|
| |
  |
Главная » Книги и журналы 1 ... 48 49 50 51 52 53 54 55 сравнения на рис. 11-1-приводится изменение электрического сопротивления провода марки ПНСДК, имеющего никелированную медную жилу и изоляцию из стекловолокна, пропитанного кремнийорганический лаком К-44. Электрические характеристики изоляции провода марки ПОЖ достаточно высоки. Из данных рис. 11-2 следует, что пробивное напряжение изоляции после пребывания при 500°С составляет примерно 900 в, существенно не изменяясь при выдержке в течение 500 ч, после чего наблюдается некоторое снижение его. Воздействие температуры (600°С) снижает величину пробивного напряжения до 500 8. У проводов марки ПНСДК изоляция полностью разрушается уже после 240 ч пребывания при 5000. Температурная зависимость пробивного напряжения проводов марки ПОЖ приведена на рис. 11-3. При500С пробивное напряжение проводов составляет i 450-550 в на одинар- [%дОО \воо О ton zoo 300 Ш sou BOO Температура, °С Рис. 11-3. Зависимость пробивного напряжения проводов марки ПОЖ от температуры. ную толщину изоляции (на сторону). Исключительно важными характеристиками для обмоточного провода являются механические свойства изоляции - эластичность и прочность ее на истирание. По эластичности изоляции в исходном состоянии провод марки ПОЖ соответствует требованиям, предъявляемым к серийным проводам, а после пребывания при 500 °С в течение 700 ч провод допускает навивание на стержень, диаметр которого равен 15 диаметрам провода. На такой же стержень провод навивается без растрескивания изоляции и после 170 ч пребывания при 600С (рис. 11-4). В исходном состоянии механическая прочность изоляции проводов марки ПОЖ на истирание ниже, чем у проводов марки ПСДК или ПНСДК, однако в процессе выдержки при 500-600 °С она снижается в значительно меньшей степени, чем у проводов с обычной стекловолокнистой изоляцией.
Время, V сти Изготовление проводов марки ПОЖ имеет некоторые технологические особенности. При на.несении изоляции линейная скорость движения провода ниже, чем проводов типа ПСДК. Обязательным,условием получения провода ПОЖ высокого качества и в первую очередь прочности изоляции на истирание является послойная запечка изоляции при изготовлении проводов на стеклообмоточных машинах. Необходимо также непрерывное перемешивание суспензии органосиликатного материала в ванночках с целью обеспечения равномерного распределения составных частей по объему. Специфической трудностью при изготовлении проводов марки ПОЖ являются быстрое испарение растворителя органо-силикатных материалов ,и вызываемое этим повышение вязкости суспензии. Для устранения быстрого загустевания материала необходимо создание системы автоматического поддержания вязкости органосиликатного материала с тепловым экранированием ванночек. Возможно также применение менее летучих растворителей. Провода марки ПОЖ могут выпускаться также с биметаллической жилой медь - никель с нанесением слоя никеля методом плакирования. В этом случае срок эксплуатации проводов марки ПОЖБ несколько возрастает. Если провода марки ПОЖ вьшускаются для эксплуатации в вакууме, то в качестве материала жилы исполь- 11-4. Зависимость эластично-изоляции проводов марок ПОЖ и ПНСДК от времени при 400-600 С. /-ПНСДК, 400 °С; 2-ПОЖ, 600 С; 3 - ПНСДК, 600 °С; 4 - ПНСДК, 500 °С; 5-ПОЖ, 50О °С;. 6 - ПОЖ. 400 °С. 4/7-
О го 4-0 ео во wo мт Рис. 11-5. Термограмма образца I жаростойкого пропитывающего состава для обмоточных проводов со стекловолокнистой изоляцией. зуются жаропрочные медные сплавы. На жилу при этом наносится гальваническим способом покрытие из никеля или биметаллическое покрытие железо - никель. Пропитывающие составы также еоколько модифицируются. Их высокая нагревостойкость подтверждается исследованиями, выполненными методом дифференциально-термического (ДТА) и - 60 50- 20 W -200  О ЯО 4z? ВО ВО 100 мин Рис. 11-6. Термограмма образца II жаростойкого пропитывающего состава для обмоточных проводов со стекловолокнистой изоляцией. термогравиметрического анализа. Исследования одного из составов оптимальной рецептуры проводились в диапазоне температур 20-750°С при скорости подъема температуры около 6 градусов в минуту. Состав исследовали дважды: после прогрева при 200°С в течение 10 ч (образец I) и после прогрева при 650 °С в течение 24 ч (образец П). При нагревании образца I на термограмме зафиксированы зкзотермические эффекты с максимумами при температурах 289,367 и в интервале 400-592 °С (рис. 11-5). Можно предположить, что первый эффект связан с процессом структурирования полимера, начавшимся во время термической обработки при 200 °С, тогда как второй и третий эффекты обусловлены отрывом метильных групп полимера, заканчивающимся при 600°С. В интервале температур 650-7Ъ0°С никаких термических превращений уже не наблюдается. Потери массы Р по результатам термогравиметрического анализа составляют в конце испытаний около 8,3%. При нагревании образца П (рис. 11-6) на дифференциальной кривой нет четко выраженных пиков, а наблюдаемые отклонения от базовой линии вызваны, очевидно, изменением теплопроводности. На основании полученных данных можно полагать, что все процессы структурирования и отщепления обрамляющих метильных радикалов происходят при термообработке при 650°С. Потери массы ло результатам термогравиметрического анализа при этой температуре.со- ставляют около 3%, причем если образец непосредственно перед испытанием был выдержан при 200 °С в течение 4 ч, то потеря массы уменьшается до 1%- Поведение изоляции таких проводов в процессе длительного старения при 600, 650 и 700°С при остаточном давлении 10-=-10 мм рт. ст. характеризуется данными табл. 11-1. Исследование проводилось на проводе диаметром 0,51 мм, подвергнутом тепловой обработке в намотанном на катушку состоянии при 200°С в течение 10 ч и при 350 С в течение 4 ч. Таблица 11-1 Изменение пробивного напряжения жаростойких провода в процессе теплового старения при остаточном давлении 10-=-10- мм рт. ст.
