/
Автор: Пешков И.Б. Привезенцев В.А.
Теги: монтаж строительно-монтажные работы электромонтаж издательство энергия электромонтажники
Год: 1971
Текст
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................ 3
Введение.................................................. 5
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Глава первая. Проводниковые материалы, применяемые
в производстве обмоточных и монтажных проводов . . 9
1-1. Общие сведения о проводниковых материалах—меди
и алюминии.......................................... 9
1-2. Электрические и механические свойства . медной про-
волоки ................'............................13
1-3. Электрические и механические свойства алюминиевой
проволоки...........................................19
1-4. Проволока из сплавов сопротивления................21
1-5. Токопроводящие жилы для проводов особо высокой
нагревостойкости .................................. 25
Глава вторая Эмальлаки............................48
2-1. Основные сведения о пленкообразующих веществах 49
2-2. Основные сведения о растворителях.........51
2-3. Основные сведения из теории высыхания масел и
пленкообразования ................................. 60
2-4. Старение пленок масляных эмальлаков .... 63
2-5. Основные сведения о сиккативах для масляных
эмальлаков....................................64
2-6. Масляные эмальлаки........................65
2-7. Синтетические эмальлаки нормальной нагревостойко-
сти ................................................68
2-8. Эмальлаки на полиуретановых и эпоксидных смолах 75
2-9. Полиэфирные эмальлаки.............................78
2-10. Эмальлаки повышенной нагревостойкости .... 82
Глава третья. Технология изготовления эмалированных
проводов.............................................. 89
3-1. Методы наложения эмальлака на проволоку ... 89
3-2. Выбор количества покрытий. Скорости эмалирования.
Расчет маршрутов калибров . 105
3-3. Оптимальные температурные режимы в печах агрега-
тов для эмалирования...............................112
3-4. Типизация технологических режимов изготовления
эмалированных проводов.............................119
3-5. Эмалирование без применения растворителей . . . 123
3-6. Расчет расхода эмальлаков при изготовлении эмали-
рованных проводов..................................129
Глава четвертая. Оборудование эмалировочных цехов 131
4-1. Агрегаты для эмалирования тончайшей проволоки . 131
4-2. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром
0,05—0,29 мм........................................144
4-3. Агрегаты для эмалирования проволоки диаметром
0,30 мм и более.....................................156
4-4. Агрегаты для эмалирования прямоугольной проволоки 166
4-5. Автоматическое регулирование температуры в печах
агрегатов для эмалирования.............................169
4-6. Системы подачи лака к агрегатам для эмалирования 172
4-7. Системы вентиляции и каталитическое сжигание отхо-
дящих газов........................................... 175
4-8. Оборудование для производства нагревостойких про-
водов с гибкой керамической изоляцией .... 179
4-9. Тепловой обмен в эмалировочных печах .... 183
Глава пятая. Методы испытаний обмоточных проводов
с эмалевой и волокнистой изоляцией ................... 198
5-1. Определение геометрических размеров проводов 198
5-2. Определение относительного удлинения и упругости
обмоточных проводов.................................199
5-3. Определение эластичности изоляции............202
5-4. Определение стойкости изоляции к тепловому удару 206
5-5. Определение термопластичности эмалевой изоляции . 207
5-6. Определение механической прочности изоляции . . 211
5-7. Определение стойкости эмалевой изоляции к действию
растворителей, холодильных агентов, масел и воды . 216
5-8, Определение способности эмалированных проводов
к облуживанию...................................... 223
5-9. Определение адгезии изоляции эмалированных про-
водов ..............................................224
5-10. Метод испытания эмалированных проводов на слипа-
ние изоляции........................................ 226
5-11. Метод определения класса нагревостопкостп эмалиро-
ванных проводов....................... ... 227
5-12. Испытания изоляции на пробой ... 231
5-13. Определение числа точечных повреждений эмалевой
изоляции.............................................237
5-14. Измерение сопротивления изоляции обмоточных про-
водов . ...................................241
5-15. Определение tg б и е изоляции эмалированных про-
водов ...............................................242
5-16. Определение электрического сопротивления жил обмо-
точных -проводов.....................................245
5-17. Непрерывный контроль геометрических размеров про-
вода . . . . '............................246
5-18. Непрерывный контроль электрической прочности изо-
ляции ...............................................248
5-19. Непрерывный контроль числа точечных повреждений
изоляции эмалированных проводов .................... 249
Глава шестая. Свойства эмалированных проводов . . 253
6-1. Круглые эмалированные провода нормальной нагре-
востойкости.........................................253
6-2. Эмалированйые провода на полиуретановых лаках 2?0
6-3. Полиэфирные эмалированные провода . ... 272
6-4. Эмалированные провода с дополнительными покры-
тиями ................................................274
6-5. Медные высокопрочные эмалированные провода диа-
метром 0,02—0,05 мм...................................277
6-6. Медные эмалированные провода для электроизмери-
тельных приборов высокой чувствительности . . . 278
6-7. Эмалированные провода повышенной нагревостойко-
сти.................................................. 280
6-8. Эмалированные провода из сплавов сопротивления . 283
6-9. Эмалированные провода прямоугольного сечения . 285
6-10. Алюминиевые эмалированные провода .... 287
6-11. Морозостойкость, светостойкость и старение эмалевой
изоляции в естественных условиях....................293
6-12. Поведение эмалевой изоляции в различных средах 294
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
Глава седьмая. Теория обмотки и оплетки проводов 308
7-1. Кручение и коэффициент крутки...................308
7-2. Изменение крутки нитей в процессе обмотки проводов 310
7-3. Зависимость разрывной прочности хлопчатобумажной
пряжи от величины диаметра элементарных волокон 314
7-4. Изменение давления элементарных волокон в нити
при наложении ее на провод.......................315
7-5. Особенности обмотки проводов прямоугольных се-
чений ...........................................321
7-6. Особенности обмотки проводов стекловолокном . . 323
7-7. Основные соотношения при обмотке проводов волок-
нистыми материалами..............................327
7-8. Обмотка проводов кабельной и телефонной бумагой и
синтетическими пленками......................... 336
7-9. Основные элементы теории оплетки проводов . . 340
Глава восьмая. Волокнистые и пленочные материалы
для обмоточных и монтажных проводов...................349
8-1. Хлопчатобумажная пряжа.........................
8-2. Натуральный шелк . ..........................
8-3. Кабельная и телефонная бумаги..................
8-4. Стекловолокно............................... -
8-5. Асбестовая ровница.............................
8-6. Классификация искусственных и синтетических воло-
кон ...................-............................
8-7. Волокна из гидратцеллюлозы...................
8-8. Волокна из эфиров целлюлозы ... . .
8-9. Полиамидные волокна............................
8-10. Полиэфирное волокно (лавсан) . . . . .
8-11. Карбоцепные волокна (волокна на виниловой основе)
8-12. Общие сведения об электроизоляционных пленках .
8-13. Пленки из гидратцеллюлозы......................
8-14. Пленки из эфиров целлюлозы.....................
349
352
354
357
358
358
359
361
363
366
367
368
370
370
8-15. Полиэтилентерефталатные пленки . .. ?. . 377
8-16. Пленки на поливинилхлоридной основе . . . . 379
8-17. Полиамидные пленки............................379
8-18. Полистирольные пленки.........................380
8-19. Поликарбонатные пленки........................381
8-20. Полипропиленовые пленки.......................384
8-21. Полиэтиленовые пленки . 384
8-22. Политетрафторэтиленовые пленки................385
8-23. Прочие электроизоляционные пленки.............390
Глава девятая. Оборудование обмоточных цехов . . 391
9-1. Тростильные машины................................391
9-2. Обмоточные машины для наложения волокнистой
изоляции..........................................395
9-3. Машины для скрутки высокочастотных обмоточных
проводов..........................................425
9-4. Оплеточные машины.................................427
9-5. Машины для наложения дельта-асбестовой изоляции 435
9-6. Машины для изготовления проводов со стекловолок-
нистой изоляцией..................................440
9-7. Машины для изготовления транспонированных про-
водов . . . '...............................448
Глава десятая. Обмоточные провода с волокнистой
изолицией............................................452
10-1. Обмоточные провода с волокнистой изоляцией стан-
дартных конструкций................................452
10-2. Высокочастотные обмоточные провода .... 466
10-3. Обмоточные провода из сплавов сопротивления . . 470
10-4. Обмоточные провода для высоковольтных электриче-
ских машин.........................................471
10-5. Обмоточные провода с дельта-асбестовой изоляцией 474
10-6. Обмоточные провода со стекловолокнистой изоляцией 476
10-7. Особо тонкие провода (микропровода) в сплошной
стеклянной изоляции .............................. 483
10-8. Транспонированные обмоточные провода .... 485
10-9. Обмоточные провода для погружных электродвигате-
лей ...............................................489
Глава одиннадцатая. Нагревостойкие обмоточные
провода....................................- . . . 501
11-1. Провода со стекловолокнистой изоляцией повышенной
нагревостойкости.................................501
11-2. Провода с гибкой керамической изоляцией . . . 511
Глава двенадцатая. Монтажные провода .... 518
12-1. Основные сведения о конструкциях монтажных прово-
дов ................................................518
12-2. Монтажные провода с волокнистой и пленочной изо-
ляцией .............................................526
12-3. Монтажные провода с пластмассовой и резиновой
изоляцией.........................................531
12-4. Монтажные провода повышенной нагревостойкости . 539
Литература.................................................542
Алфавитный указатель.......................................546
ВВЕДЕНИЕ
Классификация и области применения обмоточных
и монтажных проводов
Обмоточные провода применяются для изготовления
различных обмоток электрических машин, аппаратов и
приборов. В связи с бурным развитием отечественного
электромашине- и аппаратостроения одновременно резко
возросли ассортимент и объем производства обмоточных
проводов.
Основную массу изготовляемых в настоящее время
обмоточных проводов можно разделить на две группы:
с эмалевой изоляцией и с различной волокнистой, бу-
мажной и пленочной изоляцией.
Особые группы составляют обмоточные провода со
сплошной стеклянной изоляцией, с керамической, стек-
локерамической и стеклоэмалевой изоляцией, а также
провода с пластмассовой и эмалевопластмассовой изо-
ляцией, которые применяются для изготовления обмо-
ток различных специальных изделий (резисторы, по-
гружные электродвигатели с открытыми обмотками, об-
мотки электрических машин и аппаратов особо высокой
нагревостойкости и т. п.).
В последние годы преимущественное развитие полу-
чили обмоточные провода с эмалевой изоляцией, кото-
рые в свою очередь можно разделить на две группы:
провода, изготовляемые с применением масляно-смоля-
ных эмальлаков, и провода, для изготовления которых
применяются различных видов синтетические лаки. Рез-
ко растущий объем производства эмалированных прово-
дов новейших типов обусловлен значительно меньшей
толщиной эмалевой изоляции и повышенной электриче-
ской прочностью ее.
Большинство эмалированных проводов, изготовляе-
мых на синтетических эмальлаках, обладает высокой
механической прочностью эмалевой изоляции, благодаря
чему эти провода могут применяться без дополнитель-
ной обмотки их волокнистыми материалами. Благодаря
этому значительно уменьшаются габариты обмоток и по-
вышается к. з. п. (коэффициент заполнения паза) элек-
трических машин. Кроме того, эмалированные провода
обычно значительно дешевле обмоточных проводов с во-
локнистой изоляцией, а изготовляют их на многоходо-
вых станках с высокими линейными скоростями. Эти об-
стоятельства являются основными причинами преиму-
щественного применения эмалированных обмоточных
проводов. 'По нагревостойкости эмалированные провода
могут изготовляться от А до С включительно.
Маркировка, ассортимент, толщина изоляции и ха-
рактеристика свойств эмалированных проводов различ-
ных типов приведены в гл. 6.
Обмоточные провода с волокнистой изоляцией приме-
няются в электрических машинах и аппаратах, где такая
изоляция необходима по условиям изготовления и экс-
плуатации обмоток и где повышенная толщина изоляции
проводов не имеет первостепенного значения. Обмоточ-
ные провода с волокнистой изоляцией обладают повы-
шенной эксплуатационной надежностью в сравнении
с эмалированными проводами. Обычно предпочтение по-
следним отдается вследствие меньшей их стоимости, ма-
лой толщины и лучшей тепловодности эмалевой изоля-
ции. 'Провода со стекловолокнистой и дельта-асбестовой
изоляцией применяются для изготовления электрических
машин повышенных классов нагревостойкости. Провода
с бумажной изоляцией до последнего времени находят
самое широкое применение при изготовлении обмоток
масляных трансформаторов. Электроизоляционные плен-
ки обладают весьма высокой электрической прочностью.
Провода с такой изоляцией применяются для электри-
ческих машин и аппаратов повышенных напряжений.
Маркировка, ассортимент, толщина изоляции и ха-
рактеристика физико-механических и электроизоляцион-
ных свойств обмоточных проводов всей этой группы при-
ведены в гл. 10.
Монтажные провода применяются для внутри- и меж-
приборных электрических соединений, а также для мон-
тажа других электрических схем.
.В связи с развитием электронно-вычислительной тех-
ники, автоматизированных систем управления и ряда
других специальных отраслей ассортимент и объем про-
изводства монтажных проводов резко возросли и эти
провода представляют одну из важных групп кабельных
изделий.
Основную массу монтажных проводов можно разде-
лить на две группы: монтажные провода с волокнистой
и эмалево-волокнистой изоляцией и монтажные про-
вода с различной пластмассовой изоляцией. В некото-
ром количестве изготовляются также монтажные прово-
да с резиновой изоляцией, которые обладают повышен-
ной гибкостью, а также монтажные провода с изоля-
цией из триацетатных, лавсановых и фторопластовых
пленок.
Монтажные провода с волокнистой и эмалево-волок-
нистой изоляцией обычно применяются для монтажа
приборов и устройств, не подвергающихся воздействию
высокой влажности. По нагревостойкости большинство
конструкций этих проводов относится к классу А. Осо-
бенно многочисленна группа монтажных проводов с
пластмассовой изоляцией, которые могут эксплуатиро-
ваться в условиях повышенной влажности, но в ограни-
ченном температурном интервале (для проводов с поли-
винилхлоридной изоляцией — от минус 40 до плюс 70 °C,
а с полиэтиленовой изоляцией — до плюс 86° С). Эти
провода можно классифицировать следующим образом:
1. Основную часть составляют монтажные провода
с поливинилхлоридной и полиэтиленовой изоляцией об-
щепромышленного и бытового назначений. В соответст-
вии с проектом стандарта эти провода могут изготов-
ляться для рабочих напряжений 500 и 1 000 в перемен-
ного тока с частотой до 5 000 гц (или соответственно 700
и 1400 в постоянного тока). Отдельные конструкции
предусматривают наличие поверх изоляции защитной
капроновой оболочки и экрана из медных луженых про-
волок.
2. Для различных специальных областей применения
пока продолжают в значительном количестве изготов-
ляться провода с пластмассовой изоляцией, у которых
токопроводящие жилы предварительно обматываются
изоляционными волокнистыми материалами (провода
марок МШВ, МГШВ и др.), а также провода с изоля-
цией из облученного полиэтилена.
3. Для монтажа электрических схем счетно-решаю-
щих устройств, систем автоматического управления и
других специальных целей для рабочих напряжений до
250 в применяются так называемые малогабаритные
монтажные провода с повышенной гибкостью токопро-
водящих жил и пониженной толщиной пластмассовой
изоляции.
4. Наконец, для работы при повышенных рабочих
температурах преимущественное применение находят
монтажные провода с фторопластовой изоляцией, кото-
рые могут эксплуатироваться в интервале от минус 60 до
плюс 200—250°iC.
Для работы при более высоких температурах могут
применяться монтажные провода с изоляцией из не-
скольких слоев обмоток стекловолокна с подклейкой и
пропиткой жаростойкими составами на органо-силикат-
ной основе.
Маркировка, ассортимент, характеристика физико-
механических и электроизоляционных свойств монтаж-
ных проводов различных типов приведены в гл. 12.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
С ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Глава первая
ПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБМОТОЧНЫХ И МОНТАЖНЫХ
ПРОВОДОВ
1-1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ —
МЕДИ И АЛЮМИНИИ
Обмоточные и монтажные провода изготовляются
преимущественно с медными токопроводящими жилами.
Реже применяется проволока из алюминия и сплавов
высокого сопротивления (манганин, константан, них-
ром).
Медная проволока изготовляется из слитков, которые
в нагретом состоянии прокатываются в катанку диамет-
ром около 8 мм. Часть катанки изготовляется диамет-
ром 10 мм и используется вместе с подкатом фасонного
сечения для изготовления прямоугольной проволоки. По-
сле травления из катанки на волочильных машинах из-
готовляется проволока нужных размеров.
Медные слитки в соответствии с ГОСТ 193-67 изго-
товляются следующих типов: CH-I и СН-П—слитки го-
ризонтальной отливки с неудаленной верхней поверх-
ностью (слитки CH-I имеют массу 85—95, 97—107 и
119—131 кг, а слитки СН-П '93—103, 107—Г20 и 136—
140 кг); CC-I и СС-П—слитки горизонтальной отливки
с удаленной (строганой) верхней поверхностью (масса
слитков ОС-1 78—86, 97—97 и 108—122 кг, а слитков
СС-П 85—95, 96—105 и 117—128 кг); СВ-I и СВ-П —
слитки вертикальной непрерывной отливки (масса слит-
ков СВ-1 93—99, 115—128 кг и т. д., а слитков СВ-П
80—86, 102—107 кг и т. д.).
Слитки СН и ОС изготовляются из электролитиче-
ской меди М-1 (ГОСТ 859-66, содержание меди не ме-
нее 9'9,9%). В ГОСТ 859-66 дана маркировка меди в за-
висимости от степени ее чистоты (марки МОО, МО,
МОб, М-1 и др.) и нормировано предельное содержание
примесей (для меди различных марок в пределах 0,01—
1,0%), наличие которых существенно влияет на электро-
проводность и механические свойства меди.
В соответствии с ГОСТ 193-67 содержание кислорода
в слитках CH-I и СН-П должно быть не более 0,06%,
в слитках CC-I и СС-П не более 0,045% и в слитках
СВ-I и СВ II не более 0,0035% (бескислородная медь).
Рис. 1-1. Микроструктуры медных слитков.
а - обычная медь; б —бескислородная медь.
Кислород внутри слитков образует закись меди Си2О.
Влияние последней заключается в том, что при этом об-
разуется эвтектика Си—СгО, которая при застывании
металла располагается по границам кристаллитов, об-
разуя своего рода пленку (рис. 1-1), что отрицательно
сказывается при волочении медной проволоки малых се-
чений.
Дело в том, что в литой меди эвтектика Си—С2О
располагается по границам кристаллитов, а после обра-
ботки давлением эвтектика разрушается и в деформиро-
ванной меди кислород присутствует в виде обособлен-
ных включений Си2О.
Формы медных слитков различных марок приведены
на рис. 1-2.
При отливке меди в горизонтальные изложницы под
верхней поверхностью образуется значительное количе-
ство мелких пустот; кроме того, верхний слой богатСи2О.
Поэтому у слитков CC-I и СС-П строгают верхнюю по-
верхность на глубину до 10 мм.
Высококачественно изготовленные слитки из бескис-
лородной меди имеют значительно лучшую структуру,
[отсутствуют мелкие пустоты и прочие дефектные места
как на поверхности, так и внутри слитков. Это под-
тверждается и более высокой плотностью меди указан-
ной марки по сравнению с обычной.
'Проволока из бескислородной меди имеет меньшее
удельное сопротивление в сравнении с обычной медью
марки М-1 (0,01694—0,01710 вместо 0,01724 ом,-мм2/м).
Это объясняется в первую очередь отсутствием кислоро-
да, так как окислы различных примесей более интенсив-
но снижают электропровод-
ность меди, чем неокисливши-
еся примеси.
Благодаря наличию более
правильной и однородной кри-
сталлической структуры и от-
сутствию по границам кристал-
литов эвтектики Си—Си2О бес-
кислородная медь обладает вы-
сокой пластичностью и тягу-
честью, что дает возможность
Типы СН~1 и СС~1
Типы СН-Пи СС-П
Рис. 1-2. Формы медных
слитков.
изготовлять проволоку диаме-
тром до 0,01 Мм с повышенной
стойкостью при испытаниях на
изгиб и кручение.
Бескислородная медь яв-
ляется более стойкой при
кратковременных воздействиях повышенных температур.
В этом, например, убеждают результаты опытов, прове-
денных на заводе в Светозарово (Югославия). На
рис. 1-3 и 1-4 даны микрошлифы образцов проволоки из
обычной и бескислородной меди, отожженных в течение
30 мин в среде водорода при 850 °C. У обычной меди
структура разрушилась и проволока из нее совершенно
не выдерживает изгибов, в то время как у бескислород-
ной меди границы между кристаллами сохранились по
существу неповрежденными (эта проволока выдержива-
ет более 10 двусторонних изгибов).
Первичный алюминий (ГОСТ 11069-64) разделяется
на три группы: алюминий особой чистоты (А1^99,999),
высокой чистоты (четыре марки с содержанием А1^
^99,9954-99,95%) и технической чистоты (восемь ма-
рок, А1 =>99,85 н- 99,0%).
Для электротехнических целей, в том числе и для из-
готовления обмоточных проводов, применяется алюми-
ний марки АЕ (А1^99,5%).
ГОСТ 11069-64 предусматривает выпуск алюминия
марки А5 (А1^99,5%). Алюминий этой марки для ка-
бельных изделий непригоден вследствие иного характе-
ра состава примесей. Основными примесями в алюминии
Рис. 1-3. Микроструктура проволоки из обыч-
ной меди после отжига в течение 30 мин в сре-
де водорода при 850 °C.
являются Fe и Si. Примеси Si резко снижают электро-
проводность алюминия, так как они образуют с алюми-
нием твердый раствор А1—Si. Железо с алюминием
твердого раствора не образует, поэтому его влияние на
электропроводность проволоки невелико. ГОСТ 11069-64
ограничивает содержание Si в алюминии марки АЕ (до
0,12%) и допускает содержание Fe в пределах 0,18—
Рис. 1-4. Микроструктура проволоки из бес-
кислородной меди после отжига в течение
30 мин в среде водорода при 850 °C.
0,35%. В алюминии марки А5 содержание Si, а также
Fe допускается в пределах до 0,3 %-
Форма алюминиевых слитков, применяемых при из-
готовлении проволоки для электротехнических целей,
приведена на рис. 1-5. Такие слитки в соответствии с
ГОСТ 4004-64 могут быть длиной 1 200—1 400 мм (мас-
са 29—36 кг), 1400—1 500 мм
2500—2 700 мм (масса 62—76
заводах обычно применялись
слитки первой и второй групп,
из которых горячей прокаткой
(масса 36—42 кг) и
кг). На отечественных
Рис. 1-5. Форма алюми-
ниевых слитков.
изготовляется катанка диаме-
тром около 9 мм.
Все большее применение
начинает находить метод изго-
товления алюминиевой катанки путем непрерывного
литья, охлаждения и застывания алюминия на медленно
вращающемся кристаллизаторе и последующей прокат-
ки образующегося слитка в катанку, которую можно по-
лучить в больших бухтах массой до 500—700 кг. В этом
случае значительно облегчается последующий процесс
волочения алюминиевой проволоки, так как исключается
необходимость сварки отдельных бухт обычной катанки.
Успешно ведутся работы по применению непрерывного
литья и последующей прокатки для изготовления медной
катанки.
1-2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕДНОЙ
ПРОВОЛОКИ
В СССР стандартизована медная твердая и мягкая
(отожженная) проволока из меди марки М-1. На эту
проволоку в настоящее время распространяется ГОСТ
2112-62, по которому она может изготовляться твердой
(марка МТ) и мягкой (марка ММ) диаметром 0,03—
10,0 мм. По особым техническим условиям изготовляется
также медная проволока диаметром 0,02—0,25 мм с до-
пуском ±0,00'3 мм.
Проволока должна иметь чистую и гладкую поверх-
ность, отдельные местные поверхностные дефекты не
должны выходить за пределы двойных допусков по диа-
метру; овальность сечения не должна выводить размеры
проволоки за пределы допускаемых отклонений по диа-
метру. Механические свойства медной проволоки по
ГОСТ 2112-62 приведены в табл. 1-1.
Таблица 1-1
Механические свойства медной проволоки
Марка проволоки
мт ММ
Диаметр проволо- ки, мм Предел проч- ности при рас- тяжения, кес1мм*, не менее Относитель- ное удлине- ние, %, не менее Предел проч- ности при рас- тяжении, кгс1мм*, не менее ^Относител ьное удлинение, %, не менее
0,03—0,06 0,5 15
0,07—0,09 15
0,10—0,19 20 18
0,20—0,59 ь 39 0,6 20
0,60—0,99 25
1,00—1,99 1,0 27
2,00—2,99 21 30
3,00—4,99 37 1,5 30
5,00—10,00 36 2,0 35
Твердая проволока диаметром 1,0—6,0 мм должна
без разрушения выдерживать в зависимости от диамет-
раз не менее 7—4 перегибов. Электрическое сопротивле-
ние медной проволоки марки ММ при 20 СС должно быть
не более 0,01724 ом~мм2/м, а проволоки марки МТ диа-
метром до 0,9'9 мм не более 0,0180 ом-мм21м, диаметром
1,00—2,49 мм не более 0,0178 ом-мм2/м и диаметром
2,5 мм и более не выше 0,0177 ом-мм21м.
На рис. 1-6 приведено изменение предела прочности
при растяжении, 'относительного удлинения при разрыве
и удельного электрического сопротивления медной про-
волоки марки М-1 при отжиге твердой проволоки в те-
чение 1 ч при различных температурах. Этот рисунок
показывает, что наибольший рост относительного удли-
нения происходит в интервале температур 200—400 °C,
причем значительное изменение механических свойств
при отжиге сопровождается сравнительно малым изме-
нением величины удельного электрического сопротивле-
ния.
Для узкого диапазона температур зависимость удель-
ного сопротивления металлического проводника от тем-
пературы, как известно, можно выразить простой фор-
мулой:
Pt=Po [1 +%(*-*<>)].
(Ы)
где рг — удельное сопротивление при температуре /; ро—
удельное сопротивление при начальной температуре
Рис. 1-6. Примерные изменения механической
прочности, удлинения и электрического сопро-
тивления медной проволоки марки М-1 при
отжиге в течение 1 ч при различных темпера-
турах.
(обычно 20°С); — —температурный коэффици-
ент удельного сопротивления (в таблицах приводится
большей частью для температуры 20°C). -
Допускаемые отклонения диаметра медной проволоки
от номинала приведены в табл. 1-2.
На медную проволоку прямоугольного сечения, кото-
рая применяется в производстве обмоточных проводов,
пока распространяется ГОСТ 434-53, в соответствии
с которым эти провода изготовляются с размерами
меньщей стороны а в пределах 0,83—12,5 мм и большей
ТаблицаЬ2
Допускаемые отклонения диаметра медной проволоки
Диаметр проволо- ки, мм Допускаемые от- клонения, мм Диаметр прово- локи, мм Допускаемые от- клонения, мм
0,03—0,09 +0,003 3,0—3,9 +0,04
0,10—0,25 +0,005 4,0—5,6 +0,05
0,26—0,40 +0,008 6,0—7,9 +0,06
0,41—0,69 +0,010 8,0—10,0 +0,08
0,70—0,97 +0,015
1,00—1,95 +0,02
2,00—2,97 +0,03
стороны b в пределах 2,1—35 мм. Эта проволока выпу-
скается твердой неотожженной (марка МГТ) и мягкой
(марка МГМ) с допускаемыми отклонениями по разме-
рам, приведенным в табл. 1-3.
Поверхность этой проволоки также должна быть чи-
стой и гладкой; недопустимы забоины, раковины, вмяти-
ны, риски, царапины, мелкие плены и надрывы глубиной
больше допускаемых отклонений на размеры.
'Прямоугольная проволока должна иметь закруглен-
ные края. Радиусы закругления при толщине проволоки
до 2 мм должны быть в пределах 0,4—0,6 мм, при тол-
щине 2,1—4 мм — в пределах 0,6—0,9 мм, а у более
толстой проволоки — в пределах 0,9—1,2 мм. Измерение
этих радиусов можно производить с помощью специаль-
ных шаблонов или на проекторе при 10—15-кратном уве-
личении.
Наличие малых радиусов закруглений создает за-
труднения при наложении бумажной, стекловолокни-
стой, дельта-асбестовой и иной изоляции. Кроме того,
ниже будет показано, что при эмалировании прямо-
угольной проволоки наблюдается стремление лаковой
пленки сжаться на участках малых радиусов закругле-
ния и перейти на плоскую часть поверхности проволоки.
Устранить эти недостатки можно, если для прямоуголь-
ных проводов толщиной до 2,0 мм принять форму краев
с радиусом закруглений г=а/2, где а — толщина медно-
го провода, а для более толстой проволоки принять ра-
диус закругления в пределах 1,0—2,0 мм. Уменьшение
расчетного сечения за счет закругления краев по сравне-
нию с указанным в стандарте для прямоугольной про-
Таблица 1-3
Допускаемые отклонения по размерам у медной и
алюминиевой прямоугольной проволоки
Размеры а и Ь, мм Допускаемые от- клонения, мм Размеры а и Ь, мм Допускаемые от- клонения, мм
0,83—1,16 +0,02 4,7—9,3 +0,07
1,25—1,95 +0,03 10,0—14,5 +0,09
2,0—2,83 +0,04 15,6—20,0 +0,12
3,0—4,5 +0,05 22,0—25,0 +0,15
26,3—35,0 +0,20
волоки толщиной менее 2,0 мм будет выражаться сле-
дующим уравнением:
а2 — -д- а2 — к
а&-Д •1ОО’°/о (1-2)
и для более толстых проводов
где А — уменьшение сечения, учтенное в расчетных таб-
лицах (ГОСТ 434-53).
Величину т] можно уменьшить, приняв для боковой
стороны прямоугольных проводов эллипсовидную форму
Рис. 1-7. Прямоугольная проволока с уве-
личенным радиусом- закругления (fl) и
эллипсовидной узкой стороной (б).
(рис. 1-7). В этом случае уменьшение сечения по сравне-
нию с указанным в стандарте может быть представлено
уравнением
2aq — -д- aq — Д
4 =------И-----------100, «/о. (1-4)
Произведенные подсчеты показывают, что для ходо-
вых размеров прямоугольных проводов уменьшение се-
чения в этом случае будет находиться в пределах не-
скольких процентов. Возможность некоторого увеличе-
ния радиусов закругления подтверждается и тем, что
ГОСТ 434-53 для прямоугольного сечения проволоки
размером 2,0x4,5 мм нормирует радиус закругления
в пределах 0,7—1,0 мм.
Для изготовления обмоточных проводов обычно при-
меняется мягкая прямоугольная проволока. Предел
прочности при растяжении у нее должен быть не более
25—26 кгс/мм2, 'а относительное удлинение в зависимо-
сти от толщины не менее 30—35%. У прямоугольной
проволоки марки МГТ относительное удлинение не нор-
мируется, а предел прочности при растяжении должен
быть не менее 25—30 кгс/мм2.
Твердая прямоугольная проволока испытывается пу-
тем изгиба по широкой стороне на 90° вокруг гладкого
стержня диаметром, равной удвоенной меньшей стороне
испытуемого образца. При этом не должно быть трещин
и расслоений.
Разработаны дополнительные технические условия
на круглую и прямоугольную медную проволоку, пред-
назначаемую под эмалирование. По проекту этих техни-
ческих условий круглая проволока диаметром 0,015—
4,0 мм должна изготовляться следующих марок: МТ-Б—
медная твердая проволока из катанки марки МКС'В (из
слитков бескислородной меди марок СВ-I и СВ-П, ГОСТ
193-67) и МТ-С — из катанки МК'СС (из обычных стро-
ганых слитков марок CC-I и СС-П).
В настоящее время на медную катанку указанных
марок начал распространяться ГОСТ 13842-68. Для из-
готовления проволоки под эмалирование катанка долж-
на применяться в скальпированном виде, т. е. с ее по-
верхности должен быть снят строжкой слой толщиной
около 0,2 мм и, таким образом, удалены поверхностные
дефекты. Проектом технических условий предусматри-
вается также возможность изготовления проволоки диа-
метром 0,02—0,8 мм из нескальпированной катанки мар-
ки МК.СВ. Допускаемые отклонения по размерам не-
сколько ужесточены в сравнении с требованиями ГОСТ
2112-62 (см. табл. 1-2), в основном за счет уменьшения
в 2 раза отрицательных допусков. Учитывая повышен-
ную пластичность бескислородной меди, предел прочно-
сти при растяжении для проволоки диаметром 1,0—
2,97 мм снижен с 39 до 37 кгс/мм2 и, кроме того, введено
дополнительное требование, в соответсвии с которым
проволока диаметром 0,4—2,0 мм должна выдерживать
без расслоения, трещин и появления плен навивание
10 витков на стержень такого же диаметра, а проволока
диаметром более 2 мм — на стержень двукратного диа-
метра.
В настоящее время действуют технические условия
ТУ-16-06-304-68 на медную прямоугольную проволоку се-
чением до 20 мм2 включительно, предназначаемую для
эмалирования. Эта проволока должна изготовляться из
скальпированной катанки, в свою очередь получаемой
из слитков бескислородной меди марок СВ-I и СВ-П.
К этой проволоке предъявляются повышенные требова-
ния в отношении чистоты поверхности и отсутствия плен,
раковин и заусенцев, причем качество поверхности про-
веряется путем трехкратного изгиба в одну и другую
стороны образца широкой стороной вокруг стержня диа-
метром, равным четырехкратной толщине проволоки, но
не менее 4 мм. Такая проверка на отсутствие плен, от-
слоений и трещин производится по обеим широким сто-
ронам. Чистота обработки поверхности должна быть не
ниже 10-го класса,.причем испытания производятся в со-
ответствии с ГОСТ 2789-59 на десяти образцах от пар-
тии.
'Прямоугольная проволока толщиной до 2 мм вклю-
чительно должна иметь радиус закругления, равный по-
ловине толщины проволоки; для остальных размеров
величина радиуса закругления такая же, как и по ГОСТ
434-53. В этих технических условиях значительно (на
0,01—0,4 мм) ужесточены в сравнении с ГОСТ 434-53
требования в отношении допустимых (в особенности от-
рицательных) отклонений.
Проволока под эмалирование должна поставляться
в твердом (неотожженном) виде, намотанной на метал-
лические катушки одним отрезком, массой в зависимо-
сти от размера 50 и 80 кг.
1-3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОВОЛОКИ
Алюминиевая проволока для электротехнических це-
лей в соответствии с ГОСТ 6132-63 может изготовляться
диаметром 0,08—10,0 мм следующих трех марок; АТ —
твердая; АПТ —полутвердая; AM —мягкая. Допускае-
мые отклонения по размерам приведены в табл. 1-4.
Допускаемые отклонения диаметра алюминиевой проволоки
Диаметр прово- локи, мм Допускаемые от- клонения, мм Диаметр проволо- ки, мм Допускаемые от- клонения, мм
0,08—0,09 +0 005 3,10—4,0 +0 04.
0,10—0 30 +0,01 4 1—6,0 +0,05
0,32—1,0 +0,02 6,3—8 0 +0,06
1,05—3,0 +0,03 8,5—10,U +0,08
Проволока должна иметь чистую и гладкую поверх-
ность. Допускаются отдельные мелкие дефекты (царапи-
ны, забоины и т. п.), если при зачистке их проволока не
будет выходить за пределы двойных допусков по диа-
метру. В отношении овальности сечения требования та-
кие же, как и к медной проволоке. Алюминиевая прово-
лока марки АТ диаметром 1,5—5,0 мм должна выдер-
живать в зависимости от диаметра не менее 7—6
перегибов, а марки А'ПТ не менее 16—14 перегибов. Ис-
пытание твердой и полутвердой проволоки диаметром ме-
нее 1,5 и более 5 мм, а также мягкой проволоки на пе-
регибы не предусматривается.
Проволока марки АТ диаметром 0,08—0,29 мм долж-
на иметь предел прочности при растяжении не менее
10 -12 кгс/мм2 и относительное удлинение не менее
0,5%, диаметром 0,3—10,0 мм — соответственно не ме-
нее 18,0—15,0 кгс/мм2 и 1,0—2,0%.
Алюминиевая проволока марки АПТ диаметром 0,5—
10,0 мм должна иметь предел прочности при растяжении
не менее 9,5 кгс/мм2 и относительное удлинение не менее
3%. а марки AM диаметром 0,5—10,0 мм — соответст-
венно не менее 7,5 кгс/мм2 и не менее 10—25% в зави-
симости от диаметра.
В ГОСТ 6132-63 значительно ужесточены (по сравне-
нию с предыдущим ГОСТ 6132-52) требования по удель-
ному электрическому сопротивлению алюминиевой про-
волоки, которое у твердой и полутвердой проволоки при
20 °C должно быть не более 0,0'283 ом- мм2/м, а у мягкой
не более 0,028 ом-мм2/м. Если сравнить два одинаковых
по длине отрезка алюминиевого и медного проводов с од-
ним и тем же электрическим сопротивлением, то алюми-
ниевый провод примерно в 2 раза легче медного. В са-
мом деле,
YcuPcu _8.8-0,01724 ^9
71 = Yai Pai 2,7-0,0280
Таким образом, когда за основу берется одинаковая
электропроводность проводов, применение алюминия
становится экономически целесообразным для неизоли-
рованных проводов, если алюминиевая проволока (по
массе) .дороже медной не более чем в 2 раза. Между тем
в настоящее время алюминиевая проволока средних и
в особенности крупных сечений даже дешевле медной.
Так, в настоящее время оптовая цена на круглую
медную проволоку диаметром 1,0 мм и более равна при-
мерно 1 005—1 060 руб!т, а на такую же алюминиевую
проволоку 830—930 руб)?. Отсюда нетрудно заключить,
что замена медной проволоки алюминиевой при прочих
равных условиях дает значительный экономический эф-
фект.
Прямоугольная алюминиевая проволока в соответст-
вии с ГОСТ 10687-63 изготовляется двух марок: АТ и
AM с размерами меньшей стороны 1,56—12,5 мм и боль-
шей стороны 2,1—45,Олой стакими же радиусами закруг-
лений, как и у медной проволоки. Предельно допустимые
отклонения по размерам приведены в табл. 1-3. Требо-
вания к поверхности этой проволоки такие же, как и для
медной прямоугольной проволоки, а по электропровод-
ности, как и для круглой проволоки марок АТ и AM.
Предел прочности при растяжении у прямоугольной
проволоки марки АТ должен быть не менее 12 кгс/мм2,
относительное удлинение не менее 1,5—2%, а у марки
AM — соответственно не менее 7 кгс/мм2 и 20%
1-4. ПРОВОЛОКА ИЗ СПЛАВОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ
'Обмоточные провода с эмалевой‘и волокнистой изо-
ляцией изготовляются и с токопроводящими жилами из
сплавов высокого сопротивления, преимущественно из
константана и манганина н в ограниченном количестве
из нихрома.
Константановая проволока изготовляется из
сплава М'НМц 40-1,5 (химический состав его приведен
в табл. 1-5) диаметром 0,03—5,0 мм. В производстве об-
моточных проводов обычно применяется проволока диа-
метром 0,03—1,00 мм со следующими допускаемыми
Химический состав (%)
Наименование и марка сплава Ni Ми А1
Манганин МНМц-3-12 2,5—3,5 11,5—13,5 —
» МНМцАЖ 3-12-0,3-3 2,5—3,5 11,5—13,5 0,2—0,4
Константан МНМц 40-1,5 39—41 1—2 —
Нихром Х15Н60 55—61 <1,50 <0,2
„ Х20Н80 75—78 <0,7 —
(только отрицательными) отклонениями по размерам:
для проволоки диаметром 0,03—0,04 мм — 0,002 мм, для
0,05—0,06 мм — 0,004 мм, для 0,07—0,09 мм — 0,006 мм,
для 0,1—0,6 мм— 0,02 мм, для 0,65—0,90 мм-—0,03 мм
и т. д.
Константан характеризуется очень малым темпера-
турным коэффициентом удельного электрического сопро-
тивления (ТКр), достаточно хорошей устойчивостью про-
тив коррозии и высокими механическими свойствами.
Кроме того, константан имеет высокую термо-э. д. с.
в паре с медью и железом, что, с одной стороны, мешает
применению его для изготовления образцовых сопро-
тивлений и приборов высокой точности, а с другой —
позволяет широко применять его в термопарах для из-
мерения температур до 500—600 °C. 'Помимо этого, кон-
стантановая проволока применяется для изготовления на-
гревательных элементов, реостатов и т. п., причем нагрев
этой проволоки во всех этих устройствах не должен пре-
вышать 500 °C. Термо-э. д. с. константановой проволоки
в паре € медной составляет около 40 мкв, а с железом
около 50 мкв на 1 °C. Константановая проволока может
поставляться твердой и мягкой, причем предел прочно-
сти при растяжении у твердой проволоки должен быть
не менее 65 кгс/мм2, а у мягкой в пределах 40—
55 кгс/мм2-, удельное электрическое сопротивление при
20 °C у твердой проволоки должно быть в пределах
0,46—0,52 ом-мм2/м, а у мягкой 0,45—0,48 ом • мм2!м.
Манганиновая проволока изготовляется из сплавов
МНМц 3-12 и МНМцАЖ 3-12-0,3 3 (химический состав
их см. табл. 1-5) диаметром 0,02—6,00 мм. Обмоточные
провода из манганина с эмалевой изоляцией изготовля-
Таблица 1-5
основных сплавов сопротивления
Fe с Si Сг Примеси, не более Си
.—. . — 0,9 Остальное
0,2—0,5 — — — 0,4 »
— — — — 0,9 и
— <0,15 0,4—1,5 15—18
— <0,15 0,4—1,5 20—23 —
ются диаметром 0,03—1,0 мм, а с волокнистой диамет-
ром 0,05—1,00 мм. Допустимые (отрицательные) откло-
нения по диаметру для размеров 0,02—0,09 мм в преде-
лах минус 0,003 —минус 0,005 мм, для размеров 0,10—
0,60 мм в пределах минус 0,010 — минус 0,025 мм и т. д.
