволакивания – тоже недорогие покровные эмали и лаки. При эксплуатации ТП в жестких климатических условиях (очень высокая влажность, высокая температура, наличие агрессивной среды) катушки рекомендуется пропитывать компаундами, обладающими лучшими свойствами, чем лаки. Для обволакивания в этих случаях используются термореактивные компаунды с наполнителями, что позволяет относительно просто выполнить покрытие достаточной толщины (порядка нескольких миллиметров).
Но необходимо помнить, что пропитка и обволакивание, особенно компаундами, – трудоемкие и дорогостоящие операции. Поэтому ТП для бытовой РЭА при оптимизации по стоимости не рекомендуется ни пропитывать, ни обволакивать.
В качествепропиточных материалов широкое применение нашли лаки и компаунды следующих марок:
· БТ-987 (ГОСТ 6244-70) – лак битумно-масляный с повышенной влагостойкостью и эластичностью. Применяется для пропитки трансформаторов и дросселей с ферритовыми и альсиферовыми сердечниками, работающих в диапазоне температур от – 60 до +105°С;
· МЛ-92 (ГОСТ 15865-70) – лак электроизоляционный механически прочный, эластичный, с хорошей адгезией, маслостойкий. Применяется для пропитки катушек моточных изделий, работающих в диапазоне температур от – 60 до +130°С;
· ФЛ-98 (ГОСТ 12294-76) – лак алкиднофенольный, термореактивный. Обладает хорошей цементирующей способностью, маслостоек. Применяется для пропитки катушек трансформаторов и дросселей, работающих в диапазоне температур от – 60 до +130°С;
· ПЭ-933Л (ТУ 6-10-714-75) – лак пропиточный горячей сушки. Отличается повышенной нагревостойкостью и низким коэффициентом старения. Имеет хорошие цементирующие свойства, маслостойкий. Применяется для пропитки катушек моточных изделий, работающих в диапазоне температур от – 60 до +155°С и в условиях тропиков;
· КО-916К (ТУ 6-02-690-76) – лак кремнийорганический электроизоляционный, модифицированный полиэфиром. Применяется для пропитки катушек моточных изделий морского и тропического исполнения, работающих в диапазоне температур от – 60 до +200°С;
· ПК-10 (ТУ ОАБ.504.017) – компаунд метакриловый пропиточный с хорошей цементирующей способностью и с большой скоростью отверждения. Применяется для пропитки обмоток трансформаторов и дросселей, работающих в диапазоне температур от – 60 до +130°С;
· КМ-9 (ТУ 6-09-1668-72) – компаунд электроизоляционный, метакриловый, термореактивный. Обладает высокой эластичностью, стоек к воде и ацетону. Применяется для пропитки трансформаторов и дросселей с ферритовыми сердечниками, работающих в диапазоне температур от – 60 до +155°С.
Для защитных и защитно-декоративных покрытий трансформаторов и дросселей используются эмали, композиции и покровные лаки:
· ПФ-115 (ГОСТ 6465-76) – эмаль для окраски изделий и нанесения надписей. Выпускается различных цветов: белая (б), черная (ч), красная (к), синяя (с), желтая (ж), светло-зеленая (св-з). Диапазон рабочих температур от – 60 до +120°С;
· ЭП-91 (ГОСТ 15943-80) – эмаль зеленая, глянцевая, с высокой адгезией к металлам. Применяется для электроизоляционного и антикоррозийного покрытия. Диапазон рабочих температур от – 60 до +180°С;
· ЭП-567 (ГОСТ 22369-77) – эмаль защитная, темно-зеленая. Применяется для окрашивания электротехнических изделий. Диапазон рабочих температур от – 60 до +150°С;
· ОС-92-07 (ТУ 84-725-78) – композиция зеленая, матовая, устойчивая к грибкам. Применяется для окрашивания электротехнических изделий, работающих в условиях повышенных температур (от – 60 до +400°С);
· ФЛ-582 (ТУ 6-10-1236-77) – лак покровный. Покрытие электроизоляционное, влагостойкое, глянцевое, твердое, механически прочное с хорошей адгезией к металлам и пластмассам. Устойчивое к периодическому воздействию минеральных масел, бензина и воды, атмосферостойкое и грибостойкое. Применяется для антикоррозийной и электроизоляционной влагозащиты деталей и узлов из различных материалов. Диапазон рабочих температур от – 60 до +150°С;
· ЭП-730 (ГОСТ 20824-81) – лак покровный. Покрытие глянцевое, механически прочное с хорошей адгезией к металлам и пластмассам. Атмосферостойкое и грибостойкое. Применяется для антикоррозийного и электроизоляционного покрытия металлических и пластмассовых поверхностей по эмали ЭП-567. Диапазон рабочих температур от – 60 до +150°С.
