高壓電機有發(fā)電機和電動機之分，從發(fā)展歷史來看是隨著發(fā)電容量增加發(fā)電機越造越大，對發(fā)電機技術要求也越來越高，大容量發(fā)電機的技術發(fā)展也帶動了電動機技術發(fā)展。發(fā)電機產(chǎn)生雖有一百余年歷史，但基本結(jié)構(gòu)未顯著變化，僅是冷卻和絕緣技術進行改進，由此可知絕緣在電機中的重要性。

　　

　　電機的壽命主要也取決于絕緣的壽命，因此把絕緣稱作電機的心臟。在電機中有許多種絕緣材料，最重要的是大型高壓電機定子繞組導體的對地絕緣，又稱主絕緣。主絕緣在電機絕緣系統(tǒng)中起著決定性作用。國內(nèi)外有關科技人員一直在競相研制或改進新的主絕緣材料，以提高主絕緣性能，使電機具有更大市場競爭力。比如德國西門子公司，1957年引進美國西屋公司VPI技術，于六十年代初建立起自已的Micalastic絕緣。七十年代作了改進，名稱仍為Micalastic，屬于笫二代絕緣系統(tǒng)。1987年又作了進一步改進，屬第三代Micalastic絕緣。至今世界各大電機公司仍在不斷改進各自的絕緣系統(tǒng)，因此主絕緣被認為是可持續(xù)發(fā)展的課題。而主絕緣材料中改進的主要內(nèi)容和重點卻正是環(huán)氧樹脂固化體系。

　　

　　二，國內(nèi)外主絕緣材料既況

　　

　　1、國外主絕緣材料演變早在1910年瑞士哈佛萊公司首先采用蟲膠粘合白云母片貼制成云母箔，卷包在線圈上，加熱、加壓制造出高壓定子線圈主絕緣。1919年美國通用電氣公司用瀝青代替蟲膠粘貼片云母制成云母帶，然后包繞在線圈上實現(xiàn)了連續(xù)絕緣，在絕緣處理上采用真空干燥、真空浸瀝青步驟，排除了絕緣內(nèi)部空隙，減少了放電破壞，使絕緣質(zhì)量有較大提高。三十至五十年代各國就采用瀝青真空浸漬。五十年代初美國西屋公司用不飽和聚酯樹脂作浸漬樹脂，用聚苯乙烯作片云母粘臺劑，研制出Thermalastic熱彈性絕緣。以后美國通用電氣公司用改性環(huán)氧樹脂粘結(jié)粉云母片混合帶子用于汽輪發(fā)電機，該液壓絕緣稱Micapal。六十年代瑞士BBC研制出Micadur絕緣、法國Alsthom公司為lsotenex絕緣、英國EEC為Novobond多膠絕緣、曰立公司為Hipact環(huán)氧絕緣、三菱電機公司為Dialastic絕緣、富士電機公司稱F樹脂等。上述各公司的絕緣全部使用環(huán)氧樹脂，包括西屋公司七十年代也改用了環(huán)氧樹脂。

　　

　　2、國內(nèi)主絕緣材料概況我國于1962年開始研制大電機主絕緣，首先就確立以多膠模壓工藝為基礎，用酸性聚酯做雙酚A環(huán)氧固化劑的粘合劑。以后結(jié)合我國實際需求研制出桐油酸酐(TOA)為雙酚A環(huán)氧固化劑的多膠絕緣粘合劑，1965年在哈爾濱電機廠應用成功，1966年開始在上海電機廠的定子線棒主絕緣中進行應用工作。七十年代初，TOA環(huán)氧粉云母絕緣已在全國全面替代瀝青片云母絕緣。

　　

　　我國在七十年代和八十年代一直緊跟世界主絕緣材料發(fā)展的步伐。由于TOA環(huán)氧的熱態(tài)機械強度與國外主絕緣材料相比還有一定差距，因此開展大量試驗。較有成效的技術路線有：硼胺環(huán)氧體系、金屬羧酸鹽環(huán)氧、鈦環(huán)氧TOA、間苯二酚甲醛縮合物環(huán)氧、雙馬桐油酸酐環(huán)氧等。通過各項技術測試和評定，較為成功的是桐油酸酐與雙馬加成物作雙酚A環(huán)氧多膠粉云母帶模壓主絕緣。

　　