Манганиновая проволока имеет достаточно высокую
разрывную прочность (около 60 кгс1мм2). ГОСТ 10155-62
на эту проволоку нормирует только величину относитель-
ного удлинения при разрыве, которое у твердой прово-
локи должно быть не более 9%, а у мягкой диаметром
0,05—0,09 мм — не менее 10% и у остальных размеров —
не менее 15%'.
Удельное электрическое сопротивление мягкой манга-
ниновой проволоки при 20+10 °C должно быть 0,47±
+0,05 ом-мм21м, а твердой 0,48 + 0,05 om-mm2Jm.
Манганиновая проволока в паре с медной имеет ма-
лую термо-э. д. с. (в интервале 0—100 °C не более 1 мкв
на 1 °C). В связи с этим, а также учитывая высокую ста-
бильность электрического сопротивления во времени,
манганиновая проволока находит широкое применение
для изготовления образцовых сопротивлений и прочих
прецизионных обмоток. В целях сохранения постоянства
их электрических характеристик рабочая температура
образцовых сопротивлений и обмоток из манганина не
должна быть выше 60 °C.
Манганиновая проволока для точного приборострое-
ния должна иметь малый температурный коэффициент
удельного электрического сопротивления.
В связи с вышеуказанным для манганина существен-
ное значение имеет зависимость электрического сопро-
тивления от температуры. Для интервала 10—40 °C
эта зависимость может быть выражена следующим урав-
нением:
JRt1 + а а—20) + р (t—20) г) ], (1-5)
где /?20 — электрическое сопротивление образца при
20 °C; а и |3 — температурные коэффициенты.
Величина коэффициента а для манганина из сплава
МНМц АЖ-3-12-0,3-03 должна быть в пределах от
минус 2-10~® до плюс 10-10 ® 1/°С для сплава М'НМц
3-12 от +10 10“6 до +25 -10 е 1/°С. Величина коэффи-
циента р не нормируется. Приведенные выше значения
температурного коэффициента та иногда слишком велики
для изготовления изделий особо высокой точности. По-
этому по особым техническим условиям у нас производит-
ся так называемая высокостабильная манганиновая про-
волока, которая в процессе изготовления подвергается
стабилизации по специальному режиму. В зависимости
от величины температурного коэффициента а проволока
выпускается двух видов (групп): у первой группы вели-
чина а должна быть в пределах ±10- 10~в 1/°С, а вели-
чина максимального электрического сопротивления в ин-
тервале 15—32 °C, а для второй группы — соответствен-
но ± 15 • КН5 1/°С и 15—35 °C.
Нихромовая проволока применяется в огра-
ниченном количестве в производстве обмоточных прово-
дов и изготовляется только из сплавов, химический со-
став которых приведен в табл. 1-5. Другие многочислен-
ные сплавы из нихрома для этой цели практически не
используются. Изолированная нихромовая проволока
в основном применяется для изготовления малогабарит-
ных элементов сопротивлений в приборах и изготовляет-
ся только малых сечений. В соответствии с ГОСТ 8803-58
эта проволока изготовляется диаметром 0,009—0,40 мм,
причем проволока диаметром 0,10 мм и более делается
из сплавов марок Х20Н80 и X15I160, проволока диамет-
ром 0,09 мм и менее —только из сплава марки Х20Н80
с пониженным содержанием углерода (до 0,06%) и без
неметаллических и карбидных включений.
Нихромовая проволока изготовляется трех видов:
Э — проволока под эмалирование с чистой блестящей
поверхностью без окислов и остатков смазки при воло-
чении; М—проволока с чистой поверхностью без окис-
лов; О — окисленная с темной поверхностью и цветами
побежалости.
Удельноеэлектрическоесопротивлениесплава
Х15Н60 для всех размеров равно 1,08 + 0,05 ом - мм2/м,
сплава Х20Н80 1,05 + 0,05-н 1,07.+ 0,05 om-Mmz/m. Отно-
сительное удлинение нихромовой проволоки диаметром
0,02—0,4 мм, предназначаемой для эмалирования, долж-
но быть в зависимости от размеров не менее 12—18%,
а для всех других целей — не менее 8—16%.
Допускаемое отклонение удельного электрического со-
противления от номинальных значений, приведенное для
каждого размера в ГОСТ 8803-58, должно быть у про-
волоки диаметром 0,03—0,07 мм соответственно нс бо-
лее + (12,5-ь 10) %, а диаметром 0,08—0,40 мм — в пре-
делах + (7,5-г-5) %.
1-5. ТОКОПРОВОДЯЩИЕ ЖИЛЫ ДЛЯ ПРОВОДОВ
ОСОБО ВЫСОКОЙ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
1. Конструкции токопроводящих жил для эксплуатации
при температурах 300—700°С и выше
Роль проводниковых материалов с точки зрения обеспечения
надежности эксплуатации обмоточных проводов значительно воз-
растает при повышенных температурах. Проводники для обмоточ-
ных проводов особо высокой нагревостойкости должны обладать
достаточно высокой электропроводностью, быть стойкими при повы-
шенных температурах к окислению на воздухе и у них должно ми-
нимально увеличиваться в процессе эксплуатации электрическое со-
противление. От проводниковых материалов, кроме того, требуется
способность в известной степени сохранять свои механические ха-
рактеристики в процессе эксплуатации при высоких температурах
на воздухе и в вакууме. Проводниковые материалы пе должны
также оказывать каталитического воздействия на тепловое старе-
ние изоляции проводов или диффундировать в изоляционное покры-
тие. Последнее обстоятельство особенно важно при рабочих тем-
пературах, превышающих 600 °C.
Основными процессами, протекающими при повышенных тем-
пературах в проводниках для нагревостойких обмоточных прово-
дов и обусловливающими изменения их характеристик, являются
окисление и диффузия.
Медь, которая надежно служит проводниковым материалом
для проводов, предназначенных для эксплуатации при ограничен-
ных температурах, при температурах свыше 225 °C начинает ин-
тенсивно окисляться на воздухе; это вызывает резкое увеличение
электрического сопротивления проводника, приводит к снижению
эластичности, а затем и к отслаиванию изоляционного покрытия.
Для устранения этого недостатка предпринимаются попытки за-
щитить медь от окисления нанесением покрытия из другого ме-
талла, а также заменять медь более жаростойкими сплавами или
редкими металлами. Появились также сообщения об упрочнении
меди порошками или волокнами (нитями) тугоплавких металлов.
Наиболее старым и распространенным способом защиты мед-
ной проволоки от окисления является нанесение защитного слоя
никеля, Причём никель может наноситься как методом плакирова-
ния, так и гальванически. Биметаллическая проволока такого типа
может длительно работать при 400 °C (исключая проволоку тон-
чайших размеров) и в течение ограниченного времени при 650 °C.
Биметаллическая проволока Си—Ni для обмоточных проводов
в СССР выпускается диаметром в диапазоне 0,10—2,44 мм. Ее
электропроводность при наложении никеля методом плакирования
составляет примерно 80% электропроводности меди. Примерно
при 400 °C начинает проявляться взаимная диффузия металлов сер-
дечника и покрытия, что приводит к росту электрического сопро-
тивления проводов, особенно заметному у проводов малых диа-
метров. Увеличение электрического сопротивления и обусловленные
им сроки службы проводника Си-—Ni при высоких температурах
могут быть определены с помощью метода, описанного ниже.
При 500—600 °C взаимная диффузия меди и никеля протекает
с большей скоростью. Это явление сочетается с ростом зерен мед-
ного сердечника и окислением никелевой оболочки. В результате
при 600 °C у биметаллической проволоки Си—Ni не только растет
электрическое сопротивление, но и заметно ухудшаются мехаии-
Рис. 1-8. Зависимость электрического сопротивления би-
металлической проволоки Си—Ni диаметром 0,5 мм от
времени пребывания при 400—600 °C.
ческие характеристики. Полученные экспериментальные зависимости
электрического сопротивления биметаллической проволоки Си—Ni
диаметром 0,5 мм с никелевым слоем, наложенным методом пла-
кирования, от времени пребывания при 400—600 °C приведены па
рис. 1-8.
Никелевые покрытия могут наноситься на медную проволоку
также электрохимическим способом. Преимущество гальванических
покрытий заключается в том, что они не выводят проволоку из
пределов положительных допусков по наружному диаметру, так
как толщина их невелика (1—5 мкм в зависимости от условий
эксплуатации проводов). Сопротивление проволоки с такими за-
щитными покрытиями в исходном состоянии практически не отли-
чается от сопротивления незащищенной проволоки. Однако защит-
ное действие гальванических покрытий слабее, чем покрытий той
же толщины, наложенных методом плакирования, вследствие боль-
шой плотности последних. Поэтому медная никелированная про-
волока с гальваническим покрытием применяется для более «из-
ких температур эксплуатации или для сокращенных по сравнению"
с проволокой с плакированными покрытиями сроков службы. За-
щитное действие гальванических никелевых покрытий против окис-
ления на воздухе, вызывающего увеличение электрического сопро-
тивления проводника, показано на рис. 1-9.
Механизм окисления поверхности медной проволоки с гальва-
ническими покрытиями, в том числе никелевыми, сводится к сле-
дующему. Так как в гальванических покрытиях практически всегда
имеются поры, то кислород воздуха проникает к поверхности меди
п окисляет ее. Образовавшаяся окисная пленка имеет больший
объем по сравнению с объемом неокислившегося металла. Это
Рис. 1-9. Изменение электрического сопротивле-
ния медной и медной никелированной проволоки
диаметром 0,5 мм после выдержки при 300—
400 °C.
/ — Си (400 СС); 2 — Си—N1; ДМ1 = 1,0 мкм (400 °C); 3 —
Си—Ni; &N1-4,4 мкм (400 ^С); 4 — Си (300'С); 5—Си—Ni;
ДИ1=|,0 мкм (300°С); 6— Си—Ni; ДИ1=4.4 мкм (300°С).
приводит к возникновению в покрытии растягивающих напряжений.
Покрытие трескается, возникает возможность его отслоения. При
более высоких температурах может окисляться и само гальваниче-
ское покрытие.
Степень окисления поверхности проводника при эксплуатации
в воздушной среде, определяющая изменение электрического со-
противления, зависит также от наличия и типа изоляции провода.
Даже в тех случаях, когда провод работает в вакууме или инерт-
ной среде и окисление поверхности проводника отсутствует, при-
менение гальванических покрытий целесообразно для защиты по-
верхности меди или жаропрочного медного сплава от окисления
в процессе выполнения технологических операций, как правило, про-
водимых в воздушной среде.
Лучшей коррозионной стойкостью при высоких температурах
обладают двойные покрытия (хром — никель, железо — никель),
последовательно наносимые на проволоку. Естественно, что в этом
случае технологические процессы наложения защитных покрытий
несколько усложняются. При этом промежуточный слой из железа
или хрома не только усиливает общее защитное антиокислительное
действие покрытия ио и играет роль антидиффузионного барьера
между сердечником и слоем никеля.
Для уменьшения диффузии зищитного металла в сердечник для
оболочки целесообразно применять металлы, обладающие меньшим
коэффициентом диффузии в медь, а также, как указывалось выше,
для этой цели разрабатываются три металлические проводники,
имеющие промежуточную металлическую прослойку между сердеч-
ником и оболочкой. Хорошие результаты дает замена медного сер-
дечника серебряным или из специальных сплавов с достаточно вы-
сокой электропроводностью. Применение специальных сплавов не-
обходимо также тогда, когда провода при повышенных температу-
рах подвергаются значительным механическим воздействиям (удар-
ные нагрузки, вибрации).
Основными материалами биметаллических проводников для об-
моточных проводов, работающих на воздухе при 600—700 °C, яв-
ляются серебро — иикель и медь — нержавеющая сталь, а триме-
таллических проводников — медь — железо — никель или медь —
железо.— инконель (фирменное название в США—-«куфеник»).
Инконель представляет собой сплав с содержанием 76,02% Ni,
15,5% Си, 7,5% Fe и 0,08% С. Эти же проводники могут обеспечи-
вать работу в течение значительно более длительного времени при
500° С, чем биметаллическая проволока Си—Ni.
Влияние диффузии на изменение электрического сопротивле-
ния биметаллической и триметаллической проволоки при 500 °C по-
казано на рис. 1-10. Сопротивление проводников малых диаметров
с никелевой оболочкой, нанесенной как гальваническим путем, так
и плакированием, возрастает на 10% (предельно допустимое уве-
личение сопротивления) довольно быстро. При наличии изоляции
скорость окисления проводника с гальваническим покрытием резко
замедляется.
У проводника диаметром 1,02 мм с никелевым гальваническим
покрытием увеличение сопротивления остается в пределах допуска
(10%) в течение 600 ч. Сопротивление медных проводников, пла-
кированных никелем, диаметром 1.02 мм возрастает в этом случае
на 1,5% и далее заметно не изменяется в течение еще 600 ч при
500 °C. Сопротивление проволоки «куфеник» диаметром 0,25 мм
возрастает в начальный период на 3% и остается в дальнейшем на
этом уровне. Это указывает на возможность длительной эксплуа-
тации такой проволоки при 500 °C. У провода такого же типа диа-
метром 1.02 мм сопротивление уменьшается (за счет отжига) за
600 ч на 4%. Подобное явление наблюдается у медных провод-
ников, плакированных нержавеющей сталью, и у серебряных, пла-
кированных никелем.
Исследования отечественных биметаллических проводников
медь—нержавеющая сталь и серебро — никель дали следующие
результаты. Удельное электрическое сопротивление биметалличе-
ской проволоки медь—нержавеющая сталь диаметром 0,30—0,80 мм
обычно не более 0,026 ом mmz/m, диаметром 0,81—2,50 мм —
не более 0,025 ом • mmzIm, что составляет около 70% электропровод-
ности меди. Изменение электрического сопротивления определялось
в течение длительного нагрева (5 000 ч) до 500—700 °C (табл. 1 -6).
При 500—600 °C электрическое сопротивление проволоки медь—
нержавеющая сталь в первые сутки уменьшалось, что объясняется
дополнительным отжигом проволоки и хорошо согласуется
с зарубежными данными. При 700 °C взаимная диффузия метал-
лов сердечника и оболочки весьма значительна, так что снижение
электрического сопротивления проводника за счет отжига перекры-
вается увеличением его за счет диффузии.
Длительный нагрев проволоки медь — нержавеющая сталь в те-
чение 2 000 ч при 600 °C вызывает увеличение сопротивления на
ЮО
30
----------------1------!----
\ си.-м\,(гальВ.),ФО, 25мм
CU.-NI (план), Ф 0,25мм
10
а
£
а
£
' Допустимый предел
сопротивления
f Си.- NI (галев. ),Ф1,02мм
В уереник,
Ф 0,25мм ~к-------
3
1
0,3
0,1
0,3
Си~т(план.),Ф1,02мм____
I I
A g - NI (план), Ф1,02мм
1
§
1
' HytpenuHj \
[Ф1,02мм/у
‘'1/ I "Т—~Т-----------
/Ь$-К1,(план),Ф 0,25мм
Ч у/ Си.-нерзк.сталв,Ф1,02мм \
3
Си-нерж. стапь, ФО,25мм
О 100 200 300 500 500 000
Время преВыВания при. 500 °C, ч
Рис. 1-10. Влияние диффузии на изменение
электрического сопротивления биметалличе-
ской и триметаллической проволоки при
500 °C.
40—80% с последующей стабилизацией этой величины. Резкое воз-
растание электрического сопротивления медной проволоки с обо-
лочкой из нержавеющей стали при 700 °C (в 2—3 раза) практиче-
ски исключает возможность ее применения в обмоточных проводах
при этой температуре. Предел прочности при растяжении и отно-
сительное удлинение исследованных образцов остаются неизменными
при воздействии температуры 500 °C и снижаются в процессе пре-
бывания их при 600—700 °C (рис. 1-11 и 1-12). Однако и после
этого снижения характеристики остаются достаточно высокими.
Биметаллическая проволока Ag—'Ni может изготовляться диа-
метром в диапазоне 0,10—2,44 мм с удельным электрическим сопро-
тивлением 0,023—0,021 ом мм2 м(Zb—82%проводимости меди/.
Проволока Ag—Ni исследовалась при 500—600 °C.
Электрическое сопротивление проволоки диаметром 0,5 мм из-
меняется незначительно (увеличивается на 7,4% после выдержки
Сутки.
Рис. 1-11. Изменение предела прочности при рас-
тяжении биметаллической проволоки (медь—не-
ржавеющая сталь) 0 0,8 мм в зависимости от
времени пребывания при 500—700 °C.
в течение 2 300 ч при 600 °C), но механические характеристики ее
претерпевают заметные изменения (табл. 1-7). Предел прочности
при растяжении через 80 суток снижается вдвое при одновременном
уменьшении относительного удлинения.
Рис. 1-12. Изменение относительного удлине-
ния биметаллической проволоки (медь — не-
ржавеющая сталь) 0 0,8 мм в зависимости от
времени пребывания при 500—700 °C.
Образцы проволоки Ag—Ni становятся хрупкими и легко ло-
маются при испытаниях после 50 суток пребывания при 600 °C.
Эти явления, вероятно, связаны с интенсивным окислением нике-
левой оболочки. Оболочка из нержавеющей стали является более
Т аблица 1-6
Изменение электрического сопротивления биметаллической проволоки медь—нержавеющая
сталь в зависимости от времени пребывания при 500—700° С
Тем- Uh.: Диа- Изменение электрического сопротивления, % к исходному
пера- тура, •с метр прово- сутки
локи.^ мм 1 i 10 | 20 30 43 46 52 63 83 105 107 125 132 153 167 192 203 209
500 0,5 0,8 98,9 97,7 — — 96.4 93.1 99,2 97,5 — 95,4 97.3 - 97,6 96,5 106,4 97.1 —
0,09 94,0 — — — — 94,3 — — 92,8 — — 92,8 — * — 93,1 — 94,6 —
0,5 97,9 — 118 191 — 192,1 195,7 — 196,9 198,2 159,3 — 187,5
600 0.8 98,3 — 103,3 — — — 144,8 — 152,1 154,8 — — 154,0 — 155,3 158,5 — 156.5
0.99 93,4 — 99,3 — — — 138,6 — 140 143,5 — — 144,5 — 142 141,9 — 144
0.5 125 175,5 253 237.9 264,0 — — 251 264,2 — 278,0 317.3 — 329,9 — — — —
700 0,8 101,8 133 170,8 173,2 191,4 — — 194,2 197,5 — 212,7 — — — — — — —
0,99 98,0 123,3 142,2 152,2 163,9 — — 172.9 183,1 — — — — — — — — —
Таблица 1-7
Электрические и механические характеристики проволоки Ag—Ni диаметром 0,5 мм
в зависимости от времени пребывания при 600°С
Исследуемая характеристика Электрические и механические характеристики
Продолжительность нагрева, сутки
Исходное состояние 1 3 5 Ю 15 20 25 32 40
Электрическое сопротивление, % 100 100 102 102,5 103,3 103,6 104,2 104,0 104,0 103,8
Предел прочности при растяжении, кгс/мм?- 25,2 19,4 16,3 18,35 17,35 15,8 13,8 14,3 13,25 13,25
Относительное удлинение при растяжении, % 12,8 16,9 19,4 18,4 12,6 6,3 3,7 Про 6,5 ^олжеь 3,7 ше mal 4,6 5л. 1-7
Исследуемая характеристика Электрические и механические характеристики
Продолжительность нагрева, сутки
45 50 55 60 65 70 75 80 90 95
Электрическое сопротивление, % 103,5 104,1 104,0 104,0 105,0 105,0 106,6 106,7 107,5 107,4
Предел прочности при растяжении, кгс/мм"1- 13,8 13,8 12,2 12,8 12,2 12,35 12,20 12,30 10,20 10,19
Относительное удлинение при растяжении, % 3,9 2,7 2,1 1,7 1,9 1,3 1,8 1,3 1,2 1,3
жаростойкой^ После длительного воздействия температур 600—
700 °C на такой оболочке какие-либо изменения визуально не обна-
руживаются. .»
Анализируя результаты испытаний проводников медь — не-
ржавеющая сталь и Ag—-Ni, можно сделать выводы о возможности
их длительной эксплуатации при 500 °C. Что касается эксплуатации
прн 600 °C, то для биметаллической проволоки медь — нержавею-
щая сталь этот срок составляет около 1 000 ч, а для проволоки
Ag—Ni — около 2 000—3 000 ч. Если провод с жилой нз Ag—Ni
не будет подвергаться в процессе эксплуатации значительным ме-
ханическим воздействиям, то длительность работы может быть уве-
личена. В связи с тем, что увеличение сопротивления биметалли-
ческой проволоки в процессе пребывания ее при повышенных тем-
пературах определяется взаимной диффузией металлов сердечника
и оболочки, которая, естественно, не зависит от характера окру-
жающей среды, сроки службы биметаллических проводников как на
воздухе, так и в вакууме примерно одинаковы. Это утверждение
справедливо, конечно, при отсутствии трещин в оболочке. В против-
ном ’случае воздух легко проникает сквозь трещины к сердечнику
и вызывает его окисление и разрушение.
Для увеличения сроков службы при 600—700 °C в качестве обо-
лочки серебряного сердечника могут применяться никелевые сплавы
мость электрического
сопротивления биме- | и
таллическнх провод- » у
ников Си—Ni и
Ag—Ni от времени
пребывания при 700—
(Ф0,72мм)
700 °C Л
а
7\^-никелсплав(7>О,В0мм), 700 °C
'^ -никел.сплав (0 0,80мм), 750°С
0 1 Ю 20 30 4/7 50 60
Сутки
В этом случае удельное электрическое сопротивление биметалличе-
ского проводника составляет около 0,025 ом’мм^/м.
На рис. 1-13 представлены кривые изменения электрического со-
противления биметаллических проволок медь — никель, серебро — ни-
кель, серебро — никелевый сплав от времени пребывания при 700 и
750 °C. Приведенные зависимости показывают, что биметаллические
проволоки серебро — никель н серебро — никелевый сплав практиче-
ски не изменяют своего сопротивления в течение 1 000 ч пребывания
при 700 С. За это время предел прочности при растяжении и относи-
тельное удлинение проволоки серебро — никелевый сплав сни-
жаются на 20%, а проволоки серебро — никель на 50%. У биметал-
лических жил с медным сердечником при такой температуре наблю-
дается заметный рост электрического сопротивления в результате
взаимной диффузии металлов сердечника и оболочки, окисления по-
верхности медного сердечника, а также окисления поверхности ни-
келевой оболочки.
'При 750 °C у биметаллической проволоки медь — никель 'электри-
ческое сопротивление увеличивается еще более резко. Одновременно
проволока становится хрупкой на вторые сутки старения. Увеличение
электрического сопротивления наблюдается также у проволоки сереб-
ро— никель: через 7'20 ч сопротивление возрастает на 12%, а проч-
ность при растяжении уменьшается в 3 раза. Одновременно проволо-
ка становится хрупкой. Добавка к никелю специальных присадок
заметно уменьшает вазимную диффузию металлов сердечника и обо-
лочки. В этом случае увеличения электрического сопротивления
у проволоки серебро — никелевый сплав не наблюдается, хотя на
поверхности проволоки появляется слой окислов, а предел прочности
при растяжении и относительное удлинение ее несколько умень-
шаются.
Из анализа изменения электрического сопротивления и механиче-
ских свойств проволоки при 700 и 750 °-С следует, что для рабочей
температуры 700 °C с ограниченным сроком 'службы в 'воздушной
среде может быть рекомендован биметаллический проводник с сереб-
ряным сердечником .и никелевой оболочкой.
Из последних сообщений о разработках триметаллических про-
водников следует отметить предложение вводить между медью и
защитным слоем промежуточный слой из тантала или ниобия, что
заметно замедляет увеличение электрического сопротивления провод-
ников в процессе эксплуатации. Для температур выше 750 °C необхо-
димо ввести еще один слой из чистой медн между слоями из тантала
или ниобия и защитным слоем. При длительном нагреве выше 750 °C
на поверхности медного сердечника возникают неровности, которые
вызывают растрескивание промежуточного и защитного слоев. Для
предупреждения этого явления в медь вводится около 0,1—12% окиси
алюминия. У такой проволоки в процессе пребывания при повышен-
ных температурах электрическое сопротивление увеличивается в мень-
шей степени, чем у биметаллической проволоки с защитными слоями
из никеля, нержавеющей стали и инконеля.
Одним из способов устранения взаимной диффузии металлов
сердечника и оболочки в биметаллических проводниках является так-
же введение разделительного сыпучего слоя из -тугоплавких окислов,
например окиси магния и окиси алюминия. Наличие в проволоке сы-
пучего слоя усложняет процесс волочения, вызывая более частые
обрывы. Для получения такой проволоки в никелевую трубу встав-
ляется медный пруток, а зазор между прутком и внутренней стенкой
заполняется порошком окисла. Далее происходит волочение с про-
межуточными отжигами. Наличие гигроскопического сыпучего слоя
требует сушки порошка перед засыпкой его <в заготовку. Отсутствие
этой операции приводит при отжиге к разрыву оболочки вследствие
парообразования в сыпучем слое. У такой проволоки с наружным
диаметром 2,0 мм после пребывания при 900 °C в течение нескольких
тысяч часов электрическое сопротивление не изменилось. Однако тех-
нология -получения таких проводников крайне сложна.
Другим путем решения проблемы создания проводников для
обмоточных проводов на сверхвысокие температуры являются разра-
ботка специальных медных сплавов и введение в медь упрочняющих
добавок.
. При температурах свыше 650"°С происходит интенсивная кри-
сталлизация меди. В медной проволоке, нагреваемой до 850 °C в те-
чение 24 ч в атмосфере аргона, образуются зерна, видимые невоору-
женным глазом. Они могут достигать размеров, равных поперечному
сечению проводника диаметром 1,02 мм. В результате резко сни-
жаются предел прочности прн растяжении и относительное удлине-
ние, что приводит к повреждению проводника даже при легком его
изгибе. Поэтому при 650 °C и выше без дополнительного легирования
медь непригодна для работы даже в вакууме или инертной среде.
Для преодоления трудностей, вызываемых кристаллизацией при
очень высоких температурах; применяется усиление металлов диспер-
сионными добавками. Добавки неорганических окислов, таких как
двуокись кремния SiOs, глинозем А12О3, двуокись циркония ZrO2,
окись бериллия ВеО, способствуют сохранению механических харак-
теристик меди при температурах, отличающихся только на 100 °C от
температуры плавления.
Известно также упрочнение меди тугоплавкими сплавами.
Для этого применяется сочетание порошкообразной меди и 3—15%
порошка одного из тугоплавких сплавов «(или окислов), точка плав-
ления которых выше точки плавления медн и которые при тепло-
вой обработке не вступают в прямую реакцию с медью.
Сплавы дисперсионного упрочнения, получаемые методом порош-
ковой металлургии, например меди с окисью алюминия или бериллия,
могут дополнительно упрочняться за счет введения в проводник вы-
сокопрочных материалов в форме тонких нитей как без ориентации,
так и с ориентацией в одном направлении. В качестве упрочняющих
нитей используются тонкая металлическая проволока, неметалличе-
ские нити или нитевидные кристаллы с высокой .прочностью. В част-
ности, может применяться проволока из вольфрама, молибдена или
стали диаметром 0,025—0,45 мм, составляющая до 50% основного
материала проводника. Медная проволока, содержащая 50% «(по
объему) вольфрамовых нитей диаметром 0,2'54 мм, расположенных
параллельно ее оси, имеет предел прочности при растяжении свыше
126 кгс1мм? и электропроводность, равную около 65% электропровод-
ности чистой меди. Из неметаллических нитевидных материалов при-
меняются аморфные и кристаллические вещества .(стекло, кварц, гра-
фит, карбид кремния, нитрид бора и бор). Поверхность нитей из
этих материалов не должна иметь повреждений, для чего прини-
маются специальные меры.
Американской фирмой Хэнди Э'Нд Харман разработан новый мед-
ный сплав дисперсионного упрочнения, содержащий частицы окисн
бериллия, повышающие температуру рекристаллизации меди. Дис-
персные частицы практически не растворяются в меди вплоть до темт
ператур, близких к температуре плавления; в результате сплав сохра-
няет высокую .прочность при повышенных температурах. При повы-
шении температуры с 20 до 870 °C электропроводность сплава
(в процентах электропроводности меди) снижается с 85 до 21, а предел
прочности при растяжении с 56,2 до 16,2 кгс!мм^. Сплав хорошо обра-
батывается. Пруток диаметром 12,7 мм может быть протянут без
промежуточного отжига на проволоку диаметром 0,8 мм, которая
навивается на стержень с диаметром, равным диаметру провода, без
признаков разрушения. При пайке сплава при температурах ниже
700 °C можно использовать любой из низкотемпературных серебря-
ных припоев. Фирма рекомендует сплав для самых разнообразных
целей, в том числе для обмоточных проводов м кабелей.
Определенный интерес представляют также жаростойкие и жа-
ропрочные медные сплавы, полученные обычными способами, а не
методом дисперсионного упрочнения. Известно, например, что еще
в 1960 г. фирмой Америкэн машин энд фаунди был предложен
медный сплав для работы при 600 °C с проводимостью, равной 60%
проводимости меди. Присадки в этом сплаве не превышают 1%-
В Японии разработан медный сплав для электрических прово-
дов, обладающий высокими нагревостойкостью и электропроводно-
стью. Состав сплава: Те — до 0,2%, Ag—'до 0,1%, остальное — Си.
Наличие теллура, кроме повышения жаростойкости, способствует так-
же повышению антикоррозионных свойств сплава. Этот сплав иссле-
довался при длительном нагреве в диапазоне температур 200—500 °C.
Провода -из такого сплава рекомендуются для изготовления роторов
электродвигателей, работающих при повышенных температурах
в условиях влажного морского воздуха.
Легирование -мсдн, как правило, увеличивает ее жаропрочность,
т. е. способность сохранять на определенном уровне механические
характеристики во время пребывания при повышенных температу-
рах. В то же время,-несмотря на некоторое снижение электропровод-
ности, такие сплавы имеют температурный коэффициент сопротивле-
ний меньший, чем у меди. Поэтому при 500—600 °C подобные спла-
вы не только сравниваются по электропроводности с медью, но
даже могут превосходить ее.
Исследованы многочисленные сплавы меди, в том числе с цирко-
нием; цирконием и гафнием; титаном; титаном, оловом и хромом;
цирконием и мышьяком и т. п. Особое внимание было уделено спла-
вам с удельной электропроводностью, составляющей 70—99% элек-
тропроводности отожженной меди, и пределом прочности при растя-
жении, равным 35—66 кгс/мм*.
Из исследованных сплавов Си — Zr оптимальные свойства имеет
сплав, содержащий 0,10—0,15% Zr. Его производство затрудняется
химической активностью Zr, вследствие чего прн изготовлении
нужны подходящая инертная среда и высокая чистота Си и ;Zr. Сплав
хорошо поддается горячен и холодной обработке. Холодная обработ-
ка давлением после отжига при 900—975 °C повышает прочность и
твердость сплава. Температура старения, определяемая ухудшением
механических характеристик, после обработки давлением тем ниже,
чем больше относительное обжатие, и лежит в пределах 400—4'50 °C.
Хотя прн комнатной температуре этот сплав имеет несколько мень-
шие прочность и электропроводность, чем сплав Си с 0,7% Сг, при
400° С его механические и электрические характеристики несколько
лучше.
Представляет интерес информация о сплаве секон, разработан-
ном фирмой Секон Метлз '(США). Он сочетает высокую электропро-
водность и хорошие (механические свойства прн повышенных темпе-
ратурах с пониженным температурным коэффициентом сопротивле-
ния. Некоторые марки сплава секон (№ 406, 407, 411) используются
для обмоточных проводов высокой нагревостойкости.
Жаростойкие сплавы подобного типа находят применение при
изготовлении обмоточных проводов в отечественной практике. Одним
из таких сплавов является сплав на основе меди, известный под
номером 204. Обладая высокой электропроводностью в исходном со-
стоянии (90% электропроводности меди), этот сплав имеет меньший
температурный коэффициент сопротивления, чем медь. В результате
при рабочих температурах порядка 500—600 °C по электропроводно-
сти сплав № 204 превосходит медь '(рис. 1-14). Несмотря на то, что
для работы при повышенных температурах проволока из сплава
№ '204 должна иметь защитное покрытие, по стойкости к окислению
он также превосходит медь. В связи с высокой жаропрочностью этот
сплав является пока незаменимым для обмоточных проводов, вкс-
плуатируемых при 600—700 °C в инертной среде или вакууме.
Особый интерес представляют
проводниковые материалы, которые
могут работать при 1 000 °C и выше.
Золото без дополнительных покры-
тий может применяться для работы
при 1 000 °C, однако золотой провод-
ник, по данным США, примерно в
30 раз дороже серебряного с никеле-
вым покрытием и в 150 раз дороже
медного с плакированием нержавею-
щей сталью. Платина (температура
плавления 1 773 °C) наиболее под-
ходящий материал для использования
в диапазоне особо высоких темпе-
ратур.
По данным ряда американских
исследователей, критерием для вы-
Рис. 1-14. Зависимость
удельной проводимости
сплава № 204 от темпера-
туры.
бора проводниковых материалов, используемых в космической тех-
нике, может служить произведение удельного электрического сопро-
тивления р \(мком • см) на плотность у 1(г/см3). Величины ру
(г мком/см2) н удельного электрического сопротивления для ряда
металлов и сплавов, которые принципиально мотут применяться для
работы прн сверхвысоких температурах, приведены в табл. 1-8.
Для кабеля, предназначенного для эксплуатации при 1 100 °C,
в США используется семипроволочная жила из родия, обладающего
высокой температурой плавления и минимальной величиной ру
(исключая золото и серебро). Перспективно 'применение молибдена,
однако при эксплуатации в воздушной среде необходима защита
его от окисления. Заслуживает внимания также" возможность исполь-
зования иридия.
Способы получения и свойства материалов (табл. 1-8) описа-
ны в ряде работ зарубежных авторов. В частности, родий после
сложной обработки приобретает хорошие механические свойства и
может применяться при 1 400 °C и даже выше. Платина и золото
с целью использования их в качестве проводников при высоких тем-
пературах подвергаются дисперсионному твердению. Процесс начи-
нается с осаждения Pt и Ан из растворов их хлоридов. В процессе
осаждения раствор содержит мельчайшие частицы окислов алюминия
или тория, покрывающиеся соответствующим осаждаемым металлом.
Порошки сушатся, и для удаления адсорбированных газов золото
прогревается в течение 4 ч при 650 °C в сухом водороде, платина—
такое же время .при 1 300 °C в вакууме. После этого порошки прес-
суются и спекаются при 800°C (золото) и 1500°C (платина). Элек-
тропроводность полученных таким образом золота с содержанием
3,4% ТЬО2 (по объему) и платины с содержанием 2,2% ТЬО2 ие-
Некоторые свойства проводниковых при 20* С Т а б л и ц а 1-8 металлов и сплавов
Металл или сплав Р, МКОМ’См РТ» Z’MKOMjCM*
Материалы, не требующие защиты от окисления
Ag 1,59 16
Au 2,20 42
Rh 4,51 56
Ir 5,3 110
Pd 10,8 130
Pt 10,6 228
60% Pt + 40% Rh 17,5 291
90% Pt + 10% Rh 19,2 383
80% Pt + 20% Rh 20,8 390
Материалы, требующие защиты от окисления
Mo 5,2 48
Co 6,24 57
Ni 6,84 61
Fe 9,71 77
Ru 7,6 93
Cr 12,9 93
W 5,65 106
Nb 12,5 107
Th 13,0 152
Ta 12,45 206
Os 9,5 214
Re 19,3 407
сколько меньше, чем у чистых металлов, однако их механические
свойства лучше, особенно при высоких температурах. Напри-
мер, предел прочности при растяжении Pt+2^% ThO2 при 900 °C
более чем вдвое выше по сравнению с чистым металлом. Это позво-
ляет повысить температурный предел применения платины до
1400 °C. Предельная температура применения золота в этом случае
повышается примерно до 850 °C.
Для сверхвысоких температур до 1 400 °C в будущем могут най-
ти применение в качестве проводниковых материалов также некото-
рые соединения типа боридов, нитридов и др., свойства которых при-
ведены в табл. 1-9.
Некоторые соединения, помимо указанных в табл. 1-9, имеют
сравнительно невысокие значения р (TaSis—16, a Si2—9,5 мком-см
при 20 °C), но их стойкость к окислению невысока. Изготовление про-
водниковых соединений из особо чистых металлов и сплавов может
уменьшить как электрическое сопротивление, так и хрупкость полу-
чаемых материалов.
Представляют интерес и более сложные соединения. Например,
соединение 9ZrB2-MoSi2 имеет более высокие электропроводность
и стойкость к окислению, чем бинарные соединения типа ZrB2 и
MoSi2.
Электрические и физические свойства наиболее распространенных
пров'рдирковнх материалов для обмоточных проводов особо высокой
Таблица 1-9
Свойства некоторых соединений
при 20° С, перспективных
для применения при темпе-
ратурах до 1400° С
Соединения p, MKOM-CM PT. Z-MKOMfCM^
ZrBe3 16,1 44
ZrB2 10,0 61
TiB2 15,3 69
ZnN 12,0 88
CrB2 21,0 118
MoSi2 21,0 131
NiAl 22 143
нагревостойкости приведены в табл. 1-10. Алюминий для этой цели
используется в отечественной практике крайне редко. В других стра-
нах (Канада, Франция) алюминиевые провода с оксидной изоляцией
находят применение для рабочих температур 300—350 °C.
2. Расчет изменений электрического сопротивления
обмоточных проводов после пребывания
при повышенных температурах
Если для обмоточных проводов применяются биметаллические
токопроводящие жнлы, увеличение их сопротивления в процессе экс-
плуатации в основном .объясняется взаимной диффузией металлов
сердечника и оболочки. Образующиеся в результате диффузии про-
межуточные соединения, как правило, обладают удельным сопротив-
лением, значительно превышающим сопротивление чистых металлов,
что и приводит к росту электрического сопротивления обмоток ма-
шин и аппаратов.
Для расчета увеличения сопротивления биметаллических обмо-
точных проводов при -повышенных температурах может быть приме-
нен метод, включающий три (этапа:
а) определение глубины взаимного проникновения металлов сер-
дечника и оболочки и распределения концентрации обоих металлов;
б) вычисление электрического сопротивления промежуточной
диффузионной зоны;
в) вычисление общего увеличения сопротивления провода с уче-
том увеличения сопротивления сердечника и защитной оболочки.
Так как для биметаллической проволоки в качестве защитной
оболочки всегда выбирается более жаростойкий металл (никель,
инконель, нержавеющая сталь и т. п.), то окисление оболочки и свя-
занное с ним увеличение сопротивления можно не учитывать.
Зависимость между концентрацией диффундирующего металла
С, глубиной диффузии х и временем диффузии Т определяется вто-
Таблица 1-ltn Электрические и физические свойства основных проводников для обмоточных проводов особо высокой
нагревостоикости
Материал проводников
Характеристики Си А1 Ag Ni Нержавеющая сталь, нихром .Жаропрочные медные сплавы
Удельное электрическое сопротивление при 20° С р, ом-ммг/м 0,01724 0,0283 0,0160 0,073 0,4—1,25 0,0216—0,0288
Электропроводность, °/0 электропровод- ности меди 100 61 108 24 1,5—4,3 60—80
Температура плавления, °C 1083 658 960 1 455 1 500—1 760 1 100—1 300
Ткр. 1/°с 0,004 0,004 0,004 0,065 0,001—0,0001 0,002—0,004
Длительная температура эксплуатации на воздухе, °C 220 300 400 600—700 800—1 100 250
Максимальная температура’ при ограни- ченном сроке эксплуатации на возду- хе ‘С 400 500s 500 1 200 900—1 400 400
Продолжение табл. 1-10
Характеристики Материал проводников
Си — Ni (Покрытие гальвани- ческое) Си —Ni (пла- кирование) Медный сплав — покрытие Fe — Ni (галь- ваническое) Си — нержа- веющая сталь Ag — Ni (пла- кирование) Ag — сплав никеля (плаки- рование)
Удельное электрическое сопротивление при 20°С р, олг-ми2/^ 0,01724 0,0216 0,0216 0,025—0,026 0,021—0,023 0,023—0,025
Электропроводность, % электропровод- ности меди 100 80 80 70 75—82 69—75
Температура плавления, °C 1 083 1 083 (сер- дечник) 1 083 (сер- дечник) 960 (сер- дечник) 960 (сер- дечник)
r«p. i/°c 0,004 0,004 (сер- дечник) 0,004 (сер- дечник) 0,004 (сер- дечник) 0,004 (сер- дечник)
Длительная температура эксплуатации иа воздухе, °C 250—300 350—4002 400 500 550—600 600
Максимальная температура1 при огра- ниченном сроке эксплуатации на воз- духе, °C 500—600 600 600 650 700 7G0—750
1 Конкретные сроки эксплуатации зависят от размеров и типа изоляции проводоа.
2 Для проводов диаметром более 1,0 jam. и прямоугольных.
рым законом Фика:
дС д2С
<h дх*'
(1-6)
где D — коэффициент диффузии.
Граничные условия для решения уравнения '(1-6) применительно
к биметаллической проволоке определяются из анализа рис. 1-15.
Исходные концентрации Ct (металл оболочки) и Сг (металл сер-
дечника) равны 100%.
Для определения концентрации диффундирующих металлов
в биметаллической проволоке
Сг \ С, \
(сердечник) \(оВолочка)
а'
Рис. 1-15. Схема диффузии
металлов сердечника и обо-
лочки в биметаллической
проволоке.
: наиболее точные результаты могут
быть получены, если принять для
диффузии металла сердечника в обо-
лочку схему диффузии из бесконечно-
го тела в кольцо или конечное тело,
а для диффузии металла оболочки
в сердечник—-схему диффузии в ци-
линдр извне. В этих случаях решение
уравнения (1-6) выражается в форме
бесконечного ряда, причем для полу-
чения точного значения концентрации
в какой-либо точке можно ограничить-
ся несколькими членами этого ряда.
