隨著(zhù)發(fā)電站向著(zhù)大電流高壓方向發(fā)展對輸變電設備的絕緣要求更高，從而使環(huán)氧樹(shù)脂的干式、整體絕緣結構和全密封工藝在電力互感器、變壓器、絕緣珠等產(chǎn)品上得到普遍的推廣。單件澆鑄量從幾十千克增加到了幾百千克，生產(chǎn)方式也更為專(zhuān)業(yè)化。為了提高生產(chǎn)效率，節省能源，一些新的澆鑄工藝，如壓力凝膠法（PC法）、自動(dòng)壓力凝膠法（PAC）、自動(dòng)脫模凝膠法（CMRD）等得到了應用。這些工藝要求環(huán)氧樹(shù)脂體系要有更好的工藝穩定性，例如，黏度、適用期、凝膠時(shí)間、固化速度等。這些除涉及到固化體系的化學(xué)結構、反應活性之外，還與雜質(zhì)離子含量有很大的關(guān)系。例如環(huán)氧樹(shù)脂中的鈉離子含量達到200×10-6或氯化鈉含量達到1000×10-6可使環(huán)氧樹(shù)脂桐油酸酐系統膠化降到無(wú)法使用的地步。離子雜質(zhì)對固化產(chǎn)物的高溫電絕緣性、介質(zhì)損耗角正切值（tgδ）影響也很大。澆鑄件的大型化、嵌件的復雜化給制品的防開(kāi)裂帶來(lái)了難度，在配方設計和工藝中選擇時(shí)盡可能減少內應力的產(chǎn)生，因此同樣是液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂-液態(tài)酸酐-叔胺-填料的體系也有千變萬(wàn)化。
用環(huán)氧樹(shù)脂作為絕緣材料起源于歐洲，直到1958年Imhof設計成功稱(chēng)為DURESCA的110kV固體絕緣開(kāi)關(guān)裝置后，奠定了它在電站設備中作為主要絕緣材料的地位，至今還沒(méi)有一種材料能撼動(dòng)其地位或替代它。
我國從20世紀60年代中期開(kāi)始使用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄電力互感器、絕緣套管、高壓開(kāi)關(guān)、絕緣珠等，走過(guò)了氣體斷路開(kāi)關(guān)（GIS）到固體斷路開(kāi)關(guān)（SIS）的道路。大都市人口密度大，用電量大，變電所的容量越來(lái)越大型化，油浸式變壓器體積又大又重，已逐漸被用環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄成型的干式變壓器所取代。如今550kV的輸變電設備也實(shí)現了體積小、容量大和高可靠性，其中環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄成型起到了關(guān)鍵的作用，而且在戶(hù)外絕緣材料的應用技術(shù)上也已經(jīng)突破。
一、環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄絕緣料、澆鑄工藝及影響因素
典型的環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄絕緣材料的性能，見(jiàn)表1-1。圖1-1和圖1-2分別列出了環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄的典型工藝及設備。
 環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄料是一多組分的復合體系，它由樹(shù)脂、固化劑、增韌劑、無(wú)機粉末填料等組成，對于該體系的黏度、反應活性、適用期、放熱量等都需要在配方、工藝、鑄件尺寸結構等方面作全面的設計，做到綜合平衡。其影響因素主要有以下。
（1）黏度 從容易澆鑄和脫去氣泡的角度來(lái)考慮環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄料的黏度要越小越好，通常操作時(shí)黏度高達40Pa·s時(shí)，便無(wú)法澆入模具，但環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄料中填料是必須加入的，因為它是提高環(huán)氧樹(shù)脂固化物的硬度、熱導率，降低線(xiàn)膨脹系數，降低產(chǎn)品成本的主要手段。如果澆鑄料黏度太小，填料就容易發(fā)生沉淀。當填料嚴重沉淀時(shí)，固化物呈不均勻狀態(tài)，在冷熱交變中就會(huì )發(fā)生開(kāi)裂。從大量的實(shí)驗中得出經(jīng)驗數據，環(huán)氧樹(shù)脂澆注料凝膠臨界時(shí)，硅微粉填料就不可能發(fā)生沉淀了，此時(shí)的黏度在85Pa·s左右。
（2）反應活性和適用期 環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄件都希望無(wú)氣泡、氣隙和裂紋存在，導致殘留氣泡和氣隙的原因是大量填料的加入帶人了空氣及樹(shù)脂中低分子量揮發(fā)物的存在。后一個(gè)原因可以在樹(shù)脂制造中排除。前一個(gè)問(wèn)題可以在澆鑄工藝中用延長(cháng)真空脫泡時(shí)間來(lái)解決。
氣泡上升速度和粒子沉降速度可以用斯托克斯公式表示：
 式中 U———粒子沉降速度；
g———重力加速度；
dp———粒子密度（這里是指空氣密度為0）；
dg———澆鑄料液體密度；
D———氣泡直徑；
η———澆鑄料黏度。