Из табл. 11-1 видно, что после старения при 600 С в вакууме в течение 6 000 ч величина пробивного напряжения изолящии проводов остается на высоком уровне. После более длительного старения эти показатели определить не удалось, так как проводник из медного сплава становится очень хрупким. При 650 и 700 °С разрушение проводника наблюдается значительно раньше. В качестве цементирующих составов для стекловолокна могут применяться также составы на фосфатной основе. Американской фирмой Вестингауз Электрик предложен для пропитки слоистой изоляции состав, содержащий 10-40% фосфата алюминия, 10-40%) фосфорной кислоты и воды и 10-80%) неорганических мел-кодиоперсных наполнителей (окиси, гидроокиси и силикаты металлов Са, Ва, Mg, Cd, AI, Zn, Pb и Ti). Обра- зующееся покрытие эластично, если после прогрева при 50-400°С содержание воды составляет 5-20%. Последующая запечка при 350-500° С приводит к получению твердой негибкой электрической изоляции. Скорость отверждения состава прямо пропорциональна дисперсности наполнителя и его количеству. Провода на таких связующих имеют высокую стойкость изоляции к истиранию и предназначены для эксплуатации при 500 С. Известны также отечественные нагревостойкие композиции на основе фосфатов, например полиалюмофосфа-та и других родственных ему неорганических полимеров. Первой стадией синтеза полиалюмофосфата, цепи молекул которого состоят из чередующихся атомов алюминия, кислорода и фосфора, является растворение в орто-фосфорной кислоте алюминия или его соединений, взятых в определенных соотношениях. Водный раствор кислого фосфата способен химически взаимодействовать со многими минеральными наполнителями, образуя прочные неорганические материалы, которые имеют высокие механические свойства (пределы прочности при сжатии 500-650 кгс/смири 20°С и 900-990 кгс/сл при 600Х), но электрические свойства их при 600 °С невысоки (ртл^ 109 ол-ел; tg6 = 0,7--1,0). Принципиально возможно применение цементирующих составов на основе других неорганических материалов. Американская фирма Pea Магнет Вайер предложила ряд конструкций нагревостойких проводов со стекловолокнистой изоляцией для работы при 500 С. В этом случае рекомендуется применять алюмоборосиликатное стекловолокно, которое может накладываться в виде нитей или лент, причем изолирование может производиться как обмоткой, так и оплеткой. Стекловолокно пропитывается составом из смолы и порошка стекла. .Применяемая смола должна деполимеризоваться при повышенных температурах и испаряться без образования углеродистых остатков. В частности, предлагается состав из 60% порошка легкоплавкого стекла и 40% раствора этой смолы в метилизобутилкетоне. Провод покрывается указанным составом и пропускается через печь, в которой при 115°С происходит испарение растворителя и полимеризация смолы. Затем в бухтах или на керамических катушках провод выдерживается 1 ч при 350-* 400 °С с целью деполимеризации и испарения смолы, по- еле чего производится нагрев провода до 750°С для спекания порошкообразного стекла и прочного соединения его со стекловолокном. В одном из вариантов конструкции ла провод может накладыватыся дополнительная наружная о'бмотка из стекловолокна следующего состава: 45-55% SiOz, 8-12% ЫзгО + КгО, 9-13% CaO + MgO, 18-22% РЬО, 5-8% AI2O3. При высокотемпературной обработке слой такого стекловолокна оплавляется и образует тонкую защитную пленку. Низкая температура размягчения стекловолокна наружного слоя (620-650 С) обусловлена присутствием в нем окиси свинца. Фирма Авене Корнинг Файбергласс (США) запатентовала стекловолокнистую электрическую изоляцию обмоточных проводов без органического связующего для эксплуатации при 5100 и составы применяемых в этом случае бороснликатных стекол. Монолитность изоляции из стекловолокна достигается применением двух типов стекловолокна с различными температурами плавления, причем стекловолокно с более высокой температурой плавления играет роль арматуры, образующей каркас Изоляции и обусловливающей ее электрические характеристики. Стекла, применяемые для изготовления волокна, имеют коэффициент теплового расширения, близкий по 1величине к коэффициенту расширения меди. Легкоплавкое стекловолокно содержит 75%)РЬО и плавится при 420-450°С. Фирма предлагает несколько вариантов применения изобретения. Во-первых, провод может обматываться в один слой стекловолокном с низкой температурой