В большинстве случаев, когда
абсолютные значения глубины диф-
фузии сравнительно невелики, мож-
но рассматривать плоскую задачу,
диффузии возможно потому, что
в течение достаточно длительного вре-
Применение такой схемы
после диффузионного отжига
мени в сердечнике и оболочке всегда имеются такие места, в кото-
рых концентрации диффундирующих металлов равны 0 и 100%, что
хорошо согласуется с экспериментальными данными.
Граница между сердечником и оболочкой принимается за нуль
отсчета.
Граничные условия для решения уравнения (1-6):
при т=0
С = Ci = 1 (100 %) для х < 0;
С = С2 = 1 (100 %) для х > 0.
(1-7)
Решение уравнения (1-6) для этих начальных условий
получено в следующей форме:
может
быть
7-=1~Ф
(1-8)
Ь выражении (1-8) С-—искомая концентрация в точке х;
о
= 0,5 (50 о/о)
— концентрация на границе меди и никеля;
х
2/дГ
ннтег-
рал ошибок Гаусса,
х
(1-9)
где 5=тйг-
Интеграл ошибок Гаусса не имеет аналитического выражения,
но значения его приведены в таблицах.
С повышением температуры диффузия ускоряется, что приводит
к более быстрому увеличению электрического сопротивления.
Уравнение >(1-8) позволяет определить глубину диффузии метал-
лов как сердечника, так и оболочки, если значение х составляет не
более 20% радиуса сердечника или толщины оболочки. Проводимость
биметаллического провода преимущественно определяется металлом
сердечника, так как обычно оболочка выполняется из металла, обла-
дающего более высоким удельным сопротивлением. Поэтому основ-
ной причиной, вызывающей увеличение сопротивления проводов
в процессе их работы, является диффузия металла защитной оболоч-
ки в сердечник. Увеличение электрического сопротивления проводов
за счет диффузии металла сердечника в оболочку можно учесть вве-
дением в дальнейшие расчеты дополнительных расчетных коэффи-
циентов.
В случае длительной эксплуатации проводов взаимная диффузия
металлов сердечника и оболочки может быть весьма значительной и
распределение концентрации металла оболочки в сердечнике должно
определяться по более сложным формулам (при х>0,27?).
Уравнение (1-6) для такого случая может быть решено сле-
дующим образом.
В цилиндрических координатах (1-6) выражается как
дС / дгС , 1 дС дгС \
дъ — йг2 + г ‘ дг + дг* )'
Так как концентрация вдоль оси проволоки не изменяется, то
й2С/йг2 = 0 и уравнение (1-10) записывается следующим образом:
дС ( й2С 1 дС \
й-t =£\ дг2 + г дг )’
(1-П)
Концентрация металла оболочки в центре сердечника 'В началь-
ный момент времени равна нулю, а на границе сердечника и оболоч-
ки составляет 50%. Поэтому начальные условия для решения урав-
нения в нашем случае запишутся как
Q
С = —?Г при r = R;
при г -= 0
С = 0 при г = 0,
(1-12)
где R— радиус сердечника.
Решив уравнение (1-11) при приведенных граничных условиях,
получим
(ЫЗ)
( ~Kkr \
где \ 7Г~ ) — цилиндрическая функция нулевого порядка первого
рода; J] (Л&) — цилиндрическая функция первого порядка первого рода.
Приведенные выше формулы расчета концентрации диффунди-
рующих металлов для биметаллических проводов не учитывают за-
висимости коэффициента диф-
фузии от концентрации, так как
точное определение этих коэф-
фициентов п.ри различных кон-
центрациях достаточно сложно
и до последнего времени не
выполнено. В практических рас-
четах можно .пользоваться
усредненными значениями коэф-
фициентов диффузии в некото-
ром интервале концентраций.
В результате, например, для
систем Си—Ni и Си—Ag рас-
четные данные хорошо совпа-
дают с экспериментальными.
Зная распределение кон-
центрации диффундирующих
металлов сердечника и обо-
Рис. 1-16. Толщина никелевой обо-
лочки .проволоки Си—Ni в зави-
симости от диаметра проволоки и
величины Y.
лочки и диаграмму удельное
сопротивление — состав, мето-
дом графического интегрирования можно рассчитать увеличение
сопротивления проводов. Для этого сначала строятся графики рас-
пределения концентрации, затем они разбиваются на отдельные уча-
стки, па которых концентрация изменяется по закону, близкому к ли-
нейному. При этом в пределах граничных концентраций участков
изменение удельного сопротивления р должно также происходить
примерно по линейному закону. Далее по среднему значению кон-
центрации определяется соответствующее значение удельного сопро-
тивления и вычисляется сопротивление кольцевых зон, а следователь-
но, и общее сопротивление биметаллического провода после эксплуа-
тации при повышенной температуре. Толщина никелевой оболочки
проволоки Си—Ni в зависимости от отношения ее электрической
проводимости к проводимости меди (у) и диаметра проволоки по-
казана на рис. 1-16.
Изложенный метод расчета был применен для определения уве-
личения сопротивления биметаллической проволоки Си — Ni при у=
=0,85. При этом учитывалась диффузия металлов в обоих направ-
лениях'.
Распределение концентрации никеля в медном сердечнике при
500 О,С в зависимости от времени эксплуатации, рассчитанное в соот-
ветствии с формулой (1-8), показано на рис. 1-17. Для расчета
использовались коэффициенты диффузии никеля в медь и меди в ни-
ксль, полученные при помощи рентгеноструктурного 'Метода
'При 400 °C диффузия относительно невелика, но она значитель-
но повышается при 500 и особенно 600 °C. Например, через 500 ч
диффузионного отжига при 400 ЧС концентрация никеля в -меди на
расстоянии 0,01 мм от границы составляет менее 0.005%, а при 500
и 600 °C — соответственно 13,5 и 36,5%.
Так как общая проводимость биметаллического провода в основ-
ном определяется проводимостью медного сердечника, то диффузия
меди в никель незначительно увеличивает электрическое сопротивле-
Глубини диффузии Nt б Си , м/м
Рис. 1-17. Распределение никеля в меди после вы-
держки биметаллической проволоки Си—N1 при
500 °C.
ние провода (примерно €—.8% общего увеличения удельного со-
противления). Поэтому при 400—600 °C для упрощения расчетов
целесообразно учитывать только диффузию никеля в медь,
а затем полученный прирост сопротивления увеличивать в
1,06—1,08 раза.
Взаимная диффузия меди и никеля иллюстрируется микрофото-
графиями шлифов биметаллической проволоки Си — Ni после ее пре-
бывания при 400—600'С (рис. 1 18—1-19). Эти микрофотографии
показывают, что диффузия начинает проявляться отчетливо после
1 200 ч пребывания проволоки при 400 °C. При 500 °C уже после
72 ч на границе меди и никеля образуется переходная зона с мелко-
кристаллической структурой, которая все более отчетливо прояв-
ляется при повышении длительности и температуры эксплуатации
проводов.
В случае применения методики расчета увеличения сопротивле-
ния к триметаллической проволоке (Си — Ag — Al, Си — Ni — Al
и т. п.) определение этого увеличения значительно усложняется. Рас-
пределение концентрации диффундирующих металлов во времени
будет выражаться сложными формулами, учитывающими диф-
фузию металла прослойки в сердечник и оболочку и взаимную
диффузию металлов сердечника и оболочки через прослойку. В этом
случае, а также при возможном в будущем 'применении 'прослоек из
неорганических веществ 'целесообразно вводить в формулы для опре-
деления концентраций диффундирующих элементов поправочные ко-
эффициенты, определяемые экспериментально.
Предложенная методика расчета увеличения сопротивления би-
металлических проводов может применяться не только для имеющих-
Рис. 1-18. Проволока Си—Ni (500 °C;
72 ч).
ся конструкций токопроводящих жил, но и при разработке новых
конструкций. Определив расчетным путем распределение концентра-
ции диффундирующих металлов сердечника и оболочки, можно зара-
нее рассчитать увеличение сопротивления проводов для тех или
иных температурных условий.
В ряде случаев для нагревостойких обмоточных проводов при-
меняется незащищенная медная проволока или медная проволока
с защитными металлическими покрытиями, нанесенными электрохи-
мическим способом. Так как гальванические покрытия на проволоке
обычно имеют небольшую толщину (несколько микрометров), то
влиянием диффузии на увеличение сопротивления можно в этом
случае пренебречь и учитывать только окисление поверхности прово-
локи. Окисление поверхности проводника вызывает увеличение элек-
трического сопротивления провода и приводит к снижению эластич-
ности, а иногда и отслаиванию изоляционного покрытия.
Между скоростью и временем окисления существуют различные
соотношения. Так как процесс окисления относится к поверхностным
реакциям, подчиняющимся уравнению Аррениуса, то скорость окис-
ления экспоненциально увеличивается с увеличением температуры.
Окисление меди, являющейся основным проводниковым материа-
лом для обмоточных проводов, в диапазоне 300—800 °C протекает
во времени по параболической зависимости. Так как медь образует
с кислородом два окисных соединения, то наиболее богатое кислоро-
дом соединение СиО (окись меди) располагается у поверхности окис-
ная пленка — газ, а между металлом и окисью меди находится за-
Рис. 1-19. Проволока Си—Ni (600 °C; 120 ч).
кись меди Си2О. Величина отношения толщин слоев закиси и окиси
меди не зависит от времени окисления, ио зависит от температуры.
При температуре около 600 °C окисная пленка содержит 50% СиО
и 50% Си2О; при более высокой температуре в окисной пленке уве-
личивается содержание закиси меди. Последнее объясняется меньшей
термодинамической устойчивостью окиси -меди по сравнению с за-
кисью. Образующаяся окйсная пленка легко отслаивается от под-
ложки, что приводит к необходимости защиты токопроводящих жил
обмоточных проводов от окисления при высоких температурах.
Если электрическое сопротивление медного провода в исходном
состоянии обозначить ₽, то после пребывания провода при повышен-
ных температурах оно увеличится до R' за счет окисления поверхно-
сти проволоки и уменьшения ее фактического сечения:
R' _ d2
R (d- 2бм)2 ’
(Ы4)
где d — диаметр жилы; дм—толщина слоя окислившегося металла.
Зная закономерности изменения толщины окислившегося слоя
во времени, можно рассчитать увеличение электрического сопротив-
ления провода в процессе его 'эксплуатации. Представляется наибо-
лее целесообразным получить эмпирические соотношения между тол-
щиной слоя окислившегося металла и временем эксплуатации про-
водов при данной температуре, а затем по приведенной выше фор-
муле определить отношение R'/R. Это справедливо не только для
медных проводников, но и для проводников, имеющих гальваниче-
ские защитные покрытия, так как вследствие незначительной толщи-
ны покрытия процессы взаимной диффузии меди и металла покрытия
до момента начала окисления не успевают развиться.
При циклических температурных нагрузках толщина слоя окис-
лившегося металла зависит от времени линейно вследствие интенсив-
ного растрескивания образующейся окисной пленки. В этом случае
для расчета увеличения электрического сопротивления обмоточных
проводов хМожпо применять ’следующую формулу:
R' _ Г d у
R ' [d — 2йл'(т — b) J '
Если провода непрерывно работают при повышенных температу-
рах -или количество циклов изменений температуры невелико, рас-
трескивание окисной пленки и тем более ее осыпание замедляются.
В результате рост толщины слоя окислившегося металла с течением
времени будет иметь 'вид параболической зависимости, характерной
для меди, и отношение R'lR определится следующим уравнением:
4-Г--------------—Г- <’«)
Я L d — — 6) I ' 1
В выражениях (1-15) ,и (1-16) kn и kn — коэффициенты скорости
роста окисной пленки во времени т, зависящие от материала жилы,
типа и толщины металлического защитного покрытия и‘ изоляции,
а также от режима эксплуатации проводов; коэффициент b характе-
ризует время, в течение которого окисление протекает медленно и
практически не приводит к увеличению электрического сопротивления
провода. Коэффициенты kn, kr и Ь могут быть определены для лю-
бого вида обмоточных проводов.
В том случае, если .изоляция провода не растрескивается, уве-
личение электрического сопротивления при повышенных температурах
необходимо рассчитывать по формуле (1-16). Такая закономерность
характерна для проводов марки ПОЖ при температуре до 400 °C,
в которых для пропитки стекловолокна применяются органосиликат-
пые нагрево'стойкие пропитывающие составы, обладающие высокими
цементирующими свойствами, предотвращающими 'растрескивание
окисной пленки. Как только полимер начинает растрескиваться, даль-
нейший рост слоя окислившегося металла происходит по линейному
закону. Если растрескавшаяся окисная пленка начинает отслаивать-
ся, то с определенного момента времени (для проводов марки ПОЖ
при 600 °C через 120 ч) окисление ускоряется. Поэтому при эксплуа-
тации проводов марки ПОЖ при 600 °C свыше 120 ч отношение R'lR
должно определяться по другой формуле:
R' _ ( d
R ) d—[120£л+/г1л(т;—120)]
(1-17)
где коэффициент к.ш определяется экспериментально.
Глава вторая
ЭМАЛЬЛАКИ
Общие сведения об эмальлаках
Эмальлаками называются жидкие составы, которые
применяются для изготовления обмоточных проводов
с эмалевой изоляцией, а также для изолирования от-
дельных проволок высокочастотных обмоточных прово-
дов, монтажных проводов и т. п.
Обычно эмальлаки состоят из двух основных частей:
пленкообразующих веществ и растворителя. В последнее
время в Советском Союзе н.а отдельных заводах начи-
нает внедряться новая технология эмалирования, кото-
рая предусматривает применение полиэфирных лаков без
растворителя. В зависимости от природы пленкообра-
зующих веществ эмальлаки можно разделить на две
группы: эмальлаки на масляно-смоляной основе (рас-
творитель— керосин) и синтетические эмальлаки. Эмаль-
пленки первых лаков по своим физико-механическим
свойствам заметно уступают пленкам на синтетических
лаках, и поэтому в последнее время масляно-смо-
ляные лаки успешно заменяются различными синтети-
ческими лаками. В рецептурах некоторых синтетиче-
ских эмальлаков, помимо основного пленкообразующего
вещества, характеризующего природу и тип эмальлака,
предусматривается введение резольных смол, повышаю-
щих твердость и механическую прочность эмалевых пле-
нок (поливинилацеталевые лаки вииифлекс и металвин,
полиамидно-резольные лаки). В других синтетических
эмальлаках пленкообразующая часть состоит из одного
вещества, образующего пленку (полиуретановые, поли-
эфирные и другие лаки). Синтетические пленкообразую-
щие материалы требуют по сравнению с масляно-смоля-
ными эмальлаками химически более активных раствори-
телей. Состав последних определяется природой пленко-
образующей части лаков, что подробно освещено ниже.
2-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ ВЕЩЕСТВАХ
К числу пленкообразующих веществ относятся соеди-
нения, которые способны при окислении или нагревании
образовывать пленки.
Большинство пленкообразователей — либо высокомо-
лекулярные соединения, либо превращаются в таковые
в процессе образования пленки. Эти вещества имеют са-
мое разнообразное химическое строение. В кабельной
технике широкое применение имеют различные синтети-
ческие смолы [производные поливинилового спирта
(ацетали), полиэфиры и др.]. В некотором количестве
для изготовления эмальлаков пока применяются также
растительные масла.
В зависимости от характера процесса образования
пленки пленкообразующие вещества могут быть разде-
лены на следующие группы:
а) Термопластичные пленкообразующие вещества.
К таким пленкообразователям относятся полиамид-
ные, поливинилхлоридные и некоторые естественные
смолы.
б) Термореактивные пленкообразующие вещества.
При нагревании пленки этих веществ не плавятся и ста-
новятся более хрупкими (бакелитовые, эпоксидные смо-
лы и др.).
в) Самоокисляющиеся пленкообразующие вещества,
которые способны окисляться на воздухе без нагревания
(высыхающие растительные масла и т. п.).
г) Пленкообразующие вещества, которые образуют
пленку при воздействии катализаторов (некоторые виды
полиуретановых смол и т. п.).
Основными факторами, которые влияют на процесс
пленкообразования, являются: 1) качество основного
пленкообразующего вещества, степень его химической и
физической однородности; 2) состав летучего раствори-
теля, его химическое сродство с пленкообразующим ве-
ществом, летучесть и прочие физико-химические свойст-
ва; 3) состав и количество пластификаторов и других
компонентов, входящих в лак и определяющих свойства
пленки; 4) физико-химические характеристики лака
(концентрация, вязкость и т. п.), продолжительность
хранения лака и условия пленкообразования (темпера-
тура и насыщенность парами растворителя окружающей
среды, скорость движения и гигроскопичность воздуха
и т. п.).
Добавление в лак пигментов оказывает влияние на
скорость испарения растворителя: крупнодисперсные
пигменты обычно ускоряют, а мелкодисперсные замедля-
ют испарение.
При образовании пленки часто имеет место ее так
называемая усадка, которая является результатом того,
что при испарении растворителя расстояние между мак-
ромолекулами сокращается и начинают действовать си-
лы, притягивающие эти молекулы одну к другой. Усадка
тем меньше, чем меньше содержание растворителя в на-
несенном лаке. Чем выше степень полимеризации, тем
больше усадка. В производстве эмалированных проводов
повышенная величина усадки несколько снижает эла-
стичность эмалевой изоляции. Повышение степени по-
лимеризации (пересушенная эмаль) всегда сопровож-
дается снижением эластичности эмалевой пленки. Зна-
чительная усадка вследствие испарения растворителя и
части пластификаторов наблюдается у пленок из эфиров
целлюлозы, вследствие чего эластичность изоляции про-
водов, обмотанных такими пленками, с течением време-
ни заметно уменьшается.
В производстве эмалированных проводов существен-
ное значение имеет также величина сил адгезии эмале-
вой пленки к металлу. 'На величину последней влияет
ориентация полярных молекул при нанесении жидкого
лака на металл, которые при образовании твердой плен-
ки остаются вблизи поверхности металла. Можно пола-
гать, что чем больше содержание полярных молекул
в лаке и чем выше степень полярности их, а также чем
резче выражена способность их к указанной ориентации,
тем больше адгезия пленки к металлу. В связи с этим
лаки с большими молекулами полимеров должны давать
пленки с меньшей адгезией, чем лаки с молекулами
меньших размеров, так как последние обладают боль-
шей подвижностью и способностью ориентироваться и,
следовательно, более прочно приставать к металличе-
ской поверхности.
2-2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РАСТВОРИТЕЛЯХ
Растворителями называются органические летучие
жидкости, которые способны растворять такие вещества,
как жиры, натуральные и синтетические смолы, воски,
асфальты, каучуки и др. Растворы этих веществ можно
получать различных концентраций в зависимости от рас-
творяющей способности растворителя и растворимости
того или иного вещества.
Жидкости, которые применяются для снижения вяз-
кости (разбавления) готовых растворов, называются
разбавителями. Нелетучие специальные жидкости, кото-
рые остаются в пленке после ее высыхания и предназна-
чены для увеличения гибкости пленки, называются пла-
стификаторами.
Из многих теорий, трактующих процесс растворения,
большое распространение имеет теория Лэнгмюра—Гиль-
дебранта, согласно которой растворение вещества зави-
сит от наличия в растворяемом веществе и растворителе
полярных или неполярных групп. При взаимодействии
диполей полярных веществ (молекулярная когезия) про-
исходит молекулярная ассоциация. Если встречаются
полярные и неполярные молекулы, образование молеку-
лярной ассоциации затрудняется. В этом случае возмож-
но отталкивание молекул одной группы от молекул дру-
гих групп и растворение или смешение веществ не про-
исходит. Таким же образом можно представить и про-
цесс растворения твердых веществ, который будет ак-
тивно проходить в полярных растворителях, если раство-
ряемое вещество будет полярным, и наоборот.
Различают истинные (кристаллоидные) и коллоид-
ные растворы. Строгое разграничение обоих типов рас-
творов затруднительно, так как растворяемые вещества
с очень большой молекулярной массой образуют раство-
ры, которые находятся в граничной области между кри-
сталлоидными и коллоидными растворами.
iB истинных растворах растворитель проникает глу-
боко в растворяемое вещество и разделяет его на от-
дельные молекулы. Такие растворы представляют собой
гомогенную смесь, в которой молекулы растворителя и
растворимого вещества находятся в свободном состоя-
нии. Если растворитель соприкасается с коллоидообра-
зующим веществом, то в последнем наступает разрыхле-
ние структуры, которое прежде всего проявляется в на-
бухании внешних слоев. Большие молекулы коллоидов
или их агрегаты связывают много молекул растворите-
ля, и поэтому полное разделение молекул растворяемого
вещества и растворителя невозможно. Коллоидные рас-
творы отличаются от истинных еще и тем, что для них
не существует определенного для той или иной темпе-
ратуры предела растворимости и поэтому растворяющая
способность растворителей в этом случае определяет-
ся несколько другими методами, чем у истинных раст-
воров.
Растворители оказывают значительное влияние на
качество готовой пленки. Например, быстро испаряю-
щийся растворитель может нарушить целостность обра-
зующейся пленки; наличие в растворителе трудно испа-
ряющихся частей оказывает пластифицирующее дейст-
вие на пленку. Активность растворителя определяется
скоростью растворения пленкообразователя, осаждением
его из раствора при понижении температуры (чем ниже
температура осаждения, тем- активнее растворитель),
сравнением вязкости растворов при одинаковой концен-
трации пленкообразователя (чем меньше вязкость, тем
активнее растворитель) и осаждением пленкообразова-
теля из раствора при добавлении разбавителя. Отноше-
ние объема разбавителя к объему растворителя может
служить мерой растворяющей способности растворите-
ля. Для ароматических углеводородов это отношение
больше, чем для алифатических.
Жидкости с малой молекулярной массой обладают
большей растворяющей способностью, чем жидкости
с большой молекулярной массой.
Растворители обладают высокой упругостью пара.
Последняя обычно характеризуется температурой кипе1
ния растворителя, т. е. той температурой, при которой
упругость паров становится равной атмосферному дав-
лению.
По температуре кипения растворители можно клас-
сифицировать следующим образом: 1) низкокипящие
растворители с температурой кипения 30—70 °C; 2) сред-
некипящие растворители с температурой кипения 70—
ПО °C; 3) высококипящие растворители с температурой
кипения 110—170°С.
Растворители, температура кипения которых нахо-
дится в пределах 200—300 °C, неудобны для применения
вследствие весьма медленного их улетучивания. Жидко-
сти, температура кипения которых выше 300°C, обычно
относятся к пластификаторам. На практике летучесть
растворителей часто характеризуется временем испаре-
ния капли растворителя, нанесенной на фильтровальную
бумагу, причем за единицу летучести принимается время
испарения серного эфира (табл. 2-1).
Большинство летучих растворителей являются весьма
горючими веществами, пары которых в смеси с воз-
духом могут образовывать вспыхивающие и даже гре-
мучие смеси. Огнеопасность растворителей, которые мо-
гут вызвать взрыв, помимо объемной концентрации па-
ров (%), в известной степени характеризует также тем-
пература кипения, вспышки (воспламенения) паров и
самовоспламенения жидкости (табл. 2-1).
Все летучие растворители в той или иной степени
токсичны. Более опасными в этом отношении являются
легколетучие растворители, так как обычно они содер-
жатся в воздухе в большем количестве, чем высококи-
Физические свойства растворителей
Таблица 2-1
Наименование вещества Плотность при 20° С Температура самовоспламене- ния, °C Температура кипения при 760 мм рт. ст., °C Плотность в паро- и газообразном состояниях в относи- тельных единицах (плотность воздуха равна I) Летучесть в относитель- ных единицах (летучесть серного эфира равна I) Предельно допустимая концентрация в помещении, мг/л
Ацетон 0,790—0,8 500—633 56,3 2,034 2,1 0,2
Бензол 0,879 580—619 80—82 2,74 3 0,1
Окись этилена 0,887 —- 10,7 1,5 -— 0,001
Скипидар 0,855—0,863 252—262 153—170 4,66 — 0,3
Нормальный бутиловый спирт 0,812 366 114—118 —. 33 0,2
Метиловый спирт 0,796 475—500 64—50 1,20 6,3 0,05
Этиловый спирт 0,7935 450 78,37 1,613 8,3 1.0
Нормальный амиловый спирт 0,81 345—366 119—132 3,147 6,2 0,1
Толуол 0,866 553—649 109—112 3,20 6,1 0,1
Ксилол 0,862—0,869 553 136—J 42 3,68 13,5 0,2
Сольвент 0,865—0,905 120—190 — 0,1
Фенол 1,006(41° С) —. 181—183 — — 0,05
Хлорбензол 1,112—1,114 •— 132 3,9 12,5 0,05
Дихлорэтан 1,282 Горит с трудом 80—86 3,4 — 0,05
Трихлорэтилен 1,472 Не горит 87—88 4,60 .— 0,05
Четыреххлористый углерод 1.5944 Не воспламе- няется 76—75 5,415 — 0,05
Этиловый эфир 0,714 188 34,5 136, 145 2,586 0,3
Амилацетат 0,865 375 .—- 13 0,1
Бутилацетат 0,882 442—449 124,4 —- 11,8 0,2
Этилацетат 0,899 484—547 76,5 54,9 50—920 3,14 2,9 0,2
Метилацет ат 0,93 506-569 2,617 2,2 0,03
Бензин 0,720—0,755 267 3,5 0,3
Уайт-спирит 0,695 470 140 190 •—. — 0,3
Лигроин 0,785 475 110 220 — — 0,3
Керосин 0,810—0,865 481 142 ,322 — - 0,3
Этил целлозольв 0,936 134,8 — 48 0,2
пящие растворители. Наиболее вредными являются га-
лоидопроизводные вещества (четыреххлористый угле-
род, дихлорэтан, хлорбензол и т. п.), действующие как
наркотики. Вредными являются также ароматические
углеводороды (бензол, толуол и отчасти ксилол, соль-
вент), а также метиловый спирт, длительное вдыхание
паров которого оказывает вредное действие на зрение и
мозговую деятельность. Применяемые иногда в качестве
растворителей фенол и крезол также относятся к вред-
ным веществам, так как, помимо высокой токсичности
паров, при непосредственном воздействии фенол и кре-
зол вызывают ожоги и заболевание кожи.
Растворители повышенной токсичности находят весь-
ма ограниченное применение в производстве эмалиро-
ванных проводов. В отдельных случаях, когда они все
же применяются, принимаются особые меры (гермети-
зация лаковых ванн, усиленная вентиляция эмалировоч-
ных цехов и т. п., которые исключают вредное действие
этих растворителей.
Применяемый в производстве эмалированных прово-
дов в качестве растворителя масляно-смоляных лаков
осветительный керосин является одним из наименее ток-
сичных растворителей. То же самбе можно сказать и
про бензины различных марок, причем содержание аро-
матических углеводородов в составе последних состав-
ляет всего 6—8%, а у керосина из различных нефтей оно
колеблется в пределах 11—18%'.
'В табл. '2-1 и далее в тексте приведены основные све-
дения о растворителях, имеющих наибольшее примене-
ние в производстве эмалированных проводов.
Керосин. В качестве -растворителя масляных
эмальлаков в типовой технологии кабельных заводов
Советского Союза принят осветительный керосин. Для
изготовления этого керосина применяются дистилляты
прямой перегонки нефти с температурой кипения в пре-
делах 180—315 °C. Для удаления смол и нафтеновых
кислот керосиновые дистилляты подвергаются сернокис-
лотной очистке. Существует несколько разновидностей
осветительного керосина, на которые распространяются
специальные ТУ и стандарты. При изготовлении эмаль-
лаков применяется осветительный керосин, на который
распространяются технические условия НП ВТУ 4-58.
Этот керосин изготовляется из эмбенских бессернистых
нефтей и имеет окраску от бесцветной до светло-желтой.
Температура начала кипения этого керосина не ниже
170°C; 50% объема керосина должно выкипать при тем-
пературе не выше 250 °C, 90% —при температуре не вы-
ше 270°C и 98% —при температуре не выше 315°С. Кис-
лотное число этого керосина не выше 1,4, зольность
не более 0,005, содержание серы не более 0,05%. Тем-
пература вспышки паров в смеси с воздухом не ниже
50 °C.
Скипидар. В производстве эмальлаков иногда
применяется живичный скипидар (терпентинное масло)
для добавления в отдельных случаях в количестве 5%
общего количества керосина при разведении лака МЛ-3
для эмалирования проволоки диаметром 0,05—0,09 мм.
На этот скипидар распространяется ГОСТ 1’571-66. Ски-
пидар представляет собой жидкость с характерным при-
ятным запахом. В соответствии с указанным ГОСТ ски-
пидар выпускается двух марок: А и Б. Плотность скипи-
дара обеих марок при 20 °C должна быть в пределах
0,855—0,863, а температура начала кипения — в преде-
лах Г53—160 °C. Объем отгона до температуры 170 °C
у скипидара марки А должен быть не менее 92% и
у марки Б не менее 80%. Остаток после испарения дол-
жен быть не более 0,5% (марка А) и 1% (марка Б),
а кислотное число — соответственно не более 0,7 и 1,8.
В кабельной промышленности обычно применяется ски-
пидар марки А, который по внешнему виду значительно
светлее скипидара марки Б.
Этилцеллозольв. Этилцеллозольв представляет
собой мопоэтиловый эфир этиленгликоля и получается
при взаимодействии окиси этилена (ГОСТ 7568-55) и
этилового спирта (ГОСТ 5'262-51) с последующей ректи-
фикацией. Его химическая формула СН2ОН—
СН2(ОС2'Н5). По внешнему виду этилцеллозольв пред-
ставляет собой прозрачную бесцветную жидкость, имею-
щую плотность в пределах 0,930—0,935; в зависимости от
назначения он выпускается двух марок (А и Б). Содер-
жание этилцеллозольва в жидкости марки А должно быть
не менее 94%, а марки Б не менее 92%. Фракция, вы-
кипающая при температуре 128—138 °C, у этилцелло-
зольва марки А должна составлять не менее 94%, а мар-
ки Б — не менее 92%. Кислотное число у этилцеллозоль-
ва обеих марок должно быть не более 2,5 мг КОН на
1 г продукта, сухой остаток — не более 0,005%; смеши-
ваемость с водой — хорошая.
Бензол С6Н6 — углеводород ароматического ряда —
является одним из наиболее распространенных раствори-
телей. Он хорошо растворяет масла, простые и сложные
эфиры целлюлозы, многие смолы, каучук, асфальты
и пр. По внешнему виду бензол представляет собой бес-
цветную прозрачную и летучую жидкость плотностью
0,876—0,880 с температурой плавления не ниже 5,0—
5,4 °C и начала кипения 79,0—79,6 °C. Бензол хорошо рас-
творяется в этиловом спирте, ацетоне, эфире и т. п.;
в воде бензол нерастворим. Помимо высокой токсичности
(пары бензола ядовиты и оказывают наркотическое дей-
ствие), бензол весьма горюч. Он имеет низкую темпера-
туру .воспламенения (около +8°C); при содержании па-
ров бензола в .воздухе в количестве 1,5—8,0% образуется
взрывчатая смесь. Поэтому .при обращении с бензолом
и его хранении необходимо принятие строгих противопо-
жарных мер. В настоящее время на бензол каменно-
угольный распространяется ГОСТ 8448-61, в соответст-
вии с которым бензол изготовляется нескольких марок:
«особо чистый», «чистый для синтеза» (4-го и 2-го сор-
тов), «чистый для нитрации» (1-го и 2-го сортов), «чис-
тый» и 90%-ный.
Температура окончания процесса перегонки бензола
всех марок (кроме 90%-ного) не выше 80,3—-80,6оС. Та-
ким образом, бензол перегоняется в очень узком темпе-
ратурном интервале. В соответствии с ГОСТ 8448-6.1 95%
всего объема должны перегоняться при разности тем-
ператур не более 0,6—1,0 °C.
Толуол СбН5СН3 также относится к растворителям
ароматического ряда. Как растворитель он действует
аналогично бензолу, за исключением сложных эфиров,
которые толуол не растворяет, но может применяться
как разбавитель их растворов. Толуол — весьма горючая
прозрачная бесцветная жидкость с плотностью 0,856—
0,866 менее ядовитая, чем бензол. Он испаряется без
остатка в температурном интервале 109—111ПС.
Ксилол СН3СсН4СН3 — также углеводород арома-
тического ряда — является хорошим растворителем ма-
сел и смоляных эфиров; он смешивается с углеводорода-
ми нефти и растворителями эфиров целлюлозы. Темпе-
ратура вспышки паров около 29 ° С. Ксилол представляет
собой прозрачную и бесцветную жидкость. В соответст-
вии с ГОСТ 9949-62 он выпускается марок А и Б. Тем-
пература начала перегонки ксилола 136,5—137°C, а коп-
ца этого процесса 141—1'41,5°C, причем 95% ксилола
марки А перегоняются в интервале температур не более
3°С, а марки Б — не более 4,5°C. Кроме того, ксилол
марки А имеет несколько более высокую степень очистки
по сравнению с ксилолом марки Б.
Сольвент каменноугольный—смесь арома-
тических углеводородов — от других растворителей этого
типа отличается несколько меньшими токсичностью и го-
рючестью, является хорошим растворителем масляных,
глифталевых и асфальтовых лаков. Однако и сольвент
каменноугольный из-за свойственного ему запаха и ток-
сичности ограничен в применении в качестве растворите-
ля в производстве эмалированных проводов. Он полу-
чается в коксохимическом производстве в процессе рек-
тификации очищенных фракций сырого бензола и в соот-
ветствии с ГОСТ 1928-67 изготовляется трех марок: А,
Б и В. Сольвент каменноугольный марок А и Б — бес-
цветная прозрачная жидкость плотностью соответственно
0,865—0,875. Температура начала процесса перегонки
120 °C, окончания отгонки 90% 160—170 °C. Сольвент
марки В представляет собой прозрачную жидкость свет-
ло-желтого цвета плотностью 0,885+0,02 с температурой
начала перегонки 135°С и окончания отгонки 90% не вы-
ше 190 °C. Сольвент каменноугольный имеет нейтральную
реакцию водной вытяжки, содержание фенола не более
0,04—0,1%, серы не более 0,10—0,30%.
Хлорбензол СбН5С1 получается хлорированием
бензола, причем обычно он содержит в качестве приме-
си некоторое количество дихлорбензола. Хлорбензол яв-
ляется активным растворителем и к тому же хорошо
смешивается с другими растворителями. По внешнему
виду хлорбензол представляет собой бесцветную жид-
кость со слабым миндальным запахом и в соответствии
с ГОСТ 646-60 изготовляется двух марок А (1-го и 2-го
сортов) и Б. Хлорбензол марки А предназначается для
синтеза чистых и технических органических продуктов,
а марки Б—для синтеза продуктов с пониженными тре-
бованиями к исходному сырью и для прочих технических
целей. Хлорбензол является весьма хорошим растворите-
лем для многих лаков; он содержит бензола в зависи-
мости от марки не более 0,1—0,3%, полихлоридов — не
более 0,75—1,0%, реакция водной вытяжки нейтральная.
Одной из основных характеристик хлорбензола в соот-
ветствии с ГОСТ 646-60 является его способность пере-
гоняться в количестве 95% в пределах изменений тем-
пературы для марки А (1-й сорт) не более 0,7 °C, для
марки А (2-й сорт) не более 2 °C и для марки Б не бо-
лее 3,5 °C.
Недостатком хлорбензола, кроме его токсичности, яв-
ляется невозможность каталитического сжигания отходя-
щих паров этого растворителя в эмальиечах, что затруд-
няет его применение при изготовлении эмалирован-
ных проводов на новейшем технологическом оборудо-
вании.
Ацетон СН3ООСН3 по своему химическому составу
относится к кетонам. Чистый ацетон — лепкоподвижная
бесцветная жидкость плотностью 0,790—0,799; темпера-
тура вспышки паров около 17 °C. Ацетон смешивается
с водой в любых соотношениях, растворяется в спирте,
метиловом и этиловом эфирах, хлороформе и т. п., хо-
рошо растворяет многие смолы и масла, а также нитро-
и ацетилцеллюлозу. Ввиду высокой летучести очень огне-
опасен. В соответствии с ГОСТ 2768-67 он выпускается
двух марок: А и Б с содержанием ацетона соответствен-
но не менее 99,5 и 98,5%, а воды не более 0,5 и 1,5%.
У ацетона марки А при 55,5—56,5 °C должно отгоняться
не менее 97% объема, а у ацетона марки Б при 55,5—
57,0 °C — не менее 95%. Содержание нелетучего остатка
у ацетона марки А не более 0,002%, у марки Б — не бо-
лее 0,003%.
Фенолами называются производные ароматиче-
ских углеводородов, в молекулах которых один или не-
сколько водородных атомов бензольного ядра замещены
гидроксильными группами. Фенол С6Н5ОН и некоторые
его гомологи (крезол и др.) получаются при фракцион-
ной перегонке каменноугольного дегтя. Фенол, называе-
мый обычно карболовой кислотой, представляет собой
бесцветную или светло-желтую кристаллическую массу,
состоящую из длинных игл. Он затвердевает при 39,7—
40,3 °C и кипит при 181—!1'83 °C. Фенол при определенных
условиях растворяется в воде. Кроме того, добавление
в фенол нескольких процентов воды понижает темпера-
туру плавления смеси настолько, что она при комнатной
температуре превращается в жидкость.
Фенол и крезол (СНзСбЬКОН) находят применение
в качестве антисептиков и дезинфицирующих веществ.
В производстве эмалированных проводов эти углеводоро-
ды иногда применяются в качестве растворителей синте-
Таблица 2-2
Примерное содержание изомеров в трикрезоле и их свойства
Название изомера Содержание в трнкрезоле, % Плотность при 15° С Температура кипения, °C Температура плавления, *С
о-крезол 35—40 1,055 190,8 30—31
м- крезол 37—49 1,039 202,2 4
п-крезол 25—28 1,039 201,8 36,5
тических лаков на полиамидной и поливинилацеталевой
основах. Креозол существует в виде трех изомеров:
сртонрезол
металрезол
Технический крезол (трикрезол) представляет собой
смесь всех трех изомеров. Его плотность 1,03—1,05, тем-
пература кипения в пределах 185—205 °C. Трикрезол
растворим в спирте, эфире и растворах едких щелочей;
2,5 части трикрезола растворяются в 100 частях воды.
Разделение изомеров крезола затруднительно ввиду бли-
зости температур кипения изомеров. Ортокрезол можно
получить тщательной разгонкой, так как его температу-
ра кипения ниже температуры кипения других изомеров.
Разделение мета- и паракрезола представляет большие
трудности, и эти изомеры обычно сопутствуют один дру-
гому. Примерное содержание изомеров в трикрезоле и
их характеристики приведены в табл. 2-2.
2-3. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ ВЫСЫХАНИЯ МАСЕЛ
И ПЛЕНКООБРАЗОВАНИЯ
До последнего времени в производстве эмалирован-
ных проводов пока применяются высыхающие масла —
льняное и тунговое. Они, как известно, представляют со-
бой сложные эфиры (глицериды) трехатомного спирта
глицерина
CHZ • ОН
I
сн-он
I
сн2 • он
и различных кислот жирного ряда, главнейшие из кото-
рых имеют следующее строение молекул:
олеиновая кислота
С'Н2(СН2) 7СН =СН(СН2) 7С'ООН;
линолевая кислота
CHs(GH2) 4'СН='GHGH/jH =СН (СН2) 7СООН;
линоленовая кислота
СН3СН2СН=СНСН2СН = СНСН2СЫ =СН (СН2) 7СООН;
элеостеариновая кислота
СН3 (СН2) 3СН =- GHCH = СНСН = СН (СН2) 7СООН.
Способность масла к высыханию и пленкообразова-
нию зависит от количества и расположения двойных свя-
зей в молекуле. Химическое строение молекул первых
трех кислот, из глицеридов которых состоят в основном
льняное, подсолнечное и многие другие растительные ма-
сла, отличается от строения молекулы элеостеариновой
кислоты, глицериды которой составляют основу тунгово-
го масла. Местоположение двойных связей в элеостеари-
новой кислоте называется сопряженным, а у других ука-
занных кислот — изолированным. Сопряженные связи
в большей степени способствуют полимеризации молекул,
чем изолированные связи.
Наиболее распространенной является теория, пола-
гающая, что .процессы высыхания, пленкообразования и
старения масляных пленок являются от начала до конца
чисто химическими процессами. Согласно существующим
представлениям при нагревании часть изолированно рас-
положенных связей переходит в более активные с точки
зрения процесса полимеризации сопряженные связи. Та-
кая изомеризация, которая требует сравнительно неболь-
шого количества тепла, является начальной стадией те-
пловой полимеризации масел.
Схематично этот процесс можно представить следую-
щим образом:
Ri—-СНСН2СН = СН—R2—>
—>Ri—СН2СН =СНСН = CH—R2.
При дальнейшем нагревании масла во время 'его
предварительной полимеризации происходят внутримо-
лекулярные превращения, которые, естественно,, не уве-
личивают молекулярную массу, и межмолекулярные ре-
акции, которые вначале приводят к удвоению молекуляр-
ной массы, т. е. к образованию димеров и частично гри-
меров (димеризация масла). Эти соединения являются
устойчивыми, что подтверждается известной устойчиво-
стью самого полимеризованного масла.
Процесс предварительной полимеризации масла по
существу является экзотермическим процессом. Однако
у большинства масел количество выделяемого при этом
тепла весьма незначительно и не принимается во вни-
мание.
Образование пленок связано с дальнейшим превра-
щением димеров и тримеров в трехмерный полимер.
