Руководство по заливке трансформатора эпоксидной смолой под вакуумом

Если вы когда-либо пытались залить трансформатор эпоксидной смолой и в результате получили пузырчатое недоразумение — добро пожаловать в клуб. Я прошел через это и хочу поделиться своим опытом, чтобы вы не повторяли моих ошибок.

Оборудование для заливки

Для заливки эпоксидной смолой под вакуумом достаточно разрежения 150-100 мм рт. ст. При более низком давлении эпоксидная смола начинает кипеть, что негативно влияет на качество изоляции заливаемого изделия. Существует ряд устройств, подходящих для создания вакуума при заливке в домашних условиях. Перечислим их в порядке возрастания эффективности:

1. Ручной насос, например, из набора для вакуумного консервирования. Используйте банку минимально возможного размера, чтобы уменьшить усилия при откачивании. Этот вариант не оптимален, но достаточен и можно везде найти.
2. Водоструйный насос. Доступен в магазинах лабораторного оборудования. Недорогой и создает достаточный вакуум, глубина которого зависит от температуры протекающей воды. Существуют модели, устанавливаемые прямо на кран. Также можно изготовить самостоятельно, следуя инструкциям из интернета.
3. Пылесос. Некоторые модели создают подходящий вакуум, но это нужно проверять в каждом конкретном случае. Рекомендуется использовать с обратным клапаном, например, от надувных резиновых лодок.
4. Специальный вакуумный насос, используемый при заправке холодильного оборудования и кондиционеров. Это оптимальный вариант. Можно приобрести в магазинах холодильного оборудования по цене около 3-4 тысяч рублей. Для наших целей достаточно самого простого, небольшого, однопоршневого насоса.

Заливка осуществляется в вакуумной камере. В качестве камеры можно использовать стеклянную банку с винтовой крышкой (при первом использовании накройте полотенцем во избежание возможного взрыва). Лучше сделать надежную камеру, например, из стальной кастрюли с крышкой из оргстекла или поликарбоната. Между кастрюлей и крышкой нужно установить прокладку из толстой мягкой резины или силикона. Также рекомендуется использовать мановакуумметр для контроля давления в камере.

Почему не работают ВВ трансформаторы без пропитки?

Одной из основных причин является ионизация воздуха из-за тихих разрядов. В результате этого процесса образуется озон, который разрушает любую изоляцию. Однако это происходит не мгновенно, и потому трансформатор может работать некоторое время.

Быстрый нагрев трансформатора также связан с увеличенной межвитковой ёмкостью, возникающей из-за неправильной намотки. Энергия уходит на перезаряд этой ёмкости, что снижает общую эффективность.

Исторический пример — катушки Румкорфа. Их мотали в один слой и проводом, уложенным в ряд. Это позволяло выдерживать напряжение всего лишь в несколько сотен вольт на соседний виток. Но даже такая схема не спасала от деградации изоляции под воздействием озона.

Когда происходит превышение допустимого межвиткового напряжения, изоляция пробивается мгновенно, что сопровождается электрической дугой. В то время как разрушение изоляции от ионизации воздуха происходит медленно — за несколько дней или недель.

Контейнер для заливки

Контейнер для заливки можно изготовить из различных материалов, таких как текстолит или ламинированный картон. Важнейшее требование к материалу — хорошая адгезия к эпоксидной смоле (или плохая, если контейнер планируется удалить). У картона и текстолита обычно нет проблем с адгезией.

При изготовлении контейнера следует учитывать следующие моменты:

• ● Зазор между трансформатором и стенками контейнера по бокам должен составлять 1-2 мм.
• ● Сверху необходимо оставить зазор минимум 5 мм.
• ● Выводы следует герметизировать термоклеем или скульптурный пластилин.

Для примера, можно рассмотреть раскрой контейнеров из текстолита с болтовыми выводами М2.5.

Эпоксидка

Все промышленные смолы для заливки имеют инструкцию по подготовке, вакуумированию, заливке и последующей термообработке изделий (обычно в шкафу при 80 град.) с их применением, смотрите спецификации. В самоделках чаще всего используется «обычная» эпоксидка с базара, качество которой нестабильно, а марка – неизвестна. Поэтому используемую смолу нужно прежде всего проверить.

Во-первых, скорость отверждения эпоксидной смолы должна быть оптимальной. При смешивании компонентов согласно инструкции на упаковке (обычно в соотношении 10:1) смола должна затвердевать до нетекучего состояния при комнатной температуре максимум за 5-6 часов, а до полного отверждения - за 24 часа.

Во-вторых, смола должна быть прозрачной как до, так и после отверждения. Некоторые современные бытовые эпоксидные клеи могут желтеть или пениться при отверждении. Это часто связано с нестандартным соотношением отвердителя и смолы из-за добавления различных модификаторов. Поэтому важно внимательно читать инструкцию на упаковке.

В-третьих, следует обратить внимание на вязкость смолы. Чем ниже вязкость, тем лучше. При комнатной температуре качественная эпоксидная смола должна иметь консистенцию, примерно соответствующую вязкости трансмиссионного масла.

Перед смешиванием компонентов, смолу следует подогреть на водяной бане до ~40°C для снижения вязкости. Важно не перегреть смолу, так как это может вызвать резкое отверждение с выделением тепла (экзотермическая реакция). При перегреве возможно повреждение изделия: разрушение лака на проводах, плавление изоляции, вспенивание и растрескивание эпоксидной смолы.

Категорически не рекомендуется добавлять посторонние компоненты в смолу. Не добавляйте масло или ацетон! Масло ухудшает адгезию, а ацетон испаряется, оставляя микропоры. Хотя это может быть допустимо при изготовлении некоторых изделий (например, корпусов из стеклоткани), для заливки высоковольтных устройств это недопустимо!!!.

Если при нагреве до 40°C смола не стала достаточно жидкой (примерно, как вода или растительное масло), рекомендуется выбрать другую марку смолы.

Смешивать компоненты следует в широкой ёмкости, чтобы толщина слоя смолы была не более 5-10 мм. Смешивайте аккуратно, избегая образования пузырьков. После смешивания немедленно заливайте смолу в изделие.

Процесс заливки

1. При наличии вакуумной камеры с манометром:

• ● Залейте смолу на 2/3 объема и поместите под вакуум 150-200 мм рт. ст. на 5 минут.
• ● Долейте смолу, чтобы она покрыла весь трансформатор с запасом 1-2 мм, не доходя до верхнего края формы.
• ● Установите вакуум 150 мм рт. ст. (или подберите давление, чтобы смола не закипала) на 7-10 минут.
• ● В завершении на 30 секунд снизьте давление до максимально возможного, затем резко уберите вакуум.

Преимущества метода: Смола проникает по всей длине в слоевых трансформаторах без пузырьков воздуха, а в секционных полностью пропитывает обмотку даже в очень высоких секциях с тонким проводом (0.07-0.1).

При использовании набора для вакуумного консервирования:

• ● Залейте смолу до половины-двух третей обмотки по стенке.
• ● Создайте максимальный вакуум, не допуская вскипания эпоксидки, и держите 5 минут.
• ● Долейте смолу по стенке, снова откачайте воздух и держите 5 минут.
• ● Резко уберите вакуум.

Дополнительный метод: Нижняя заливка с использованием дополнительной перегородки сбоку контейнера со щелью внизу около 1 мм высотой. Этот метод имеет смысл только при использовании набора для консервирования.