Защита с помощью изоляционных материалов применяется для изделий или его частей наиболее уязвимых для влаги.
В настоящее время известны следующие способы защиты: пропитка, заливка, обволакивание, опрессовка.
Пропитка состоит в том, что имеющиеся в конструкции каналы (неплотное соприкосновение конструктивных элементов, поры, капилляры) заполняют электроизоляционным материалом. Одновременно с заполнением пустот, пор и капилляров пропитка образует на элементах конструкции тонкий изоляционный слой.
Пропитка кроме влагозащиты влияет на свойства, а именно:
- повышает электрическую прочность;
- механически скрепляет его отдельные элементы;
- улучшает теплопроводность;
- в некоторых случаях повышает нагревостойкость;
- увеличивает распределенную емкость изделий с обмоткой;
- интенсифицирует химические и электрохимические процессы разрушения в местах соединения выводов с обмоткой (в изделиях с обмотками из проводов диаметром меньше 0,1 мм).
Пропитка используется как самостоятельный способ защиты, так и в комбинации с другими способами (заливкой, обволакиванием и опрессовкой).
Пропитку осуществляют методом погружения в изоляционный материал. Для облегчения процесса пропитки изделия предварительно помещают в нагретые герметичные баки, из которых откачивают воздух. Качество процесса существенно улучшается, если после введения в баки пропиточного состава повышают в нем давление.
Материал, применяемый для пропитки должен обладать следующими качествами:
- хорошей пропиточной способностью;
- химической нейтральностью к материалам изделия (в особенности к обмоточным проводам);
- высокой цементирующей способностью;
- высокими электрическими характеристиками (высоким электрическим сопротивлением, высоким пробивным напряжением, малым tg δ);
- хорошей адгезией;
- хорошей теплопроводностью;
- хорошей тепло- и холодостойкостью.
Пропитку рекомендуется использовать, когда она позволяет в существенной степени улучшить параметры изделия, например, параметры низкочастотных трансформаторов и дросселей.
В высокочастотных катушках и импульсных трансформаторах после пропитки заметно увеличиваются собственные емкости обмоток, что во многих случаях нежелательно. Поэтому для таких изделий не следует применять пропитки.
Следует иметь ввиду, что пропитка не обеспечивает требуемой защиты в условиях большой относительной влажности. Поэтому в дополнение к пропитке используют другие средства защиты, например, заливку или вакуумплотную герметизацию.
Заливказаключается в том, что все свободное пространство между изделием и стенками корпуса, в который его помещают, заполняют электроизоляционным материалом, который после отверждения образует вокруг всего изделия достаточно толстый защитный слой.
Качество защиты от влаги при использовании заливки определяется:
- водопроницаемостью заливочного материала;
- толщиной слоя заливочного материала;
- площадью и формой металлических деталей, выходящих из заливки (детали выводов и креплений).
Объем заливочного материала должен быть не слишком большим, чтобы утяжелять всю конструкцию и не слишком малым, чтобы обеспечивать надлежащую механическую прочность и влагозащиту.
Для малогабаритных блоков объемом 5-8 см3 толщина заливочного слоя обычно 2-2,5 мм.
При объеме 100-200 см3 толщина заливки по отношению к боковым стенкам корпуса порядка 6-10 мм, а по отношению к верхней крышке 12-15 мм.
При больших объемах блока или узла заливка составит приблизительно 10-20% общего объема.
Изоляционный материал, предназначенный для заливки, должен обладать следующими основными свойствами:
1. Хорошей адгезией с металлами и с изоляцией.
2. Слабой влагопроницаемостью.
3. Высокими объемным и поверхностным сопротивлениями, незначительно уменьшающимися во влажной атмосфере.
4. Высокими теплостойкостью и теплопроводностью.
5. Устойчивостью к растрескиванию при перепадах температур.
6. Слабой химической активностью.
7. Хорошей технологичностью, позволяющей получать большую производительность и малый цикл.
8. Ничтожной токсичностью и иметь в процессе производства большой срок жизни (не изменять своих свойств до заливки).
9. Иметь небольшую усадку и небольшой коэффициент температурного удлинения.
10. Иметь поверхность материала после заливки со слабой смачиваемостью и не подвергающуюся электризации (во избежание скопления пыли на поверхности).