Если высыхание масла происходит на воздухе и в осо-
бенности при некотором его подогревании, то указанное
превращение в трехмерные полимеры и пленкообразова-
ние происходят в результате самоокисления масла, при-
чем интенсивное поглощение кислорода осуществляется
его наружным тонким слоем. Таким образом, окисление
масла, которое является экзотермическим процессом, бу-
дет протекать тем интенсивнее, чем больше поверхность
соприкосновения .пленки с воздухом. Присоединение кис-
лорода вызывает увеличение массы пленок, что харак-
теризуется так называемым кислородным числом. Непо-
средственное определение прибавления массы масла дает
так называемое «кажущееся кислородное число». Оно
представляет собой разность масс присоединенного кис-
лорода и испарившихся продуктов распада глицеридов
при окислении. Истинное кислородное число, которое со-
ответствует массе присоединившегося кислорода, опреде-
ляется газометрическим путем, т. е. измерением объема
присоединившегося из воздуха кислорода. Окисление
масла на воздухе происходит в несколько стадий:
а) возникновение индукционного периода (изомериза-
ции) ;
б) образование в глицеридах гидроперекисей
—СН(ООН)СН = СН—
и перекисей
—СН—ОН—
О—о
в) полимеризация масла за счет кислородных связей.
Выделение низкомолекулярных продуктов (СО, СО2
и др.) происходит за счет имеющего .место в конце про-
цесса пленкообразования деструктивного разложения.
Количество этих летучих зависит от типа масел: наи-
большее количество летучих дает хлопковое масло, наи-
меньшее — тунговое масло.
При высоких температурах, как это имеет место
в эмальпечах, обычно происходят реакции прямого окис-
ления, которые можно представить следующим образом:
CH СН—О— — CH СН—О— полимер
I I II
Получающиеся в результате этих реакций трехмер-
ные полимеры содержат меньшее количество кислорода,
чем полимеры, образовавшиеся в процессе окисления ма-
сла на воздухе.
В период высыхания при высоких температурах зна-
чительно увеличивается количество летучих продуктов
в результате окислительной деструкции. Если такой суш-
ке подвергать предварительно полимеризованные масла,
то потери, связанные с образованием летучих продуктов,
значительно уменьшаются, так как при полимеризации
происходит дополнительное связывание ненасыщенных
радикалов, что в свою очередь затрудняет отщепление и
испарение летучих частиц. Поэтому для изготовления
эмальлаков в практике наших заводов применяется пред-
варительно полимеризованное льняное масло.
2-4. СТАРЕНИЕ ПЛЕНОК МАСЛЯНЫХ ЭМАЛЬЛАКОВ
Старение масляных пленок в настоящее время рас-
сматривается как процесс дальнейшего окисления веще-
ства. образующего пленку. Это окисление происходит по
месту оставшихся двойных связей и так как макромоле-
кулы пленок малоподвижны, то новые кислородсодержа-
щие группы не могут служить причиной дальнейшего
укрупнения макромолекул. Поэтому последующее окис-
ление приводит к распаду макромолекул, сопровождает-
ся выделением газообразных (СО, СО2), жидких (спир-
ты, кислоты и т. п.) и твердых частиц трехмерных поли-
меров и приводит к растрескиванию пленки.
Действие тепла, света и ряда других факторов уско-
ряет процесс старения пленки.
Интенсивность старения масляных пленок зависит от
наличия оставшихся в пленке ненасыщенных и других
химических активных групп и т. п. Поэтому следует
ожидать, что те пленкообразующие вещества, в которых
будет содержаться минимальное количество оставшихся
двойных связей, должны будут отличаться более мед-
ленным старением, чем вещества с большим числом
оставшихся двойных связей.
Интенсивность старения пленок может быть значи-
тельно снижена при введении в них антиокислителей,
например р-нафтола и др. На практике, однако, введе-
ние в лаки в нужном количестве антиокислителей за-
трудняется, из-за того что они значительно удлиняют
время сушки и пленкообразования.
2-5. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИККАТИВАХ ДЛЯ МАСЛЯНЫХ
ЭМАЛЬЛАКОВ
При изготовлении масляных эмальлаков в их состав
вводят сиккативы, которые не изменяют сущности про-
цесса высыхания, а лишь ускоряют его. Обычно для
этой цели применяются окислы или металлические мыла
(соли) жирных, смоляных и других кислот и поливалент-
ных металлов, дающих несколько окислов, причем выс-
шие окислы очень неустойчивы и легко выделяют кисло-
род. При введении окислов поливалентных металлов
в масло при подогревании происходят частичное окисле-
ние глицеридов и образование металлических мыл, ко-
торые с маслом образуют молекулярно-дисперсную си-
стему.
Дальнейший механизм действия сиккатива можно
представить следующим образом:
2Mnn(RCOO)2 + O2—>2(RCOO2)MnIVO—+
—>2MnTI(RCOO)2+2(—О—) или —О—О—.
Здесь индексами II и IV обозначена валентность ме-
талла; реакция в целом приводит кислород в особо ак-
тивное состояние.
Многочисленными экспериментами установлено, что:
1) до определенного предела скорость высыхания про-
порциональна количеству сиккатива; 2) при введении
сиккативов сверх некоторого оптимального количества
скорость высыхания уменьшается; 3) оптимальная кон-
центрация С примерно пропорциональна атомной массе
сиккатива А, т. е.
С=КА,
где K=const='0,00217.
Наиболее сильными и часто применяемыми сиккати-
вами являются соединения Со, Мп, РЬ, более слабыми и
реже употребляемыми — сиккативы на основе соедине-
ний Са, Zn, Ва и пр. Эффект применения нескольких
сиккативов обычно превышает эффект действия каждого
сиккатива в отдельности.
В рецептурах наших масляных эмальлаков в качестве
сиккативов до последнего времени применяются главным
образом резинаты (соли смоляных кислот) марганца и
кальция, причем резинат кальция, который вводится
в количество 3—114% массы всей лаковой основы, явля-
ется одновременно компонентом пленкообразующих ве-
ществ в лаке. Так что собственно сиккативом является
резинат марганца, который вводится в количестве 1,0—
2,0% в лаки для эмалирования проволоки диаметром
0,10 мм и выше.
2-6. МАСЛЯНЫЕ ЭМАЛЬЛАКИ
Применяемые в производстве эмалированных прово-
дов лаки можно разделить на три основные группы:
1) масляные эмальлаки; 2) высокопрочные эмальлаки
на поливинилацеталевой (винифлекс, металвин) и поли-
амидно-резольной основах; 3) эмальлаки повышенной
нагревостойкости на полиэфирной, полиимидной и дру-
гих основах.
Масляные эмальлаки пока находят у нас некоторое
применение, поэтому ниже даются основные характери-
стики этих лаков.
В первых рецептурах масляных лаков у нас, помимо
льняного и тунгового масел и небольшого количества
резинатов, в качестве одного из основных компонентов
предусматривался гильсонит (природный асфальтит).
Масляно-асфальтовые лаки обладали хорошей крою-
щей способностью; они давали пленку равномерного гу-
сто-черного цвета и достаточно высокой электрической
прочности. Однако эти пленки обладали весьма малой
стойкостью против действия бензина и других раствори-
телей, а также ограниченной нагревостойкостью. Поэто-
му масляно-асфальтовые лаки были сменены масляно-
резинатными лаками, в состав которых входило 35—46%
(массы лаковой основы) тунгового масла, 26—36% по-
лимеризованного льняного масла, 26—29% резината
кальция и небольшое количество (0,4—2%) резината
марганца, который применялся при эмалировании про-
волоки диаметром 0,35 мм и выше. Эти лаки были тех-
нологичными и имели в качестве растворителя, как и
лаки предыдущих рецептур, керосин; замена гильсонита
резинатом кальция повысила бензиностойкость эмалевой
изоляции. Однако пленки этих лаков имели ряд сущест-
венных недостатков: ограниченную нагревостойкость и
невысокую механическую прочность; кроме того, эмале-
вые пленки не выдерживали воздействия бензола и по-
добных ему растворителей.
Дальнейшее улучшение рецептур масляных эмальла-
ков было достигнуто в результате замены значительной
части резината кальция модифицированными фенолаль-
дегидными смолами.
Из многочисленного ассортимента фенолалыдегидных
смол можно выделить следующие основные типы, при-
меняемые для изготовления лаков: 1) термореактивные
смолы (резолы), которые при нагревании переходят
в неплавкое и нерастворимое состояние; 2) термопла-
стичные смолы (новолаки), не утрачивающие способно-
сти после нагревания расплавляться и растворяться; эти
смолы часто применяются при изготовлении спиртовых
лаков; 3) термопластичные модифицированные (обычно
канифолью) смолы, которые известны под названием ис-
кусственных копалов.
В масляных эмальлаках применяется смола ксиле-
нольный копал, которая вырабатывается из продуктов
переработки торфа, содержащих ксиленольную группу.
Ксиленольный копал представляет собой малораство-
римую смолу, получаемую конденсацией ксиленола
(СНз)2С6Н3ОН и формальдегида в присутствии канифо-
ли с последующей эфиризациеи свооодных кислотных
групп глицерином. Этот копал разделяется (по цветно-
сти) на две марки: А и Б. Цветность 30%-ного раствора
ксиленольного копала марки А в бензоле должна быть
не темнее № 13 хромовой шкалы. Цветность копала
марки Б не нормируется.
Ксиленольный копал имеет температуру плавления
несколько выше 125 °C, кислотное число не выше 20;
растворимость его в бензоле и растительных маслах
средней степени полимеризации почти полная. Приме-
нение этой смолы вместо резината кальция значительно
повысило качество эмалированных проводов, в первую
очередь механическую прочность эмалевой изоляции.
В первых рецептурах новых масляных эмальлаков на
различных кабельных заводах содержание ксиленольного
копала было различным и колебалось в широких преде-
лах. Институтом НИИ К'П совместно с кабельными за-
водами была проведена работа по установлению опти-
мальных рецептур этих эмальлаков и их унификации.
В табл. 2-3 приведены маркировка и рецептуры приме-
няемых масляных эмальлаков и диапазоны диаметров
проволок, для эмалирования которых они предназна-
чаются. Изготовляемые в соответствии с этой таблицей
эмальлаки имеют повышенную вязкость и поэтому перед
эмалированием дополнительно разводятся керосином до
рабочей вязкости. В лаке МЛ-2 резинат марганца иногда
заменяется таким же количеством резината кальция. При
разведении лака МЛ-3 допускается добавка скипидара
(5% общего количества керосина). Наконец, при изго-
товлении лаков МЛ-1, МЛ-3 и МЛ-5 допускается приме-
та б л и ц а 2-3
Состав масляных эмальлаков
Рецептура основы лака, % (массы) Марка лака
МЛ-1 МЛ-2 МЛ-3 МЛ-6
Тунговое масло 46 21 18 45
Льняное полимеризованное масло 26 43 37 10
Ксиленольный копал 23 20 40 30
Резинат кальция 3 14 5 14
Резинат марганца 2 2 — 1
Итого 100 100 100 100
Керосин, % (основы) 100 100 100 100
Диапазон диаметров эмалируемой 0,44—2,44 0,10—0,19 0,05—0,09 0,20-0,41
проволоки, мм
пение а птиоксида нтов (гидрохинона или неозона ДУ
в количестве 0,2—0,3% массы основы лака, что предот-
вращает свертывание этих лаков, особенно в летнее вре-
мя.
2-7. СИНТЕТИЧЕСКИЕ ЭМАЛЬЛАКИ НОРМАЛЬНОЙ
НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
В СССР и за рубежом имеет место стремление за-
менять в обмоточных проводах различные волокнистые-
материалы эмалевой изоляцией, обладающей значитель-
но меньшей толщиной и повышенными электроизоляци-
онными свойствами.
Огромный практический интерес представляют син-
тетические лаки, которые дают высокопрочные эмаль-
пленки, допускающие применение для секционных обмо-
ток эмалированных проводов без дополнительной защи-
ты волокнистыми материалами.
а) Эмальлаки на поливинилацеталевой основе
(винифлекс и металвин)
Для создания эмалевой изоляции с повышенной ме-
ханической прочностью необходимы высокомолекулярные
соединения, обладающие высокими силами межмолеку-
лярного сцепления и дающие одновременно прочные,
эластичные и достаточно нагревостойкие пленки.
Анализ обширного ассортимента разработанных до
настоящего времени различных высокомолекулярных со-
единений показывает, что пригодными для этой цели яв-
ляются поливинилацеталевые, полиэфирные, полиурета-
новые, полиамидные и некоторые другие смолы, которые,
как будет показано ниже, содержат в своем составе мо-
лекулы как нитевидного, так и трехмерного строения.
Одним из основных промежуточных материалов при
изготовлении эмальлаков на поливинилацеталевой осно-
ве является поливиниловый спирт.
Обычно для получения поливинилового спирта берет-
ся спиртовой раствор поливинилацетата, который обра-
батывается спиртовыми растворами N’aO-H, НС1 или
H2SO4. Образующийся в результате этой реакции поли-
виниловый спирт выпадает в виде хлопьев; этот продукт
имеет в своем составе как гидроксильные, так и ацетиль-
ные группы.
При увеличении содержания ацетильных групп до
некоторого предела (40°/о) повышается растворимость
поливинилового спирта в воде. При наличии более 50%
ацетильных групп поливиниловый спирт в воде нерас-
творим, однако сохраняет хорошую растворимость в эти-
ловом спирте. Пленки, получаемые из растворов поли-
винилового спирта, обладают достаточно высокими свой-
ствами: они прочны и эластичны, а также стойки против
действия ряда органических растворителей и смазочных
веществ. Однако эти пленки нестойки против действия
спирта и воды.
Так как водорастворимость эмалевых покрытий со-
вершенно недопустима и пленки из поливинилового
спирта обладают очень низкими электроизоляционными
свойствами, существенно важным является создание во-
донерастворимых соединений поливинилового спирта.
Среди реакций, приводящих к успеху в этом направле-
нии, особый интерес представляет образование ацета-
лей.
Ацеталями называются простые эфиры, которые полу-
чаются конденсацией двух молекул спирта с одной моле-
кулой альдегида с отщеплением одной молекулы воды:
С2Н5О-Н
+ о=сн—сн3
С2Н5О II
атиловый спирт п.цета.пьВегиВ
ОДД
СН-СН3 + н2о
CgHgO
ацеталь
Помимо указанного общего обозначения, термином
«ацеталь» пользуются также для обозначения продуктов
взаимодействия спиртов с ацетальдегидом. Продукт
взаимодействия поливинилового спирта и формальдегида
называется поливинилформалем, поливинилового спир-
та и масляного альдегида—поливинилбутиралем и т. д.
Таким образом, реакцию получения поливинилформа-
ля можно представить следующим образом:
“СН—СН2—СН—СН2—СН—СН,—СН—СН,—СН—СН, — +
I | I I I 2
он он он он он
4- хСН2О
—сн-сн,—сн—сн,—сн-сн2—сн—сн2—сн—сн2— +
I 2 I " L । 1
о—сн2—о (>н о—сн2—о
Смола поливииилформаль (ГОСТ 10758-64) по внеш-
нему виду представляет собой крупные частицы светло-
желтого цвета с содержанием поливинилформаля в пре-
делах 68—72% и влаги не более 3%. Она является ис-
ходным материалом для изготовления высокопрочных
эмальлаков. Поливииилформаль и резольная смола яв-
ляются основой американского эмальлака «формекс».
Этот лак имеет ограниченную растворимость в органиче-
ских растворителях. В частности, для условий эмалиро-
вания в качестве растворителя наиболее подходящим
оказался крезол, который, как указывалось выше, обла-
дает повышенной токсичностью и его применение требует
осуществления ряда специальных мероприятий в цехах.
Уменьшения токсичности этих лаков можно достигнуть,
применяя в качестве растворителя смесь крезола и соль-
вента и иногда в качестве разбавителя целлозольв.
Отечественный эмальлак металвин (марка ВЛ-941,
ГОСТ 10960-64) представляет собой раствор поливинил-
формаля, феноло-формальдетидной смолы резол-300
(ГОСТ 10759-64) и стабилизатора (триэтаноламина)
в метапаракрезоле и сольвенте. Готовый лак содержит
не менее 15,8% лаковой основы, остальное—раствори-
тель. Поливииилформаль и резольная смола берутся
в соотношении 2:1, метапаракрезол и сольвент — в со-
отношении примерно 1,5: 1.
Смола винифлекс, растворимая по сравнению с поли-
винилформалем в менее токсичных высококипящих рас-
творителях, является смешанным ацеталем, т. е. продук-
том взаимодействия поливинилового спирта, формальде-
гида и ацетальдегида, и образуется по следующей схеме:
“ун—сн2~сн—СН2—СН—СН2—СН—СН2—СН—СН2™ +
он он он он он
4- пСН2О + mCHgCHO -
СН“СН2— сн-сн2—сн-сн,—сн-сн?-сн— СН,— +
I I I I z I 2
о—сн2—о он о-сн —о
+ (и + m)H2O
При гидролизе поливинилацетата он омыляется не-
полностью, и поэтому в продукте гидролиза имеются как
гидроксильные, так и ацетильные группы, которые ча-
стйчно сохраняются и в указанном выше сложном аце-
тале, названном у нас поливинилформальэтилалем. Та-
ким образом, химическое строение последнего схемати-
чески представляется следующим образом:
-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CHz-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-
о—СН2—О ОН О—СН—О ОСОСНз
ОНз
На поливинилформальэтилалевую смолу распростра-
няется ГОСТ 10400-63. В соответствии со стандартом эта
смола должна быть в виде кусков .размером до 10 мм
от белого до светло-желтого цвета. Ее растворимость
в растворителе, применяемом для лака винифлекс, долж-
на быть не менее 99,5%, зольность не более 0,2% и со-
держание влаги не выше 3%.
Существенное значение для качества смолы имеет со-
отношение формальных и этилальных групп. Одно вре-
мя это соотношение снизилось до 0,7—0,8 и, возможно,
являлось одной из причин снижения качества эмалевой
изоляции проводов винифлекс. В соответствии с ГОСТ
10400-63 содержание формальных групп в смоле должно
быть не менее 20%, соотношение между формальными
и этилальными группами — не менее 1,00. Помимо ука-
занной смолы, в состав лака ВЛ-931 (новая марка лака
винифлекс) входит раствор ФЦ (ГОСТ 10401-63). Он
является раствором фенолформальдегидной смолы
в этилцеллрзольве и представляет собой однородную
прозрачную жидкость от желтого до красно-коричневого
цвета с содержанием смолы в пределах 45—55% и сво-
бодного ф'епола не более 14%.
Лак В Л -93'1 (ГОСТ 10402-63) представляет собой
вязкую жидкость желтого или светло-коричневого цвета
с сухим остатком в пределах 20—25%. Условная вяз-
кость этого лака по вискозиметру ВЗ-1 (сопло 0 5,4 мм)
должна быть в пределах 300—600 сек, в то время как
у лака ВЛ-941 (металвин) при значительно меньшем су-
хом остатке условная вязкость может доходить до
800 сек. Этим объясняются трудности изготовления круг-
лых и прямоугольных эмалированных проводов крупных
сечений (с повышенной толщиной эмалевой пленки)
с применением лака ВЛ-941.
Создание высокопрочных эмалей возможно на оспо-
ве ацеталя, получаемого в результате взаимодействия
поливинилового спирта и масляного альдегида:
сн2—сн—сн2—сн—сн2—сн—а$г—СН— + жС3Н7СНО
он он он он
—CHg—СН—СН2-СН~СН2.-^СН—СН2—СН—- + жн2о
о—сн—о СУ—сн—о
I I
CHZ сн2
сн2 сн2
сн3 сн3
Длинные боковые группы поливинилбутираля прида-
ют ему мягкость и эластичность. Однако с увеличением
размеров боковых цепей ухудшается водостойкость аце-
талей и повышается их растворимость. Из рассмотрен-
ных выше поливинилацеталей поливинилформаль имеет
наиболее короткие боковые цепи, поэтому эта смола об-
ладает наименьшей растворимостью в обычно применяе-
мых растворителях и в то же время повышенной влаго-
стойкостью. Наоборот, поливинилбутираль растворим
даже в этиловом и бутиловом спиртах, но имеет не-
сколько пониженную водостойкость. Поливинилбутираль
иногда применяется для дополнительных термопластич-
ных покрытий эмалированных проводов марки ПЭВД.
б) Эмальлаки на полиамидной основе
Полиамидные смолы представляют до сих пор инте-
рес в качестве лаковой основы в производстве эмалиро-
ванных проводов. Для нас пока особое значение имеют
полиамиды следующего химического строения:
—N!H,(CH2) gCONH (СН2) s'CO—... —... (капрон, пер-
лон и т. п.);
—NH (СН2) 6NHCO (СН2) 4CONH (СН2) 6—>
—>1NHCO(CH2) 4СО—... (найлон, анид и т. п.).
Поликонденсацией соответствующих аминокислот по-
лучаются также энант [—OC(CH2)6NlHCO(CH2)6N!H—...],
пеларгон [OC(CH2)gNHCO(CH2)6NH—.. .], ундекан
[ОС (СН2) joNHCO (СН2) 10NH—...] и пр.
Полиамидные смолы нерастворимы в бензине, бен-
золе, ацетоне, хлороформе и других активных раствори-
телях, и так как высюр растворителей для этих смол
крайне ограничен, в экспериментальных работах .в каче-
стве растворителя обычно применяются фенол, а также
смеси фенол-ксилол, фенол-сольвент, крезол-ксилол
и др.
В НИИ КП был разработан лак ПЛ-'l на основе по-
лиамидной смолы кайрой и термореактивной резольной
смолы при применении в качестве растворителя смеси
трикрезола и ароматических углеводородов (ксилол,
сольвент). Этот лак давал эластичные пленки с высокой
механической прочностью, но имел существенный недо-
статок, заключающийся в том, что растворитель этого
лака требовал в процессе эмалирования соблюдения
строгих мер предосторожности, так как при попадании
его на кожу возможны небольшие ожоги и раздраже-
ния. В связи с этим большую практическую ценность
представляла работа по устранению указанного недо-
статка. Решение этой задачи оказалось возможным при
применении смешанных полиамидных смол (сополиме-
ров), для которых имеется более широкий выбор рас-
творителей. В частности, смешанные полиамиды могут
быть получены путем совместной полимеризации капро-
лактама и других мономеров. Наиболее широкое распро-
странение среди смол этого типа получил сополимер ка-
пролактама и соли АГ (адипиновокислого гексаметилен-
диамина)
H2N (СН2) 6NH3OCO (СН2)4СООН.
При совместной полимеризации капролактама и соли
АГ образуется полиамидная смола, имеющая следующее
строение:
—NH (СН2) SN'HOC (СН2) 4CONH (СН2) 6CONH (СН2) SNH
Такой сополимер обладает способностью растворять-
ся не только в феноле, крезоле и пр., но и в спиртах
(метиловом, этиловом и др.). Однако спирты обладают
чрезмерной летучестью и быстро испаряются из эмалиро-
вочных ванн. Вследствие этого затрудняется 'процесс
эмалирования, так как вязкость лаковых растворов из-
меняется очень резко; кроме того, из-за быстрого испа-
рения спирта в эмальпечи не удается получить ровную
поверхность эмалированных проводов. Поэтому жела-
тельным является применение более высококипящих рас-
творителей. Однако в этом случае растворы не являются
стабильными при комнатной температуре. Например,
при попытке создания лака раздельным растворением
полиамида и резольной смолы в горячем этилцеллозоль-
ве с последующим смешением растворов получался про-
зрачный лак, который, однако, желатинизировался при
охлаждении.
В связи с этим был разработан метод изготовления
лака, дающий возможность получать стабильные раство-
ры в тех растворителях, в которых смешанные полиами-
ды растворимы ограниченно. По этому методу полиамид
сначала растворяется в смеси крезола и фенола. Затем
в полученный раствор постепенно добавляется формаль-
дегид, который при последующем нагревании конденси-
руется с фенолом, образуя фенолформальдегидную смо-
лу. Реакционная смесь затем растворяется в этилцелло-
зольве.
Новый способ позволяет получить высококонцентри-
рованный лак при малых вязкостях. В частности, содер-
жание основы в .лаке ПЛ-2 при рабочей вязкости колеб-
лется от 36 до 42%; при этой же вязкости концентрация
лака ВЛ-931 (винифлекс) не более 23—25%, а лака
ВЛ-941 (металвин) не более 15—16%.
В процессе изготовления лака ПЛ-2 вода, содержа-
щаяся в исходных продуктах-—формалине и аммиаке и
выделяющаяся в процессе конденсации фенола с фор-
мальдегидом, не удаляется из сферы реакции, а остает-
ся в составе растворителя :в количестве до 30%'. В этом
заключается качественное отличие лака ПЛ-2 от дру-
гих известных эмальлаков, приближающее его к водно-
коллоидным лакам.
Проведенными исследованиями было установлено
оптимальное соотношение (1:1) полиамидной и резоль-
ных смол в плеикообразующей части эмальлака. Даль-
нейшей работой было установлено, что в процессе плен-
кообразования между обеими смолами имеет место
химическое взаимодействие.
Характеристика свойств эмалированных проводов на
полиамиднорезольных лаках подробно изложена ниже.
Здесь мы только отметим, что некоторые полиамидные
соединения до последнего времени находят применение
в композиции с другими высококачественными полиме-
рами (полиамидоизоцианатные, полиамидоимидные ла-
ки и др.).
2-8. ЭМАЛЬЛАКИ НА ПОЛИУРЁТАНОЙЫХ
И ЭПОКСИДНЫХ СМОЛАХ
Пленки полиуретановых лаков обладают высокими
механическими и электроизоляционными свойствами и
способностью расплавляться в жидком олове или его
сплавах; при этом эмалированный провод обслуживает-
ся без зачистки от изоляции и применения флюсов. По-
лиуретаны являются продуктами взаимодействия диизо-
цианатов с гидроксилсодержащими соединениями. В об-
'щем виде реакция получения полиуретанов может быть
представлена следующим образом:
х HOROH+х OCNR'iNCO—>(—OROCONHR'NHCO—) ж.
Для изготовления полиуретанов наиболее целесооб-
разным является применение ароматического диизоциа-
ната — толуилендиизоцианата
который получается взаимодействием голуилендиамина
с фосгеном и производство которого освоено нашей
химической промышленностью.
Для получения эмальлаков весьма желательными яв-
ляются соединения с пространственной структурой, обра-
зующие твердую и нерастворимую эмалевую пленку.
Поэтому в качестве исходных гидроксилсодержащих
продуктов должны быть взяты соединения, содержащие
не менее трех гидроксильных групп (глицерин, гексан-
триол, пентаэритрит и т. п.). Для получения полиурета-
нов эти соединения предварительно этерифицируются
двухосновными карбоновыми кислотами: адипиновой,
фталевой и т. п., причем реакция этерификации прово-
дится таким образом, что получающиеся полиэфиры со-
держат свободные гидроксильные группы, способные
к дальнейшим реакциям с диизоцианатами и образова-
нию трехмерных соединений.
Изоцианаты являются весьма реакционноспособными
веществами; при смешении их с полиэфирами даже при
комнатной температуре через некоторое время между
ними происходит реакция. Для изготовления эмальла-
ков, которые должны быть стабильными при транспор-
тировке и длительном хранении, должны применяться
стабилизированные (так называемые «замаскирован-
ные») диизоцианаты, при использовании которых полу-
чаются лаки горячей сушки. Стабилизированные диизо-
цианаты получаются при реакциях с фенолами, крезо-
лами и пр. по схеме
NCO
NCO
В этом случае активная группа — N = C = O блокиру-
ется фенолом и, таким образом, диизоцианат переходит
в монофенилуретан, теряя при обычной температуре
свою реакционную способность. Вторая активная груп-
па— N = C = O при смешении с полиэфиром реагирует
со свободными группами ОН, в результате чего моно-
фенилуретан становится полностью блокированным и
весьма устойчивым при нормальной температуре; кроме
того, блокированные диизоцианаты являются нетоксич-
ными.
При повышенных температурах (180 °C и выше) мо-
нофенилуретан разлагается на исходные вещества —
фенол и диизиционат, что и используется при эмалиро-
вании, так как диизоцианат вступает в более глубокую
реакцию со вторым компонентом лака — полиэфиром,
образуя нерастворимые эластичные эмальпленки.
Полиуретановый эмальлак разработан в НИИКП
канд. техн, наук И. М. Майофис и сотрудниками
ГИПИ-4. В процессе этой работы были опробованы раз-
личные полиэфиры, причем практически наиболее удоб-
ным явилось применение полиэфира 976, разработан-
ного ГИПИ-4 и выпускаемого отечественными лакокра-
сочными заводами. Растворителем полиуретанового ла-
ка пока является циклогексанол, который является так-
же растворителем лака 976. Как показала проведенная
работа, для эмальлаков могут быть использованы и
другие растворители, например смесь циклогексанола,
ксилола й бутил ацетата. Для улучшения растекаемости
лака и повышения качества поверхности эмалевого по-
крытия в лак добавляется небольшое количество (5—
6%) поливинилацеталевой смолы. Почти аналогичный
эффект дает такая же добавка полиамидной смолы.
Эпоксидные смолы получаются в результате
взаимодействия эпихлоргидрина
СН2—СН—СН2С1
и многоатомных фенолов, из которых наибольшее при-
менение до последнего времени находит дифенилолпропан
Обозначим эту молекулу сокращенно НО—R—ОН.
В результате ряда реакций конденсации и полимериза-
ции получаются эпоксиды примерно следующего строе-
ния:
, сн2— СНСН2—(OROCH^CHCH^— OROCHgCH—СН.,
он
Концевые группы ’-^г
называются эпо-
ксигруппами, откуда эти смолы и получили название
эпоксидных. Чем больше отношение числа молекул эпи-
хлоргидрина к числу молекул дифенилолпропана, тем
меньше молекулярная масса эпоксидных соединений.
Так, если в приведенной выше химической формуле
п<1, получаются жидкие низкомолекулярные смолы;
при п>1 получаются твердые смолы, которые размяг-
чаются при нагревании.
Эпоксигруппы химически весьма активны и при до-
бавлении к эпоксидным смолам ряда веществ (отверди-
телей) легко вступают с ними в реакцию, в результате
чего образуются твердые и прочные полимеры без зна-
Чительного выделения летучих веществ. Поэтому эпо-
ксидные смолы широко используются для получения
заливочных, пропиточных, герметизирующих и других
составов. За рубежом эпоксидные смолы применяются
и для изготовления эмалированных проводов. Такие
провода по нагревостойкости относятся к классу В и
отличаются повышенной стойкостью к кратковременным
перегревам (при коротких замыканиях), превосходя
в этом отношении эмалированные провода на поливи-
нилацеталевых и полиэфирных лаках.
Повышения нагревостойкости эмалированных прово-
дов на эпоксидных лаках можно достигнуть дополни-
тельным покрытием их полиэфирными лаками. В США
такие провода выпускаются под названием термалез В.
2-9. ПОЛИЭФИРНЫЕ ЭМАЛЬЛАКИ
Основой этих лаков является полиэтилентерефталат.
Он принципиально может быть получен в результате ре-
акции конденсации терефталевой кислоты и двухатом-
ного спирта этиленгликоля:
п(НОС11'2^СН2ОН) + пНООС—U у—соон ——
——носи2—СН2ООСН' у—соосн2—сн2оос—е' у-СООСН2— +
+ 2лН2О
На практике полиэтилентерефталат получается не-
сколько более сложным путем, в две стадии. Сначала
при 180 °C в присутствии катализатора РЬО получают
дигликолевый эфир терефталевой кислоты, который по-
том подвергается поликонденсации по следующей схеме:
пно(:н2сн2--оос—V-ooc—сн2сн2он
-ос
соо~-сн2сн2соо
со— +
+ (2п- 1)НОСН2СН2ОН
Путем выдавливания расплава полиэтилентерефтала-
та через фильеры получают нити, которые при 70—80 °C
получают ориентацию с помощью вытяжки (волокно
лавсан). Лавсановые пленки получаются выдавливани-
ем через щелевую фильеру.
Для изготовления эмальлаков применяются поли-
эфиры, которые получаются при поликонденсации тере-
фталевой кислоты (диметилового эфира этой кислоты)
с глицерином, поэтому этот полиэфир имеет следующее
примерное строение:
Всесоюзным электротехническим институтом (ВЭИ)
разработаны рецептура и технология изготовления поли-
эфирного лака ПЭ-943, который находит широкое при-
менение для изготовления высокопрочных эмалирован-
ных проводов повышенной нагревостойкости (класс В).
Для этого в реактор вводят глицерин и двухатомный
спирт (этиленгликоль) и нагревают их до 160—165 °C,
затем в реактор добавляется диметилтерефталат
(1 моль диметилтерефталата на 1,3 моля многоатомного
спирта), после чего начинается и длится до 30 ч реак-
ция переэтерификации с выделением метилового спирта.
Процесс завершается после добавления в реакционную
смесь небольшого количества трикрезола. Полученный
полимер растворяется в смеси трикрезола и сольвента
каменноугольного (80:20); кроме того, в лак добав-
ляется металлоорганическое соединение, которое являет-
ся катализатором процесса пленкообразования при эма-
лировании. Пленкообразующая часть этого лака состав-
ляет около 40—45%- В НИИ кабельной промышлен-
ности разработан другой полиэфирный лак ПЭ-939,
в котором полиэфир аналогичен полиэфиру лака ПЭ-943,
но получается он несколько другим путем, а именно
воздействием на расплавленный полиэтилентерефталат
(смола лавсан) глицерина, в результате чего часть
остатков молекул этиленгликоля в полимерной цепи
замещается остатками молекул глицерина; такая реак-
ция происходит по следующей схеме:
Оптимальными свойствами обладает полимер, у ко-
торого 40%' остатков молекул этиленгликоля замещены
остатками молекул глицерина, которые способствуют
при эмалировании образованию пространственной
структуры. Растворителем этого лака является также
смесь трикрезола и сольвента каменноугольного (как и
для лака ПЭ-943). Описанный способ получения эмаль-
лака ПЭ-939 дает возможность использовать при его
изготовлении чистые обрезки полиэтилентерефталатных
пленок и волокон и другие отходы смолы лавсан.
Помимо повышенной нагревостойкости, полиэфирные
пленки обладают достаточно хорошими механическими
свойствами, эластичностью и стойкостью к воздействию
многих растворителей. Основным недостатком этих эма-
лей является недостаточная стойкость к быстрым и
кратковременным воздействиям повышенных температур
(тепловому удару). Объясняется это большим количест-
вом поперечных связей и близким взаимным располо-
жением молекулярных цепей, что в такой прочно свя-
занной системе при изгибах вызывает напряженное со-
стояние на отдельных участках пленки и при известных
условиях приводит к разрушению структуры (появле-
нию трещин и т. п.). Эмали, полученные на лаке ПЭ-939,
обладают в этом отношении некоторым преимуществом
в сравнении с пленками на лаке ПЭ-943.
Все упомянутые эмальлаки содержат только 15—
35% пленкообразующих веществ; остальную часть со-
ставляют растворители, которые при эмалировании про-
волоки испаряются и выбрасываются в атмосферу.
Исследования, проведенное в НИИКП, показали,
что переэтерификацией полиэтиленфтерефталата глице-
рином можно получить полимер, который дает возмож-
ность эмалировать проволоку без применения раствори-
теля (эмалирование из расплава). Такой полимер
(смола ТС-1) должен содержать 40—70 гидроксильных
групп на 100 структурных единиц полимера, что дости-
гается в том случае, если переэтерефикацию вести при
таких примерных соотношениях ингредиентов: смолы
лавсан (полиэтилентерефталата) 82,7%, глицерина
17,3%. Кроме того, в реакционную смесь добавляется
окись свинца (или окись магния) в количестве 0,06%
массы смолы лавсан и глицерина. Такой продукт имеет
температуру каплепадения по Уббелоде в пределах
ПО—120 °C. К проводам, которые эмалируются из рас-
плава смолы ТС-1, предъявляются такие же требования,
как и к проводам на полиэфирных лаках ПЭ-943 и
ПЭ-939.
Требуемую для эмалирования вязкость смола ТС-1
приобретает при 180—185 °C. Если в смолу ТС-1 доба-
вить некоторое количество эпоксидной смолы ЭД-5,
вязкость расплава значительно снизится (рис. 2-1), что
Рис. 2-1. Зависимость вяз-
кости различных смол от
температуры.
/ — смола ТС-1; 2 — компози-
ционная смола с соотношением
количеств смол ТС-1 и эпоксид-
ной смолы ЭД-5 1,0: 0,2; 3~
то же с соотношением коли-
честв указанных смол 1,0: 0,4. 4
120 М-0 1БО 180 200 220
Температура, °C
дает возможность при эмалировании проволоки соста-
вом, в котором соотношение количеств указанных смол
составляет 1,0:0,4, снизить температуру расплава на
45—50 °C по сравнению с температурой при применении
одной смолы ТС-1. В этом случае значительно умень-
шается переход тепла в окружающую -среду и предот-
вращается затвердевание смолы в узких, обычно более
нагреваемых местах, а также в калибрах, когда проис-
ходит обрыв эмалируемой проволоки и движение смолы
через калибры прекращается. Последнее обстоятельство
имеет существенное значение при эмалировании прово-
локи малых сечений (диаметром 0,35 мм и меньше).
При эмалировании проволоки крупных сечений (диа-
метром 1,40 мм и более) необходимо, чтобы снижение
температуры расплава, которое будет происходить
вследствие значительного отвода тепла толстой прово-
локой, не вызывало недопустимого повышения вязкости
и изменения технологического режима эмалирования.
Из рис. 2-1 нетрудно убедиться, что изменение вязкости
в пределах 160—200°C у состава с добавлением 40%
эпоксидной смолы ЭД-5 происходит медленнее, чем
у одной смолы ТС-1. Поэтому возможно, что для
эмалирования проволоки малых сечений (диаметром
0,35 мм и меньше), а также крупных сечений (диамет-
ром 1,40 мм и более) целесообразно будет применение
состава с добавлением смолы ЭД-5, а для наиболее
ходовых размеров проволоки (диаметром 0,40—1,35 мм)
применять одну смолу ТС-1, которая к тому же значи-
тельно дешевле по сравнению -с композиционными со-
ставами.
2-10. ЭМАЛЬЛАКИ ПОВЫШЕННОЙ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
Многочисленные попытки использовать для нагрево-
стойких проводов кремнийорганические лаки не дали
положительных результатов. Из этой группы отечест-
венных эмальлаков представляет интерес модифициро-
ванный блокполимерный (кремнийорганический) лак
К-62, разработанный ВЭИ. Повышение нагревостойкости
эмалевых пленок при применении этого лака достигает-
ся при эмалировании медной никелированной или нике-
левой проволоки. Однако эти эмалевые пленки обла-
дают повышенной термопластичностью и пониженной
механической прочностью, что пока существенно ограни-
чивает область применения этих проводов. Поэтому
иногда такая эмалевая изоляция комбинируется со стек-
ловолокнистой обмоткой (провода марки ПНЭТСО).
Ё настоящее время значительное внимание уделяет-
ся электроизоляционным материалам высокой нагрево-
стойкости на основе нового т'йпа полимерных соедине-
ний— нолиимидов. Фирма Дюпон (США) выпускает
эти материалы под общим названием «Руге ML» или
«ML». Пленки из этих материалов выпускаются под на-
званием «Н-пленки». Большой интерес представляют
эмалевые лаки с применением для их изготовления по-
лиимидных соединений.
Из большой группы полиимидных соединений особый
интерес представляет полипиромеллитимиды, которые
получаются в результате поликонденсации диангидрида
пиромеллитовой кислоты и диаминов.
Пиромеллитовая кислота и ее диангидрид имеют
следующее строение:
В результате химической реакции диангидрида пиро-
меллитовой кислоты с диаминами получается соедине-
ние следующего типа:
Из диаминов лучшие результаты дает применение
диаминодифенилового эфира
Высокая нагревостойкость этих соединений объясня-
ется их строением — большим содержанием ароматиче-
ских колец, симметричностью структуры и т. п. Они име-
ют высокую температуру плавления (практически выше
температуры разложения) и нерастворимы в обычно
применяемых растворителях Чтобы получить раствори-
мые эмальлаки, процесс поликонденсации диангидрида
с диамином не доводят до конечной стадии, а получают
промежуточное соединение, представляющее полиимид-
ную кислоту:
В процессе пленкообразования происходит замыка-
ние боковых групп у бензольного кольца с выделением
воды, и строение молекул пленок получает следующий
вид:
Благодаря линейно-кольчатой структуре новые плен-
ки обладают высокой стойкостью против тепловых уда-
ров. По результатам отдельных испытаний новые эма-
лированные провода, будучи навиты на стержень соб-
ственного диаметра, выдерживают в течение 1 ч тепло-
вой удар при 400 °C.
По нагревостойкости полиимидные эмалированные
провода превосходят все другие существующие виды
эмалевых проводов. .На основании проведенных иссле-
дований по методике МЭК эти провода длительно (не
менее 20 000 «) могут работать при 220 °C и выше.
Производство полиимидпых лаков связано с приме-
нением весьма дефицитных, дорогих и трудно получае-
мых (из-за весьма высокой "токсичности) материалов.
В связи с этим интерес представляет применение поли-
эфирных и полиамидных эмальлаков, модифицирован-
ных полиимидными соединениями.
У нас и за рубежом этим лакам в настоящее время
уделяется большое внимание. В частности в ФРГ эти
лаки изготовляет фирма Д-р Бек и К°, выпуская их
под марками «Теребек FH», «Теребек FNSi» и др. Ряд
таких же лаков под марками Е-3511 НТВ41, Е3511
НТВ46 и др. изготовляет и другая немецкая фирма
Курт Херберте. Австрийская фирма Рембрантин выпу-
скает эти лаки под марками «Ремид ТТ-1» и «Ремид
ТК-2»; эмалированные провода на этих лаках по нагре-
востойкости относятся к классу F. Проведенные испы-
тания проводов на этих лаках показали их значитель-
ные преимущества перед многими другими видами эма-
лированных проводов: высокая эластичность, стойкость
против теплового удара при 180 °C и навивании на одно-
кратный диаметр, хорошая механическая прочность эма-
левой изоляции (при испытании истиранием провода
диаметром 1,25 мм выдерживают до 190 ходов иглы),
пониженная термопластичность, высокая стойкость про-
тив действия таких растворителей, как бензол, толуол,
ксилол и т. п., а также против действия минерального
масла, фреона-12 и даже фреона-22.