плавления с последующим оплавлением при термообработке и образованием герметичного монолитного покрытия. Во-вторых, провод мон^ет обматываться в один слой стекловолокном с высокой температурой плавления. Затем провод погружается в водную суспензию легкоплавкого стеклопорошка и после сушки подвергается нагреву, при котором стеклопорошок плавится и скрепляет витки стекловолокна. Кроме того, как уже указывалось выше, возможно применение проводов с двухслойной стекловолокнистой изоляцией, когда наружный слой изготовляется из стекловолокна, оплавляющегося при термообработке. В этом случае если в качестве проводника применяется медь, во избежание ее окисления термообработка должна производиться в инертной среде, например в атмосфере азота. 11-2. ПРОВОДА С ГИБКОЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ Многие керамические материалы, стекла и стекло-эмали обладают .высокими электроизоляционными свойствами, значительно превосходя ири этом обычные органические материалы по нагревостойкости. Однако использование нх для изоляции обмоточных проводов затруднено, так как эти материалы хрупки и не имеют достаточной эластичности, в то время как высокая гибкость покрытия является одним из основных требований, предъявляемых к обмоточным проводам. Отдельные неорганические покрытия приобретают некоторую эластичность в тонких слоях, что обусловливает принципиальную возможность их применения в производстве обмоточных проводов. Разработка специальных составов керамических материалов, стекол и стеклоэмалей, соответствующая подготовка металла жилы и. специальная технология нанесения покрытия дают возможность получения стеклоэмалевых или керамических покрытий, обладающих хорошей адгезией к металлу и приемлемой эластичностью. Керамическая изоляция обмоточных проводов обычно представляет собой композиции, состоящие из огнеупорных материалов, наполнителей и модификаторов. В качестве огнеупорных материалов используются глинозем, кварц, слюда, тальк, двуокись циркония, двуокись титана, окись хрома, огнеупорная глина, бентонит и другие высокотемпературные материалы. Эти материалы являются составной частью керамического покрытия, обеспечивающей его высокую нагревостойкость. В состав керамического покрытия вводятся уплотнители, обеспечивающие получение однородной, плотной, механически прочной изоляции. Для этой цели используются в основном электролиты с одновалентными катионами и многовалентными анионами. Такие составляющие компоненты также способствуют получению максимального дзета-потенциала взвешенных частичек суспензии, что весьма важно итри нан .-ении покрытий на проволоку методом электрофореза. Модификаторы увеличивают гибкость и механическую прочность покрытия. Такими веществами являются слюда, окись цинка, некоторые растворимые силикаты, легкоплавкие силикатные флюсы и другие материалы. Неко- торые компоненты керамического покрытия могут одновременно выполнять функции как огнеупорных материалов, так и модификаторов. В состав легкоплавких силикатных эмалей обычно входит значительное количество флюсующих материалов, в качестве которых широкое применение .находят щелочные окислы. Известно, что удельное электрическое сопротивление стекол определяется их составом. Электропроводность стекол имеет обычно ионный характер и возрастает с увеличением содержания в них подвижных ионов, в частности ионов щелочных металлов: лития, натрия, калия. Особое влияние на электрические свойства керамики и стекол оказывают ионы лития и натрия, обладающие меньшими ионными радиусами. Ионы калия менее подвижны. С повышением температуры происходит упорядочение структуры стекла и одновременно увеличивается количество свободных заряженных частиц. Этим обусловлено возрастание электропроводности стекол при нагревании, особенно интенсивное у щелочных стекол. Поэтому в большинстве рецептур стеклоэмалевых покрытий для изоляции обмоточных проводов отсутствуют окислы щелочных металлов или же их содержание резко ограничено. Оптимальный состав стеклоэмалевой изоляции для обмоточных проводов имеет в своей основе систему Si02-РЬО-В2О3 (или близкую к ней). Окись свинца способствует повышению электроизоляционных свойств покрытия и увеличению его эластичности. Являясь хорошим флюсующим материалом, окись бора оказывает влияние на температуру размягчения эмалевого покрытия, его поверхностное натяжение и процессы, происходящие при формировании .