Для эффективного использования метода заливки имеется ряд рекомендаций:
1. В результате плохой адгезии электроизоляционного материала с металлами и различными температурными коэффициентами расширения между металлическими деталями в местах их соединения с изоляционным материалом могут образовываться капилляры, способствующие проникновению влаги внутрь изделия. Поэтому иногда для увеличения длины контактной линии с изоляционным материалом применяют металлические детали изогнутой формы.
2. Для увеличения теплопроводности в заливочные материалы добавляют кварцевую пудру или порошок окиси алюминия. При этом одновременно с улучшением теплопроводности ухудшаются его влагозащитные свойства. Поэтому подобные примеси не должны превышать 10-25%.
3. Для узлов и блоков где решающим требованием является вес, а требование по остальным (например, теплопроводность) ниже применяют материалы, которые после заливки образуют большое количество пор.
4. Для случая, когда выбранный материал для заливки имеет хорошие характеристики, но обладает такой недостаток как большой уровень потерь (сравнительно большое произведение tg δ на диэлектрическую проницаемость), рекомендуется применять комбинированные заливки. Сначала блок заливают материалом с малыми диэлектрическим потерями, а затем материалом, отвечающим большей части перечисленных выше требованиям.
5. Если не удается подобрать оптимальную комбинацию заливочных материалов, то перед заливкой блок или узел можно защитить киперной лентой или лентой из каких-либо полимеров (лавсана, фторопласта и т.п.), предотвращающих непосредственный контакт элементов конструкции с заливочным материалом. Подобная защита от непосредственного контакта с заливочным компаундом (особенно эпоксидным) требуется еще и потому, что последний после отверждения и усадки создает большие сдавливающие усилия, в результате чего тонкие провода обмоток легко разрываются, а элементы микроминиатюрных блоков разрушаются.
Обволакивание обеспечивает влагозащиту изделия при сравнительно толстом слое нанесенного на него изоляционного материала, который удерживается на поверхности за счет адгезии с его элементами.
Обволакивание получают путем кратковременного окунания изделия в специальный изоляционный материал. Толщина покрытия зависит от времени, температуры изоляционного материала и его вязкости. Она может быть от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Обычно время нахождения изделия в обволакивающем составе длиться 1-1,5с. При увеличении выдержки толщина слоя уменьшается. Толщину слоя можно увеличить повторным окунанием изделия после предварительного охлаждения. При таком повторении можно нарастить достаточно большую толщину слоя материала.
В производственных условиях обволакивание осуществляют несколькими слоями различных материалов, налагаемых один на другой. При этом удается обеспечить многие, часто противоречивые требования, предъявляемые к защитному слою материала.
Изоляционный материал, используемый для обволакивания, должен удовлетворять большинству требований, предъявляемых к пропитывающим и заливочным изоляционным материалам. Особенно высокие требования предъявляются к вязкости материала в процессе обволакивания, адгезии, влагопроницаемости, механической прочности.
Обволакивание не является достаточно надежным способом защиты для жестких условий эксплуатации, особенно если защищаемое изделие очень чувствительное к влаге. Обволакиванию подвергают предварительно пропитанные трансформаторы (высоковольтные или импульсные) или малогабаритные блоки.
Обволакивание значительно экономнее заливки и вакуумплотной герметизации.
Опрессовка представляет собой защиту изделия толстым слоем изоляционного материала, образующегося из пластических масс (чаще термопластичных) в специальных формах.
Оптимальная толщина опрессовки находится в пределах от 2 до 15 мм (тонкий слой получить трудно, а толстые слои требуют большего времени опрессовки и больше материала).
В процессе опрессовки на изделие производится давление. Это создает трудности при опрессовке изделий сложной формы с большим количеством выступающих частей, т.к. отдельные части изделия могут деформироваться, а очень слабые даже выходить из строя.
Недостатки способа:
1. Ограничения на конструктивные формы (см. выше).
2. Необходимость специального инструмента (формы).
3. Небольшая производительность.
Рекомендации:
Изделия небольших габаритов простой формы, например, типовые слюдяные конденсаторы малой емкости опрессовываются в многоместных пресс-формах с достаточно высокой производительностью.
Опрессовку целесообразно использовать в тех случаях, когда она может выполнять роль не только изоляционного материала, но и другие функции, например, базового элемента конструкции.