Наконец, эмалированные провода на полиэфироимид-
ных лаках обладают очень хорошими электроизоляци-
онными свойствами; по нашим исследованиям проводов
диаметром 1,25 мм пробивное напряжение (при D—d~
~0,04-ь0,05 мм) находится в пределах 6 800—8 800 в;
сопротивление изоляции при 20 °C и 80% относитель-
ной влажности (5,0-ь5,2) • 104 Мом-км-, tg б при 180°С
равен около 0,004 и т. д. В СССР эти провода пока
в ограниченном количестве выпускаются под маркой
ПЭТ-155А. Кроме того, в ВЭЙ разработан новый
высокопрочный эмальлак на эфироциануратной основе
и на нем могут изготовлять эмалированные провода
марки ПЭТ-155Б, которые также предназначаются для
работы при температурах до 155 °C. Преимущество это-
го лака заключается в наличии широкой сырьевой базы
для его изготовления, однако по нагревостойкости • и
некоторым другим характеристикам провода на этом
лаке уступают проводам марки ПЭТ-155А, изготовлен-
ным с применением лаков на полиэфироимидной основе.
В очень ограниченном количестве в СССР изготов-
ляются провода марок ПЭФ-1 и ПЭФ-2, изолированные
покрытием из суспензии фторопласта-4Д. Эти провода
предназначаются для изготовления обмоток электриче-
ских машин и аппаратов для рабочих температур до
200 °C. Хотя изоляция этих проводов отличается повы-
шенной стойкостью против воздействия влаги и агрес-
сивных сред, производство их связано с очень большими
технологическими трудностями и вряд ли перспективно.
Из изложенного выше нетрудно заключить, что тех-
нология получения чистых полиимидных лаков очень
сложна; кроме того, эти лаки очень дороги и в то же
время обладают пониженной механической прочностью
эмалевой изоляции. Наконец, производство этих лаков
трудоемко и требует специального технологического
оборудования. В связи с этим ведутся интенсивные ра-
боты по созданию новых типов нагревостойких эмаль-
лаков на более подходящей химической основе. В этом
отношении перспективным объектом для всестороннего
исследования являются новейшие эмальлаки на хидан-
тоиновой и полипирролидоновой основах, которые не-
которыми зарубежными фирмами рекомендуются для
производства эмалированных проводов повышенной на-
гревостойкости.
Одним из основных исходных материалов при изго-
товлении эмальлаков на хидантоиновой основе является
парабановая кислота, которая имеет следующее строе-
ние:
NH—СО
со
NH—СО
Исходный материал при непосредственном изготов-
лении нового лака хидантоин имеет следующее при-
мерное строение молекул:
NH—СО
СО
NH—СН2
Таблица 2-4
Сравнительные характеристики новых нагревостойких эмальлаков
X арактеристика Показатель Полиэтилентере- фталатный лак Полиэфиро- имидный лак Модифициро- ванный поли- имидный лак Полипирроли- доновый лак
Эластичность в состоянии по- ставки Кратность диаметров 1 1 1 1
'Тепловой удар при навивании на однократный диаметр °C 150 180 200 220
Эластичность после старения при 180® С в течение: £
24 ч Кратность диаметров при навивании 1 1 1 1
72 ч То же 2 2 2 2 '
Прочность на истирание Среднее число ходов иг- лы 45 51 65 67
Термопластичность (испытание продавливанием) °C 296 278 292 337
Пробивное напряжение (среднее значение) в 4100 3 800 4 800 4 400
Число точечных повреждений На длине 15 м 0/1 0/0 1/0 0/0
Характеристика Показатель
Стойкость против воздействия растворителей и воды:
спирт, 30 мин, 60° С Марка истирающего ка- рандаша
бензол, 30 мин, 60° С То же
вода, 30 мин, 90° С Я я
растворители (нормы DIN) 30 мин, 60° С я я
Эластичность после предвари- тельного растяжения:
на 10% Кратность диаметров при навивании
. на 20% То же
на 25% я я
•Стойкость при очень сильных перегревах (150 в, 375° С) Часы до пробоя
Начало роста tg 8 при нагреве °C
Продолжение табл. 2-4
Полиэтилентере- фталатный лак Полиэфиро- ИМИДНЫЙ лак Модифициро- ванный поли- имидиый лак Полипирроли- доиовый лак
(24-3) Н ЗН (34-4) Н 5Н
ЗН ЗН (34-4)Н 5Н
2Н 2Н ЗН 4Н
ЗН ЗН (34-4) Н 5Н
1 1 1 1
1 2 1 1
2 2 2 1
Пробой при на- греве 1,5 9,5 10,2
150 170 180 190
Несомненный интерес представляет эмальлйк
австрийской фирмы Петер Штолль, который имеет до
35% такой лаковой основы. Эмалированные провода
диаметром 0,8 мм при толщине эмалевой изоляции
D—tZ=0,05 мм выдерживают тепловой удар при предва-
рительном навивании на однократный диаметр при
160—180—200°C. При испытании на эластичность после
72 ч пребывания при таких температурах провода вы-
держивают навивание на одно-двукратный диаметр.
Эмалированные провода обладают высокой механиче-
ской прочностью эмалевой изоляции; пробивное напря-
жение при толщине эмалевой пленки (D—d) около
0,05 мм не менее 5 кв. Сопротивление изоляции этих
проводов после 24 ч пребывания при 80% относитель-
ной влажности составляет около 2- 105 Мом~км. Ука-
занная фирма относит эмалированные провода на этих
лаках к классу Н.
Другим интересным объектом для всестороннего ис-
следования является эмальлак на полипирролидоновой
основе, который рекламируется фирмой Шрамм (ФРГ).
По данным этой фирмы, лак на полипирролидоновой
основе заметно превосходит полиэфирные, полиэфиро-
иммдные и другие модифицированные полиимидные
эмальлаки. Это подтверждается результатами проведен-
ных фирмой сравнительных исследований эмалирован-
ных проводов диаметром 0,8 мм, приведенными
в табл. 2-4. Эти данные показывают явную целесообраз-
ность тщательной проверки новейших лаков на полипир-
ролидоновой основе, а также эмальлака Constantal
Drahtlack, так как они обладают очень высокой нагре-
востойкостью, хорошими физико-механическими свойст-
вами и в то же время лишены тех недостатков, которые
имеют чисто полиимидные лаки.
Глава третья
ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМАЛИРОВАННЫХ
ПРОВОДОВ
3-1. МЕТОДЫ НАЛОЖЕНИЯ ЭМАЛЬЛАКА НА ПРОВОЛОКУ
Перед изложением методов нанесения эмальлака на
проволоку следует ознакомиться с некоторыми физиче-
скими явлениями, знание которых обязательно для по-
нимания технологии эмалирования. В первую очередь
это относится к природе сил поверхностного натяжения.
Известно стремление замкнутых объемов жидкостей
сократить до минимальных размеров свою поверхность.
Это подтверждается .сферической формой мелких капель
различных жидкостей, причем особенно заметно это
проявляется, .например, у ртути, мыльных пленок и т. п.
Объясним причину этого явления для жидкостей.
Каждая молекула жидкости окружена со всех сторон
другими молекулами и испытывает равномерное притя-
жение во всех направлениях. Совершенно другая кар-
тина имеет место на поверхности жидкости. Здесь мо-
лекулы, частично выступающие на поверхность жидко-
сти, также испытывают в пределах жидкой фазы
сильное притяжение, направленное нормально к поверх-
ности внутрь жидкости. Однако эти молекулы не имеют
уравновешивающего притяжения со стороны газообраз-
ной фазы и поэтому втягиваются внутрь жидкости. Так
как такое втягивание молекул происходит гораздо ин-
тенсивнее, чем выталкивание их на поверхность, то
число молекул в поверхностном слое постепенно умень-
шается, пока площадь этого елся не станет наименьшей
при данных условиях.
Среднее расстояние между молекулами у разных
жидкостей находится в пределах 3-10~8—8-10_8 см.
С увеличением этого расстояния взаимодействие между
молекулами быстро убывает и становится весьма сла-
бым при расстоянии между молекулами более 107 см
(радиус молекулярного действия). Толщина поверхност-
ного слоя, в котором происходят описанные выше явле-
ния, определяется радиусом молекулярного действия и
примерно равна этой величине.
Для увеличения поверхности жидкости необходимо
затратить работу на преодоление притяжения молекул
внутрь жидкости, причем величина работы, затрачивае-
мой на одну молекулу, может быть определена.
Поверхностным натяжением о (дин/см или эрг/см2)
называется работа, необходимая для образования еди-
ницы поверхности (1 см2) жидкости при неизменных
объеме и температуре. У воды поверхностное натяже-
ние равно 73 дин/см. Особенно велико оно у расплав-
ленных металлов. При повышении температуры поверх-
ностное натяжение уменьшается и при критической тем-
пературе становится равным нулю. Если при одних и
тех же объеме и температуре поверхность жидкости
увеличивается на AS, то для этого внешними силами
должна быть затрачена работа. oAlS, на величину кото-
рой и повышается энергия пленки.
Таким образом, поверхность жидкости обладает не-
которой свободной энергией. Если приращение свобод-
ной энергии равно o!AS, то вся свободная энергия по-
верхности жидкости равна oS, т. е. свободная энергия
поверхности жидкости равна произведению ‘поверхност-
ного натяжения на величину площади этой поверхности.
Подобно потенциальной энергии механических систем
свободная энергия (при неизменной температуре) стре-
мится к минимуму.
Если имеются две жидкости, которые не смешива-
ются между собой ни при каких соотношениях, то раз-
деляющая их поверхность обладает также определенной
свободной поверхностной энергией (поверхностным на-
тяжением). Междуфазное натяжение между двумя та-
кими жидкостями всегда меньше, чем наибольшее по-
верхностное натяжение одной из жидкостей. Объясняет-
ся это тем, что молекулы каждой жидкости притягивают
молекулы другой и тем самым уменьшают притяжение
второй жидкостью ее собственных молекул.
Взаимное притяжение молекул одной жидкости мо-
лекулами другой жидкости обусловливает явление адге-
зии между ними.
Пусть жидкости А и В образуют столб с поперечным
сечением 1 см2. Поверхностное натяжение на границе
их раздела равно олв- Если разделить эти жидкости
путем прямого отрыва, то после их разделения поверх-
ностное натяжение обеих поверхностей раздела будет
равно
О А + Ов-
Таким образом, работа для разделения жидкостей,
или работа адгезии между двумя жидкостями на пло-
щади 1 см2, равна разности между поверхностным натя-
жением двух образовавшихся поверхностей и поверх-
ностным натяжением на границе их раздела, т. е.
1Еав=Оа+с?в—!Олв- (3-1)
Условие полной смешиваемости жидкостей заключа-
ется в том, что величина олв^СО- В этом случае работа
адгезии между двумя жидкостями IEab^Oa+ob, что
говорит о свободном перемещении молекул одной жид-
кости в другую и наоборот.
Следует упомянуть также о понятии «работа коге-
зии», которым обозначается работа, необходимая для
разрыва столба однородной жидкости сечением 1 см2,
обладающей поверхностным натяжением о. Очевидно,
что работа когезии равна 2о.
Между свободной энергией поверхности и избыточ-
ным давлением, вызванным ее кривизной, существует
определенная зависимость.
Мыльный пузырь, резиновый шар и подобные им
системы будут оставаться в равновесии только в том
случае, если давление воздуха внутри них будет на
определенную величину больше давления наружного
воздуха. Определим, чему равен этот избыток давле-
ния р.
Пусть при избыточном давлении р мыльный пузырь
имеет радиус р. Чтобы увеличить объем V пузыря на
бесконечно малую величину ДУ, нужно затратить работу
pdV, которая пойдет на увеличение свободной энергии
поверхности пузыря. Учитывая, что пленка пузыря име-
ет две поверхности, это увеличение свободной энергии
равно 2olAS.
Таким образом,
pdV=2cfdS.
Так как V=-^-rps, то dV = 4rp2Jp.
С другой стороны, S=4np2 и dS=2o8jtp(Zp; следова-
тельно,
р4 jtp2(Zp = 2о8 jtpJp,
откуда
Если рассматривать каплю, у которой есть только
одна наружная поверхность, то нетрудно установить,
Рис. 3-1. Положения различных
жидкостей в капиллярах.
что в этом случае поверх-
ностный слой производит
давление на внутренность
капли, равное р = 2о/р.
Таким образом, вследст-
вие наличия кривизны по-
верхностного слоя в жид-
кости создается избыточ-
ное давление по сравне-
нию с тем, которое испы-
тывает жидкость с пло-
ским поверхностным ело-
ем. В случае выпуклой по-
верхности поверхностный
слой давит на жидкость;
в случае вогнутой поверхно-
сти имеет место противопо-
ложная картина (рис. 3-1).
Наглядно это можно объяс-
нить следующим образом.
•Поверхностный слой всегда
стремится занять минималь-
ную площадь, т. е. стать пло-
ским. Вследствие этого вы-
пуклая пленка, стремясь вы-
прямиться, всегда будет да-
вить на нижележащие слои,
а вогнутая — стремиться их
растянуть.
Лапласом дана формула,
определяющая избыточное
давление для любой формы
Рис. 3-2. Перемещение элемен-
тарного участка пленки.
поверхности пленки.
Пусть элементарный участок поверхности пленки
ABCD переместился в положение A'B'C'D' (рис. 3-2).
Если радиус кривизны = и оВС=р2, то в ра-
дианах
ZAOiB=AB/Pi-,
ZBO2C=BC/P2.
Площадь элементарной площадки до перемещения
S=AB • CD- после перемещения
\ = (ав+Др) (вс+Др)=
= АВ-ВС Г1 -4-~
[ Pi Рг Pi Ра ]
ав.вс (14- Ар-+М-
\ Pi ?г J
Работа, затраченная на увеличение свободной поверхност-
ной энергии дополнительной площади, определяется уравне-
нием
4^ = ^ - S) 0 = 0Др(-^+-^) АВ.ВС.
(3-3)
Обозначим давление с вогнутой стороны через pi,
а с выпуклой — через р2. Так как вышеуказанная рабо-
та может быть произведена только за счет разности
этих давлений, то ее можно выразить также следующим
образом:
№я=’(щ-р2)ДМЯ-ЯС.
(3-4)
Приравняв уравнения (3-3) и (3-4), получим урав-
нение Лапласа
/ 1 . 1 X
А ~ А^0 1-------г
\ Pl Ps J
(3-5)
Изложенное дает объяснение некоторых особенно-
стей технологического процесса эмалирования. Напри-
мер, при эмалировании прямоугольных проводов по-
верхностный слой на ребрах (с малым радиусом кри-
визны р) будет сдавливать нижележащий слой лака
и последний будет стремиться перейти на плоскую сто-
рону. Поэтому существенно важно, чтобы прямоуголь-
ная проволока, используемая под эмалирование, имела
достаточные радиусы закругления с плавным перехо-
дом от одной плоской поверхности к другой.
По тем же соображениям круглая проволока должна
иметь в сечении форму правильного круга, без местных
выступов, овальности, рисок и т. п., так как все эти
участки будут иметь уменьшен-
ное р, что вызовет описанные
выше отрицательные явления.
Для лучшего понимания
технологических особенностей
процесса эмалирования необ-
ходимо также проанализиро-
вать явление адгезии между
твердым телом и жидкостью и
рассмотреть образование крае-
Рис. 3-3. Краевой угол 0. вого угла.
Жидкости при контакте
с твердыми телами образуют определенный угол, так на-
зываемый краевой угол 6 (рис. 3-3), который имеет боль-
шое значение при изучении поверхностных явлений.
Обозначим через от.в, От. ж и о)К.Е поверхностные на-
тяжения на границах соответственно твердого тела
с воздухом и жидкостью и жидкости с воздухом.
Отделим (оторвем) мысленно на площади I см1
жидкость от твердого тела. Для этого необходимо за-
тратить работу по преодолению сил адгезии между
жидкостью и твердым телом WZT.JK. С другой стороны,
на месте разрыва образуются свободные энергии по-
верхности (поверхностные натяжения) от.в и ож.в вза-
мен нарушенного от.ж-
Таким образом, можно написать:
~ От.в 4* Ож.в—'От.Ж- (3"6)
С другой стороны, для условия равновесия (рис. 3-3)
необходимо выдерживать соотношение
От.в = |От.Ж 4“ Ож.в cos 0. (3-7)
Из уравнений (3-6) и (3-7) находим:
'^т.ж=О)в.в (1cos 0). (6-8)
В последнем уравнении величина краевого угла свя-
зана соотношением с адгезией жидкости к твердому
телу и когезией самой жидкости, так как последняя
равна 2<тж.в-
Если 0 = 0, то М7т.ж=2ож.в, т. е. адгезия к твердому
телу жидкости равна когезии последней. В этом случае
мы имеем максимум адгезии жидкости к твердому телу;
в случае 0 = 90° ’Й7т.ж=,ож.в и, наконец, в случае 0 = 180°
^т.ж = 0.
Однако некоторая адгезия жидкости к твердому телу
всегда существует, поэтому равенство 0=180° практи-
чески невозможно. При эмалировании очень важно,
чтобы лак обладал достаточной кроющей способностью,
т. е. чтобы проволока на выходе из ванны имела на себе
достаточный слой лака, а это зависит от величины угла 0.
При очень большой смачиваемости лаком провода крою-
щая способность может быть недостаточной. С этой точ-
ки зрения всегда желательно, чтобы угол 0 находился
в определенных пределах. Наконец, очень большая ве-
личина 0 свидетельствует о плохой адгезии лака к ме-
таллу, вследствие чего проволока может иметь места,
непокрытые пленкой.
Особое внимание при эмалировании должно быть
обращено на чистоту лака, так как исследования пока-
зывают, что при загрязнении поверхности жидкостей
величина краевого угла 0 уменьшается, а это, как ука-
зывалось, ведет к уменьшению толщины покрытия.
К такому же выводу нетрудно прийти, пользуясь соот-
ношением (3-7). На самом деле йеличииа от.ж не изме-
нится от наличия или отсутствия на 'поверхности жид-
кости каких-либо нерастворимых веществ (жиры и т. п.);
в то же время при наличии на поверхности жидкости
таких веществ величина ож.в обычно снижается. Это
возможно только при одновременном уменьшении угла 0.
Величина угла 0 зависит от состояния поверхности
медной проволоки, наличия на ней загрязнений, сильно
окисленных мест и т. п. Поэтому чистота поверхности
проволоки в значительной степени способствует повы-
шению качества готовых эмалированных проводов.
В настоящее время на кабельных заводах частично
применяется эмалирование с помощью фитилей. Под-
нятие лака в фитилях на некоторую высоту происходит
благодаря явлению капиллярности из-за наличия у жид-
костей поверхностного натяжения. Если мы очень тон-
кую трубку (капилляр) погрузим одним концом в жид-
кость, то в зависимости от величины краевого угла 0
между жидкостью и материалом трубки внутри трубки
образуется мениск с вогнутой (при '0<9О°) или выпук-
лой (при 0>9О°) поверхностью, причем в первом случае
уровень жидкости в трубке несколько поднимется, а во
втором случае — наоборот (см. рис. 3-1). Описанное
явление объясняется тем, что вогнутый мениск, как ука-
зывалось выше, стремится развивать силу, направлен-
ную вверх, а выпуклый — вниз.
Нетрудно подсчитать высоту максимального подъе-
ма жидкости в капилляре. В самом деле, давление во-
гнутого мениска в соответствии с уравнением (3-5)
равно:
Р = ^- (3-9)
Оно уравновешивается давлением (на единицу пло-
щади) столба жидкости, т. е.
~=dhog, (3-10)
где d — плотность жидкости; h0-—высота столба жид-
кости в капилляре; g— ускорение свободного падения.
Из рис. 3-1 видно, что p=ir/cos0. Таким образом,
, 2а cos 0 „ ..
7di~- (3-И)
Если жидкость удет находиться между двумя близ*
ко расположенными плоскостями, то явление капилляр-
ности будет иметь место и в Этом случае, только высота
подъема жидкости будет в 2 раза меньшей, чем в ци-
линдрических капиллярах. В этом легко убедиться, если
учесть, что давление вогнутого мениска будет опреде-
ляться уравнением (3-5), и так как. один из радиусов
равен в данном случае бесконечности, то
д=о/р. (3-12)
Эмалирование проволоки представляет собой нанесе-
ние жидкого лака на поверхность проволоки с после-
дующей тепловой обработкой в эмальпечи, в результате
чего образуется изоляционное покрытие. Качество обра-
зующегося изоляционного покрытия зависит от физико-
химических свойств лака, качества поверхности эмали-
руемой проволоки и правильности режимов наложения
лака на проволоку и последующей тепловой обработки.
На кабельных заводах широко применяются четыре
способа наложения лака на проволоку:
а) эмалирование погружением, при котором в ванне
с лаком находятся ролики, направляющие движение
проволоки, поступающей в эмалировочную печь с за-
хваченным при ее движении слоем лака;
б) эмалирование с помощью фетровых обжимов, при
котором лак наносится на проволоку вращающимся
валиком или просто захватывается при ее движении,
а фетровые обжимы выполняют роль калибрующих
устройств, снимающих излишки лака;
в) эмалирование с помощью металлических калиб-
ров; при этом лак наносится на проволоку так же, как
и в предыдущем случае, но излишки лака с проволоки
снимаются не фетровыми обжимами, а металлическими
калибрами с победитовыми вставками;
г) эмалирование с помощью фитилей, при котором
движущаяся проволока касается фитиля, смоченного
лаком, в результате чего на нее наносится покрытие,
а излишки лака снимаются с помощью фетровых обжи-
мов.
Эмалирование погружением применимо только для
таких маловязких лаков, какими являются масляные
лаки. Кроме того, масляные лаки содержат достаточное
количество лаковой основы й мало изменяют свою вяз-
кость в ванне в процессе эмалирования. В ванну с ла-
ком погружают направляющие металлические ролики
(из алюминия й его сплавов), по которым проходит эма-
лируемая проволока (рис. 3-4). Лак покрывает поверх-
ность проволоки, причем некоторая часть его стекает
обратно в ванну, а другая часть, покрывшая тонким
слоем проволоку, попадает вместе с ней в эмальпечь,
где и образует эмалевую пленку. До 'последнего времени
этот способ является наиболее распространенным при
применении масляных лаков для эмалирования круглых
проводов диаметром 0,41 мм и выше. Применяемые
Рис. 3-4. Эмалирование
проволоки погружением.
иаки должны -иметь сравнительно
небольшую вязкость и, как ука-
зывалось выше, угол в определен-
ной величины. Первое условие
обеспечивает покрытие проволок
тонким равномерным слоем, что
в данном случае особенно важно
ввиду отсутствия каких-либо ка-
либрующих устройств. Второе
условие, как было указано выше,
•необходимо для получения мини-
мально необходимой толщины
эмалевой пленки. Кроме того, су-
щественное значение имеет под-
держание постоянства темпера-
тур лака в ванне и окружающей
среды, так как поверхностное на-
тяжение лаковой пленки умень-
шается с повышением темпера-
туры.
Последующие два способа на-
несения лаков на проволоку
применимы для вязких синтетических лаков, причем
эмалирование с помощью фетровых обжимов применяет-
ся в отечественной практике довольно редко. Фетровые
обжимы обычно устанавливаются на вертикальных
станках на высоте 20—30 см над лаковыми ваннами.
Устройство фетровых обжимов весьма простое: две фет-
ровые пластинки толщиной 4—6 и высотой 30—40 мм
располагаются перпендикулярно эмалируемым проволо-
кам и плотно охватывают их с помощью винтовых за-
жимов. Фетровые обжимы снимают излишек лака, остав-
ляя на проволоке только слой нужной толщины. Естест-
венно, что чем сильнее зажаты фетровые пластинки, тем
этот слой тоньше. При применении фетровых обжимов
удовлетворительные результаты получаются только при
эмалировании проволоки диаметром 0,07—0,20 мм. При
эмалировании проволоки более крупных размеров на-
блюдается неравномерность толщины эмалевого покры-
тия, так как в этом случае фетровые пластины не могут
с равномерным усилием обжимать эмалируемую прово-
локу по всей поверхности (рис. 3-5). Неравномерность
покрытия увеличивается с по-
вышением вязкости применяе-
мого лака. Так как в процессе
работы фетровые обжимы на-
сыщаются эмальлаком, а так-
же засоряются примесями, ко-
торые могут находиться в
эмальлаке и в особенности на
Рис. 3-5. Проволока в фет-
ровом обжиме.
поверхности проволоки, их необходимо системати-
чески промывать и просушивать. Существенно важ-
но, чтобы после промывки и просушки фетров не
изменялись заметно их структура и рабочие свойства.
Особое внимание при эмалировании с применением фет-
ровых обжимов необходимо обращать на недопусти-
мость образования скопления лака в виде капель на
Рис. З-fx Ванна горизонтальных эмалировоч-
ных станков с фетровым обжимом для прово-
локи средних сечений.
1 — проволока; 2 — фетр; 3 — лак; 4 — ролик.
верхней кромке обжимов, так как в этом случае избы-
точная часть лака может захватываться проволокой,
что неизбежно приводит к дефектам на поверхности го-
товых эмалированных проводов. Фетровые обжимы на-
ходят применение также за рубежом в горизонтальных
эмалировочных агрегатах для проволоки средних и
крупных сечений (рис. 3-6). Нанесение лака на прово-
локу здесь возможно с помощью ролика, который при-
водится во вращение от соприкасающейся с ним прово-
локи. Фетровые обжимы применяются и в отечественной
практике.
Эмалирование проволоки диаметром 0,02—0,09 мм
полиэфирным лаком, а также проволоки более крупных
диаметров масляными лаками производится с помощью
фитилей. В вертикальных агрегатах нижние ролики ра-
Рис. 3-7. Эмалирование с помощью
фитилей на вертикальных эмалиро-
вочных станках.
1 — эмалировочная печь: 2 — фитиль; 3 —
лаковая ванна; 4 — нижний ролик.
ботают в этом случае вне ванны, а проволока касается
фитиля, смоченного лаком (рис. 3-7). Расположение
фитилей в горизонтальных эмальагрегатах показано на
рис. 3-8.
Обозначим высоту подъема лака по фитилю h, а вес
поднятого столба лака Р. Обозначим также максималь-
ную величину подъема лака /гмаКс через h0.
Если в уравнении (3-10) взять h<jio, то вес столба
лака, соответствующий этой высоте, окажется равным
P'=nrzhdg, а сила, заставляющая его подниматься, бу-
дет равна:
Р— P'=nrz(h0—h)dg, (3-13)
или, отнесенная к единице площади сечения капилляра,
p=(h0—h)dg. (3-14)
По закону Пуазеиля (оез поправок на кинетическую
энергию) объем жидкости, протекающей через сечение
капилляра за время dt, выражается как
dV~pdt=^(hB-h)dgdt, (3-15)
где т]—вязкость жидкости; г — радиус капилляра; I —
его длина.
Рис. 3-8. Фитильный метод наложе-
ния лака при эмалировании тонкой
проволоки.
1 — провод: 2 — фитиль; 3 — лак; 4 — тру-
ба для подачи лака; 5 — клапан; 6 — за-
жим.
Учитывая, что в фитилях и фильтрах h^fi, и пре-
небрегая поэтому в последней формуле величиной h,
можем написать-
dV=l-dt,
где
Если взять высоту подъема, равную h, то dV — nr2dli
и, следовательно,
^dh=-^-dt, (3-16)
или
h t
Chdh = ^dt, (3-17)
о О
откуда
h? — k't, где =
’ 47}
Подставляя в последнее уравнение he из формулы (3-11),
получаем:
(3-18)
или
h=k"t°-5, (3-19)
где
6" = р’^у-‘. (3-20)
Так определяется высота подъема h за время t. Вы-
сота подъема лака по капиллярам фитиля, таким обра-
зом, прямо пропорцио-
нальна радиусу капилля-
ров, величине поверхност-
ного натяжения лака и
зависит от угла смачива-
ния лаком стенок капил-
ляров. С увеличением вяз-
кости лака высота его
подъема по фитилю умень-
шается. Этим объясняет-
ся ограниченность приме-
нения фитильного метода
наложения. Очевидна так-
же необходимость посто-
янства ц (а следователь-
но, и окружающей темпе-
ратуры). Весьма суще-
ственными являются чи-
стота лака и своевремен-
Рис. 3-9. Конструкции калибров
с победитовыми вставками.
ная промывка фитилей,
так как согласно формуле (3-15) объем поступающего ла-
ка зависит от четвертой степени радиуса капилляра. 'Вы-
бор материала фитилей следует обусловливать его
способностью не набухать при действии лака и раство-
рителей, а также выдерживать промывку и полное высу-
шивание без заметного изменения структуры.
В применяемых эмальлаках обычно содержится не-
большое количество примесных частиц. Закупорка ка-
налов в фитиле может происходить двумя путями. Твер-
дые частицы могут, попав в фитиль, сразу закупорить
капилляр или же этот процесс-будет происходить по-
степенно путем образования твердого нароста на стен-
ках капилляра.
Проволока диаметром выше 0,10 мм обычно эмали-
руется синтетическими лаками с помощью металличе-
ских неразъемных калибров.
На отечественных кабельных
заводах применяются не-
разъемные калибры с побе-
дитовой вставкой, показан-
ные на рис. 3-9. Цилиндри-
ческая часть калибра может
•быть заметно удлинена, как
ето сделано на некоторых
заводах, что способствует
равномерности покрытия. В
этих калибрах применены
победитовые вставки с рас-
пушкой, изготовляемые на
кабельных заводах. Калиб-
ры аналогичной конструкции
применяются иногда и для
эмалирования прямоуголь-
ной проволоки. Для эмали-
рования прямоугольной про-
волоки жидкими лаками ин-
терес представляют универ-
сальные сборные калибры,
принцип действия которых
показан на рис. 3-10. Калибр
состоит из четырех стержней,
из которых два стержня,
Рис. 3-10. Универсальный ка-
либр для эмалирования прямо-
угольной проволоки.
расположенные вдоль широ-
кой стороны, имеют резьбу; остальные два стержня
резьбы не имеют, так как с помощью особого винта эти
стержни можно установить таким образом, что между
ними и узкой стороной проволоки образуется необхо-
димый зазор, что обеспечивает покрытие этой стороны
провода лаком. К широкой стороне проводника лак
поступает через отверстия винтовой резьбы. Другой ка-
либр подобного типа изображен на рис. 3-11. Здесь
эмалируемая проволока прижимается к выступам, кото-
pfolc имеются на узкой и Широкой сторонах калибра,
а необходимое для покрытия проволоки количество лака
подается через каналы, которые образуются между эти-
ми выступами.
Величина усилия, с которым направляющие калиб-
ры прижимаются к эмалируемой проволоке, устанав-
ливается натяжением пружины, охватывающей калибр
Рис. 3-11. Универсальный
калибр для эмалирования
прямоугольной проволоки
со стягивающей пружиной.
Рис. 3-12. Калибры для эмалиро-
вания прямоугольной проволоки
к эмалировочным станкам фирмы
Сикме.
с наружной стороны. Тот же принцип одним из патентов
предлагается использовать и в калибре, в котором пре-
дусматривается применение двух пружин. Каналы, по
которым поступает лак, в этом калибре по размеру
неизменны; в других калибрах их можно регулировать
с помощью сменных направляющих. Аналогичные ка-
либры применяются на эмалировочных станках фирмы
Сикме (рис. 3-12). Эмалевое покрытие на проволоку
может наноситься также из р си в молы, не содер-
жащей растворителя. Этот метод будет рассмотрен от-
дельно в связи с особенностями процесса, обусловлен-
ными отсутствием растворителя.
Интересный метод наложения
лака на проволоку прямоугольно-
го сечения с помощью газовых
-калибров предложен в ВНР
(рис. 343).
В сопло, образуемое вокруг
проволоки, подается сжатый воз-
дух, который снимает избытки ла-
ка. Уровень лака в ванне поддер-
живается по методу «опрокинуто-
го сосуда», т. е. определяется рас-
положением емкости с лаком, пе-
ревертываемой отверстием вниз.
Эмалирование ведется за восемь
проходов, причем первый проход
осуществляется через фетровые
обжимы для снятия загрязнения
на проволоке. Вязкость лака
равна 22 сек по вискозиметру
ВЗ-4. Сжатый воздух подается от
компрессора. Воздух должен быть
сухим, без примесей масла; его
Рис. 3-13. Газовый ка-
либр, применяемый ’ при
эмалировании прямо-
угольной проволоки.
давление непосредственно после компрессора 6 ат; да-
лее стоят редукторы. Расход воздуха на каждый калибр
составляет 5—6 м3!ч.
3-2. ВЫБОР КОЛИЧЕСТВА ПОКРЫТИИ. СКОРОСТИ
ЭМАЛИРОВАНИЯ. РАСЧЕТ МАРШРУТОВ КАЛИБРОВ
Толщина изоляционного слоя провода при определен-
ной рецептуре эмальлака зависит от числа покрытий
(проходов проволоки через ванну с лаком), способа на-
ложения лака, скорости эмалирования и вязкости, ко-
торую лак имеет в ванне эмалировочного станка (агре-
гата для эмалирования). Стабильность толщины изо-
ляции провода является важнейшим фактором, опреде-
ляющим уровень и однородность его электрических и
механических характеристик: Поэтому правильный вы-
бор технологических режимов эмалирования имеет
[исключительно важное значение для обеспечения высо-
кого качества изоляции провода.
Так как простой интенсификацией нагрева не удает-
ся повысить скорость эмалирования, то естественно
предположить, что эта скорость определяется также ко-
личеством лака, нанесенного на проволоку за один
проход и определяющего толщину покрытия. Толщина
покрытия за каждый проход определяет допустимую
скорость физико-химических процессов превращений
жидкого лака в твердую эмаль, причем естественно,
что для лаков различной природы эта скорость будет
различна. В частности, для полиимидного лака процес-
сы образования эмалевой пленки при тепловой обработ-
ке в печи протекают медленнее, чем для лака на основе
полиуретанов.
Для масляных лаков, при эмалировании которыми
применяется метод погружения или фитильный метод,
оптимальное число погружений проволоки в лаковую
ванну было определено опытным путем. Для агрегатов
типа М-24 число проходов при эмалировании масля-
ными лаками составляет 3—4; на агрегатах типов С-24
и Б-30 проволока эмалируется масляными лаками за
четыре прохода. Аналогичным путем подбирается также
число покрытий при эмалировании синтетическими ла-
ками тончайшей проволоки на агрегатах типов ЭТ-2 и
ЭТ-8. Например, при эмалировании проволоки диамет-
ром 0,02—0,05 мм лаком ВЛ-931 (винифлекс) с приме-
нением замшевых или фетровых обжимов число прохо-
дов составляет 7—9.
В случае применения калибров для наложения лака
на проволоку появляется возможность рассчитать опти-
мальные маршруты калибров и связанные с ними ско-
рости эмалирования. Такие работы были выполнены во
ВНИИ КП под руководством канд. техн, наук
Е. Я- Шварцбурда. Соотношение между необходимым
временем пленкообразования т и диаметральной тол-
щиной пленки 6, накладываемой за каждый проход, для
синтетических лаков может быть выражено следующей
эмпирической зависимостью:
т=Абь, (3-21)
где т выражено в минутах, 6 — в микронах; А и b —
постоянные коэффициенты, характеризующие данный
тип провода.
Н
идоц yjgb
Например, при эмалировании медной проволоки ла-
ком ВЛ-931 или ВЛ-941 Л = 0,0026; £>=2,1; при приме-
нении этих же лаков для эмалирования алюминиевой
проволоки Л = 0,0019; £>=2,1. Для медной проволоки
с изоляцией на основе полиэтилентерефталатных лаков
Л = 0,0031; £=2,1. Изменение рецептуры лака даже
одного и того же типа может вызвать изменение значе-
ний коэффициентов Л и b и, следовательно, привести
к необходимости корректировки маршрутов калибров.
Если допустимая скорость эмалирования равна
Одоп м)мин, а высота печи Н м, то выражение (3-21)
можно представить в другом виде:
(3-22)
Из выражения (3-22) .видно, что допустимая ско-
рость эмалирования в значительной степени зависит от
толщины элементарного покрытия, наносимого за каж-
дый проход. Естественно, что скорость образования
эмалевой пленки из жидкого лака зависит как от ско-
рости испарения растворителя, так и от скорости реак-
ции пленкообразования, которые учтены в формуле
(3-22) соответствующими значениями коэффициентов
Л и Ъ.
Учитывая, что общая диаметральная толщина изо-
ляции А, обычно обозначаемая в стандартах как D—d,
связана с числом проходов i простой зависимостью
A = i6, в случае эмалирования медной проволоки лаком
ВЛ-931 выражение (3-22) можно представить так:
^он=4(4-)г’1- (3‘23)
Таким образом, скорость эмалирования возрастает
с увеличением числа проходов. Следовательно, тенден-
ция к уменьшению числа проходов, долгое время на-
блюдавшаяся в отечественном производстве эмалиро-
ванных проводов, являлась неправильной. Ясно, конеч-
но, что повышенная скорость эмалирования может быть
реализована только при наличии совершенного техно-
логического оборудования с соответствующими кинема-
тикой, мощностями эмальпечи и печи отжига и т. п.
В связи с тем, что при нормально работающей эмаль-
печи все проходы эмалируемой проволоки находятся
практически в одинаковых условиях, для достижения
Одинаковой термообработки эмальпленки При каждом
проходе необходимо за каждый проход накладывать
пленку строго одинаковой толщины. Это является осно-
вой расчетов оптимальных маршрутов калибров. Если
за один из проходов на проволоку накладывается плен-
ка, имеющая большую толщину бмакс, чем 6Cp=iA/i, то
общая скорость эмалирования будет определяться вре-
менем, необходимым для тепловой обработки элемен-
тарной пленки максимальной толщины, т. е. она будет
ниже возможной оптимальной скорости. Обозначим эле-
ментарные диаметральные толщины изоляции провода,
накладываемой за один проход, 61, 62, • • •, 6г, где i —
число проходов проволоки через лак. Очевидно, что
в том случае, если эти величины неодинаковы, имеется
возможность увеличения скорости эмалирования путем
их изменения. Для этого необходимо использовать та-
кой маршрут калибров, при котором 61 — 62= ... = 6,.
При этом достигаемая скорость эмалирования будет
определяться величиной 61(62, • • •, 6г), которая меньше
максимальной элементарной толщины изоляции при
первоначальном маршруте калибров. На термообработ-
ку более тонкого слоя лака цри сохранении теплового
режима печи требуется меньше времени, т. е. можно
увеличить скорость эмалирования. Таким образом, при
наложении за каждый проход пленки толщиной
_ ®i + ®2 Т" 4~ ®г
Оср— '
общая толщина изоляции сохраняется, а скорость эма-
лирования при применении оптимального маршрута ка-
либров может быть увеличена в сравнении с существую-
щей технологией, если хотя бы одна из величин 61,
62, ..., 6, при существующем маршруте калибров была
больше бср.
Из рассмотрения гидродинамических условий движе-
ния лака относительно калибра можно определить ко-
личество лака Q, накладываемого в единицу времени
на проволоку:
С = ~-(ДХг-1),
(3-24)
где го — радиус проволоки; оПр — скорость движения
эмалируемой проволоки; R* — геометрический параметр
калибра (безразмерная величина), характеризующий
профиль калибра.
Наличие звездочки у обозначения указывает, что
величина, о которой идет речь, является безразмерной.
Геометрический параметр /?* определяется по сле-
дующей формуле:
1 (7?*,-1) (/?%-!) (/?%+ 1) (/?*, - I) ‘ <3'25)
2 ' ln !)(/?%—1)
При этом — радиус входно-
го отверстия калибра; Д2— радиус выходного отверстия
калибра.
Если обозначить диаметральную толщину жидкой
пленки эмальлака после калибра бж, то из (3-24) и
(3-25) можно получить следующую формулу для рас-
чета бж:
, 1 (Я*,-1) (Я*,- I) (/?*2 + 1) (/?*>-!)
+ 2 ’ (/?*,-£%) П (R*, + 1) 1)
Для удобства решения практических задач по фор-
муле (3-26) построены графические зависимости, изо-
Сраженные на рис. 3-14. Эти зависимости позволяют
быстро определить величину 6», зная размеры калибров.
После тепловой обработки в эмальпечи объем лака
(уменьшается вследствие испарения растворителя и про-
исходящих в пленке процессов поликонденсации или
Рис. 3-14. Зависимость толщины жидкой плен-
ки, накладываемой на круглую проволоку, от
геометрических размеров калибров.
полимеризации. Если отношение объема жидкого лака
1>ж к объему твердой эмали Ц-1М обозначить р, то
d№ + ^0
S dew 4- do
(3-27)
где d0 — диаметр проволоки до нанесения лака; d:m—
диаметр проволоки по эмалевой пленке; dm— диаметр
проволоки по жидкой лаковой пленке.
Для проводов диаметром выше 0,10 мм, которые изго-
товляются с применением калибров, ~ 1, поэтому
1 g
Следовательно, диаметр эмалированной проволоки
после первого прохода dSMt равняется:
^эм1 = ^ич/Р’ (3-28)
В формуле (3-28) 6>Ki обозначает диаметральную
толщину жидкой пленки лака, накладываемого за пер-
вый проход.
После i-ro прохода имеем:
= d0 + + + . (3.29)
Величина коэффициента р определяется природой
лака, его сухим остатком, степенью разведения, нали-
чием воздушных включений в жидком лаке и другими
подобными им факторами. Для лака винифлекс она на-
ходится в пределах 7,5—11.
По приведенным формулам можно либо по задан-
ному маршруту калибров рассчитать диаметр эмалиро-
ванного провода, либо по заданной толщине пленки
определить необходимый для эмалирования маршрут
калибров.
П ример 3-1. Медная 'проволока диаметром 0,67 мм эмалирует-
ся лаком 'ВЛ-931 (винифлекс) ’за семь проходов через лаковую ван-
ну. Маршрут калибров 0,73—0,74—0,75—0,76—0,76—-0,77—0,77 мм.
Требуется определить диаметральную толщину покрытия, нано-
симого за каждый проход, и суммарную толщину изоляции.
Зная размеры первого 'калибра и диаметр проволоки d0, по фор-
муле (3-26) или с помощью графика, приведенного -на рис. 3-14, опре-
деляем толщину жидкой пленки, накладываемой первым калиб-
ром, бЖ1.
