Разработка, внедрение гидромеханической технологии производства слюдопластовых бумаг и создание слюдобумажных лент нового поколения для высоковольтной изоляции и пожаробезопасных кабелей Куимов, Игорь Евгеньевич

Введение к работе

Актуальность работы. В Федеральной целевой программе «Энергосберегающая электротехника» (1996-1999 гг.) была поставлена задача обеспечения рынка новым отечественным высокоэффективным электротехническим оборудованием, определяющим энергосберегающие технологии при производстве, передаче и потреблении электроэнергии. Реализация мероприятий этой программы позволит обновить 60% выпускаемой электротехнической продукции; повысить уровень производства на 70 предприятиях, занятых выпуском электротехнической продукции; повысить надежность и ресурс работы электрооборудования в 1,3 раза; повысить КПД основных видов электрооборудования и получить экономию при замене парка изделий новыми их видами в объеме до 50 млрд.кВт.ч. в год. Для решения соответствующих научно-технических проблем предусматривается создание новых материалов, в том числе и слюдосодержащих.

Основой совершенствования современной гермореактивной высоковольтной изоляции является создание полноценного заменителя щипаной слюды - слюдяной бумаги, которая обеспечивает основной диэлектрический барьер. За последние десятилетия в России и ряде зарубежных стран разработана технология производства и выпускается в промышленных масштабах слюдяная бумага (СБ), сырьем для которой являются отходы и непромышленные категории слюд. Эта бумага, уступая щипаной слюде по электрической прочности, обладает рядом положительных свойств: равномерность по толщине, стабильность механических и электрических свойств, возможность полной механизации переработки бумаги в электроизоляционные материалы, способность пропитываться. Теоретически и экспериментально доказано, что роль слюдяной бумаги, как основного диэлектрического барьера в высоковольтной электрической изоляции, значительно повышается при увеличении ее доли в изоляции. Поэтому для создания надежной и долговечной системы изоляции необходимо использовать слтодобумажные ленты с повышенным содержанием слюды.

В энергетической стратегии России до 2010 года важное место занимает проблема повышения надежности и безопасности работы АЭС, которая решается путем введения в эксплуатацию реакторных установок нового поколения, применения комплектующего оборудования и материалов, отвечающих современным требованиям.

В связи с утверждением новых требований по пожаробезопасности к кабелям для АЭС, в том числе по огнестойкости, возникла необходимость в дальнейшем совершенствовании конструкций кабелей и применяемым при их изготовлении материалов. В мировой практике требования по пожаробезопасности кабельных изделий эффективно выполняются за счет использования огнезащитных элементов на основе слюдяных материалов.

Слюдяная бумага и электроизоляционные материалы на ее основе занимают особое место в целевых программах, которые определяют надежность энергетического оборудования и эксплуатационные характеристики специальных кабелей, работающих в очаге пожара и в зонах радиационного излучения. Создание новых типов слюдяных бумаг и слюдобумажных материалов обеспечивает возможность

получения необходимых характеристик разрабатываемых электротехнических изделий и кабельной продукции. Цель и задачи работы.

1. Создание и внедрение технологии производства слюдяных бумаг с улучшенной пропитываемостью и высокой пористостью.

2. Исследование свойств слюдяных бумаг, получаемых методом термогидромеханического и гидромеханического расщепления слюды.

3. Внедрение технологической линии для получения слюдяных бумаг методом гидромеханического расщепления слюды.

4. Промышленное освоение выпуска слюдяных бумаг из мусковита и флогопита с поверхностной плотностью до 200 г/м².

5. Разработка и внедрение электроизоляционных лент с содержанием слюды 70-80 %.

6. Исследование систем высоковольтной изоляции на новых слюдосодержаших лентах.

7. Внедрение слюдобумажнъгх лент с повышенным содержанием слюды для изоляции обмоток высоковольтных электрических машин.

8. Разработка специального термостойкого связующего для создания огнезащитного слюдяного материала.

9. Разработка и внедрение огнезащитных элементов на основе слюдяных бумаг для пожаробезопасных кабелей.