從上式可以得出，若要去除澆鑄料中的氣泡，澆鑄料應保持較長(cháng)時(shí)間的低黏度。用抽真空的方法來(lái)擴大氣泡的直徑以加快脫泡的速度，所以要求澆鑄料的反應活性在脫泡溫度下很低，有較長(cháng)的適用期。
反應活性大的酸酐和環(huán)氧樹(shù)脂起固化反應時(shí)必然放熱量大，局部過(guò)熱就會(huì )造成澆注件中保留熱應力，有可能造成裂紋或形成樹(shù)脂與工件的界面氣隙，同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂的活性和殘留堿含量也是影響因素。因此在選擇酸酐時(shí)，應注意酸酐基的含量和盡可能小的游離酸的品種。此外澆鑄溫度也是適用期的主要影響因素。反應速度可用下列公式表示：
 式中 K———反應速度；
K0———頻率因素；
E1———反應速度所表現的活化能；
R———氣體常數；
T———絕對溫度。
環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄料在某一溫度下隨著(zhù)時(shí)間的延續，固化反應的深入，黏度將增大，其規律遵循以下公式：
 式中 K———反應速度；
ηt———時(shí)間t時(shí)的澆鑄料黏度；
T———澆鑄料反應的時(shí)間；
η0———澆鑄料初始黏度。
從以上兩個(gè)公式中可知：樹(shù)脂和固化劑的活性是澆鑄料適用期的主要影響因素。
環(huán)氧樹(shù)脂和酸酐的反應是放熱反應，因此要控制模內的放熱溫度，就得降低初始固化溫度，并加入一定量的粉末填料以增大澆鑄料的熱導率，同時(shí)盡可能地減薄澆鑄厚度，這對消除或減少熱應力是極有效的。
環(huán)氧樹(shù)脂-酸酐體系在固化反應的同時(shí)，體積開(kāi)始收縮，到達開(kāi)始凝膠時(shí)，如果沒(méi)有澆鑄料來(lái)做充分補充，就會(huì )因體積收縮有氣隙和內應力產(chǎn)生，因此此時(shí)進(jìn)行加壓凝膠（PC）對消除上述弊病很有效。
環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄件產(chǎn)生內應力另一滾主要的原因是固化物與金屬嵌件、包封件的膨脹系數不同造成的，特別是在界面處，而消除和降低澆鑄固化物的潛性?xún)葢κ翘岣哞T件抗開(kāi)裂性的重要措施。
為了提高澆鑄件的各項性能可以成用以下配方設計方案。提高耐熱性，可以通過(guò)摻混提高交聯(lián)密度的樹(shù)脂體系；為了改善樹(shù)脂的耐開(kāi)裂性，配方中可選用長(cháng)碳鏈的脂肪酸酐（如聚壬二酸酐等）以及特殊的填料等。
由于電氣絕緣澆鑄件中都鑲嵌著(zhù)銅、鋁導體、線(xiàn)圈、鐵芯等，環(huán)氧樹(shù)脂和上述金屬的膨脹系數不同，如果配方和工藝設計、操作不當的話(huà)，澆鑄件內部就會(huì )有應力存在最后導致開(kāi)裂。此外一旦固化反應控制不當或填料粒度分布不均，會(huì )造成環(huán)氧樹(shù)脂固化物體積收縮，產(chǎn)生孔隙、氣泡，這會(huì )降低耐漏電痕跡性。
二、六氟化硫斷路器拉桿和絕緣筒的制造
真空澆鑄應用最典型的實(shí)例是制造SF6斷路器的拉桿和絕緣筒，它們除了要求具有高絕緣性能和抗腐蝕性外，還要承受沖擊負荷和十幾噸拉力下澆鑄件不分層、不開(kāi)裂。
作為電氣絕緣澆鑄用的環(huán)氧樹(shù)脂組成見(jiàn)表1-2。
 LW-200kV六氟化硫高壓電器的提升桿環(huán)氧澆鑄件配方及制品性能見(jiàn)表1-3和表1-4。
 三、干式變壓器澆鑄料
環(huán)氧樹(shù)脂澆鑄的干式變壓器由于具有難燃、不爆、不污染環(huán)境、體積小、質(zhì)量輕、運行噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑、車(chē)站、機場(chǎng)、地鐵等人口密集處已獲得廣泛的應用。薄絕緣型干式變壓器在我國產(chǎn)量最大，它的絕緣結構采用玻璃纖維方格布或玻璃纖維毛氈作填料，經(jīng)高真空除濕脫氣，在模具中用環(huán)氧樹(shù)脂真空澆鑄成型。澆鑄好的線(xiàn)圈機械強度高，耐熱循環(huán)和熱沖擊性能好，不易開(kāi)裂，由于絕緣層?。▋H1～2mm），散熱好，變壓器中填充物的80%是玻璃纖維，具有較好的阻燃性。它要求澆鑄料黏度低，能浸透玻璃纖維，揮發(fā)分低，使用期長(cháng)，固化產(chǎn)物韌性好。
我國以前采用美國3M公司的配套環(huán)氧澆鑄料，據報道，目前已研制成功干式變壓器專(zhuān)用料。它們的主要成分為樹(shù)脂組分：E-51環(huán)氧樹(shù)脂和增韌劑按比例配制而成（稱(chēng)為FM-06樹(shù)脂）；固化劑組成：由桐油酸酐和甲基四氫苯酐配制而成。FM-06樹(shù)脂組分指標見(jiàn)表1-5。
 這種專(zhuān)用料與瑞士Ciba公司料的性能對比見(jiàn)表1-6。
 國內外幾種薄絕緣干式變壓器環(huán)氧澆鑄料性能對比見(jiàn)表1-7。
從表1-6和表1-7性能測試結果可見(jiàn)，我國干式變壓器專(zhuān)用澆鑄材料與國外水平相當，可滿(mǎn)足使用要求。
 四、其他電氣裝備用環(huán)氧絕緣澆鑄料
環(huán)氧樹(shù)脂絕緣澆鑄料在其他電氣裝備中也有著(zhù)十分廣泛的應用領(lǐng)域。詳見(jiàn)表1-8。
 |