У существующих 'на кабельных заводах калибров для 'эмали-
рования проволоки величина входного радиуса калибра Rt различна.
Для калибров, применяемых при эмалировании 'проволоки диаметром
0,67 мм, величина Ri может быть принята равной 1 мм '(диаметр
отверстия 2 мм). Очевидно также, что при -изменении Rt толщина
изоляционного слоя провода будет также 'изменяться, однако в не-
значительной степени. R? — выходной радиус калибра; он равен
0,73
в рассматриваемом случае —~ =0,365 мм. Тогда
R, 1,0 Rs 0,365
=^ = О35^3'0; ^-Т^ОДЗЁГ1’09-
г„
В соответствии с графиками, приведенными на рнс. '3-14,
бж1=-5*ж1бго=О,О9 • 0,67 =0,06 мм.
Величина р для лака 'ВЛ-931 с вязкостью, применяемой при эма-
лировании проволоки заданного диаметра, принимается равной 10,0.
Тогда диаметр проволоки после первого прохода
4м. = 4+у=0,67+^=0,676 мм.
Выполнив эти расчеты для второго и каждого последующего ка-
либров получим:
daM2 = 0,683 мм; d3as = 0,702 мм;
d0M3 = 0,690 мм; dBM6 = 0,709 мм;
daM4 = 0,696 мм; dBM, = 0,715 мм.
Суммарная диаметральная толщина изоляции (D — d) для рас-
сматриваемого примера равняется
dsM?—do—0,045 мм.
Пример 3-2. При эмалировании лаком ВЛ-931 (винифлекс)
медной проволоки диаметром 0,67 мм требуется обеспечить 'наложе-
ние изоляции диаметральной толщиной 0,04 мм. Требуется рассчитать
оптимальный маршрут калибров для заданной конструкции провода.
При эмалировании медной проволоки диаметром 0,67 мм на су-
ществующем серийном оборудовании число проходов провода через
ванну с лаком i=6. Так как заданная толщина изоляции '(на одну
сторону) составляет 0,04 мм, то элементарная толщина слоя эмали,
А 0,04
накладываемого за каждый проход, 6=-r-=-g—=0,0067 мм. Тогда
в соответствии с '(13-27)
бж=рб=0,067 мм |(р='10,0).
Зная бж и Ri = 1,0 мм, находим их относительные величины <(для
первого прохода):
^=6,01; /?‘п = у-=з,о.
По графику, приведенному на рис. 3-14, определяем относитель-
ный радиус калибрующего сечения калибра T?2i*«l,10 и 7?SJ =
=fo/?2i*=0,335 • 1,1=0,37 мм, обеспечивающий 0,033 мм.
Следовательно, для первого прохода имеем:
6h:i=0,,1j 7?и*=3,О; 7?2i=0,37 мм.
При этом и R21* — относительные входные и 'Выходные ра-
диусы первого калибра. Выходной диаметр первого калибра равен
27?21 или 0,74 мм.
Рассчитав аналогичным образом размеры калибра со '2-го по 6-й,
получим необходимый маршрут калибров.
Расчетные размеры калибров округляются до размеров, кото-
рые могут быть в пределах допусков получены при существую-
щих способах изготовления.
3-3. ОПТИМАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ В ПЕЧАХ
АГРЕГАТОВ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
О температурном режиме печи агрегатов для эмали-
рования обычно судят по так называемой температур-
ной кривой печи, представляющей собой распределение
температуры, измеренной внутри камеры печи термо-
парой, по высоте печи, величина этой температуры яв-
ляется условной, так как по существу термопара фикси-
рует не температуру окружающего воздуха и тем более
не температуру эмалируемой проволоки в рассматри-
ваемой точке, а температуру,
возникающую в месте горя-
чего спая термопары. Тем-
пература спая термопары за-
висит от диаметра шарика
в месте спая и величины ко-
эффициента черноты спая,
так как если термопара не
движется, то нагрев ее
в значительной степени про-
исходит за счет теплоизлуче-
ния. На рис. 3-15 показаны
кривые распределения темпе-
ратуры, зафиксированные
термопарой, в печи агрегата
типа М-24 для двух случа-
Рис. 3-15. Зависимость темпе-
ев: первого — когда термопа-
ра 'была обмотана стекло-
волокном и покрыта сверху
алюминиевой фольгой и вто-
рого — когда после преды-
дущего опыта алюминиевая
фольга была дополнительно
покрыта лаком. Так как
ратуры термопары от высоты
печи агрегата для эмалирова-
ния типа М-24 для различных
способов измерения.
1 — термопара со стекловолокни-
стой изоляцией и покрытием алю-
миниевой фольгой; 2 — то же,
фольга покрыта лаком; 3 — темпе-
ратура воздуха.
лак, сгорая в печи, обуглился, коэффициент черноты
значительно возрос. Поэтому во втор'ом случае темпе-
ратура спая термопары существенно повысилась, при-
чем максимальное расхождение температур термопар
в обоих случаях достигло 200°C. Для сравнения на
рис. 6-2 приведено также распределение температуры
воздуха вдоль печи, определенное расчетным путем. Для
спая термопары справедливо следующее уравнение теп-
лового баланса:
^-Т ИЗМ
— 4 gл [/JkV_
(3-30)
где «т — коэффициент конвекции спая термопары,
ккал[(м2- ч-град); Лт— коэффициент черноты спая тер-
мопары, ккал! (м2 -ч- °К4);Тизм — температура, из7
меренная термопарой, °К; Тс — температура стенок
печи, °К; Тв — действительная температура возду-
ха, °к.
Измеряемая термопарой температура равняется тем-
пературе воздуха только в том случае, если Тв = Тс.
Очевидно также, что в некоторых участках печи (там,
где преимущественно сконцентрирована мощность на-
гревателей) или в значительной области специальных
Рис. 3-16. Кривые рас-
пределения температуры
в вертикальных печах
агрегатов для эмалиро-
вания типов М-24, С-24 и
Б-30.
печей для тепловой обработки жа-
ростойкой изоляции температура,
показываемая термопарой, будет
выше, чем температура воздуха,
и ниже температуры стенок печи.
‘В связи с этим сравнение темпе-
ратурных режимов различных пе-
чей необходимо производить с по-
мощью термопар одинаковой кон-
струкции и с одинаковым состоя-
нием (степенью черноты) их по-
верхности. Одним из наиболее
точных способов измерения тем-
пературы в печах указанных агре-
гатов является способ, при кото-
ром термопарные проволоки сва-
риваются встык с последующей
зачисткой места спая.
До сравнительно недавнего
времени в практике производства
эмалированных проводов счита-
лось, что оптимальным видом температурных кривых
для вертикальных эмалировочных печей являются кри-
вые, показанные на рис. 3-16. Характер подъема темпе-
ратуры до максимальной определялся эксперименталь-
но. Скорость подъема температуры для каждого типа
лака и определенного диаметра проволоки лимитирова-
лась вскипанием растворителя и образованием неровной
поверхности (брак по так называемой «корявости»),
В области максимальной температуры наиболее интен-
сивно происходят быстрое испарение растворителя ипро-
цесс пленкообразования.
В последнее время воззрения на оптимальные темпе-
ратурные режимы указанных печей претерпели сущест-
венные изменения. Печи вертикальных агрегатов вы-
полияются двухзонными с поддержанием в нижнеи
зоне температуры более низкой, чем во второй, верхней,
зоне (рис. 3-17). В нижней зоне на всей длине поддер-
живается температура, близкая к температуре испаре-
ния растворителя, причем эта температура должна быть
такой, чтобы не наступило отверждение верхнего слоя
лака. В противном случае часть растворителя может
оказаться «запертой» под твердой пленкой и при после-
дующем нагреве, вырываясь
наружу, будет повреждать
изоляционный слой. Обра-
зующиеся пары растворите-
ля должны быстро удалять-
ся из зоны. Так как при по-
вышенной температуре вяз-
кость и поверхностное натя-
жение лаковой основы резко
снижаются, воздушный по-
ток не должен вызывать сме-
щения изоляционного слоя."
По данным фирмы Джене-
рал Электрик, оптимальная
скорость движения воздуха
в первой зоне должна быть
не выше 200 м!мин.
Температура во второй
зоне примерно' на 100°С
выше, чем в первой зоне,
где происходят процессы
пленкообразования. Так как
эти процессы происходят
после испарения растворите-
ля, когда пленка находится
уже в полутвердом состоя-
нии, повышенная скорость
ных агрегатов для эмалирова-
ния.
1 — для поливинилацеталевого ла-
ка; 2 —для полиуретанового лака.
воздушного потока уже не оказывает вредного влияния
на изоляционный слой. Двухступенчатые температурные
кривые на вертикальных агрегатах для эмалирования
способствуют получению проводов повышенного качест-
ва и в сочетании с другими особенностями конструкции
агрегатов обеспечивают повышение производительности
труда.
В горизонтальных печах распределение температуры
носит другой характер. Оптимальное распределение
Температуры вдоль горизонтальном печи показано на
рис. 3-18.
В МЭИ и СКТБ МП под .руководством канд. техн,
наук С. Д. Холодного была показана возможность даль-
нейшего увеличения скоростей эмалирования на суще-
ствующих агрегатах за счет изменения характера тем-
пературных кривых печей. При этом за основу оценки
. процесса пленкообразования
Оптимальное
распределение
Длина печи
Рис. 3-18. Кривые распределе-
ния температуры в печи гори-
зонтального агрегата для эма-
лирования.
было принято понятие «сте-
пень запечки» эмалевой
пленки и были определены
зависимости степени запечки
от температуры и времени
термообработки. Степень за-
печки р определяется чис-
лом связей в едини-
це объема, образовавшихся
между соседними линейными
молекулами вещества, со-
* ставляюгцего основу эмаль-
лака и вступающего в реак-
цию припленкообразовании.
Число наборов групп моле-
кул, не вступивших в реакцию, может быть обозначено
Mi. При этом p = Nz/N, где N— полное число реактив-
ных групп в единице объема. Естественно, что если все
реактивные группы вступят в реакцию сшивания, то
получим N2=N и степень запечки будет равна 1. Если
Мг=0, т. е. реакции сшивания не происходит, то 0=0.
Исходя из того, что сшивание линейных молекул может
произойти только- в том случае, если кинетическая энер-
гия реактивных групп будет больше некоторого потен-
циального барьера — энергии активации, можно полу-
чить следующее уравнение:
(3-31)
где от — доля стехиометрических наборов групп, кото-
рые могут вступить в реакцию благодаря взаимному
расположению групп в наборе; Ci — число вероятных
реакций в единицу времени для одного набора реактив-
ных групп; t — время.
Величина C'i определяется следующим образом:
(3-32)
В выражении (3-32) <pi — энергия активации реакции
сшивания; k — постоянная Больцмана; Т — абсолютная
температура; vi — эффективная частота колебаний реак-
тивных групп при реакции сшивания.
Так как при воздействии продуктов реакции на обра-
зовавшуюся поперечную связь может протекать и об-
ратная реакция (например, гидролиз), то представляет-
ся возможным определить и вероятность С2 обратной
реакции:
С2 = vse
(3-33)
где v2 и <р2 — частота колебаний и энергия активации
для обратной реакции.
Характер зависимости (3-31) можно установить по
изменению физических свойств палевой пленки, так
как количество образовавшихся связей недоступно для
непосредственного измерения. Так, при образовании по-
перечных связей происходит удаление побочных продук-
тов реакции, приводящее к потере массы эмальпленки.
В частности, максимальная потеря массы Q будет на-
блюдаться, когда осуществлены все возможные связи,
а если осуществлено только Ns связей, то потеря массы
q будет меньше, чем Q (А\ обозначает число не про-
реагировавших наборов реакционноспособных групп).
В этом случае при постоянной температуре реакции
(3-34)
Из уравнений (3-32) и (3-34) можно получить равенство
Inf Л + kT ,
(3-35)
где А — величина, постоянная для заданной степени за-
печки.
Оценивая степень запечки по цвету эмалированного
провода, т. е. предполагая, что цвет эмальпленки свя-
5ан с образованием пространственных связей, можно
связать определенную потерю массы с соответствующим
ей цветом изоляции. Естественно, что по цвету сравни-
ваются пленки, полученные на основе одного и того же
лака. В этом случае для линий одинакового цвета спра-
ведливо уравнение (3-35). Экспериментальные кривые
для эмальпленки оди-
накового цвета, (полу-
ченные при различных
температурах, показа-
ны на рис. /3-19. Из при-
веденных графиков сле-
дует, что, задавая бо-
лее высокие темпера-
Рис. 3 19. Зависимость времени за-
печки от температуры при одном цве-
те эмали.
1—5 — провода ПЭВ; 6—10— провода
ПЭТВ
Рис. 3-20. Оптимальная тем-
пературная кривая в агре-
гате для эмалирования типа
С-24, достигаемая за счет
увеличения мощности на-
гревателей верхней зоны.
туры в печи, можно уменьшить время запечки эма-
ли, т. е. повысить скорость эмалирования, причем
имеющиеся возможности повышения скорости еще
не исчерпаны. Чем больше скорость эмалирования,
тем меньше время пленкообразования и тем выше долж-
на быть температура провода. Следовательно, скорость
пленкообразования определяется температурой в верх-
ней зоне печи. Анализ зависимостей, приведенных на
рис. 3-19, показывает, что при повышении температуры
движущейся проволоки в верхней зоне на 15—20 °C
скорость эмалирования увеличивается вдвое. Оптималь-
ная температурная кривая для агрегата типа С-24 при
эмалировании полиэфирными лаками, достигаемая за
счет увеличения мощности нагревателей в верхней зоне
печи и обеспечивающая в сочетании с необходимыми
маршрутами калибров значительное увеличение скоро-
стей эмалирования, показана на рис. 3-20.
3-4. ТИПИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
На многих кабельных заводах применяется однотип-
ное оборудование. Поэтому весьма эффективной мерой
обеспечения максимальной производительности труда и
высокого качества продукции является типизация тех-
нологических режимов изготовления эмалированных
проводов. Теоретический анализ технологических режи-
мов эмалирования показал, что применявшиеся до
1967 г. режимы эмалирования не являлись оптималь-
ными. На большинстве заводов маршруты калибров,
скорости эмалирования, кривые распределения темпера-
туры в камерах эмалировочных печей были подобра-
ны опытным путем, пользуясь которым не удается
учесть все влияющие факторы.
Расчеты, выполненные во ВНИИКП, позволили со-
здать типовую технологию эмалирования проволоки син-
тетическими лаками на поливинилацеталевой (вини-
флекс, метальвин) и полиэтилентерефталатной (поли-
эфирные лаки ПЭ-939 и ПЭ-943) основах на агрегатах .
М-24, С-24 и Б-30. С 1967 г. начато освоение новой тех-
нологии всеми кабельными заводами страны, что обе-
спечило увеличение скоростей эмалирования в среднем
на 25%. В основу расчетов было положено условие, что
покрытие на проволоку должно накладываться равно-
мерными по толщине слоями при сохранении существую-
щей общей толщины изоляции. При этом можно умень-
шить максимальное значение элементарной толщины
изоляции, накладываемой за один проход, и тем самым
создать условия для повышения скорости эмалирова-
ния. Увеличивая температуру в эмалировочной печи и
печи отжига, если последняя имеется, можно обеспе-
чить более интенсивный нагрев проволоки при повышен-
Таблица 3-1 Результаты анализа маршрутов калибров при эмалировании проволоки 0 0,67 мм лаком винифлекс, применявшихся на заводах „Москабель" и „Микропровод" до введения типовой технологии
Наименование завода Толщина покрытия по проходам, мкм 3 Я я S ♦о К мкм макс’ И 2 to о « tO
1 2 3 4 5 6 7 8
„Москабель” „Микропровод” 8,0 8,0 7,2 8,2 8,5 8,4 7,7 8,5 8,9 9,7 8,0 10,7 9,2 11,7 9,3 12,5 7,2 8,0 9,3 12,5 1,29 1,56
Примечание. С 1955 г. завод „Микрэпровод” перешел на мар пруты за-
вода „Москабель” с некоторой их корректировкой (в таком виде они и приведены
в первой строке настоящей таблицы).
ной скорости ее движения; увеличивая емкость отдаю-
щей и приемной тары, можно достигнуть дополнитель-
ного повышения производительности агрегата для эма-
лирования.
Для пояснения можно привести следующий пример.
При эмалировании медной проволоки диаметром 0,67 мм
на заводах «Москабель» и «Микропровод» до 1967 г.
применялись маршруты калибров, обеспечивающие тол-
щину покрытия по отдельным проходам, приведенную
в табл. 3-1, данные которой показывают, что изоляци-
онное покрытие накладывалось на проволоку по прохо-
дам неравномерно. Учитывая, что длина тепловой ка-
меры у эмалировочной печи агрегата Б-30 равна 3,0 м,
по формуле (3-22) можно определить допустимую ско-
рость эмалирования лаком винифлекс. Для маршрутов
завода «Москабель» (6макс—-9,3 мкм) она составляла
&доп=380Я6-2'1 = 380 • 3,0 • ЭД-2’1 = 10,5 м[мин.
Именно эта скорость и была предусмотрена в суще-
ствовавшей технологии. Попытки завода «Микропровод»
применить при этой скорости маршруты завода «Моска-
бель» приводили к повышенному браку по качеству по-
верхности («корявости»); поэтому на заводе «Микропро-
вод» эта проволока эмалировалась с меньшей скоростью.
Изменением маршрута калибров (или числа проходов)
для рассматриваемого диаметра при сохранении общей
ТОЛЩИНЫ ИЗОЛЯЦИИ МОЖНО уменьшить бмакс до 8 мкм.
Тогда
^дип=380 • 3,0 • 8,0-2Д — 14,5 м!мин.
Т а б л 15 ц a 3-2
Рабочая вязкость синтетических лаков при изготовлении эмалированных проводов на агрегатах
М-24, С-24 и Б-ЗО
Марка провода Диаметр провода, мм Тип лака Вязкость, сек Вискозиметр Растворитель
ПЭВ-1 1 ПЭВ-2 j 0,10—0,19 ВЛ-931 110—130 ВЗ-4 РВЛ
ПЭВ>ЬА ПЭВ-2 / ПЭВА 0,20—0,38 0,38 ВЛ-931 ВЛ-931 150—200 250—300 ВЗ-1 ВЗ-1 РВЛ РВЛ
ПЭВ-1 1 ПЭВ-2 / ПЭВА ПЭВА 0,41—1,56 0,41—0,55 0,57—2,44 ВЛ-931 ВЛ-931 ВЛ-931 300—600 250—300 300—600 ВЗ-1 ВЗ-1 ВЗ-1 РВЛ РВЛ й РВЛ
ПЭМ-1 > ПЭМ-2 f 0,10—1,56 ВЛ-941 Не более 800 ВЗ-1 РВЛ
ПЭТВ, ПЭТВ-Р-35, ПЭТВ-939 0,10—0,19 ПЭ-943Б, Теребек F-35, ПЭ-939 60—80 ВЗ-4 Трикрезол и сольвент в соотношении 1:4
ПЭТВ, ПЭТВ-Р-35, ПЭТВ-939 0,20—0,38 ПЭ-943Б, Теребек F-35, ПЭ-939 80—110 ВЗ-4 То же
ПЭТВ, ПЭТВ-Р-35, ПЭТВ-939 0,41—1,56 ПЭ-943Б, Теребек F-35, ПЭ-939 35—90 В состоянии поставки ВЗ-1 То же
Технологические режимы эмалирования полиэти
Диаметр про- волоки, мм Допусти- мые откло- нения диаметра проволоки, мм Й диаметральная толшина изоляции, мм Максимальный диаметр эма- лированного провода, мм Марка лака го М осо - К О 10 СЭ кем о !в J о v «С ° за < к ' Метод надо- жения
0,20 0,21 0,23 0,25 0,27 0,29 0,31 0,33 0,35 0,38 ’ 4-0,005 —0,004 4-0,08 —0,005 0,02 0,02 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,03 0,03 0,24 0,25 0,28 0,30 0,32 0,34 0,36 0,38 0,41 0,44 ПЭ-943Б, Теребек F-3S, ПЭ-939 То же я » « м 80—110 6 Калиб- ровый То же и я » к я я » П п и
Примечания: 1. Температура в эмалировочной печи корректируется по цвету
приборов и др.; конкретные температуры устанавливаются заводскими инструкциями на
2. Допускается эмалирование проводов в пять проходов; в этом случае необходимо
Следовательно, на агрегате типа Б-30 появились
условия для увеличения скорости эмалирования на 37%,
которые можно реализовать при подходящей по мощ-
ности печи 'отжига.
Исходя из аналогичных предпосылок, конечно с уче-
том реальных возможностей эмалировочного оборудо-
вания, были разработаны новые технологические режи-
мы эмалирования синтетическими лаками.
Типовой технологией изготовления эмалированных
проводов на агрегатах М-24, С-24 и Б-30 прежде всего
оговариваются необходимая вязкость лака и обязатель-
ность фильтрации его перед подачей в эмалировочные
ванны. Любой лак перед эмалированием должен филь-
троваться через фильтрующие элементы с величиной
ячеек:
Для проводов диаметром 0,10—0,19 мм . . . 3—6 мкм
То же 0,20—0,38 мм . . . 5—8 мкм
„ „ 0,41—1,56 мм. . . 7—12 мкм
Перед эмалированием лак должен доводиться до ра-
бочей вязкости, указанной в табл. 3-2. При использо-
вании вискозиметра ВЗ-4 измерение вязкости произво-
дится при 25°C, при1 использовании вискозиметра ВЗ-1
с соплом «5,4» — при 20 °C.
Таблица 3-3
лентерефталатными лаками на агрегате С-24
Скорость эмалирова- ния, MjMUH Температура эма- лирования (по при- Емкость от- дающей тары, кг
бору) °C
16-17 Нижняя Верхняя
зона зона
15-16 15—16 15-16 15—16 15—16 15—16 15—16 12.5—13,5 12,5—13,5 300 400 12—24
6
данного провода,
отдельный станок,
без последнего калибра.
Маршруты калибров
0,24-0,25—0,25-0.26—0,26—0,27
0,25-0,26—0,26-0,27—0,27—0,28
0,28—0,29—0,29—0,30—0,30—0,31
0,30—0,31—0,31—0,32—0,32—0,33
0,32 —0,33—0,33—0,34—0,34—0.35
0,34—0,35—0,35—0,36—0,36—0,37
0,36—0,37—0,37—0,38—0,38—0,39
0,38—0,39—0,39—0,40—0,40—0,41
0,40—0,41—0,41—0,42—0,43—0,44
0,43—0,44—0,44—0,45—0,46—0,47
так как возможны различия в установке термопар, работе
В типовых технологических режимах приводятся
маршруты калибров, число проходов, температура в эма-
лировочной печи и скорости эмалирования для всех
диаметров проводов, выпускаемых с применением дан-
ного типа лака. В качестве примера в табл. 3-3 приве-
дены технологические режимы изготовления медных
проводов с изоляцией на основе полиэтилентерефталат-
ного лака на агрегатах типа С-24.
На новых типах агрегатов для эмалирования, приме-
няемых на отечественных кабельных заводах, скорости
эмалирования значительно выше, ио общее число но-
вых станков по сравнению со станками старой серии
пока еще относительно невелик^.
3-5. ЭМАЛИРОВАНИЕ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
Обычная технология эмалирования проволоки рас-
считана на применение эмальлаков, содержащих 60—
85% растворителей. Растворители необходимы только
для перевода лака в жидкое состояние для нанесения
на проволоку, так как после наложения лаковой пленки
они испаряются в печи и разлагаются с помощью ката-
литических элементов на простейшие составляющие.
в случае отсутствия на агрегатах для эмалирования
установки для каталитического сжигания отходящих га-
зов растворители выбрасываются в окружающую атмо-
сферу. Поэтому большой практический интерес пред-
ставляет применение для изготовления изоляции эма-
лированных проводов, которые могут накладываться на
проволоку без участия в их рецептуре растворителей.
В этом случае вязкотекучее состояние, необходимое для
нанесения материала на проволоку, достигается не рас-
творением пленкообразующего вещества, а его расплав-
лением. В результате эмалирования без применения
растворителей улучшаются гигиенические условия рабо-
ты в эмалировочных цехах, исключается загрязнение
окружающей среды, экономятся дефицитные раствори-
тели, снижается пожароопасность этих цехов.
Одними из первых материалов, для которых эмали-
рование без применения растворителей прошло промыш-
ленную проверку, явились полиамидные смолы. Полиа-
мидные смолы при определенной температуре переходят
в состояние вязкой жидкости, причем этот переход осу-
ществляется в узком интервале температур (6—10°C).
В расплавленном состоянии полиамидные смолы, явля-
ясь вязкими жидкостями, подобно эмальлакам облада-
ют в определенной степени способностью растекаться
по проволоке, что является одним из условий получения,
равномерных эмалевых пленок. В качестве полиамид-
ной смолы, пригодной для эмалирования проволоки без
применения растворителей, была выбрана смола капрон,
которая нагревалась до 280 °C и в жидком состоя-
нии при помощи шестеренчатых насосов подавалась
в изолирующую головку, в которой с помощью калибров
производилось наложение ее на проволоку.
Эмалированные провода с капроновой изоляцией, на-
ложенной без применения растворителей, изготовлялись
также на пластмассовых прессах и поточных линиях,
причем линейная скорость изолирования провода диа-
метром 0,67 мм составляла около 600 м/мин. Однако
провода с капроновой изоляцией не нашли широкого
применения из-за недостаточной адгезии изоляции к про-
воднику и вследствие ухудшения электроизоляционных
свойств в условиях повышенной температуры или влаж-
ности. Тем не менее разработанные технологические ме-
тоды могут в будущем найти применение для наложе-
ния тонких полиамидных покрытий на проводах или для
сти смолы ТС-1 и смолы ТС-1
с добавкой эпоксидной смолы
ЭД-5 от температуры.
1 — ТС-1: 2 — ТС-1+ЭД-Б.
получения эмалированных проводов с изоляцией на
основе каких-либо материалов,..не имеющих недостатков,
присущих полиамидам.
Довольно широкое применение нашел метод эмали-
рования без применения растворителей, впервые разра-
ботанный в СССР под руководством канд. техн, наук
И. М. Майофиса (производство эмальпроводов с изоля-
цией на основе полиэтилентерефталатной смолы, по на-
гревостойкости относящихся
к классу В). Одной из та-
ких смол, используемых при
эмалировании без примене-
ния растворителей проволо-
ки диаметром 0,5—1,40 мм,
является смола ТС-1, по-
лучаемая переэтерификаци-
ей полиэтилентерефталата
(лавсана).
Для снижения вязкости
расплава при температуре
наложения на проволоку,
что, в частности, необходимо .
для производства проводов
диаметром менее 0,4 и бо-
лее 1,40 мм, в смолу ТС-1 вводится эпоксидная смола
ЭД-5. Даже при введении большого количества низко-
молекулярной эпоксидной смолы полиэтилентерефталат-
ная смола сохраняет стеклообразное состояние, так как
образуется равномерная смесь. На рис. 3-21 показаны
зависимости от температуры вязкости смолы ТС-1 и
этой же смолы с добавкой смолы ЭД-5. Вязкость рас-
плава, необходимая для эмалирования, составляет око-
ло 10 мин (по ВЗ-4). Такую вязкость смола ТС-1 при-
обретает при 180—185 °C; введение смолы ЭД-5 снижа-
ет необходимую температуру на 45—50 °C. При этом
уменьшается тепловое излучение в окружающую среду
и предотвращаются случаи затвердевания смолы в от-
дельных местах ванны и калибрах в случае прекраще-
ния подачи в них смолы из-за обрыва проволоки. Кроме
того, при эмалировании проволоки диаметром более
1,40 мм за счет передачи тепла из расплава проходящей
проволоке температура смолы в прилегающих к про-
волоке слоях 'может снижаться. Очевидно, что более
благоприятные условия для работы создаются при вве-
дении в полиэтилентерефталатную смолу эпоксидной.
Однако это повышает стоимость материала. Данное об-
стоятельство является причиной (применения смолы ТС-1
без каких-либо добавок для эмалирования в широком
диапазоне диаметров проволоки (0,50—1,40 мм).
Применяемые для эмалирования без растворителей
смолы в твердом исходном состоянии не слипаются и
хорошо измельчаются. Это .позволяет без затруднений
транспортировать их и загружать в бункер ванны.
Рис. 3-22. Конструкция ванны для наложения на проволоку эмале-
вой изоляции без применения растворителей.
Д — бункер; Б— изолирующая приставка; / — калибр нижний; 2 — калибр
верхний; 3 —конусный кран; 4— соединительный канал; 5 — шток; 6 — элек-
тронагреватели; 7 — теплоизоляционный кожух.
В расплавленном состоянии при 140—180°C, т. е. рабо-
чих температурах наложения, указанные смолы Не под-
вергаются физико-химическим изменениям; в то же
время они обладают способностью переходить в неплав-
кое и нерастворимое состояние при повышенных темпе-
ратурах в печи эм лировочного аг егата и ооразовыйаТЬ
эмалевую изоляцию на проволоке, обладающую необхо-
димыми механическими и электроизоляционными харак-
теристиками.
Для нанесения расплавленной полиэфирной смолы
на проволоку (медную или алюминиевую) применяются
специальные ванны, конструкция одной из которых по-
казана на рис. -3-22. Бункер А .предназначен для загруз-
ки и расплавления смолы. Приставка Б съемная; в ней
располагаются калибры 1 и 2, с помощью которых про-
изводится наложение расплавленной смолы на прово-
локу. Ванна имеет электрообогрев, обеспечивающий
поддержание нужной температуры расплава. Изолирую-
щие приставки разделены на отдельные секции по числу
ходов эмалируемых проволок.
Эмалирование без растворителей на агрегате типа
Б-30 производится за четыре прохода через ванну, так
что могут использоваться все 32 приемные оси для ка-
тушек с проводом. Каждая секция сообщается с бун-
кером посредством канала 4, перекрываемого при необ-
ходимости конуснЫ'М краном 3 путем ввинчивания до
упора штока 5. При заправке проволоки кран 3 пере-
крывается. Расстояние между верхним и нижним калиб-
рами зависит от диаметра проволоки и составляет
обычно 20—65 мм.
После нанесения слоя смолы на проволоку в печи
агрегата происходит образование пространственной
структуры в эмалевой изоляции. Примерная схема обра-
зования этой структуры в случае использования смолы
ТС-1 следующая:
пНО—Н2С—R—СН2-тОН
СНчОН
СН2
О—сн2—R—сн2—о—СН2 — R—СН2-
сн2
о
сн2
—о—сн2—и—сн2—о—сн2—R—сн2——
4. f
сн2
ГДе л — остаток молекулы ПоЛиэтиленТерефталатнои
смолы.
Полиэфирно-эпоксидные смолы образуют простран-
ственную структуру в две стадии. Первая стадия —
взаимодействие молекул эпоксидной смолы с полиэфир-
ной смолой с образованием полимера линейной струк-
туры:
•• — сн2— сн—сн, + нон2с— r-cii2—он-+
о СН2ОН
+ сн2—сн—сн2---—*•
о
—* —СН2—СН-СН2—O-CH2-R-CH2-O-CH2-CH-CHz— •
он сн2он он
На второй стадии образовавшиеся молекулы сшива-
ются в результате взаимодействия гидроксильных групп
через кислородные мостики с выделением воды:
сн2
—СН 2—СН—СН2 — о—СН2 —R —СН 2—О —сн2—СН—СН;
о о
—сн2—сн—сн2—о—сн2—R—сн2—о—сн2—сн—сн,
сн2
Полученные по описанному методу провода не усту-
пают по своим свойствам обычным эмалированным про-
водам марок ПЭТВ и ПЭТВ-939 с изоляцией на основе
полиэтилентерефталатных лаков ПЭ-943 и ПЭ-939, со-
держащих растворитель.
Метод эмалирования составами без применения рас-
творителей весьма перспективен и может быть исполь-
зован при производстве эмалированных проводов прак-
тически любого класса нагревостойкости. Для этого не-
обходимо создание изоляционных смол, обладающих со-
ответствующими технологическими характеристиками.
3-6. РАСЧЕТ РАСХОДА ЭМАЛЬЛАКОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ
ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
Определение расхода материалов является важным моментом
в производстве обмоточных проводов.
При определении расхода эмальлаков для расчета массы эмаль-
пленки, приходящейся на 1 км провода, пользуются следующими
формулами:
для круглых проводов
РкМ=лР+5)5у; (3-36)
для прямоугольных проводов
РКК=(АВ—q)y. (3-37)
При пересчете на 1 т эмалированных проводов масса пленки
составит:
р
Pt = lOOO-~- (3-38)
* э
В этих формулах:
Ркм — масса эмальпленки на 1 км провода, ка; — масса
эмаль'пленки на 1 т проводов, кг; Ря — масса эмалированного прово-
да, кг/км; А и В — размеры прямоугольного провода поверх эмали,
мм; d — диаметр проволоки, мм; q— сечение провода под эмалью,
mjm2; 5 — радиальная толщина эмальпленки, мм; у — плотность эмаль-
пленки, г/см3.
Таблица 3-4
Значения коэффициента k0, учитывающего расход основы
масляных лаков в зависимости от толщины пленки
Диаметры проволоки, мм Диамет- ральная толщина эмальплен- КН, JMAf kQ Диаметры проволоки, мм Диамет- ральная толщина эмальплен- ки, мм *0
0,05—0,09 0,012 2,65 0,41—0,49 0,035 1,70
0,10—0,14 0,015 2,45 0,50—0,69 0,040 1,60
0,15—0,19 0,018 2,25 0,72—0,96 0,050 1,40
0,20—0,25 0,20 2,00 1,00—1,35 0,060 1,30
0,27—0,29 0,025 1,90 2,00—2,44 0,070 1,27
0,31—0,38 0,030 1,80 2,00—2,44 0,070 1,27
Т а блица 3-5
Значения коэффициента Ло, учитывающего расход
синтетических лаков
Диаметр проволоки» мм Диаметраль- ная толщина эмальпленки, мм Коэффициент kQ
ВЛ-931 (винифлекс) ВЛ-941 (метальвнн) Полиамид- иорезоль- ный Поли- эфирный
0,06—0,09 0,022 7,3 8,8 5,0 4,5
0,10—0,17 0,025 7,0 8,5 5,6 4,2
0,18—0,23 0,030 6,5 8,0 4,3 4,0
0,25—0,33 0,035 6,3 7,8 4,2 4,0
0,35—0,41 0,040 6,2 7,5 4,0 3,8
0,44—0,55 0,045 6,0 7,3 4,0 3,7
0,57—0,69 0,050 5,8 7,0 3,9 3,6
0,72—0,83 0,055 5,7 6,8 3,8 3,6
0,9—0,96 0,060 5.5 6,8 3,6 3,4
1,0—1,08 0,065 5,4 6,5 3,6 3,2
1,1—1,25 0,065 5,2 6,5 3,5 3,2
1,30—1,56 0,07 5,1 6,3 ' 3,5 3,2
1,62—2,44 0,08 5,0 6,0 3,3 3,2
Для масляных эмальлаков у равно примерно
1,15, для лаков «а
поливинилацеталевой основе 1,24—1,26, на полиуретановой основе
1,28—’1,29, на полиэфирной и полиэфиримидной основах 1,37—1,39.
Таблица 3-6 Необходимое количество
Значения коэффициента k3,
учитывающего расход лака
в зависимости от толщины
пленки, для прямоугольного
провода марки ПЭВП
Размеры А Х-В, мм Толщина эмали, мм k в
А—а в—ь
0,50X8,80 0,60X4,70
0,80X4,40 0,83X3,53 0,055 0,075 5,3
0,90X2,83
1,08X5,10 1,16X3,05 1,16X4,15 1,25X5,90 1,30X4,96 1,43X3,58 у 0,065 0,085 5,0
1,68X4,40 1 1,81X4,40 ( 1,95X4,40 J 0,055 0,075 0,5
лака G для образования плен-
ки на 1 т эмалированных про-
водов рассчитывается следую-
щим образом:
для основы лаков
G=PTka- (3-39)
для лаков рабочей вязко-
сти на масляной и синтетиче-
ской основах
С = РТЛЭ, (3-40)
где ks=k0 • 100/С.
В формулах (3-39) и (3-40):
С — процентное содержа-
ние основы в лаке рабочей вяз-
кости; ko — коэффициент, учи-
тывающий расход основы лака;
— коэффициент, учитываю-
щий расход лака рабочей вяз-
кости; G — количество лака,
необходимое для выпуска 1 т
эмалированных проводов, кг.
Значения коэффициента Ло
для масляных лаков, соответ-
ствующего количеству кило-
граммов лака рабочей вязкости, которое необходимо для образова-
ния '1 «г эмали, в зависимости от толщины пленки приведены
в табл. 3-4.
Значения коэффициента йэ для синтетических лаков
приведены в табл. 3-5.
Значения коэффициента /гэ для прямоугольных эма-
лированных проводов с изоляцией на поливинилацета-
левом лаке приведены в табл. 3-6.
Аналогичным образом рассчитывается расход мате-
риалов при изготовлении обмоточных проводов с волок-
нистой и пленочной изоляцией, хотя, естественно, при
определении расхода других материалов значения коэф-
фициентов будут иными.
Глава четвертая
ОБОРУДОВАНИЕ ЭМАЛИРОВОЧНЫХ ЦЕХОВ
Для изготовления эмалированных проводов на ка-
бельных заводах применяются специальные агрегаты,
состоящие из отдающего устройства для проволоки, пе-
чи отжига, лаконаносящего устройства, печи для термо-
обработки лакового покрытия, приемного устройства и
системы перекидных и направляющих роликов. Обычно
приемное и отдающее устройства представляют собой
единый узел. Наличие печи отжига позволяет обеспечи-
вать заданную степень мягкости проволоки, поступаю-
щей после волочения в твердом, нагартованном состоя-
нии. Отжиг проволоки происходит и в печах для термо-
обработки лакового покрытия, однако при повышенных
скоростях эмалирования и применении некоторых спе-
циальных типов лаков (например, полиуретановых) та-
кой отжиг недостаточен. Лаковый узел представляет
собой устройство для многократного нанесения лака на
проволоку с последующей термообработкой в печи агре-
гата. В зависимости от диаметра эмалируемой прово-
локи агрегаты делятся на несколько типов.
4-1. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ ТОНЧАЙШЕЙ ПРОВОЛОКИ
До последнего времени для эмалирования тончай-
шей медной проволоки диаметром 0,015—0,04 мм широ-
ко применялись агрегаты, обеспечивающие скорость
эмалирования в пределах до 50—70 м!мин. На агрега-
тах подобного типа эмалируется также проволока из
сплавов сопротивления.
Отечественный агрегат типа ЭТ-2 (рис. 4-1) предна-
значен для эмалирования проволоки диаметром 0,02—
0,04 мм, но практически позволяет изготовлять эмали-
рованные провода в более широком диапазоне размеров
0,015—0,05 мм. Отдающее устройство (рис. 4-2) без-
Рис. 4-1. Общий вид агрегата типа ЭТ-2 для эмалирования прово-
локи диаметром 0,02—0,04 мм.
1 — отдающее устройство с фетровым обжимом; 2 —-.лаковый узел; 3 — печь;
4 — приводной электродвигатель; 5 — направляющие ролики; б — тяговая шай-
ба; 7 — раскладывающее устройство; 3 — приемное устройство.
ынерционное. Это означает, что при сматывании прово-
локи отдающая катушка неподвижна. В результате на-
тяжение проволоки очень мало; это обеспечивает воз-
можность использования отдающей тары с проволокой
практически любой массы и резко уменьшает обрыв-
ность, что особенно важно при эмалировании тончайшей
проволоки. При производстве проводов особо ответст-
венного назначения проволоку перед эмалированием не-
обходимо очищать от жировых и других загряз-
нений, для чего отдающее устройство вместе с катушкой
с медной проволокой помещается в специальный бачок
с растворителем, причем целесообразно использовать
тот же растворитель, который входит в состав применяе-
мого для эмалирования лака. Сматываясь с навойки
со скоростью 50—70 м/мин, проволока проходит через
хлопчатобумажный протир и очищается.
Промежуточные направляющие ролики, как и отдаю-
щее устройство, принудительного вращения не имеют.
Ролики имеют по семь канавок, что позволяет эмалиро-
вать проволоку за семь проходов. Для облегчения ро-
лики выполняются из алюминия, их оси — из закаленной
стали.
Для компенсации удлинения проволоки за счет ее
нагревания в печи диаметр ролика в канавках посте-
пенно увеличивается. Раз
ность этих диаметров для
крайних канавок составляет
0,5—1 мм. Масса роликов
65—70 г.
Лак на проволоку на аг-1
регате ЭТ-2 наносится с по-
мощью замшевых обжимов
(рис. 4-3). Толщина покры-
тия определяется рецепту-
рой и вязкостью лака и сте-
пенью обжатия, которая ре-
гулируется эмалировщицей.
Количество лака, поступаю-
щего из бачка емкостью
0,25 л в ванночку, регулиру-
ется при помощи крана 4.
Эмалировочная печь име-
ет общую камеру для двух
ХОДОВ Проволоки. Нагрева- Рис. 4-2. Отдающее устройство,
Тели закрытые; они представ- применяемое на агрегате для
ляют собой керамическую эмалирования типа ЭТ-2.
трубку с помещенной внутри
нее обмоткой из нихромовой проволоки. Теплоизоляция
обеспечивает температуру на наружной поверхности пе-
чи не выше 70° С. Диапазон рабочих температур эмали-
ровочной печи агрегата ЭТ-2 составляет 200—360 °C.
Регулирование температуры и поддержание ее на за-
данном уровне обеспечиваются с помощью автоматиче-
ской электронной установки типа МАРТ-48, разрабо-
танной заводом «Микропровод». Установка МАРТ-48
мюжет одновременно контролировать температуру
в 48 камерах. Проволока заправляется в печь при по-
мощи нихромовых лент, протягиваемых вдоль камеры.
Рис. 4-3. Устройство для нанесения эмальлака винифлекс на прово-
локу диаметром 0,02—0,04 мм.
1 — канал для подвода лака; 2— два слоя замши; 3 — эмалируемая ирово-
лока; 4 — зажимные вииты.