Для обволакивания катушек, трансформаторов и дросселей, предназначенных для работы в тропических условиях, в условиях высокой влажности и в агрессивной среде используется обволакивание компаундами:
· МБК-1 (ТУ 6-16-2431-80) – компаунд метакриловый электроизоляционный. Заливочный и пропиточный состав для герметизации узлов, работающих в условиях высокой влажности. Применяется для обволакивания трансформаторов и дросселей. Диапазон рабочих температур от – 60 до +125°С;
· ЭЭС-1 (ТУ АОТ.504.032) – эпоксидный эластофицированный компаунд горячего отверждения с высокой влагостойкостью и пропитывающей способностью. Предназначен для пропитки и заливки высоковольтных трансформаторов и дросселей. Диапазон рабочих температур от – 60 до +120°С;
· ЭП-49Д/1, ЭП-49Д/2 (ТУ 6-05-1420-75) – порошкообразные компаунды, коричневые и черные. Покрытие гладкое, ровное. Применяются для изолирования трансформаторов, дросселей и других изделий, работающих в тропических условиях и содержащих металлические и неметаллические материалы, допускающие нагрев до (130…150)°С. Толщина покрытия от 0,15 мм и более. Режимы отверждения: для ЭП-49Д/1 – 6 ч при t = 150±5 °С; для ЭП-49Д/2 – 10 ч при t = 145±5 °С. Диапазон рабочих температур от – 60 до +130°С;
· ЭВН-10 (ТУ ОАЮ.503.010) – порошкообразный компаунд, голубой. Покрытие гладкое, блестящее с хорошими электроизоляционными свойствами и высокой теплопроводностью. Применяются для изоляционных и защитных покрытий магнитопроводов и аппаратов с металлическими и неметаллическими деталями. Режимы отверждения: при t = 200°С – 0,5 ч; при t = 180°С – 1 ч; при t = 140°С – 4 ч. Диапазон рабочих температур от – 60 до +130°С.
Дополнительные рекомендации по выбору способа и материалов защиты катушки и трансформатора от воздействия влаги и агрессивной среды можно найти в литературе [3, 4].
РАСЧЕТ ТЭП КОНКУРЕНТНЫХ ВАРИАНТОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА
Постановка задачи
Одной из основных задач в курсовом проектировании ставится – освоение методологии оптимального проектирования. В данном случае необходимо спроектировать трансформатор питания, оптимальным образом соответствующий требованиям ТЗ, а именно:
· должны выполняться все технические параметры и характеристики ТП в условиях эксплуатации, оговоренных в ТЗ;
· ТП должен иметь минимальные технико-экономические показатели – массу, габаритный объем, стоимость или другие показатели, по которым наложены ограничения в ТЗ;
· выполнение указанных выше требований не должно достигаться в ущерб другим показателям качества, не оговоренным в ТЗ.
Очевидно, для решения поставленной задачи необходимо было бы просчитать все возможные варианты и выбрать наиболее оптимальный. Но поскольку курсовое проектирование сильно ограничено во времени и в средствах, то необходимо качественно провести анализ ТЗ и отобрать несколько наиболее конкурентных вариантов, из которых и выбрать оптимальный.
Для решения поставленной задачи предлагается воспользоваться следующей методикой:
1) рассчитать габаритный критерий или габаритные критерии, если заданы ограничения и по падению напряжения, и по перегреву;
2) выбрать типоразмеры сердечников из конкурентных рядов;
3) рассчитать технико-экономические показатели конкурентных вариантов ТП;
4) провести сравнительный анализ ТЭП конкурентных вариантов и выбрать оптимальный вариант ТП.
5) привести справочные данные оптимального сердечника, необходимые для электрического и конструктивного расчета.
Рассмотрим подробно каждый из предложенных пунктов.