Специалисты обсудили совершенствование изоляции в электрических машинах

В апреле 2025 г. в рамках выставки "Электро" ассоциация "Интерэлектромаш" провела сессию "Современные тренды, ключевые решения и инновационное развитие производства электрических машин и электроизоляционных материалов". Модератором выступил Евгений Кади-Оглы, вице-президент ассоциации "Интерэлектромаш", директор по электроэнергетическому оборудованию ООО "Турбинные технологии ААЭМ", председатель Комитета по стандартизации ТК333 "Вращающиеся электрические машины". С приветственным словом к участникам сессии обратился Игорь Куимов, председатель Совета ассоциации "Интерэлектромаш", генеральный директор ОАО "Холдинговая компания "Элинар", действительный член Академии электротехнических наук РФ.

Александр Мельниченко, главный технолог завода электроизоляционных материалов и изделий "Элинар", действительный член АЭН РФ, рассказал о системах изоляции с повышенной теплопроводностью для турбогенераторов с воздушным охлаждением. В докладе были рассмотрены заливочные компаунды, созданные на предприятии.

Важным преимуществом "Элинара" является то, что компания сама производит композитные электроизоляционные материалы. Напомним, что в турбогенераторах компаундная заливка является дополнением к основной изоляции. Производство как композитной изоляции, так и компаундной заливки одной компанией позволяет обеспечить их хорошую совместимость.

На протяжении более 70 лет в электрических машинах используется разработанный ВНИИЭИМ пропиточный электроизоляционный компаунд ПК-11. Он должен использоваться в сочетании с непропитанными слюдяными лентами, содержащими в своем составе ускоритель полимеризации. В противном случае качество получаемой изоляции будет низким из-за слишком медленного затвердевания. В целом ПК-11 хорошо себя зарекомендовал, тем не менее, ему свойственны некоторые недостатки. Во-первых, он должен храниться при пониженных температурах, от +5 до +10°C. Во-вторых, изделия после пропитки компаундом нужно выдерживать при температуре +160°C в течение 12 ч. В-третьих, при затвердевании компаунда этой марки выделяется большое количество летучих веществ, которые при конденсации образуют легко воспламеняющиеся жидкости.

На заводе "Элинар" созданы новые пропиточные электроизоляционные компаунды, где перечисленные выше проблемы решены благодаря применению высококачественных компонентов и новой каталитической системы. Называются эти компаунды ПК-21, ПК-21 (э) и ПК-21 (у). Скорость затвердевания у них значительно повышена. Самый быстрый из указанных компаундов - ПК-21 (у), при температуре +160°C он затвердевает не более чем за 30 мин. Важное усовершенствование - новые компаунды имеют класс нагревостойкости H против F у ПК-11. Этого удалось достичь благодаря увеличению частоты сшивки молекул.

Кроме этого, "Элинар" освоил производство пропиточных компаундов нового поколения на основе эпоксивинилэфирных смол 180-ПЭ-К ТТ-590 и 180-ПЭ-К ТТ-576. Они предназначены для капельной пропитки. В этих компаундах сохранены все преимущества, характерные для эпоксидных компаундов. И по цене они находятся в том же диапазоне. При этом компаунды на основе эпоксивинилэфирных смол имеют высокую скорость отверждения, почти не выделяют летучие вещества и другие продукты реакции, а требования по условиям хранения и транспортировки для них менее жесткие. Компаунд 180-ПЭ-К ТТ-576 затвердевает всего за 10 мин, и происходит данный процесс при температуре всего +120°C.

О технологии VPI для пропитки обмоток электрических машин рассказал Виталий Колоцей, заместитель главного инженера по ремонту электрооборудования белорусской компании "Вольна" (соавтор доклада - Елена Сычевская). Суть технологии VPI (Vacuum Pressure Impregnation - вакуумная пропитка под давлением) заключается в удалении воздуха из капиллярно-пористой структуры изоляционной конструкции в результате глубокого вакуумирования и последующем её заполнении пропиточным составом под действием избыточного давления. Электродвигатели, произведенные с использованием данной технологии, обладают следующими преимуществами: повышенный КПД, более высокая диэлектрическая прочность, повышенная механическая прочность, большая тепловая индуктивность, низкая вероятность отказа. Кроме этого, VPI надежно защищает обмотки от проникновения воды и разнообразных химических веществ.

Для повышения эффективности производства и улучшения повторяемости результатов специалисты компании "Вольна" усовершенствовали технологию VPI, создав систему управления, полностью автоматизирующую процесс пропитки. Причем контролировать работу оборудования можно дистанционно. Специализированное программное обеспечение, разработанное на "Вольне", позволяет максимально точно выдерживать заданные параметры пропитки.