покрытия. В боросодержащих эмалях реже встречаются дефекты и они более слабо выражены, чем в эмалях, не содержащих бора. В боросодержащих покрытиях создаются условия, благоприятные для всплывания на поверхность расплавленной эмали мелких газовых пузырьков, образующихся в слое эмали при ее расплавлении на поверхности металла. Низкое поверхностное натяжение и малая вязкость содержащих окисел бора расплавов облегчают заплавле-ние мест прорыва мелких газовых пузырьков в слое эмали и обеспечивают хорошее растекание покрытия, что важно для предупреждения образования дефектов. Из вестны также высокие электроизоляционные свойства боросодержащих покрытий. С целью повышения адгезии слоя эмали к металлу жилы и снижения поверхностного натяжения в состав эмалей вводятся активаторы сцепления и поверхностно-активные вещества. Известно, что окислы металлов второй группы оказывают значительное влияние на поверхностное натяжение, вязкость и другие свойства эмалей. С увеличением ионного радиуса катиона снижаются вязкость и поверхностное натяжение силикатного расплава, улучшается его способность растекаться и понижается интенсивность окисления металла жилы в процессе эмалирования, а эмалевое покрытие становится более высококачественным, не имеющим дефектов. Отечественной промышленностью выпускаются обмоточные провода с тонкослойной стеклоэмалевой изоляцией, имеющей поверхностную лакировку органосили-катным составом. Провода имеют биметаллическую медно-никелевую жилу (никель наносится методом плакирования) и предназначены для длительной эксплуатации при 400° С, а также для работы при 500° С в течение 2 ООО ч. Марка проводов ПЭЖБ. В качестве основной жаростойкой изоляции этих проводов используется борносвинцовая силикатная эмаль, имеющая величину pv порядка 10* ом см при комнатной температуре и 10 ом-см при 500°С. Радиальная толщина стеклоэмале-вого покрытия составляет 3-7 мкм. Общая диаметральная толщина изоляции составляет 0,03-0,07 мм в зависимости от диаметра провода. В исходном состоянии провод может без растрескивания изоляции наматываться на стержень диаметром (7- \Q)d, где d - диаметр жилы испытываемого провода. Пробивное напряжение изоляции в расчете на одинар-  WD ZDO 300 Ш 500 ООО 700 800 Время. V Рис. 11-7. Зависимость пробивного напряжения и эластичности изоляции проводов марки ПЭЖБ от времени при 500-600 °С. D-диаметр испытательного стержня; d - диаметр проводника испытываемого провода; --пробивное напряжение; - ---эластичность изоляции. гоо
йую толщину, определяемое на образцах, йавиваемых восьмеркой на цилиндры, составляет 250-550 в. Пробивное напряжение изоляции проводов в течение первых суток пребывания при 500-600° С снижается, а затед! остается на неизменнод! уровне около 200-250 в на сторону (рис. 11-7). Эластичность изоляции проводов д^арки ПЭЖБ, как видно из данных рис. 11-7, снижается в процессе теплового старения при 500°С за 900 ч до D/d=25 и резко ухудщается после пребывания при 600° С. Последнее обстоятельство ограничивает применение таких проводов при 600° С и выше. Температурная зависимость пробивного напряжения изоляции в интервале 300-600° С выражена относительно слабо (рис. 11-8). Пробивное напряжение Д1ежду двумя слоями составляет примерно 400 е. Такой характер зависимости пробивного напряжения от температуры определяется в основном кремний-органическид! составод!, так как толщина стеклоэмале-вого покрытия Д1ала. Зависидюсть сопротивления изоляции провода д1арки ПЭЖБ от температуры показана на рис. 11-9. Сопротивление изоляции определялось на схеде сравнения между отрезкад1и провода длиной по 1 м, навитыми в два слоя па фарфоровый цилиндр. При подъедге температуры до 400° С из-за частичного выгорания кредшийорганического полид1ера сопротивление изоляции уменьшается. В результате образуется пространственно сшитое изоляционное покрытие, состоящее из высоконагревостойких неорганических частиц, сопротивление изоляции которого в диапазоне 400- 600° С остается почти неизменныд!. Провода марки ПЭЖБ обладают характерной для всех типов обдюточных проводов зависидюстью сопротивления изоляции от времени пребывания в воздушной среде повышенной влажности. Для предохранения от О Рис. 11-8. Зависимость пробивного напряжения изоляции проводов марки ПЭЖБ от температуры. 1 ... 48 49 50 51 52 53 54 55 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||