The electric properties of cured mica-glass composites

The curing of Resin-rich composites materials is an important part of technology of electrical rotating machines main wall insulation manufacturing. The using of optimal curing temperature increases the service reliability of insulating system as well as the whole electrical machine. The diagnostics of changing properties during the curing and the estimation of the optimal curing temperature are thus important components at the manufacturing of insulating system of electrical machines. The paper describes the behaviour of diagnostic parameter tan delta of cured mica-composites in dependence on curing temperature. The studied material consists of two different three-layer mica composites, which are normally used for the manufacture of main wall insulation in electrical rotating machines. The basic components of the composites are: mica paper, epoxy-novolac resin and glass fabric. The particular variants of composites differ each from other in the type of curing agent. The specimens were cured over six different temperatures in the range from 130 to 180 °C. The main diagnostic parameter tan delta was measured online during the curing (curing characteristics) and after the curing process. The temperature dependence of tan delta was measured after the isothermal curing. An analysis of the results allows us to determine the optimal curing temperature where the value of tan delta of the cured system is the lowest of all and the properties of temperature dependence of tan delta are the most suitable. The magnitude tan delta gives very good information capability about materials during their curing and enables to determine the optimal curing temperature. The tan delta is also able to determine possible undercuring of the insulation, which occurs at lower curing temperatures.

W celu zapewnienia wysokiej niezawodności systemów elektroizolacyjnych wirujących maszyn elektrycznych należy zwracać szczególną uwagę na prawidłowość przebiegu procesu technologicznego izolowania, impregnowania i utwardzania układu elektroizolacyjnego. Właściwe utwardzanie układu Resin-rich jest jedną z najważniejszych operacji podczas produkcji układu elektroizolacyjnego. W tym czasie następuje wzajemne przenikanie wiązań żywic i układ uzyskuje końcowe właściwości izolacyjne. Ustalenie optymalnej temperatury i czasu utwardzania jest niezwykle ważne. Opracowana została metoda określania właściwych czasów i temperatur utwardzania. Metoda badań (zwana charakterystyką utwardzania), pozwala obserwować zakres zmian współczynnika stratności tan delta podczas procesu utwardzania (w niniejszym artykule zawarto wyniki obserwowane dla warunków izotermicznych). Pomiary zależności współczynnika tan delta od temperatury wykonano w celu uzyskania bardziej szczegółowych informacji o właściwościach systemu izolacyjnego. Ta analiza pozwoliła stwierdzić, iż na skutek niewłaściwej temperatury utwardzania, mogą pojawić się niewłaściwe parametry układu izolacyjnego. Opisywana metoda badawcza może być stosowana do określania parametrów nowego rodzaju układu elektroizolacyjnego lub do modernizacji i rozwoju już istniejących materiałów, w celu osiągnięcia zmiany ich parametrów funkcjonalnych dla produkowanych maszyn elektrycznych. W artykule przedstawiono mechanizm przemian zachodzących w dielektryku podczas utwardzania. W rozdziale 2 omówiono teoretyczne zależności, dotyczące współczynnika przenikalności elektrycznej epsilon*, zawierającego zarówno część rzeczywistą (epsilon'), jak i urojoną (epsilon"). Omówiono tu równanie Havrilak-Negami (4), opisujące zmiany współczynnika zespolonej przenikalności. Przygotowano eksperyment badawczy dla dwóch nowych typów materiałów Resin-rich. Realizowano utwardzanie płaskich próbek dla sześciu izotermalnych warunków procesu technologicznego, od 130 do 180 stopni C. W maszynach elektrycznych wirujących izolację główną tworzą materiały mika-szkło, zawierające papier mikowy, włókno szklane i żywicę epoksydową. W przeprowadzanych testach zastosowano żywice A i B, różniące się między sobą zawartością utwardzacza. Ocenę materiału elektroizolacyjnego przeprowadzono mierząc charakterystyki współczynnika tan delta, jak również zależności tan delta od temperatury (tab. I). W tabeli II zawarto obserwowane wartości współczynnika tan delta w funkcji temperatury utwardzania po 200 minutach utwardzania. Rysunki 1 i 2 przedstawiają ww. charakterystyki w formie graficznej. Jako optymalną temperaturę utwardzania przyjęto ok. 150 stopni C z uwagi na to, iż współczynnik tan delta przyjmuje wtedy najniższe wartości dla ustalonego czasu wygrzewania. W celu zweryfikowania otrzymanych rezultatów, przeprowadzono pomiary zależności wartości współczynnika tan delta od temperatury (dla materiałów utwardzanych przez 200 minut). Wyniki tych prób przedstawiono na rys. 3 i 4. Potwierdzają one fakt, iż optymalną temperaturą utwardzania jest temperatura 150° C. Przeprowadzone badania zmian właściwości dielektryków opartych na komponentach żywica/mika/szkło pozwoliły określić optymalną temperaturę utwardzania w celu zminimalizowania strat dielektrycznych układu elektroizolacyjnego. W celu określania optymalnych temperatur utwardzania można stosować jedną z metod analizy strukturalnej (np. DTA) [9]. Autorzy dziękują za wsparcie i pomoc Ministerstwa Edukacji Młodzieży i Sportu Republiki Czeskiej przy realizacji badań.