Синтетические полимеры в качестве замены металлов и сплавов. Корпуса из пластика и алюминия для силовых конденсаторов с экстремальными условиями эксплуатации – косинусных и для теплиц.
С момента разработки первых пластических масс (сленг – пластиков) конструктивно-технического значения (т.н. engineering-grade) в 50-х годах прошлого века синтетические полимеры (а сегодня и композиты на их базе) конкурировали с разными «традиционными» материалами, в том числе металлами и сплавами в различных областях применения. Но наиболее массовое и даже агрессивное внедрение полимеров, сополимеров, композитов, обусловленное скачком эволюции полимеризации (и сополимеризации), началось в новом веке с появлением новых материалов с «контролируемой молекулярной массой», «молекулярно-массовым распределением» и пр., у которых в процессе производства задаются (в определенных пределах) физико-химические свойства и эксплуатационные параметры.
Безусловно, замена металлов, сплавов полимерами может быть оправдана, например, в:
- автомобилестроении, где термопластик PEEK (polyether ether ether ketone) используется для замены поршневых колец в автоматических коробках передач, сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) – для «самосмазывающихся» подшипников, шестерен, шкивов, элементов корпусов и т.д.;
- мостостроении, где тот же СВМПЭ уже официально регламентирован ГОСТ Р 59620-2022, как материал для неподвижных (а также линейно-подвижных) опорных частей мостовых сооружений;
- производстве канатов, веревок для изготовления не материалоемких высокопрочных канатов, тросов с показательно низкой ползучестью;
- ракетостроении и самолетостроении для защиты спутников от космического излучения, кабин гражданских самолетов, изготовления компонентов силовой установки ракет, конструкции крыла и пр.;
- медицине для изготовления зубных (и некоторых других) протезов и т.д.
Следует отметить, что «традиционные» и новые полимеры, в том числе СВМПЭ используются и в электротехнике для изготовления контактов, кабельных зажимов, оболочек кабелей, корпусов программно-логических контроллеров (ПЛК), вводных, вводных распределительных, распределительных устройств (ВУ, ВРУ, РУ) и т.д. Однако далеко не всегда замена металлов (и сплавов) действительно целесообразна и наглядный тому пример – корпуса силовых конденсаторов, а особенно работающих в «экстремальных» условиях (конденсаторов для электродвигателей, газоразрядных ламп, используемых, например в теплицах).
Корпуса из пластика и алюминия для силовых конденсаторов с экстремальными условиями эксплуатации
Наиболее наглядными примерами силовых конденсаторов с «экстремальными» условиями эксплуатации являются «косинусные» конденсаторы для повышения коэффициента мощности и силовые конденсаторы для электродвигателей (моторные) и газоразрядных ламп в теплицах.
Корпуса из пластика и алюминия для силовых «косинусных» конденсаторов
Использование в оболочках (шкафах) конденсаторных установок компенсации реактивной мощности, а особенно с реакторами L-C контуров (фильтровые УКРМФ, УКРМТФ) предполагает ограниченное закрытое пространство, а значит плохие условия для теплообмена даже в случае принудительной вентиляции. Поэтому стандарты регламентируют размещение реакторов выше конденсаторных сборок, а расстояние между конденсаторами в ступенях не менее 5 см, хотя пока не акцентируют внимание на материале корпуса конденсатора, который de facto должен:
- иметь высокую теплопроводность, чтобы эффективно отводить тепло из намотки конденсатора наружу и здесь «лучшие теплозащитные свойства» пластиков (чем у металлов) играют негативную роль;
- иметь высокую температуру плавления (и размягчения), быть негорючим, что отнюдь не характерно полимерам;
- высокую прочность на разрыв, обеспечиваемую даже в малой толщине алюминиевыми сплавами, но отнюдь не пластиками и особенно при повышенной температуре.
Корпуса из пластика и алюминия для силовых конденсаторов электродвигателей (моторных) и газоразрядных ламп в теплицах
Силовые конденсаторы для электродвигателей (моторные) и газоразрядных ламп в теплицах работают при:
- повышенных температурах, что обуславливает ухудшение теплообмена с окружающей средой и критическую важность высокой теплопроводности материала корпуса, прочности на разрыв, температуры плавления (размягчения), как в случае косинусных конденсаторов;
- высокой влажности, которая в совокупности с повышенной температурой стимулирует процессы термической деградацией диэлектрика. Поэтому корпус должен быть полностью паронепроницаемым (особенность металлов и сплавов), а значит рекламируемое свойство «дышащих» пластиков здесь является не преимуществом, а недостатком.
Т.е. в итоге по корпусам силовых конденсаторов единственными преимуществами полимеров будут технологичность (проще изготавливать корпуса), малый удельный вес и инертность к агрессивным средам, однако различие в массах корпусов из алюминия и пластика незначительно, а скорость коррозии алюминиевого сплава настолько мала, что сколь значимых повреждений корпуса не бывает на протяжении всего срока службы конденсатора.