　　七十年代初我國開始對真空壓力浸漬(VPI)工藝進行探索，鑒于當時實際情況，雖購進了進口VPI設備．但缺乏浸漬樹脂和少膠粉云母帶，因而尋找出一條較切合實際的所謂“多膠”VPI絕緣工藝過渡路線，該“多膠”按IEC標準考核的稱謂，而在實際生產(chǎn)中則稱“中膠”帶。它使用環(huán)氧硼胺作粉云母帶粘合劑，用環(huán)氧硼胺和稀釋劑作浸漬樹脂。該種體系既有多膠模壓的優(yōu)點，又有少膠VPI工藝的優(yōu)點。1978年首先在上海電機廠批量用于生產(chǎn)。但這種過渡性路線的絕緣質(zhì)量與國際水平相比仍有一定差距。八十年代初各電機廠分別引進了西屋、BBC和西門子絕緣技術，使用的全是少膠VPI絕緣工藝，因此重又掀起少膠VPI的研究熱潮。

　　

　　三，主絕緣制造工藝分類及材料組份

　　

　　1、主絕緣制造工藝分類

　　

　　盡管國內(nèi)外大電機廠都有各自的絕緣結(jié)構(gòu)，但從工藝上可分成二大類：少膠VPI和多膠模(液)壓絕緣。少膠VPI又分真空浸漬線捧法，即單根線棒浸漬成型和真空浸漬繞組法，即整個繞組浸漬簡稱整浸，前者用于大型發(fā)電機的定子線捧，而后者用于高壓電動機。ABB公司用外壓裝鐵芯，對三十萬發(fā)電機也用整浸工藝。

　　

　　多膠模(液)壓型絕緣是以環(huán)氧玻璃粉云母帶包繞線捧后，然后模壓固化，是單只進行的。

　　

　　2、主絕緣材料組成

　　

　　不論主絕緣由何種工藝制造而成，最終絕緣產(chǎn)品由三部份組成．即粉云母、玻璃布和環(huán)氧樹脂。

　　

　　(1) 粉云母云母屬硅酸鹽類化合物，作為主絕緣材料主要使用白云母，因為它具有很高的電絕緣性和較低的介質(zhì)損耗正切以及抗電弧、耐電暈等性能，又具有耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良性能。片云母在自然界量很少，故利用碎云母制成粉云母紙，它是電機承受高電壓的基本材料。

　　

　　(2) 玻璃布玻璃布在粉云母帶中起補強作用，它既具有適當拉伸強度，還具有與粘合劑良好的粘結(jié)性。國內(nèi)玻璃布因織布工藝需要添加2～3％石蠟浸潤劑，影響了玻璃布的粘結(jié)性，故而在制粉云母帶前必須對玻璃布進行脫蠟處理。為了確保主絕緣優(yōu)良性能必須使用電工用無堿玻璃布。

　　

　　(3) 粘合樹脂和浸漬樹脂

　　

　　粘合樹脂是少膠粉云母帶或多膠粉云母帶中把粉云母紙粘貼在補強材料成為可使用的帶材。浸漬樹脂是供VPI工藝浸漬用。電機主絕緣對此二種樹脂要求是電性能優(yōu)良，主要指tanδ和△tanδ要小；機械強度高，導熱性優(yōu)良，能耐電、熱老化；工藝性好和盡量少受環(huán)境影響。

　　

　　在主絕緣三種材料中，云母和玻璃布是無機材料，具有很好的耐熱性和電氣性能，因 此剩下的樹脂性能對絕緣起著舉足輕重的作用。國內(nèi)外大公司絕緣系統(tǒng)的變化主要指的也是粘合樹脂和浸漬樹脂，因此主絕緣的改進也就是樹脂性能的提高。而研究內(nèi)容都離不開環(huán)氧樹脂。

　　

　　四，主絕緣及材料的制造

　　

　　1、多膠模壓主絕緣

　　

　　(1) 粉云母帶粘合樹脂制備

　　

　　a．環(huán)氧桐油酸酐粘合樹脂制備

　　

　　首先制備桐油酸酐(TOA)，桐油主要成份是甘油三桐油酸酯。桐油酯學名為：十八碳三烯酸(9．11．13)。它的共軛雙鍵很容易與順丁烯二酸酐的雙鍵起加成反應，因此它們的克分子比應為l：3，桐油中桐油酸僅含80％多一些，因此順酐量還要少一些，實際生產(chǎn)中桐油與順酐的重量比為3：(1～O.75)。制備工藝是將桐油升溫至85 ℃左右，加入順酐，自動放熱升溫至160 ℃左右，保持0.5～l小時，稍冷出料，產(chǎn)品為黃棕包透明粘稠液體。

　　