Евгений Кади-Оглы в своем докладе рассказал о проводимой TK333 работе по стандартизации в области электрических машин. В качестве примера конструктивного подхода он привел недавнее внесение изменений в ГОСТ 31606-2012 "Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные мощностью от 0,12 до 400 кВт включительно. Общие технические требования". Инициаторами выступили Минпромторг и Союз Электромашиностроения. Прежняя редакция этого ГОСТ фактически способствовала расширению импорта продукции из Юго-Восточной Азии, в результате чего над российскими предприятиями, выпускающими электродвигатели, нависла угроза остановки производства. Кроме этого, некоторые положения указанного ГОСТ тормозили развитие сотрудничества России и Беларуси в производстве электродвигателей. Предложенные изменения решают перечисленные проблемы.

Значительным достижением стала разработка и принятие ГОСТ Р 70940-2023 "Машины электрические вращающиеся. Турбогенераторы. Общие технические условия". Он разрабатывался усилиями специалистов Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого с участием ряда других российских научных организаций. Действовавший до 2023 г. стандарт, регулирующий данную сферу, был гармонизированной версией международного стандарта. И этот нормативный документ не учитывал многие важные отечественные реалии. Основная проблема - не были учтены требования Системного оператора ЕЭС России, что ставило под угрозу устойчивость работы энергосистемы страны. Теперь, с принятием нового стандарта, эти проблемы решены.

На сессии была представлена работа коллектива сотрудников санкт-петербургского завода "Электросила" (входит в холдинг "Силовые машины") в составе: А.Азизов, А.Костельов, А.Андреев, Э.Маннанов, А.Степанов. Эти специалисты исследовали возможность единичной мощности турбогенератора посредством повышения эффективности системы изоляции. Актуальность работы связана с тем, что "Силовые машины" при поддержке Минпромторга России сейчас реализуют проект возобновления производства газовых турбин средней и большой мощности в России.

Было установлено, что основным препятствием на пути повышения мощности турбогенераторов является недостаточная теплопроводность изоляции обмоток. Повышение мощности приводит к перегреву обмоток и, как следствие, к быстрому выходу оборудования из строя. Сейчас в генераторах используются электроизоляционные ленты на основе стеклянных волокон, свернутых в жгуты круглого сечения. Предлагается применять ленты на основе стеклянных волокон, сложенных в плоские жгуты малой толщины. Производство таких лент уже освоено на Элинаре. Обычные электроизоляционные ленты на основе стеклянных волокон дают теплопроводность около 0,25 Вт/(м·K). Усовершенствованные ленты от Элинара обеспечивают теплопроводность 0,35-0,37 Вт/(м·K). Сейчас идет испытание таких лент, на 2026 г. намечено промышленное внедрение данной технологии. В качестве другой меры, позволяющей повысить теплопроводность изоляции обмоток двигателей, авторы работы предлагают добавлять частицы материалов с высокой теплопроводностью в пропиточный лак.

Игорь Рудченко, директор по развитию ООО "БО-ЭНЕРГО.АСТС", рассказал о созданной этой компанией отечественной системе контроля частичных разрядов (ЧР) для высоковольтных вращающихся машин. ЧР в высоковольтных вращающихся машинах происходят в местах, где диэлектрические свойства изоляционных материалов неоднородны. В этих местах напряжённость электрического поля может усиливаться, что приводит к местному частичному пробою. Причинами ЧР могут быть особенности технологии изготовления электрической машины, производственные дефекты, старение оборудования в процессе эксплуатации. ЧР - одна из причин разрушения изоляции в электрических машинах. Измерение и анализ ЧР позволяют контролировать состояние обмоток, а также своевременно обнаруживать дефекты в изоляции.

Российская фирма разработала программно-аппаратный комплекс для контроля ЧР. Изменение интенсивности ЧР во времени представляется в виде наглядного графика, взглянув на который, специалист сразу может оценить, нужны ли немедленные действия (например, по ремонту или полной замене оборудования). Определенной проблемой являются датчики ЧР, которые ранее закупались за рубежом. Сейчас "БО-ЭНЕРГО.АСТС" наладила выпуск двух видов датчиков ЧР - емкостного и антенного. Емкостной датчик, в зависимости от модели, имеет максимальное напряжение 6,9; 16 и 25 кВ. Датчик антенного типа рассчитан на установку под клиньями статорной обмотки или между верхними и нижними стержнями электрической машины. Непосредственной электрической нагрузке он не подвергается, поэтому различные варианты для разных максимальных значений напряжения не предусмотрены.

По материалам:

https://www.elec.ru/publications/elektricheskaja-generatsija/8788/