Натяжение провода на приемном устройстве регули-
руется с помощью дискового фрикциона. Регулирование
скорости ступенчатое (путем изменения передаточного
отношения между шкивами привода). При изменении
скорости эмалирования станок необходимо останавли-
вать. Приемные оси для катушек вращающиеся, поэто-
му при наполнении катушки с целью ее смены прихо-
дится останавливать ход.
Газы, выделяющиеся при эмалировании, отсасывают-
ся с помощью системы вентиляции.
Итальянской фирмой Сикме разработан агрегат мар-
ки 2NORE-MF/12 для эмалирования проволоки диа-
метром 0,02—0,05 мм со скоростями до 600 м!мин. Об-
щий вид и принципиальная схема агрегата представле-
ны на рис. 4-4 -и 4-5. Это горизонтальный двухходовой
агрегат с двумя индивидуальными камерами для тепло-
вой обработки лака. Длина камеры 1,25 мм. Отдающие
устройства безынерционного типа расположены в ниж-
ней части агрегата и закрыты колпаками из органиче-
ского стекла. Каждый ход имеет печь отжига, пред-
ставляющую собой металлическую трубку с тепловой
изоляцией. Отжиг осуществляемся в паровой среде, для
чего предусмотрен парогенератор, питаемый очищенной
водой. Для заправки проволоки через печь отжига име-
ется специальное пневматическое приспособление. На
входе и выходе проволоки из печи отжига устансивлены
системы направляющих роликов на подшипниках, кото-
рые практически исключают вибрацию проволоки. Печь
Рис. 4-4. Общий вид эмалировочного агрегата
2NORE-MF/12.
имеет электрический обогрев и снабжена катализатором
для сжигания отходящих газов. Печь может откры-
ваться, что облегчает заправку проволоки. Эмалирова-
ние проволоки производится за 12 проходов, для чего
предусмотрены система направляющих роликов и тяго-
вое колесо с 12 канавками. При обратном движении
эмалируемая проволока проходит вне печи, касаясь вой-
лочного цилиндра, способствующего уменьшению виб-
рации.
Лак накладывается на проволоку с помощью мяг-
ких обжимов, подача лака — порционная. Дозирующее
устройство позволяет регулировать количество подавае-
мого лака и, следовательно, изменять толщину слоя ла-
Рис. 4-5. Принципиальная схема эмалировочного агрегата 2NORE-MF/12.
/ — отдающее устройство; 2 — система роликов; 3 — печь отжига; 4 — направляющие ролики; 5 — эмалировочная печь; 6 — тяго-
вое колесо; 7 — сдвоенное приемное устройство.
ка, .накладываемого за один проход. В ачки лак может
заливаться вручную или от централизованной системы
лакоподачи.
Тяговые колеса приводятся во вращение от инди-
видуальных двигателей постоянного тока, регулирова-
ние которых обеспечивает линейные скорости эмалиро-
вания в пределах 10—650 м/мин\ в корпусе агрегата
имеется прибор, указывающий скорость эмалирования.
На последнем проходе у тягового колеса предусмотрен
прижимной ролик с резиновым ободом. Назначение по-
следнего— обеспечение постоянной линейной скорости
проволоки и снижение ее вибрации при смене катушек.
Каждый ход станка имеет приемное устройство сдво-
енного типа, у которого на планшайбе расположены два
приемных шпинделя с приводом от индивидуальных
двигателей; перезаправка проволоки с одной катушки
на другую производится путем поворота планшайбы.
Захват проволоки на пустой катушке осуществляется
с помощью имеющейся на катушке липкой ленты. Рас-
кладка провода осуществляется в результате возвратно-
поступательного движения всего приемного устройства.
Реверсирование двигателя раскладки осуществляется
с помощью концевых переключателей. Предусмотрена
возможность плавного регулирования натяжения прово-
локи и ширины раскладки.
По данным фирмы, рекомендуются следующие ско-
рости эмалирования:
Для обеспечения опти-
мальных условий термооб-
работки эмальпленки печь
агрегата удлинена по срав-
нению с печью агрегата ти-
па ЭТ-2. Большое относи-
тельное удлинение при ма-
ксимальных скоростях обес-
печивается наличием печи
отжига. Необходимая тол-
щина покрытия достигается
за счет увеличенного числа
проходов при эмалировании.
Представляет интерес тес
мой скорости эмалирования проволоки поливинилацета-
левыми лаками на рассматриваемом агрегате. В соот-
ветствии ic исследованиями, выполненными во ВНИИКП,
Диаметр проволоки, мм Скорость эмалирова- ния, м(мин, лаками
полиурета- новым и поливини- лацетале- вым поли- эфирным
0,02 350 350
0,03 600 400
0,04 550 400
0,05 500 350
расчет
допусти-
допустимая скорость эмалирования v поливинилацета-
левыми лаками может быть определена по формуле
о = 380^, (4-1)
о2»1
где Н — длина эмалировочной печи, л; б — диаметраль-
ная толщина элементарного покрытия за один проход,
мим.
Измерение толщины покрытия эмалированного про-
вода диаметром 0,04 мм, полученного на данном станке
за 12 '.проходов, показало, что толщина элементарного
покрытия б равна 0,9 мкм. Так как // = 1,25 м, то
v = 386 1,25 0 д*-, -= 593 м/мин.
Полученное значение скорости весьма близко к ре-
комендуемому фирмой.
Важно проверить, возможен ли необходимый нагрев
проволоки при таких скоростях эмалирования.
Коэффициент конвективной теплоотдачи а проволо-
ки, по данным ВНИИКП, определяется по формуле
а rf°.e2b ’ (4-")
где d — диаметр проволоки, м.
В результате для проволоки диаметром 0,04 мм име-
ем значение
а=265 ккалЦм?" ч • °C).
Если принять, что температура воздуха вдоль печи
постоянна (для горизонтальных печей это допущение
для приближенных расчетов оправдано), то температура
проволоки в конце печи может быть определена по фор-
муле
т __т
'Г ___Т 1 в J нач
“ в ~Ho.d
eGC
(4-3)
где Гцр — температура проволоки -в конце печи; Тв —
температура окружающей среды в печи; Тпзч — началь-
ная температура проволоки; G — масса медной прово-
локи, проходящей через печь за один проход в единицу
времени; С — теплоемкость меди.
Для рассматриваемых нами условий 7’Б = 400°С; G =
= 0,4 кг/ч; Кнач=25°С; С~0,1 ккалЦкг • °C); //=1,25 м.
В результате температура проволоки в конце печи ока-
зывается равной 260 °C.
Таким образом, расчетным путем получена темпера-
тура проволоки, которая весьма близка к необходимой
температуре при эмалировании поливинилацеталевыми
лаками. Следовательно, рекомендуемые фирмой Сикме
режимы эмалирования являются достаточно обоснован-
ными и могут быть реализованы в производстве.
Процесс наложения лака при /высоких скоростях обе-
спечивается применением обжимов. Этот узел усовер-
шенствован: для обеспечения постоянной толщины лако-
вой пленки обжимы прижимаются с помощью груза;
лак подается регулируемыми импульсами, а в лакопо-
дающих каналах поддерживается постоянное давление.
Для обеспечения необходимой толщины изоляции
провода в соответствии с отечественными стандартами
приходится несколько снижать скорость эмалирования.
Ряд зарубежных фирм считает, что более эффектив-
ным путем повышения производительности труда являет-
ся не повышение скорости эмалирования, а максималь-
но возможное облегчение обслуживания агрегата за счет
упрощения его конструкции. С этой точки зрения nie-
сомненный интерес представляют агрегаты фирмы МАГ
(Австрия). Для эмалирования проволоки диаметром
0,03—0,09 мм эта фирма выпускает агрегаты типов
LDO-OH/K-40/5 и LDO-OH/K-40/6. Эти агрегаты различа-
ются только количеством проходов проволоки через лак
(пять или шесть), а следовательно, числом печей и ла-
Рис. 4-6. Общий вид эмалировочного агрегата
фирмы МАГ для эмалирования проволоки диа-
метром 0,03—0,09 мм.
ЙОНаНосягЦих устройств. Общий вид такого агрегата
показан на рис. 4-6, а принципиальная схема на
рис. 4-7. Агрегат обеспечивает одновременное эмалиро-
вание 40 проволок со скоростями до 220 м/мин. Скорость
эмалирования зависит от типа применяемого лака и
Рис. 4-7. Принципиальная схема эмалировочного агрегата фирмы
МАГ для эмалирования проволоки диаметром 0,03—0,09 мм.
/ — отдающее устройство; 2— приемное устройство; 3 — печь отжига; 4— ла=
новые ванны; 5 — эмалировочные печи; 6 — баки с лаком; 7 — вентиляционная
система.
диаметра проволоки; максимальная 'Скорость эмалиро-
вания достигается применением лака на полиуретане-
вой основе (рис. 4-8). При использовании лаков на по-
лиэфирной или поливинилацеталевой основе она сни-
жается примерно на 30%.
Агрегат типа LDO-OH/K-40 удобен также для произ-
водства эмалированных проводов с дополнительными
защитными слоями или комбинированной изоляцией из
различных лаков. В этом случае в лаковые ванны, отде-
ленные одна от другой, заливаются различные лаки (на-
пример, при шести проходах через лак в первые четыре
Рис. 4-8. Зависимость диапазона
скоростей эмалирования на стан-
ках типа LDO-OH/K-40 от диамет-
ра провода при применении лака
на полиуретановой основе.
ванны может заливаться
полиуретановый лак, а в
последние два—лак на
поливинилбутиралевой ос-
нове, обеспечивающей на-
ложение дополнительного
термопластичного слоя).
Принципиально агрегаты
такого типа могут быть
изготовлены с любым тре-
буемым числом печей и
проходов проволоки.
Длина агрегата в зави-
симости от числа печей со-
ставляет 23—25 м; общая мощность 67—75 кет. Отдаю-
щее устройство фляйерного типа. Катушки с голой про-
волокой неподвижно закреплены на горизонтальной оси,
й сматывание проволоки осуществляется с .помощью вра-
щающегося легкого поводка— фляйера через щеку ка-
тушки. Фляйер имеет слабое торможение для предот-
вращения излишней размотки провода при случайных
остановках. Агрегат имеет печь отжига с общей каме-
рой на все 40 ходов проволоки. Защитная среда от окис-
ления проволоки — водяной пар, для получения которо-
го используется дистиллированная вода. Медная прово-
лока очищается от волочильной эмульсии в специальном
устройстве путем промывки горячей дистиллированной
водой. Большая длина печи отжига (до 1,6 м) не только
обеспечивает высококачественный отжиг проволоки при
высоких скоростях эмалирования, но и предотвращает
возможный пережог проволоки при остановке ее движе-
ния за счет некоторого снижения температуры в печи.
Лаконаносящее устройство валикового типа
(рис. 4-9). Валик приводится в движение специальным
электродвигателем. Над каждой канавкой валика рас-
положена стальная пластинка, снимающая излишки ла-
ка и создающая некоторое давление лака в канавках.
После лаконаносящего устройства расположены калиб-
рующие устройства из фетра или замши, давление на
которые, определяющее толщину покрытия, регулирует-
ся прижимной металлической пластиной. Агрегаты мо-
гут снабжаться устройствами с применением фитиль-
ного метода наложения лака.
Система подачи лака к лаковому узлу — циркуляци-
онная. Емкость передвижного бака для лака составляет
около 200 л; лак перекачивается насосом и проходит
через очистительный фильтр. Если бак закрепляется
на станке стационарно, то он имеет меньшую емкость
(50 л). С помощью специальной аппаратуры можно
и вязкость лака. По жела-
может иметь по два лаковых
регулировать температуру
нию потребителя агрегат
Рис. 4-10. Сдвоенные прием-
ные шпиндели эмалировочного
агрегата типа LDO-OH/K-40.
бака для обеспечения быст-
рой замены одного . лака
другим.
Эмалировочная камера
печи имеет электрический
обогрев и изготовляется из
жаростойкой стали, что
улучшает равномерность
распределения температуры
внутри реторты. Длина печи
1,3. м. Печь снабжена
устройством для каталитиче-
ского сжигания отходящих
газов, причем это устрой-
ство имеет дополнительные
электрические нагреватели,
работающие в период пуска.
После достижения нормальных рабочих режимов эти
нагреватели отключаются, так как необходимая темпе-
ратура каталитических элементов обеспечивается за
счет выделения тепла при сгорании отходящих от печи
газов. Каждая печь имеет отдельное терморегулирую-
щее устройство, поэтому при работе агрегата темпера-
тура в каждой печи может быть различной. На прием-
ное устройство могут устанавливаться катушки с диа-
метром фланца 50—125 мм. Принципиально возможна
установка катушек с диаметром щеки 160 мм. Регули-
рование скорости возможно в диапазоне 40—240 м/мин
(плавное). Постоянство натяжения проволоки на при-
емной катушке в процессе намотки обеспечивается
применением специальных магнитных муфт. Приемные
катушки могут соединяться в группы таким образом, что
скорость движения проволоки на всех ходах одной груп-
пы будет одинаковой, но отличной от скоростей других
групп.
Быстрая смена приемных катушек достигается при
помощи двух приемных катушек на каждый ход. При
необходимости смены катушки поворачивают основание
с катушками и закрепляют эмалируемый провод на пу-
стой катушке (обычно с помощью липкой ленты , как
это показано на рис. 4-10.
Западногерманская фирма Ауман выпускает агре-
гаты типа FLK-100 для эмалирования проволоки диа-
метром 0,02—0,055 мм. Эти агрегаты имеют две моди-
Рис. 4-11. Принципиальная схема эмалировочного агре-
гата фирмы Ауман типа ,FLI\-100.
/ — эмалировочная печь; 2 —шкаф управления; 3 — вентилятор;
4 — резервуар для лака; 5 — охлаждающий вентилятор; 6 и 8 —
регулировка отсоса воздуха; 7— трубы отжига; 9 — камера печи
для обратного движения провода; 10— бесступенчатый привод;
//— намоточное устройство; 12— лаконаносящее устройство;
13 — регулятор температуры; 14 — перекидные ролики.
фикации: FLK-100A— для эмалирования проволоки диа-
метром 0,02—0,035 мм со скоростями 30—200 м/мин и
FLK-100B — для эмалирования проволоки диаметром
0,03—0,055 мм со скоростями 40—250 м!мин. Принци-
пиальная схема агрегата типа FLK-ЮО показана на
рис. 4-11. Длина камеры печей около 1 м. Число про-
ходов проволоки через лак 10—15. На приемном устрой-
стве могут устанавливаться катушки с максимальным
диаметром щеки 100 мм (FLK-ЮОА) и 160 мм
(FLK-100B). Отжиг проволоки производится путем обо-
грева в защитной атмосфере — водяном паре. Длина
трубки отжига равна 1 м. Дозирующий насос обеспе-
чивает регулируемую подачу лака к проводу. Натяже-
ние проволоки при намотке остается постоянным. Уста-
новленная мощность агрегата 5 кет.
4-2. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ ПРОВОЛОКИ
ДИАМЕТРОМ 0,05—0,29 мм
В отечественой практике для эмалирования медной
проволоки диаметром 0,05—0,29 мм применяются три
типа агрегатов: горизонтальные — для изготовления
Рис. 4-12. Общий вид агрегата для эмалирования типа ЭТ-8.
проводов диаметром 0,05—0,09 мм (тип ЭТ-8) и верти-
кальные для изготовления проводов диаметром 0,10—
0,29 мм (тип М-24) и 0,20—0,41 мм (тип С-24). На
агрегатах подобного типа эмалируется также проволока
из сплавов 'сопротивления. Кроме того, на агрегате
С-24 изготовляются алюминиевые эмалированные про-
вода диаметром 0,38—0,55 мм. Эти агрегаты в настоя-
щее время уже не изготовляются и постепенно будут
заменяться новыми, более совершенными, но пока коли-
чество их на кабельных заводах значительно.
Основные узлы агрегата ЭТ-8 те же, что и ЭТ-2
(рис. 4-12). Кроме медной проволоки, на станке ЭТ-8
Рис. 4-13. Схема устройства эмали-
ровочного агрегата типа М-24.
1 — приемно-отд а ющее устройство; 2 — рас-
кладывающие ролики; 3 — лаковый узел;
4 — эмалировачная печь; 5 — запорная
вентиляция.
можно эмалировать приволоку ов сопротивле-
ния, причем в этом 'Случае проволока сматывается с на-
войки при вращении ее в центрах, а безынерционные
отдатчики не применяются.
Очистка проволоки производится с помощью фетро-
вого обжима (сухого или смоченного в растворителе).
Для наложения лака винифлекс используются фетро-
вые обжимы, а при эмалировании более жидким поли-
эфирным лаком применяются фитили. В отличие от
агрегата типа ЭТ-2 по-
дача лака централизо-
ванная '(от системы с
автоматическим лако-
приготовлением и кон-
тролем вязкости).
Агрегат типа ЭТ-8
имеет две четырехка-
мерные печи, причем
каждый ход распола-
гается в отдельном ке-
рамическом муфеле.
Регулирование ско-
рости плавное; оно осу-
ществляется при помо-
щи ленточно-конусного
вариатора. Для умень-
шения натяжения про-
волоки выходной блок
роликов имеет прину-
дительное вращение.
Конструкция преду-
сматривает возмож-
ность эмалирования со
скоростью в пределах
13—40 м/мин. Макси-
мальные скорости эма-
лирования достигаются
при замене обычных
тяговых и перекидных
роликов 10-канавочны-
ми, т. е. при увеличении числа проходов проволоки
через лак и уменьшении толщины элементарного покры-
тия. В последней серии этих агрегатов предусмотрены
каталитическое сжигание отходящих газов, а также уве-
личение скорости эмалирования до 70 м/мин за счет
некоторого увеличения длины печи. Мощность станка
равна 4,0 кет.
Агрегаты типов М-24 и С-24 имеют в принципе оди-
наковую конструкцию. Первоначально эти агрегаты бы-
ли рассчитаны для одновременного эмалирования мас-
ляными лаками 24 проволок (за три погружения). Ши-
рокое внедрение синтетических лаков, которые нано-
сятся на проволоку диаметром 0,10—0,41 мм с помощью
калибров за пять проходов, привело к тому, что этими
лаками одновременно эмалируются только 14 проволок.
Схема агрегата типа М-24 показана на рис. 4-13
(подобное же устройство имеет и агрегат типа С-24).
Рис. 4-14. Отдатчики к эмалировочным агрегатам
типа М-24.
Отдающие и приемные устройства расположены с одной
стороны печи. Отдающие катушки устанавливаются ли-
бо на вертикальных, либо на горизонтальных осях. Ин-
терес представляют отдающие устройства, состоящие из
вертикально расположенной рамы, прикрепляемой не-
посредственно к станкам печи, с горизонтальным распо-
ложением катушек (рис. 4-14). Очистка проволоки после
схода с отдающих катушек производится с помощью
фетровых обжимов.
Проволока приводится в движение тяговым валом,
расположенным в нижней части агрегата перед лаковой
ванной. Тяговый .вал имеет 72 цилиндрические канавки
для прохода проволоки. Регулирование скорости движе-
ния проволоки плавное с помощью вариатора, ьраще-
ние приемных катушек осуществляется от центрального
вертикального вала; натяжение провода регулируется
с помощью дисковых фрикционов.
Эмалирование масляными лаками на агрегатах ти-
пов М-24 и С-24, как и на любых других вертикальных
агрегатах, осуществляется методом погружения. При
эмалировании синтетическими лаками применяется ка-
либровый способ наложения лака с использованием
лаковых ванн трех типов:
1) ванны открытые гребенчатые с фетровыми уплот-
нениями, через которые проволока проходит в ванну;
2) ванны с лаконаносящими валиками;
3) ванны с трубками (конструкции завода «Ры-
бинсккабель»).
Наиболее прогрессивными являются ванны с лакона-
носящими валиками (рис. 4-15), которые удобны в за-
Рис. 4-15. Ванна с лаконаносящими валиками
на эмалировочном агрегате М-24.
правке и эксплуатации, имеют минимальную поверх-
ность испарения, обеспечивают небольшое натяжение
проволоки и уменьшают вытекание лака в процессе эма-
лирования. Недостатком такой ванны является то, что
вращающиеся валики усиленно перемешивают лак,
а это приводит к испарению растворителя и изменению
вязкости лака.
На ряде заводов лак к эмалировочным ваннам по-
дается с помощью централизованной циркуляционной
Системы. На заводе «Микропровод» такая система обе-
спечивает также автоматический контроль вязкости и
необходимое разведение лака растворителем. •
Эмалировочная печь агрегата типа М-24 однозонная,
а типа С-24 — двухзонная. Внутреннее пространство пе-
чей выложено шамотным кирпичом. В первых конст-
рукциях печей нагреватели выполнялись закрытыми;
сейчас печи выпускаются с открытыми нагревателями.
Температура в печах регулируется с помощью термопар
и автоматических электронных потенциометров типов
ЭПВ и ЭПД. Агрегаты М-24 и С-24 печей предваритель-
ного отжига проволоки не имеют.
Печи агрегатов М-24 и С-24 снабжаются системой
запорной вентиляции. Эта система снижает расход элек-
троэнергии за счет уменьшения потерь тепла на нагрев
воздуха в камерах печей.
Скорость эмалирования на агрегатах типа М-24 мо-
жет изменяться в пределах 12—36 м/мин, на агрегатах
типа С-24 — в пределах 8—24 м]мин. Потребляемая
мощность агрегата типа М-24 равна 13,5 квт, а типа
С-24—22,5 квт.
Основными направлениями модернизации агрегатов
типов М-24 и С-24 являются:
1) увеличение емкости приемной и отдающей тары;
2) некоторое увеличение мощности нагрева и улуч-
шение характера температурных кривых в печах;
3) оборудование циркуляционными системами лако-
подачи с обязательной фильтрацией лака;
4) каталитическое сжигание отходящих от эмалиро-
вочных печей газов;
5) замена вариаторов приводом от двигателей по-
стоянного тока.
Для эмалирования проволоки диаметром 0,05—
0,14 мм итальянская фирма Сикме выпускает горизон-
тальные агрегаты типа NORE-128. На этих агрегатах
16 проволок эмалируются за 8 проходов со скоростью
130—270 м!мин. При применении полиэфирных лаков
скорость эмалирования снижается до 90—190 м/мин.
Принципиальная схема агрегата NORE-128 показана на
рис. 4-16.
Максимальная емкость отдающей тары 50 кг. Отдаю-
щие устройства безынерционного типа смонтированы
в нижней части станины; отдающие барабаны установ-
лены горизонтально для облегчения размотки провода.
В ’Качестве приемной тары могут использоваться ка-
тушки с диаметром щеки 25Q. мм и расстоянием между
щеками 160 мм. Постоянство натяжения провода в про-
цессе намотки обеспечивается применением приводных
двигателей с большим скольжением. Привод приемных
катушек индивидуальный. Регулировка натяжения при
намотке общая для всех приводных двигателей катушек
и осуществляется с помощью автотрансформатора. Кро-
ме того, каждое приемное устройство снабжено панелью
для индивидуальной дополнительной регулировки натя-
жения в пределах ±15%.
Рис. 4-16. Принципиальная схема эмалировочного агрегата
NORE-128.
1 — прнемно-отдающее устройство; 2— печь отжига; 3 — эмалировочная печь.
Тяговые шайбы — также индивидуальные для каж-
дого хода проволоки. Они имеют текстолитовые кольца
и снабжены покрытыми резиной прижимными ролика-
ми. Привод тяговых шайб от двигателя постоянного то-
ка через червячный редуктор и специальные ременные
передачи.
Станок NORE-128 имеет циркуляционную систему ла-
коподачи. Лак подается к лаковому узлу насосом; коли-
чество лака дозируется при помощи регулировочных за-
движек, установленных в системе. Циркуляционная си-
стема снабжена фильтром для очистки лака. После
фильтра установлен предохранительный клапан, не допу-
скающий резкого повышения давления внутри системы
в случае неправильного регулирования лакоподачи. Агре-
гат снабжен двумя видами лаковых узлов: как роликово-
го типа, так и с применением фетровых обжимов. Фет-
ровое устройство дает при эксплуатации лучшие резуль-
таты; такое устройство применяется для нанесения
маловязких лаков. С помощью специальной электронной
схемы контролируется и поддерживается на нужном
уровне количество подаваемого на каждый ход лака.
При этом вязкость лака сохраняется неизменной. Систе-
ма фетровых обжимов обеспечивает правильное распре-
деление лака по поверхности цроволоки. Расположение
лаконаносящего устройства обеспечивает при обслужи-
вании удобный доступ к нему. Емкость бака для лака
равна 80 л; бак укомплектован указателем уровня, слив-
ным устройством, насосом и фильтром и может подклю-
чаться к системе централизованной лакоподачи.
•Приемно-отдающее устройство снабжено системой
раскладки провода, представляющей собой каретку на
шариковых втулках, которая с помощью реверсивного мо-
торедуктора изменяет направление движения. Устройст-
во обеспечивает возможность устанавливать пять шагов
раскладки; изменение шага раскладки производится пу-
тем смены шестерен. Ширина раскладки регулируется
плавно.
Схема тепловых потоков в печи агрегата MORE-128
показана на рис. 4-17. Камера печи и устройство для
каталитического сжигания отходящих газов выполнены
из нержавеющей стали. Теплоизоляцией печи является
минеральная вата. Электрические нагреватели при не-
обходимости легко заменяются. Камера печи разделена
на две зоны: одна зона — для испарения растворителя,
вторая — для запечки лака. Температура каждой из
этих зон контролируется автоматическим пирометром.
Газы отсасываются в центре камеры печи и пропус-
каются через катализатор, после чего очищенные газы
поступают в систему циркуляции, а затем снова в рабо-
чую камеру печи с целью максимального использования
тепла очищенного газа, поступающего в систему рекупе-
рации; количество направляемого газа может регулиро-
ваться с помощью комплекта шиберов.
Каталитическое устройство снабжено терморегулято-
ром для включения вспомогательных нагревательных
элементов, а также системой аварийной сигнализации
в случае превышения допустимой температуры в зоне
после катализатора. Каталитическое устройство имеет
также две термопары, расположенные до и после ката-
лизатора. Температура катализатора должна быть не
ниже 350 °C, так как при более низкой температуре про-
исходит неполное сгорание паров растворителей и быст-
рое загрязнение каталитических элементов. Но темпера-
тура катализатора не должна также превышать 600 °C
так как в противном случае каталитические элементы
могут выйти из строя. При превышении допустимой тем-
пературы срабатывает предупредительная звуковая и
световая сигнализация и останавливается вытяжной вен-
тилятор, предохраняя каталитические элементы от воз-
можного повреждения. При этом нагреватель катализа-
тора выключается, лак быстро удаляется из ванны,
а проволока без слоя лака может продолжать движение
Рис. 4-17. Схема тепловых потоков в эмалировочной печи
агрегата NORE-128.
через печь на пониженной скорости. Если эти меры не
будут приняты, возникнет возможность самовозгорания
взрывоопасной смеси, накопляющейся в печи из-за ос-
тановки вытяжного вентилятора.
Печь снабжена вентилятором с двигателем, необхо-
димыми для обеспечения циркуляции газов. Отсасы-
вающий вентилятор приводится во вращение от двига-
теля постоянного тока, что позволяет легко регулировать
его скорость при применении различных типов лака.
Печь имеет отдельный вентилятор для отсоса газов и
выброса их в дымовую трубу, а также устройство для
охлаждения входного и выходного блоков пер&кидны?{
роликов. Проволока заправляется в печь с помощью
восьми нихромовых лент '(по одной на каждые два хо-
да) ; ленты приводятся в движение через муфты от вала,
связанного с моторедуктором. Длина камеры печи равна
2 м. До недавнего времени фирма Сикме рекомендовала
для агрегатов NORE-128 контактные печи отжига.
В этих печах нагрев и отжиг проволоки осуществляются
за счет пропускания по ней тока. Ток подводится с по-
мощью контактных роликов при движении проволоки
сверху вниз через стеклянную трубку с определенным
уровнем воды в последней, необходимым для создания
защитной среды. Установленная мощность эмальпечи аг-
регата NORE-128 28 кет, печи отжига 5 кет.
В последних конструкциях подобных агрегатов для
эмалирования проволоки диаметром 0,05—0,44 мм
с целью обеспечения достаточной толщины изоляции
при работе на максимальных скоростях каждая проволо-
ка эмалируется уже не за 8, а за 42 проходов. Соответ-
ственно изменился тип агрегата: NORE-192 .вместо
NORE-128. Агрегат NORE-192 имеет бесконтактную печь
отжига с трубками из жаропрочной стали для прохода
отдельных проволок. Печь отжига снабжена парогенера-
тором для создания защитной паровой среды при от-
жиге медной проволоки. Каждая из двух печей отжига
рассчитана на восемь ходов. Общая мощность этих печей
составляет '13 кет. Температура каждой печи регулиру-
ется при помощи термопар и терморегуляторов на тран-
зисторах. Емкость отдающих катушек около 60 кг, при-
чем катушки расположены вертикально на съемных те-
лежках, что облегчает операцию загрузки. Провод сма-
тывается с катушки с помощью фляйера.
Агрегат NORE-120, предназначенный для эмалиро-
вания проволоки диаметром 0,08—0,28 мм, в принципе
подобен агрегату NOR'E-1'28, но отличается несколько
большими размерами и повышенной мощностью печи
(39 кет). Длина агрегата без печи отжига составляет
10,25 м против 8,8 м у агрегата NORE-il28. Станок 20-хо-
довой; каждая проволока эмалируется за шесть прохо-
дов. Скорость эмалирования в пределах 50—’260 м/мин
для лаков на полиуретановой и поливинилацеталевой
основе п 40—-180 м]мин при применении полиэфирных
лаков. Емкость отдающей тары 80 кг. Длина рабочей
части печи равна 2,5 м.
В последних ’конструкциях станков длй эмалирования
проволоки диаметром 0,08—ОДв мм предельная скорость
увеличена до 300 mJ мин с одновременным увеличением
мощности печи до 49 кет и числа проходов проволоки
через лак до ,12. Контактные печи отжига также заме-
нены печами .непосредственного отжига в паровой среде.
Австрийская фирма МАГ применяет для эмалирова-
ния проволоки диаметром 0,05—0,13 мм 40-ходовые аг-
регаты LDO-O/K-40 с последовательным расположе-
нием печей. Проволока в зависимости от количества пе-
чей проходит через лак 6 и 8 раз. Схема агрегата
LDO-O/K-40 с эмалированием проволоки за шесть про-
ходов показана на рис. 4-18. Длина агрегата составляет
Рис. 4-18. Схема эмалировочного агрегата LDO-O/K-40.
1 — отдающее устройство; 2 — печь отжига с устройством для очистки прово-
локи; 8 — лаковый узел; 4 — бак для хранения лака; 5 — эмалировочная печь;
6 — шкаф управления; 7 — приемное устройство; 8 — сдвоенный приемный
шпиндель катушек; 9 — вентиляционная система.-
18,6—21,6 м. Длина камер печи равна 1,58 м; 'в каждой
печи имеются две камеры — для прямого и обратного
движения проволоки.
Длина печи отжига равна 3,5 м. Общая установлен-
ная мощность агрегата составляет 75—91 кет. Диапазон
рабочих скоростей эмалирования до '250 mJmuh. Конст-
рукции отдельных узлов принципиально не отличаются
от конструкции узлов ранее рассмотренного агрегата для
эмалирования проволоки диаметром 0,03—0,07 мм. Фир-
ма МАГ .выпускает также 42-ходовые агрегаты подобно-
го типа для эмалирования проволоки диаметром 0,08—
0,30 мм со скоростями 40—250 м!мин.
Западногерманская фирма Ауман выпускает для эма-‘
лирования проволоки в диапазоне диаметров 0,04—
0,40 мм три агрегата типа FLK, основные характеристи-
ки которых приведены в табл. 4-1.
Принципиальная схема агрегата типа FLKJ125 или
FLK-175A показана на рис. 4-19. Подача лака к эма-
Таблида 4-1
Основные характеристики агрегатов фирмы Ауман для эмалирования проволоки диаметром
0,04—0,40 мм
Тип агрегата Диапазон диаметров эмалируемой проволоки, мм Скорость эмалирования, М/М11Н Число ходов и проходов Отдающая тара Приемная тара Длина печи, мм Общая МОЩНОСТЬ агрегата, квт
FLK-125 0,04—0,15 30—150 8 ходов, до 10 про- ходов через лак Диаметр щеки катушки до 260 мм', диаметр отверстия 57 мм; расстояние между щеками 220 мм; емкость 90 кг Диаметр щеки катушки 63—160 мм 1 250 31
FLK-175A 0,12—0,30 25—130 Диаметр щеки катушки 80—200 мм 1750 39
FLK-175B 0,18—0,40 20—100 Диаметр щеки катушки 400 мм; диаметр отверстия 22 мм; расстоя- ние между ще- ками 250 мм; емкость 200 кг Диаметр щеки катушки 100—200 мм
Рис. 4-19. Принципиальная схема эмалировочного агрегата FLK-125
и FLK-175A фирмы Думай.
1 — отдающее устройство; 2 — отжигательное устройство; 3 — эмалировочная
печь; 4— перекидные ролики; 5— шкаф управления; 6 — отсасывающая вен-
тиляция; 7 —система лакоподачи; 8—приемное устройство.
лируемой проволоке порционная и осуществляется с по-
мощью специального дозирующего устройства. Регули-
ровка скорости эмалирования плавная.
Рис. 4-20. Устройство для контактного отжига
проволоки на эмалировочных агрегатах фирмы
Ауман.
Система контактного отжига проволоки, рекоменду-
емая фирмой Думал для проволоки диаметром свыше
0,18 мм, показана на рис. 4-20.
4-3. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ ПРОВОЛОКИ
ДИАМЕТРОМ 0,30 мм И БОЛЕЕ
На отечественных кабельных заводах эксплуатирует-
ся большое количество вертикальных агрегатов различ-
ных типов для эмалирования медной проволоки диамет-
ром 0,30 мм и выше. Агрегаты типа Б-30 предназначены
для эмалирования проволоки диаметром 0,38—<1,5'4 мм;
медная проволока диаметром 1,16—2,44 мм эмалирует-
ся на агрегатах типа Г-20 («Гигант»), Кроме того, на
агрегатах типа Б-30 эмалируется алюминиевая прово-
лока диаметром 0,57—2,44 мм. Агрегаты типа Б-30 вы-
пускались в двух модификациях: Б-ЗОА и Б-ЗОБ. Агре-
гат Б-ЗОА 20-ходовой с числом проходов на один ход,
равным 6. Установленная мощность 70 кет. На агрегате
Б-30Б рекомендуется эмалировать медную проволоку
диаметром до 1,56 мм. Это 16-ходовой агрегат с уста-
новленной мощностью 90 кет. За счет сокращения числа
ходов при сохранении ширины печи каждая проволока
может эмалироваться за семь проходов. Принципиально
агрегаты Б-ЗОА и Б-ЗОБ по конструкции не различают-
ся. Схема работы агрегата Б-30 показана на |рис. 4-2,1.
Эмалировочные печи состоят из двух камер, в каждой из
которых располагается восемь — десять ходов проволоки.
Приемные устройства располагаются по обе стороны
печи.
Отдающеее устройство может быть как с горизон-
тальным, так и с вертикальным расположением катушек
(барабанов) с проволокой. При вертикальном располо-
жении катушка с проволокой ставится непосредственно
на пол, а отдача проволоки осуществляется с помощью
вращающегося поводка (фляйера). При горизонтальном
расположении катушек они устанавливаются на горизон-
тальных осях. Катушки с проволокой устанавли-
ваются на двух параллельно расположенных катках
(унтервальцах), вращающихся на шарикоподшипниках.
После отдатчика проволока через фетровые цротиры и
систему направляющих роликов поступает в печь отжига.
Если эмалируется мягкая проволока, то печь отжига от-
ключается. Использование печи отжига дает возмож-
ность получить равномерный отжиг проволоки по длине
и лучшую чистоту ее поверхностти, что крайне трудно обе-
спечить при предварительном отжиге проволоки на ба-
рабанах. Для предотвращения окисления проволоки в
процессе отжига в течи создается паровая среда. Пар
иногда подается к течам отжига централизованно; на
ряде заводов применяются отдельные парогенераторы.
Равномерность шаровой среды обеспечивается примене-
нием вентилятора для перемешивания пара. Нормаль-
ным расположением печей отжига на станках типа Б-ЗО
следует считать горизонтальное, хотя принципиально
Рис. 4-21. Схема эмалировочного агрегата Б-30.
1 — приемно-отдаюхцее устройство с раскладчиками; 2— печь отжига;
3 — лаковый узел; 4 — эмалировочная печь: 5 — поворотные ролики; 6 —
вытяжная вентиляция; 7— охлаждающая приточная вентиляция; 8—
тяговое устройство.
возможно и вертикальное расположение. Мощность печей
отжига составляет 13—'15 кет три мощности парогенера-
тора около 2 кет.
Из печи отжига проволока проходит в лаковую ван-
ну, обычно представляющую собой открытый короб
с фетровыми прокладками между двумя металлически-
ми гребенками, предотвращающими вытекание лака.
Иногда для агрегатов Б-30 используются ванны с роли-
ками, аналогичные рассмотренным в § 4-2, но их при-
менение не дает должного эффекта, прежде всего пото-
му, что из-за большого объема лака, захватываемого
проволокой, происходит быстрое загустевание лака в
ванне. Кроме того, при эмалировании жидкими лаками
с применением ванны с лаконаносящими роликами про-
исходит вытекание лака.
Эмалировочная печь агрегата Б-30 состоит из двух
камер, разделенных вентиляционным каналом. Охлаж-
дение эмалированного провода по выходе из печи осу-
ществляется с помощью приточной вентиляции, распо-
ложенной над рабочей камерой. Над вентиляционным
каналом расположена вытяжная вентиляция. Нагревате-
пи в эмалировочной печи могут быть как закрытого, так
Рис. 4-22. Индукционная печь отжига для эма-
лировочного агрегата Б-30.
и открытого типа. В случае применения нагревателя
открытого типа он защищается от непосредственного
соприкосновения с проволокой нихромовой сеткой.
Основные направления модернизации агрегатов Б-30
те же, что и для агрегатов М-24 и С-24. Характерной
чертой агрегатов является обязательное ’применение
предварительного отжига проволоки перед эмалирова-
нием. В этом отношении безусловный интерес представ-
ляет применение индукционных печей отжига, пока-
занйыХ на рис. 4-2 . При этом Скорости эмалирования
(4—16 м/мин) могут быть увеличены.
Агрегаты Г-20 конструктивно схожи с агрегатами
Б-30, но имеют увеличенную длину и большую мощ-
ность эмалировочных печей, а также более мощные при-
емные устройства. На обоих агрегатах вращение прием-
ных осей производится от общего распределительного
вала через систему шестеренчатых передач. Натяжение
провода регулируется с помощью дисковых фрикционов
и прижимной гайки с пружиной. Плавное регулирование
скорости осуществляется за счет применения вариатора.
Установленная мощность агрегата Г-20 составляет
140 кет; число ходов равно 10; число проходов каждой
проволоки через лак равно 8. Скорость эмалирования
в пределах 4—16 м/мин.
Современные вертикальные агрегаты отличаются от
рассмотренных большей длиной печи, наличием катали-
тического сжигания отходящих газов и рекуперации выде-
ляющегося при этом тепла, приводом приемных катушек,
обеспечивающим постоянство натяжения проволоки в
процессе намотки. Кроме того, прием проволоки может
производиться в контейнеры или на конические катуш-
ки, что особенно желательно при использовании эмали-
рованных проводов для автоматической намотки стато-
ров электродвигателей.
Итальянская фирма Сикме выпускает целую серию
вертикальных агрегатов, рассчитанных на различное
число эмалируемых проволок (число проходов 80, 96,
112, ‘128, '140, .1'44). Основные узлы этих агрегатов сходны
с вышеописанными, поэтому рассмотрим лишь один из
этих агрегатов VRE-144, используемый на отечественных
кабельных заводах. Общий вид и схема этого станка по-
казаны на рис. 4-23. Агрегат VRE-144 предназначен для
эмалирования медной порволоки диаметром 0,3—1,10 мм;
агрегат 20-ходовой, причем проволока эмалируется за
семь проходов с расстоянием между отдельными прохо-
дами 11 мм. Емкость проволоки на отдающих катушках
около 300 кг; прием проволоки производится на катушки
с диаметром фланца 300 мм и расстоянием между ще-
ками 280 мм. 'Конструкция предусматривает скорость
эмалирования до 70 м/мин; фактическая скорость 22—
68 м]мин. Высота агрегата около 11 м, длина 12,2 м.
Имеется циркуляционная система подачи лака; метод
наложения лака—с помощью неразъемных калибров.
Ёмкость бака для краненйя лака 150 л. Прием провело*
ки может производиться также в контейнеры (масса
проволоки в контейнерах составляет примерно 50 или
150 кг) или на конические катушки (масса проволоки
Рис. 4-23. Схема вертикального эмалировочного агрегата стан-
ка типа VRE-144 фирмы Сикме.
а конических катушках составляет 45—250 кг). Схема
стройства и габариты контейнеров и конических кату-
тек показаны на рис. 4-24.
Особый интерес представляют эмалировочная печь
! печь отжига. Схема эмалировочной печи к станку
Рис. 4-24. Контейнеры и конические катушки для прие-
ма проволоки на современных вертикальных эмалиро-
вочных агрегатах.
VRE-144 показана на рис. 4-25. Камера эмалировочной
печи изготовлена из нержавеющей стали; -электрические
нагреватели закрытые. Нагрев производится с учетом
тепла, выделяющегося при сгорании в каталитическом
устройстве смеси растворитель — воздух и возвращаемо-
Рис. 4-25. Схема циркуляции газов в вертикаль-
ной эмалировочной печи фирмы Сикме.
1 — каталитические элементы; 2 — устройство для воз-
душного подпора; 3 — охлаждение проводов; 4 — охлаж-
дение роликов; 5 — электронагреватели камеры печи; 6 —
электронагреватели катализатора; 7—9— термопары ка-
меры печн; /0 —термопара катализатора; // — воздухо-
отвод к вытяжной трубе; 12 — отсасывающий вентилятор
для охлаждения проводов; 13— термопара для контроля
температуры газов, входящих в катализатор; 14 — забор
воздуха для определения взрывоопасности; /5 —прибор
для контроля взрывоопасности.