　　考慮到主絕緣是玻璃布和粉云母紙和環(huán)氧樹脂的復合層壓制品，要經(jīng)過加熱加壓固化的工藝。因此在粘合樹脂配方設計時，在低分予環(huán)氧樹脂中要加入些較高分子量的環(huán)氧樹脂，通常加入l／3～1／2重量的E-20或E-12環(huán)氧樹脂，否則在絕緣熱壓成型時樹脂會大量流失而使絕緣發(fā)空。

　　

　　b．環(huán)氧桐馬酸酐粘合樹脂制備

　　

　　該樹脂粘合劑是在環(huán)氧桐油酸酐的技術路線上發(fā)展起來的，由于加入雙馬來酰亞胺而提高了耐熱性。雙馬來酰亞胺是俗稱．學名是NN’二苯甲烷雙馬來酰亞胺，由44’二胺基二苯甲烷與順丁烯二酸酐在二甲苯回流脫水下制備而成，它是聚酰亞胺樹脂制備過程中的中問體。桐馬樹脂制備方法如下：先把桐油與順酐按1：2～2.5克分子比進行加成反應，然后再加入0.5～1.0克分子的雙馬來酰亞胺繼續(xù)反應。這二個反應都是加成放熱反應，要嚴格控制其反應溫度。反應產(chǎn)物即為桐馬樹脂，它既具有酸酐基團，又有酰亞胺基團可繼續(xù)進行反應。在實際生產(chǎn)中桐馬樹脂可直接配成溶液，以后再與環(huán)氧混合后即成粘合樹脂液。

　　

　　c．環(huán)氧硼胺粘合樹脂制備

　　

　　上述兩種粘合樹脂的熱態(tài)機械強度都不太高，在80～100℃時，機械強度下降都超過室溫時的50 %。而環(huán)氧硼胺樹脂的馬丁耐熱較高，使主絕緣的熱態(tài)機械性能大大提高。硼胺固化劑是由一縮乙二醇、硼酸和二甲氨基乙醇克分子比l：0.8：0.4縮合面成。硼胺固化劑在E-44環(huán)氧樹脂中用量為5～10phr。

　　

　　國內(nèi)通常在寬1米長15米的云母帶床上進行，把0.025～O.030mm玻璃布通過環(huán)氧粘合樹脂漆槽浸漬后，把O.05mm粉云母紙覆在上面，再把浸過漆的玻璃布復合在上面。經(jīng)過6～10米長，溫度為60～120℃的烘房驅(qū)除溶劑，然后收卷，切割成25mm寬帶子即成產(chǎn)品。多膠帶中樹脂含量約為38％，玻璃布約20 %，粉云母約為42％。

　　

　　(2) 主絕緣制造工藝

　　

　　將上述多膠粉云母帶包繞在電機定子繞組線捧上，達到規(guī)定尺寸放入模子內(nèi)，加熱升溫至170 ℃左右，加壓保持2～6小時從模內(nèi)取出即為絕緣線棒。

　　

　　2、 VPI主絕緣

　　

　　(1) 少膠粉云母帶它是目前國內(nèi)推進VPI工藝的關鍵材料，它要滿足三方面的要求：其一是滿足IEC 371—3—5(1992)具體技術指標上要求。如：樹脂含量為8±3 %，抗張強度大于60N／10mm寬等。其二是滿足車間生產(chǎn)繞包工藝上要求，如柔軟好包，不落粉等要求。其三是經(jīng)VPl浸漬樹脂處理后主絕緣性能上要求，如155 ℃tanδ值要小于O.1和△tanδ要小于0.0025等。國外少膠帶主要有Isola、Cogebi、Isovoita和Micafit四家公司產(chǎn)品．其中Isola公司產(chǎn)品較好。國內(nèi)有桂林電科所，上海云母廠、嘉興絕緣材料廠和東方絕緣材料廠等產(chǎn)品。少膠粉云母帶研制在國內(nèi)已開展了近二十年歷史，但至今仍沒能得到較滿意的產(chǎn)品。這有材料上問題同時也有工藝制備上問題。從材料上看，國內(nèi)尚無O.04mm無堿無捻網(wǎng)格玻璃布生產(chǎn)，粉云母紙的質(zhì)量也欠佳，但主要還是未能研制出較為滿意的環(huán)氧粘結(jié)樹脂。用環(huán)氧樹脂考慮到與VPl浸漬樹脂有很好的相容性．通常也不含固化劑式促進劑，這樣使少膠粉帶具有較長貯存朔。那么選用什幺樣環(huán)氧樹脂較合適呢？如選用E-5l或E-44環(huán)氧樹脂，做出帶予很柔軟，但會發(fā)生反粘。如選用E-20或E-12環(huán)氧樹脂制出帶子太硬脆，不能包繞線圈，那只能選用高低分子混合環(huán)氧樹脂，但這樣制得少膠帶仍有問題，即包繞環(huán)境溫度的影響。如果在30℃房間柔軟較合適的少膠帶而在15℃該少膠帶就很硬了。如在15 ℃房間柔較合適的少膠帶而在30 ℃時一定會發(fā)生反粘。介決的辦法是加入一定量的聚酯樹脂，因為聚酯樹脂的粘度對溫度的敏感性要小礙多．但聚酯的加入將影響最終主絕緣的tanδ數(shù)值，這就不能加得太多。