Научная новизна работы.

10. Впервые изучена кинетика отверждения эпоксиноволачного связующего на основе смол УП-643 и DEN-438 в различном диапазоне температур в присутствии отвердителей-комилексов трехфгористого бора с моноэтиламином (НТ-973) и бензиламином (УП-605/3).

11. С помощью физико-химических и электро-физических методов на основании исследований кинетики отверждения определено оптимальное содержание от-вердителя в эпоксидной композиции, которое составляет 3 масс.%.

12. Разработана новая методика определения времени гелеобразования связующего в предварительно пропитанной ленте для контроля реактивности отвердите-ля. '

13. Предложен метод контроля температурно-временного режима на лакироваль-но-пропиточной машине по времени гелеобразования связующего в ленте для получения пропитанной ленты в стадии В. Оптимальное время гелеобразования составляет 8-11 мин.

14. Установлено, что эпоксиноволачный состав в присутствии отвердителя УП-605/3 отверждается при более низкой температуре (80 С), чем состав на НТ-973 (100С). Оптимальная температура полного отверждения эпоксиноволачного связующего составляет 165-170С.

15. Экспериментально подтверждено, что увеличение содержания слюды в слюдо-бумажных лентах повышает длительную электрическую прочность изоляции обмоток высоковольтных вращающихся машин.

Практическая тленность работы.

16. Разработана гидромеханическая технология получения сшодяпой бумаги из мусковита. Впервые в России внедрены технологические линии по получению слюдонластовых бумаг из мусковита и флогопита.

17. Разработаны и внедрены эпоксиноволачные связующие на основе смол УП-643 и DEN-438 с отвердигелями УП-605/3 и НТ-973 для предварительно пропитанных лент, обеспечивающие высокие электрофизические, физико-механические и термические свойства изоляции.

18. Разработаны и внедрены новые поколения предварительно пропитанных и не-пропиташгых слюдобумажных лент с повышенным содержанием слюды, обеспечивающие более высокую надежность изоляции обмоток турбо-, гидрогенераторов и высоковольтных электродвигателей. Новые слюдошгастовые ленты внедряются при выпуске модернизированных высоковольтных электродвигателей с уменьшенной толщиной изоляции обмотки.

19. Впервые в России разработан и внедрен огнезащитный элемент на основе слю-добумажной ленты для специальных пожаробезопасных кабелей. Начато опытно-промышленное производство пожаробезопасных кабелей для АЭС.

На защиту выносятся следующие положения:

20. Новая технология получения слюдяных бумаг гидромеханическим способом.

21. Рецептуры эпоксияоволачных лаков на оспове эпоксидных смол УП-643, DEN-438 и отечественного (УП-605/3) и импортного (НТ-973) отвердителей, тем-пературно-временные режимы изготовления предварительно пропитанных лент па основе указанных лаков.

22. Методика определения времени гелеобразования по достижению максимального значения тангенса угла диэлектрических потерь (tgo) при частоте 10³ Гц и при постоянной температуре 160С.

4. Промышленная технология изготовления пропитанной и непропитапной лент на слюдопластовой бумаге.

Практическая реализация результатов работы. Разработанные в диссертации технологии и результаты экспериментальных исследований используются в ОАО "Завод электроизоляционных материалов Элинар" и в "Холдинговой компании Привод", что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Апробация работы.

Основные результаты, положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на:

23. Международной научно-технической конференции «Изоляция-99» г. Санкт-Петербург, 15-18 июня 1999 г..

24. Всероссийском электротехническом конгрессе с международным участием «На рубеже веков: итоги и перспективы», ВЭЛК-99, г. Москва, июль 1999 г.

25. Международном симпозиуме по электрической изоляции «2000 IEEE International Symposium on Electrical Insulation», США, Калифорния, 2-5 апреля 2000г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 2 статьи, 7 докладов на конференциях (в том числе в шести - международных).

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, изложена на 174 страницах машинописного текста, включая 41 рисунок и 64 таблицы. Список литературы содержит 95 наименований.