　　

　　(2) VPI浸漬樹脂

　　

　　它是決定主絕緣性能的組份。國內(nèi)外通常都采用二類技術路線，一種是純環(huán)氧樹脂路線，主要組份是高純虔低分子量雙酚A環(huán)氧樹脂和酸酐體系，如果存在室溫浸漬的話還要加入環(huán)氧稀釋刺，如丁基環(huán)氧醚或新戊二醇縮水甘油醚。另一種是聚酯改性環(huán)氧樹脂體系，如環(huán)氧酸酐聚酯苯乙烯樹脂或環(huán)氧有機金屬鹽苯乙烯樹脂。本文作者曾在“第四次全國環(huán)氧應用技術學術交流會”和第二次技術論文交流會上宣讀過“少膠VPI絕緣用F級浸漬樹脂SDll48研制”和“VPI浸漬樹脂研制與實踐”二篇論文。因此本文不再贅述。

　　

　　(3) 主絕緣制造

　　

　　用包帶機把少膠粉云母帶繞包在線圈上，絕緣厚度視電機電壓等級品定，如1OKV線圈約為2.6mm，包好云母帶線圈去VPl處理。處理工藝如下：先把線圈在130℃預熱六小時，然后抽真空達l33Pa(1乇)時，保持二小時，輸入浸漬樹脂后加壓至5×1O5(5大氣壓)保持三小時，放空后在130℃固化五小時，150℃后固化十四小時。

　　

　　3、多膠VPl主絕緣

　　

　　國際上在七十年代初各大電機制造公司對大中型電動機都采用了少膠VPI整浸工藝來制備主絕緣。國內(nèi)也立即開始攻關，鑒于當時國內(nèi)條件都認識到要研制仿國產(chǎn)的少膠粉云母帶和浸漬樹脂并非易事，因此利用當時的多膠粉云母帶和多膠粘合劑技術開展實驗室工作。經(jīng)科研人員努力在上海電機廠車間進行試生產(chǎn)，得到主絕緣各項指標性能都還不錯，這樣就大批量投入生產(chǎn)應用，至今二十多年已整浸了上萬臺電機定子線圈，以后國內(nèi)大廠也部采用了這過渡技術路線——多膠VPI主絕緣。

　　

　　多膠VPI主絕緣采用的粉云母帶是環(huán)氧硼胺樹脂體系，樹脂含量比多膠模壓用粉云母帶要少一些，為32～38％，浸漬樹脂也是環(huán)氧硼胺固化劑加環(huán)氧稀釋劑而成。

　　

　　五、結(jié)論

　　

　　1、高壓電機主絕緣材料重點研究對象是粘合樹脂和浸漬樹脂，即環(huán)氧樹脂固化體系。對主絕緣不斷研究及改進促進了環(huán)氧樹脂應用技術的進步。如八十年代出現(xiàn)的IO樹脂，耐熱性達H級，它是異氰酸酯和環(huán)氧樹脂的產(chǎn)物。又如九十年代出現(xiàn)的C級無溶劑樹脂，它是三官能團環(huán)氧和甲基納狄克酸酐的混合物。

　　

　　2、國內(nèi)模壓多膠主絕緣具中國特色，它的粘合樹脂環(huán)氧TOA(桐馬)國外是沒有的。與國外同類產(chǎn)品相比并不遜色，熱態(tài)機械性能雖稍差些，但電性能卻相當優(yōu)良。

　　

　　3、國內(nèi)多膠VPI主絕緣也具有中國特色，目前國內(nèi)我們大批使用的整浸電機用戶反應良好，返修率下降。多膠VPI絕緣使定子整體性和耐潮性顯著改善，但與國外少膠VPI絕緣相比，還有一段差距。

　　

　　4、我國少膠VPl研制已有十余年歷史，對關鍵少膠粉云母帶問題，首先使用lsola公司少膠帶，同時對國內(nèi)現(xiàn)有少膠帶開展應用，并自已研制少膠帶同時并進方案。