го в рабочую камеру. Камера печи разделена на две
зоны: первая зона—от входа проводов до уровня устрой-
ства для отсоса газов, вторая — от уровня устройства
для отсоса газов до верхней части печи. В первой зоне
происходит в основном испарение растворителей, во вто-
рой— пленкообразование. Температура каждой из этих
двух зон регулируется независимо. В нормальных рабо-
чих условиях два вентилятора всасывают смесь паров
растворителя с образующимися газами из рабочей каме-
ры печи через каталитические элементы, в которых все
горючие элементы окисляются. Температура газов при
сгорании регистрируется при помощи термопары, уста-
новленной IB каталитической камере. Один из отсасы-
вающих вентиляторов направляет через клапан газы
из катализатора в первую зону, причем во время движе-
ния газы передают тепло через стенки в камеру печи
конвекцией снаружи, а затем поступают непосредственно
в камеру через задвижки. Избыточная часть этих газов,
количество которых определяется регулировкой клапа-
на, поступает в дымовую трубу. Воздух, нагнетаемый
к нижнему отверстию печи вентилятором, предваритель-
но нагревается за счет тепла избыточных газов, отводи-
мых из системы рекуперации. Подача воздуха регулиру-
ется с помощью клапанов. Температура воздуха перед
входом в печь составляет примерно 100 °C; с помощью
специальных клапанов воздух равномерно распределяет-
ся по сечению камеры печи.
Верхний отсасывающий вентилятор направляет газы
после катализатора через клапан в .верхнюю зону. Рав-
номерность распределения температуры по ширине печи
обеспечивается регулировкой специальных задвижек.
Избыточная часть газов направляется через дымовую
трубу и выбрасывается в атмосферу.
Оба отсасывающих вентилятора каталитического
устройства приводятся во вращение независимо двига-
телями постоянного тока. Регулируя скорость вращения
валов двигателей, можно изменять количество газов, от-
сасываемых от входного отверстия печи, а следовательно,
и температуру катализатора. В случае необходимости от-
сасывающие вентиляторы могут вращаться с разными
скоростями, в этом случае в каждую из двух зон печи
может направляться различное количество газов. При-
боры для контроля и изменения скорости отсасывающих
вентиляторов расположены на общем щите.
Так как каталитиче-
ское сжигание отходя-
щих газов .происходит
только при 350 °C и вы-
ше, каталитическое
устройство снабжено
комплектом электриче-
ских нагревателей, ав-
томатически включаю-
щихся при температуре
ниже 350 °C, в част-
ности при пуске эмали-
ровочной печи после ее
остановки.
Над верхним отвер-
стием печи расположе-
на камера подпора
(уравновешивания дав-
ления), предотвращаю-
щая выход газов из ра-
бочей камеры. Воздух
отбирается отсасываю-
щим вентилятором из
помещения и направ-
ляется в устройство
подпора. Количество
поступающего возду-
ха дозируется с по-
мощью специального
клапана.
При избытке воз-
духа, поступающего че-
рез устройство под-
пора, может происхо-
дить охлаждение .вто-
рой зоны печи, что
недопустимо.
Над устройством
подпора находится ох-
лаждающее устройство1.
Охлаждение эмалируе-
мых проводов произво-
дится за счет подачи
S
Он
к ним холодного воздуха; при этом не должно наблю-
даться вибрации проводов.
Агрегат VRE-144 имеет печь отжига с принудитель-
ной циркуляцией пара, схема 'которой показана на
рис. 4-26. Отжиг проволоки происходит ib среде, насы-
щенной перегретым паром. Тепло передается к прово-
локе как конвекцией, так и гза счет излучения от стенок
камеры печи. Это позволяет осуществлять отжиг прово-
локи при более низкой температуре нагревательных эле-
ментов по сравнению с использованием закрытых труб-
чатых нагревателей.
Кроме того, при остановке эмальагрегата исключает-
ся опасность перегорания тонкой проволоки в печи от-
жига. Циркуляция пара обеспечивает равномерное рас-
пределение температуры по ширине и длине камеры. Пар
от отдельных парогенераторов через централизованный
распределитель и трубопроводы подается к отверстиям,
расположенным на входе и выходе проводов в камере
отжига. Регулировка подачи пара производится с по-
мощью редуктора давления. Поданный таким образом
пар всасывается вентилятором и направляется в верх-
нюю камеру, где расположены электрические нагревате-
ли для перефева пара. Эти нагреватели включаются и
выключаются отдельным выключателем, который сра-
батывает только после включения вентилятора. Пар по-
дается в камеру отжига, затем заново всасывается спе-
циальным вентилятором, обеспечивающим принудитель-
ную циркуляцию пара в системе.
В целях предотвращения подсоса наружного воздуха
в печь отжига и ограничения потерь пара через отвер-
стия для входа и выхода проводов последние закрывают-
ся с помощью целлюлозных губок, пропитанных водой.
В связи с этим в системе циркуляции пара создается
некоторое давление. В случае недостаточной подпитки
водой губки печи отжига выйдут из строя в результате
действия перегретого пара. Подача воды к губкам не
должна быть также чрезмерной, так как при этом, по-
мимо повышенного расхода воды, возможно попадание
избытка воды в камеру отжига, вызывающее конденса-
цию части пара, что может привести к окислению поверх-
ности медной проволоки.
Установленная мощность агрегата типа VRE-144 око-
ло 250 квт, причем мощность эмалировочной печи около
187 квт, а печи отжига 44 квт.
Для .привода приемных осей используются двигатели
с большим скольжением, обеспечивающие постоянство
натяжения провода при намотке катушки.
фирма Сикме выпускает также '16- и 20-ходовые аг-
регаты для эмалирования проволоки диаметром 0,50—
1,80 мм со скоростью в пределах 17—60 м/мин. На этих
агрегатах часто применяются контейнерные приемные
устройства, элемент конструкции которых показан на
рис. 4-27. Принципиально возможен и комбинированный
прием эмалированной проволоки как в контейнеры, так
и на катушки. Известны также 12- и 14-ходовые агре-
гаты этой фирмы для эмалирования проволоки диамет-
Рис. 4-27. Элемент контейнерного приемного
устройства фирмы Сикме.
ром 1,50—4,00 мм. Скорость эмалирования в пределах
4-—22 м!мин. Высота агрегата около 1'2,2 м. Установ-
ленная мощность около 350 кет. Емкость отдающей та-
ры 600 кг медной проволоки; приемные барабаны имеют
диаметр щеки 500 мм.
Основные узлы и рабочие параметры агрегатов дру-
гих фирм для эмалирования проволоки диаметром выше
0,30 мм примерно одинаковы (фирмы Дженерал Элек-
трик, Сежедюр и др.). Исключение представляет фир-
ма МАГ, которая рекомендует для эмалирования про-
волоки диаметром до 0,70 мм включительно горизон-
тальные 48-ходовые агрегаты.
Рис. 4-28. Схема эмалировочного
агрегата типа П-2-20.
1 — отдающее устройство; 2 — тяговые
шайбы; 3 — приемное устройство; 4 —
лаковая ванна; 5 — эмалировочная
печь.
4-4. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭМАЛИРО-
ВАНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ
ПРОВОЛОКИ
На заводе «Моска-
бель» эксплуатируются
агрегаты для эмалирова-
ния прямоугольной про-
волоки типа ,П-2-20 (ма-
ксимальное сечение эма-
лируемой проволоки
20 мм2).
Общий вид агрегата
П-2-'2О показан на рис.
4-28. Агрегаты для эмали-
рования прямоугольной
проволоки выполнены
двухходовыми, так как
при большем числе ходов
затрудняется их обслужи-
вание. Раскладка прово-
да при намотке на бара-
баны осуществляется дви-
жением самих барабанов
в горизонтальной пло-
скости, что исключает
возможность поврежде-
ния изоляции на ребрах
провода. Для наложения
лака на проволоку прямо-
угольного сечения приме-
няются лаковые ванны с
фетровыми прокладками,
предотвращающими вы-
текание лака, и си-
стемой металлических калибров для снятия излишков
лака.
На рис. 4-28 не показана печь отжига, которая может
иметь различное исполнение. Электрические печи с паро-
вой средой, располагаемые над прием но-оддающим уст-
ройством, сейчас заменены на заводе «Москабель» ин-
дукционными устройстьами трансформаторного типа,
в которых непрерывно движущаяся отжигаемая прово-
лока фактически представляет собой вторичную обмотку
Трансформатора. Отжиг и очистка прямоугольной про-
волоки происходят в атмосфере водяного пара, причем
в 'воду добавляется 0,2—О,4°/ояспирта с целью" восстанов-
ления пленки окислов на поверхности медной Проволоки.
Движущаяся проволока, огибая направляющие и кон-
тактные ролики, образует вокруг магнитопровода тран-
сформатора замкнутый виток. Ток отжига регулируется
изменением наведенной в витке э. д. с., что осуществ-
ляется переключением витков первичной обмотки тран-
сформатора. Мощность установки отжига для. прямо-
угольной проволоки 5 ква. Подобные же установки мо-
гут использоваться для отжига круглой проволоки боль-
ших сечений. По сравнению с печами сопротивления ус-
тановки индукционного типа имеют меньшие габариты
и обеспечивают значительное увеличение скорости эма-
лирования.
Установленная мощность агрегата П-2-20 1115 квт;
скорость эмалирования в пределах 2,5—10,0 mJ мин.
Эмалирование осуществляется за десять проходов. Высо-
та агрегата 13,3 м.
На отечественных заводах эксплуатируются также
эмальагрегаты для эмалирования прямоугольной прово-
локи сечением 3,1—62,5 мм2 конструкции итальянской
фирмы Сикме типа VREGP-36. Это четырехходовой
агрегат, позволяющий эмалировать проволоку за девять
проходов. Максимальная ширина эмалируемой прово-
локи 25 мм, максимальная толщина ее 4,0 мм. Скорость
эмалирования в пределах 3,6—12 м/мин при допускае-
мой устройством скорости 2—16 м/мин. Лак наклады-
вается на проволоку с помощью калибров. Емкость от-
дающего барабана 600 кг; на приемном устройстве уста-
навливаются барабаны с диаметром щеки 700 мм. Име-
ются циркуляционная система лакоподачи с фильтра-
цией, рекуперационная система каталитического сжига-
ния отходящих газов. Установленная мощность около
340 квт при высоте агрегата 12,3 м.
Из отдельных узлов этого агрегата наибольший ин-
терес представляет приемное устройство, имеющее инди-
видуальные тяговые шайбы на каждый ход (рис. 4-29).
Диаметр тяговой шайбы 890 мм. Перед тяговой шайбой
Провод проходит через ролик, который имеет устройство,
снабженное нажимной пружиной с регулятором и пере-
ключателем для остановки тяговой шайбы ,в том случае,
если натяжение будет выше допустимого (4 кгс/мм2).
Привод оси приемного устройства осуществляется
от двигателя с большим скольжением, что обеспечивает
постоянство натяжения провода. Натяжение при на-
мотке регулируется с помощью автотрансформатора.
Раскладка провода иа приемной катушке осуществляет-
Рис. 4-29. Эмалировочный агрегат типа VREGP-36 фирмы Сикме.
ся движением каретки с катушкой. Перемещение сала-
зок, движущихся на шариковых втулках, производится
при помощи гидравлической системы, что обеспечивает
равномерность и бесшумность перемещения. Масло из
бака с помощью шестеренчатого насоса через распреде-
литель с соленоидом, переключающим направление по-
дачи, подается в дозировочный цилиндр, работающий от
приемной оси, так что каждому обороту катушки соот-
ветствуют четыре хода поршня дозировочного цилиндра
и соответственно четыре порции масла, подаваемого в
цилиндр каретки. Из дозировочного цилиндра через дру-
гой распределитель с соленоидом, переключающим на-
правление подачи и выпуска при каждом конце хода
каретки, масло .подается в цилиндр каретки. Количество
масла, подаваемого из дозировочного цилиндра в ци-
линдр каретки, определяет шаг раскладки на каждый
оборот приемной оси. Так как ход поршня дозировоч-
ного цилиндра регулируется специальной системой с ры-
чагом, можно получить шаг раскладки в пределах
2—30 мм.
4-5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
В ПЕЧАХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
Для регулирования температуры в печах агрегатов для эмали-
рования наиболее часто применяются автоматические терморегуля-
торы типа Э.ПД-17 с записью температуры на дисковой диаграмме.
Для измерения температуры используются термопары хромель — ко-
пель. Основной частью прибора является электронный потенциометр.
Этот потенциометр имеет многовитковый 'Калиброванный реохорд из
манганиновой проволоки диаметром '0,2 мм, намотанной на изолиро-
ванную медную шину. В реохорде протекает измерительный ток и
пвоисходит определенное падение напряжения. Часть этого напря-
жения, зависящая от положения движка, включается навстречу термо-
s. д. с. термопары, установленной в эмалировочной печи. При ра-
венстве этих напряжений движок реохорда и перодержатель само-
писца находятся в покое. При изменении температуры в эмалировоч-
ной печи изменится термо-э. д. с. термопары и 'В диагонали моста
появится разность потенциалов. Вследствие этого на вход усилителя
будет подаваться напряжение, которое вызовет вращение реверсив-
ного двигателя и перемещение механически связанного е ним движка
в сторону, что приближает измерительный мост к равновесию. Вместе
с ними соответственно перемещаются перодержатель и стрелка, ука-
зывающая температуру в эмалировочной печи. Одновременно приво-
дится в действие и регулирующая часть устройства и в эмалировоч-
ной печи дополнительно включаются или отключаются регулирующие
нагревательные секции. Принципиальная схема электронного потен-
циометра типа 'ЭПД-07, являющегося основным элементом терморе-
гулятора ЭПД-17, представлена на рис. 4-30. Она несколько услож-
нена и представлена в виде моста. Включенные в схему моста сопро-
тивления Rlt Rt, Rp и др. служат для подгонки нижнего и верхнего
пределов измерений и автоматической компенсации колебаний темпе-
ратуры свободных концов термопары. 'Сопротивления Re и R2 служат
для установки и контроля постоянного тока в цепи реохорда.
Разность потенциалов в диагонали измерительного моста, вы-
званная нарушением его равновесия, выражается в микровольтах.
Она преобразуется в напряжение переменного тока с помощью ви-
брационного переключателя и входного трансформатора. Преобразо-
ванное напряжение "переменного тока повышается тремя каскадами
усилителя напряжения, и достигает значений '(порядка нескольких
вольт), достаточных для управления реверсивным двигателем.
Рис. 4-30. Принципиальная схема электронного потенциометра ЭПД-07.
/ — термопара; 2—измерительный мост; 3 — преобразовательный каскад; 4— вибрационный переключатель; 5 — входной транс-
форматор; 6 — усилитель напряжения; 7 — усилитель мощности; 8 — реверсивный двигатель; 9— редуктор; 10— диск; 11 — диа-
грамма; 12 — показывающая стрелка; /3 — перо.
Аналогичен принцип раооты и оолее современных регуляторов
температуры типа ЭП'В.
В последние годы на кабельных заводах начал широко приме-
няться многоточечный автоматический регулятор температуры ти-
па МАРТ-48, позволяющий с помощью обегающего устройства кон-
тролировать й регулировать температуру до 600 °C включительно
в 48 точках. Датчиками обычно являются термопары хромель — ко-
Рис. 4-31. Блок-схема многоточечного автоматического регулятора
температуры типа МАРТ-48.
пель. Основной регулирующий элемент установки — типовой элек-
тронный регулятор температуры типа ЭРТ. Блок-схема установки
показана на рис. 4-31. Установка МАРТ-48 работает следующим
образом.
Обегающее устройство при помощи шагового искателя ШИ по-
очередно включает одно из реле типа РЭС-Э группы Pi-‘l—Pi-48. Это
реле своими контактами подключает к электронному регулятору тем-
пературы соответствующее ему суммирующее устройство С4—С48.
К суммирующему устройству постоянно подключены термопара му-
феля и источник напряжения. Суммирующее устройство в зависимо-
сти от того, больше или меньше заданная температура в муфеле,
выдает на выходе напряжение одной или другой полярности. Величи-
на и полярность этого напряжения управляют работой электронного
регулятора. В случае если температура муфеля меньше заданной,
промежуточное реле Рз, включенное на выходе электронного регуля-
тора, срабатывает и своим контактом включает соответствующее
исполнительное реле группы Рг-1—/-2-48, цепь для которого подготов-
лена шаговым искателем ШИ.
Исполнительное реле включает нагревательный элемент муфеля.
При переходе обегающего устройства в следующее положение, соот-
ветствующее муфелю с температурой выше заданной, промежуточ-
ное реле Рз на выходе электронного регулятора не срабатывает и его
контакт не замыкается. Вторым своим контактом .'(не показанным на
блок-схеме для упрощения) реле Р3 подает от выпрямителя ВП2
через другие щетки искателя напряжение обратной полярности, ко-
торое выключает исполнительное реле и, 'следовательно, нагрев дан-
ного муфеля.
Установка заданной температуры в муфелях осуществляется при
помощи измерительного прибора МПП-254, подключаемого соответ-
ствующим ключом Ki—Kis ключевой панели к задатчику. Этим же
прибором можно проконтролировать температуру в любом муфеле
путем перевода ключа Ki—Kls в другое крайнее положение.
Для обеспечения стабильности задаваемой температуры питание
терморегулятора осуществляется через стабилизатор напряжения.
'В случае выхода из строя отдельных элементов в установке пре-
дусмотрена возможность перехода с автоматического на ручной ре-
жим работы.
Многоточечный регулятор температуры представляет собой кон-
струкцию, собранную из легко заменяемых блоков. Штепсельные
разъемы обеспечивают быструю замену блоков. Время, необходимое
для замены вышедшего из строя блока, не превышает 2—3 мин.
Блоки вмонтированы в шкаф многоточечного регулятора, на ли-
цевой панели которого размещены устройства для управления, сиг-
нализации и контроля.
4-6. СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ЛАКА К АГРЕГАТАМ
ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
На 'большинстве отечественных кабельных заводов используются
централизованные системы подачи лака к агрегатам. .Первая такая
система была смонтирована на заводе «Микропровод».
Централизованные системы подачи лака к агрегатам бывают как
с циркуляцией лака, так и без нее. Циркуляционные системы обычно
используются для подачи масляных лаков.
Принципиальная схема циркуляционной системы для подачи мас-
ляных лаков показана на рис. 4-32.
Из отстойников лаковарочного отделения лак поступает в цехо-
вые баки для хранения лака.- Обычно такие баки делаются емкостью
в несколько кубометров и располагаются в нижней части помещения
цеха. Из этих баков лак перекачивается в специальные расходные
баки, -.расположенные 'в верхней части помещения цеха, откуда лак
самотеком поступает в лаковые ванны. Излишек лака из ванн по
системе трубопроводов попадает в сборный бак емкостью 1,5—
2,5 м3, расположенный в нижней части цехового помещения так, что
лак поступает в него самотеком, а из него насосом прогоняется че-
рез фильтр и поступает снова в расходный бак. Иногда в циркуля-
ционных системах установка фильтра не предусматривается. Пере-
2-й ’
этаж
Керосин-
-1k
Рис. 4-32. Установка для автоматического
приготовления и подачи масляных лаков.
/ — сливные воронки; 2 — приемный бак для рас-
творителя; 3 —приемный бак для лака; 4 -на-
сос для перекачки растворителя; 5 — насос для
перекачки лака; 6 — расходный бак для раство-
рителя: 7—расходный бак для лака; 8 — кон-
трольно-дозировочные сосуды; 9 — бак-смеснтель
для лака; 10 — бак для приема избытка лака из
ванн эмалировочных станков; 11 — насос шесте-
ренчатый для Перекачки лака; 12 — расходный
бак для лака; 13 — отвод для почасового контро-
ля вязкости лака; 14— лаковые ванны эмалиро-
вочных агрегатов; 15 — фильтр-пресс.
качка лака из нижнего сборного бака в расходный бак может 'произ-
водиться автоматически после достижения определенного уровня
лака 'в сбор-ном баке. Трубопроводы должны иметь диаметр порядка
75—4-25 мм и монтироваться с учетом возможности их разборки и
тщательной очистки. Наличие циркуляционной системы облегчает
применение закрытых лаковых ванн. Функции обслуживающего пер-
сонала сводятся к установке за-
данных значений вязкости и на-
блюдению за работой системы.
Зависимость вязкости- лака
от количества растворителя
в принципе носит нелинейный
характер. Но в узких пределах
вблизи заданной точки эта за-
висимость может быть принята
линейной, что позволяет при-
менить принцип пропорцио-
нального регулирования вязко-
сти. В начальный период, когда
вязкость лака значительно от-
личается от заданной, подача
Рис. 4-33. Схема автоматического
вискозиметра для определения растворителя осуществляется
вязкости лака в циркуляционной периодически определенными
системе. порциями, которые определя-
ются емкостью дозатора, и
регулирование осуществляется дискретно. Величина подаваемой
порции установлена с таким расчетом, что она не может умень-
шить вязкость лака до значения ниже допустимого. Когда -вязкость
лака приблизится к заданной, последующая порция растворителя бу-
дет пропорциональна величине отклонения вязкости -от номинала и
регулирование будет уже осуществляться на основе принципа про-
порциональности. Применение такой схемы позволяет наиболее быст-
ро довести вязкость лака до заданной величины. Основным элемен-
том схемы, обеспечивающим ее автоматическую работу, является
автоматический вискозиметр. Действие вискозиметра основано на
измерении времени падения шарика в среде, вязкость которой опре-
деляется по схеме, приведенной на рис. 4-33.
Вискозиметр состоит из стеклянной трубки 1, через которую на-
сосом 3 перекачивается лак. Вместе с потоком лака перемещается
шарик 2. Движение шарика ограничивается верхней и нижней диа-
фрагмами.
Вязкость 'жидкости связана со временем падения -шарика сле-
дующей формулой:
(Si—S2)
(4-4)
где v — кинематическая вязкость, см?!сек • 10~2; k — постоянная ша-
рика; t — время падения шарика, сек; Si, S2— соответственно плот-
ности материала шарика и измеряемой среды, г/см3. -
Диаметр шарика следует выбирать таким, чтобы время его паде-
ния в зоне измерений находилось в пределах 20—50 сек.
-В используемом вискозиметре время падения 'шарика сравнивает-
ся со временем его падения в среде заданной вязкости. Если время
падения шарика в контролируемом лаке находится в допустимых
пределах, то лак имеет нормальную вязкость и может 'быть исполь-
зован в производстве. Если же время падения шарика превышает за-
данное, то в бак для разбавления добавляется порция растворителя,
Пропорциональная разности между фактическим временем падения
шарика и заданным, по не превышающая максимально допустимую
порцию. Время падения шарика фиксируется реле 1Р и 2Р при по-
падании шарика в поле катушек индуктивностей Li и L2, установ-
ленных соответственно на верхнем и нижнем уровнях измерительной
трубки.
Для синтетических лаков, как правило, применяются системы по-
дачи лака без циркуляции, но с обязательной фильтрацией лака.
Лак из резервуаров подается в магистраль шестеренчатым на-
сосом.
Для предупреждения местных перегревов на всем пути движе-
ния лак перемешивается. Для снижения вязкости и облегчения дви-
жения лак предварительно подогревается в камере нагрева. Во время
подготовки система работает, обеспечивая движение лака по замкну-
тому кольцевому участку. В нужный момент циркуляционный уча-
сток перекрывается и лак направляется к ваннам агрегатов.
4-7. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ И КАТАЛИТИЧЕСКОЕ СЖИГАНИЕ
ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ
В процессе эмалирования в рабочих камерах печей выделяется
большое количество паров растворителей, которые подлежат немед-
ленному удалению.
‘Вентиляционные системы эмалировочных цехов включают вы-
тяжную и приточную вентиляцию. Вытяжная вентиляция состоит из
вытяжных колпаков над верхними отверстиями эмалировочных пе-
чей, системы воздухопроводов и вентилятора. Агрегаты малой мощ-
ности, предназначенные для эмалирования тонкой проволоки, имеют
вместо отдельных колпаков длинные короба, проходящие над или
под эмалировочными печами, причем против каждого отверстия в ко-
робе имеется соответствующий вырез. Короб соединяется с вентиля-
тором посредством воздухопровода. Отсасываемые газы состоят из
паров растворителей и летучих компонентов -масел и смол. Эти газы
за время прохождения от верхних щелевых отверстий эмалировоч-
ных печей до -вентилятора -успевают несколько охладиться, и поэтому
небольшая наиболее тяжелая их часть успевает сконденсироваться
в густую липкую «жидкость, которая оседает на стенках воздухопро-
водов. Этот конденсат часто засоряет воздухопроводы, а при нали-
чии небольших неплотностей в швах проникает на наружную часть
воздухопроводов и придает им неопрятный вид. Наконец, образовав-
шийся конденсат очень горюч и может служить причиной загорания
в системе вентиляции. 'Поэтому необходимо периодически произво-
дить тщательную очистку всего -вентиляционного устройства от кон-
денсата.
В вентиляционных установках, где конденсат поддается удале-
нию с помощью сборников и отводящих труб, установка последних,
безусловно, целесообразна. Большое количество конденсата скопляет-
ся обычно у многоходовых эмалировочных печей, на которых эма-
лируется проволока крупных размеров. Поэтому на вытяжную венти-
ляцию у этих печей приходится обращать особое внимание, так как
при наличии дефектов, способствующих быстрому скоплению конден-
сата, повышается вероятность вспышки и пожара в системе венти-
ляции.
При монтаже вентиляционных установок особое внимание необ-
ходимо обращать на недопустимость передачи вибраций работающе-
го вентилятора эмалировочному агрегату, что очень вредно отра-
жается на качестве эмалированных проводов. Для устранения этого
явления целесообразно электродвигатели и вентиляторы ставить на
резиновые прокладки, соединять вентилятор с воздухопроводом через
брезентовое колено и т. п.
Так как часть газов с парами растворителя иногда не захваты-
вается рассмотренной выше местной вентиляцией отдельных эмали-
ровочных печей, в верхней части помещения устанавливается не-
сколько ‘Мощных вытяжных вентиляторов для общей вентиляции
цеха.
'Вытяжными вентиляторами из помещения эмалировочного цеха
выбрасывается большое количество воздуха, которое компенсируется
приточной вентиляцией. Засасываемый воздух здесь предварительно
должен пройти через воздушный фильтр. Отфильтровывание пыли
может производиться через фильтрующие ткани, сетки, слои сыпучих
материалов и т. п. При фильтрации мелкие пылинки первоначально
проходят через ткань. Однако оседание на ткани крупных частиц
быстро создает дополнительный фильтрующий слой. Недостатками
этих фильтров являются большое сопротивление засасываемому воз-
духу и необходимость тщательного надзора и ухода за ними. В филь-
трах из сыпучих материалов (гравия, кокса, древесных стружек
и т. п.), а также материалов, имеющих шероховатые поверхности,
через которые пропускается очищаемый воздух, используются изви-
листые каналы, где оседают пылинки.
Лучший эффект дают фильтры из сыпучих тел, смачиваемых во-
дой или маслом (фарфоровые шарики или кольца и т. п.). Наконец,
очистку воздуха можно производить пропусканием его через распы-
ляемую воду. Этот способ обычно дает удовлетворительные резуль-
таты, так как капельки воды создают потоки воздуха, направленные
к мокрому полу камеры, и увлекают к нему пылинки.
Возможно также осаждение пыли электрическим путем. Сущ-
ность этого способа состоит в том, что электризующиеся частицы
пыли притягиваются одним из электродов фильтра. В эмалировочных
цехах этот метод допустим только при расположении всей установки
вне цеха.
На практике очистка воздуха иногда производится тканевыми
фильтрами, которые в виде длинных мешков подвешиваются к па-
трубкам приточной магистрали. Эти фильтры требуют повседневного
контроля за их состоянием и своевременной смены при загрязнении.
В зимнее время в некоторых случаях приточный воздух приходится
подогревать, так как иначе температура в цехе может снизиться
настолько, что это будет отрицательно сказываться на качестве эма-
лированных проводов. С этой целью нагнетаемый воздух приходится
предварительно пропускать через калориферы. Последние могут быть
с электрическим паровым или водяным подогревом. Наибольшее рас-
пространение в отечественной практике имеют пластинчатые калори-
феры. Воздух в этих калориферах прогоняется между железными
ребрами, нанизанными На тонкостенные трубки, через которые про-
пускается пар или горячая вода.
Для нормальной работы эмалировочных агрегатов необходимо,
чтобы окружающая температура, а также влажность воздуха под-
держивалась в заданных пределах. Для поддержания постоянной
нормальной температуры и влажности воздуха могут -служить уста-
новки для кондиционирования воздуха.
Наличие отсасывающих -вентиляторов -создает некоторую неустой-
чивость технологического процесса
вибрации эмалируемой проволоки,
мые меры, полностью устранить не
удается. В связи с этим большой
интерес представляет отказ от
отсасывающих вентиляторов за
счет (Применения естественной вен-
тиляции. Отсос газов в этом слу-
чае будет производиться за счет
разности плотностей воздуха
в цехе и в эмалировочной печи,
а также за счет небольшого избы-
точного давления (примерно до
2—5 мм <вод. ст.) воздуха в цехе,
которое должна обеспечивать при-
точная вентиляция.
Отсасываемый от эмалировоч-
ных печей воздух уносит значитель-
эмалирования, в частности из-за
которую, несмотря на принимае-
Рис. 4-34. Схема работы воз-
душных камер.
/ — нижняя отсасывающая камера;
2 — верхняя приточная камера; 3—
.верхняя отсасывающая камера; 4 —
эмалировочная печь; 5 — регулиро-
вочные заслонки приточной венти-
ляции; 6 — регулировочные заслон-
ки вытяжной вентиляции; 7—9 —
воздухопроводы.
печи противодавления, которое
/ха снизу вверх. Для этого на
иую часть тепла, выделяемого на-
гревательными элементами. Поэто-
му уменьшение этих тепловых по-
терь может существенно снизить
расход электроэнергии. 1В агрега-
тах старой серии (агрегаты тип М,
С, Б и др.) это уменьшение дости-
галось с- помощью системы так на-
зываемой «запорной вентиляции».'
Ее сущность заключается в созда-
нии у верхних щелевых отверстий
тормозит естественный приток воз/
верхней и нижней частях печи устанавливаются воздушные камеры
(или, -как их называют на заводах, короба), подсоединенные к вы-
тяжным и нагнетательным воздуховодам. Принципиальная схема
работы воздушных камер показана на'рис. 4-34.
Система запорной вентиляции включает два вытяжных короба
(нижний и верхний) и один приточный (верхний). Нижний вытяж-
ной короб предназначается для частичного отсасывания воздуха, по-
ступающего в печь, верхний вытяжной короб — для удаления паров
растворителя.
Верхний приточный короб тормозит естественное движение воз-
духа через печь путем создания противодавления.
Опыт эксплуатации эмалировочных печей с запорной вентиля-
цией па заводе «Микропровод» показал, что в результате внедрения
этой системы экономия электроэнергии на эмалировочных печах со-
ставляет 40—4’5% с одновременным снижением загазованности атмо-
сферы цеха отходящими газами. Кроме того, снижается температура
наружной поверхности печей и повышается срок службы нагрева-
телей.
Отходящие от эмалировочных печей газы, представляющие собой
в основном смесь воздуха с парами растворителей, могут не сразу
выбрасываться в атмосферу, а предварительно пропускаться через
каталитическое устройство, где происходит окисление растворителей
и сгорание смеси. Концентрация паров 'растворителей в смеси зависит
от режимов эмалирования, типа применяемого лака и вентиляцион-
ных условий и составляет 0,‘2—2% массы. По санитарным требова-
ниям наиболее вредным из растворителей, отводимых из камеры
эмалировочной печи, является трикрезол. Предельно допустимая кон-
центрация трикрезола в воздухе составляет 5 мкг/л. По пожаро-
и взрывоопасности из растворителей наиболее опасен сольвент-нафта,
хотя допустимая санитарная норма его содержания достаточно вели-
ка (100 мкг1л)-, предел по взрывоопасности составляет 1,3—8%. Сжи-
гание отходящих паров растворителей не только исключает загрязне-
ние окружающей атмосферы, но и позволяет избавиться от конденса-
та в вентиляционной системе печи.
Наиболее экономичное и эффективное сжигание до последнего
времени обеспечивалось за счет применения в качестве катализаторов
платины или палладия, в губчатом виде наносимых на металличе-
скую подложку. При этом температура сжигания составляет 3'50—
400 °C. Сам каталитический элемент представляет собой рамку, за-
крытую со всех сторон сеткой из нихрома или нержавеющей стали.
Внутри помещаются полоски или гофрированные расплющенные про-
волоки из жаростойкого металла, на которые нанесен катализатор.
Такие каталитические элементы устанавливаются на эмалиро-
вочных агрегатах и работают без замены несколько тысяч часов.
В том случае если происходит неполное сгорание отходящих га-
зов |(повышение температуры газов на выходе из катализатора по
сравнению с температурой на входе меньше 80 °C) или выходящие
из катализатора газы становятся видимыми, или появляется специ-
фический запах, катализатор должен быть промыт. Промывка про-
изводится горячей водой i(60—70 °C) с добавлением 5 см3 бесщелоч-
ного мыла на каждые 30 л воды. 'Время промывки составляет около
5 мин. Затем плита промывается питьевой водой и сушится горячим
воздухом. Если после промывки на катализаторах обнаруживаются
осадки масел или смол, то ’элементы необходимо поставить в воз-
душную печь и медленно повысить температуру печи до '600 °C. При
этом должен обеспечиваться отсос образующих паров. Воздействие
на катализатор температуры выше 600 °C и открытого пламени не-
допустимо. После промывки активная поверхность катализатора
должна иметь характерный серый или коричнево-черный цвет.
За рубежом и на отечественных кабельных заводах начинают
применяться гранульные окисные катализаторы, стоимость которых
значительно меньше стоимости катализаторов на платиновой или
палладиевой основе. В частности, отечественный гранульный ката-
лизатор изготовляется на основе окиси меди СиО, нанесенной па
подложку из окиси алюминия А12О3. Насыпная плотность катализа-
тора составляет 0,7 г/см3; удельная поверхность 130 мг1г. Катали-
тический гранульный элемент представляет собой рамку, выполнен-
ную из жаропрочной стали, к которой крепятся' сетки из нихрома,
образующие боковые стенки катализатора (плиты). Сверху рамка
открыта; через этот проем засыпаются гранулы, которые заполняют
пространство между сетками и‘ плоскостями рамки. После засыпки
гранул крышка рамки закрывается и крепится винтами.
Гранульные катализаторы окисного типа успешно эксплуатиру-
ются на отечественных кабельных заводах. В частности, содержание
крезола в отходящих от эмалировочной печи газах после установки
катализатора уменьшается с '20—60 до 1—3,5 мг)м3. Катализаторы
подобного типа применяются также на агрегатах австрийской фир-
мы МАТ.
Современные агрегаты производятся с каталитическими реку-
перационными системами, описанными в § 4-3. На агрегатах старых
конструкций тепло, получаемое при сжигании отходящих газов, не
используется, а выбрасывается в атмосферу.
4-8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НАГРЕВОСТОЙКИХ
ПРОВОДОВ С ГИБКОЙ КЕРАМИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Гибкая керамическая изоляция после нанесения ее
слоя на проволоку опекается три 700—1 000 °C.
Основными трудностями при создании оборудования
для наложения керамической и стеклоэмалевой изоля-
ции являются необходимость обеспечения весьма малого
натяжения проволоки в печи, полное отсутствие про-
скальзывания на тяговом устройстве, исключение ка-
ких-либо ударных нагрузок на провод.
При максимальных температурах обработки мине-
ральной изоляции (1 000—'1 100°С) предел прочности
проводниковых материалов при растяжении очень мал.
Например, у меди при 1 000 °C о=0,5 кгс/мм2, а у отож-
женного никеля 'сг='1,'5 кгс!мм2. Для биметаллической
проволоки медь — никель разрывное усилие F медного
сердечника определяется по следующей формуле:
(4-5)
где оси — предел прочности меди при растяжении,
кгс!мм2; Scu—сечение сердечника из меди, мм2; SNI —
сечение слоя из никеля, мм2; Ecu — модуль упругости ме-
ди, кгс]мм2; ENi — модуль упругости никеля, кгс)мм2.
Эта формула справедлива, если при растяжении мед-
ный сердечник и никелевая оболочка имеют одинаковое
удлинение, т. е. работают как единое целое. Так как мо-
дуль упругости никеля больше модуля упругости меди,
при возникновении растягивающих усилий в сердечнике
и оболочке напряжение распределяется пропорционально
модулям упругости:
°Си___£си
°Ni £Ni
(4-6)
Поэтому напряжения в никелевой оболочке пример-
но в 1,5 раза больше, чем в медном сердечнике, а так
как предел прочности при растяжении у никеля при
1 000°С в 3 раза выше, чем у меди, то при этих условиях
наиболее механически слабым местом в биметалличе-
ском проводнике является медный сердечник.
При разработке конструкции установки для наложе-
ния минеральной изоляции учитываются как особенно-
сти технологии изготовления проводов с этой изоляцией,
так и снижение разрывной прочности металла при повы-
шенных температурах. В частности, в целях уменьшения
натяжения проволоки в печи потребовалось разработать
конструкцию ванны для нанесения суспензии с мини-
мальным сопротивлением движению проволоки, т. е. без
уплотнительных устройств.
Другим специфическим вопросом является создание
равномерного электрического поля .в ванне, обеспечиваю-
щего равномерное электрофоретическое наложение сус-
пензии.
Общий вид установки для наложения керамической
изоляции на проволоку диаметром 0,30—0,80 мм пока-
зан на рис. 4-35. Заправка проволоки осуществляется
следующим образом. С отдающей катушки проволока
через направляющий ролик и протирку направляется
на тяговое устройство и проходит через два тяговых
колеса несколько раз (до 5 раз), а затем направляется
на ролик, находящийся в ванне с суспензией, где ее слой
может наноситься на проволоку электрофоретическим
методом. Из .ванны проволока проходит в печь для теп-
ловой обработки. Отсюда изолированная проволока че-
рез верхний направляющий ролик снова попадает на
тяговое устройство, затем на ролик раскладки и прием-
ную катушку.
Установка состоит из трех основных частей: приемно-
отдающего станка, технологической части и шкафа
с электрооборудованием.
Приемно-отдающий станок включает тяговое устрой-
ство, приемную ось, механизм раскладки, отдатчик и
протирки.
От электродвигателя через клиноременную передачу
движение передается вариатору скорости, а с выходного
вала вариатора через вторую клиноременную переда-
чу— на сменные шестерни. Сменные шестерни и вариа-
тор вместе создают два диапазона бесступенчатого ре-
Z852
Рис. 4-35. Установка
для наложения на
проволоку гибкой ми-
неральной изоляции.
1 — крепление печи; 2 —
печь; <3 — изолированная
проволока; 4 — рукоятка
для заправки проволоки;
5 — ванна с суспензией;
6 — механизм перевеши-
вания суспензи^; 7 —
шкаф с электрооборудо-
ванием; 8 — ролик рас-
кладки; 9 — ручка управ-
ления приемным фрик-
ционом; 10 — приемная-
катушка; И — тяговое
устройство; 12 — штур-
вал вариатора скорости;
13 — протирка; 14 — на-
правляющий ролик; 15 —
отдающее устройство с
катушкой.
гулмрования линейных скоростей: от 1,00 до 3,34 ‘ и от
3,27 до 10,0 м/мин. Горизонтальный вал посредством
червячных передач сообщает движение тяговому устрой-
ству, приемной оси и механизму раскладки.
Основным назначением тягового устройства является
обеспечение движения изолируемой проволоки с посто-
янной линейной скоростью. Одновременно оно служит
для изменения натяжения проволоки, которое в зоне
печи в связи с высокой температурой (1000—1 100 °C)
должно быть минимальным, а на крайних участках
(отдающая и приемная катушки) может быть значи-
тельно большим. Кроме того, тяговое устройство служит
в качестве контактного приспособления, обеспечиваю-
щего наложение изоляции электрофоретическим мето-
дом.
Вторая основная часть установки — технологиче-
ская—состоит из ванны для наложения изоляции, ме-
ханизма перемешивания суспензии, печи и площадки
обслуживания. В ванну, выполненную из органического
стекла, заливается водная суспензия и вводится вкла-
дыш из органического стекла с медной трубкой, служа-
щей катодом при электрофоретическом методе наложе-
ния изоляции. Во вкладыш вмонтирован направляющий
ролик, вращающийся в центрах. Для предотвращения
электрофоретического осаждения суспензии на метал-
лических частях ролика его обод также сделан из орга-
нического стекла. Вкладыш может легко выниматься из
ванны. Крайние положения вкладыша — нижнее (рабо-
чее) и верхнее (заправочное) устанавливаются при по-
мощи фиксатора. Ко дну ванны прикреплена резиновая
диафрагма, которая получает колебательное движение
от шатуна механизма перемешивания. Механизм пере-
мешивания служит для того, чтобы частицы суспензии
не осаждались на дно ванны, а оставались во взвешен-
ном состоянии. Для спекания минеральной изоляции
при температуре порядка 1 000—1 100 °C используются
две печи типа Т-40/60, одна из которых установлена над
другой без зазора между ними. Полученная таким обра-
зом составная печь имеет две зоны с независимым пита-
нием. Для обслуживания печи предусмотрена специаль-
ная площадка. Над печью установлен направляющий
ролик, который вращается на подшипнике качения.
Электрооборудование установки состоит из электро-
печи с двумя секциями, каждая из которых имеет мощ-
ность 1,6 кет, двух потенциометров УН -2-10, служа-
щих для автоматического регулирования температуры
обеих зон, и двух трехфазных электродвигателей. Име-
ются также узел питания ванны электрофореза посто-
янным током, коммутационная аппаратура, контрольно-
измерительные приборы, предохранители. Шкаф с элек-
трооборудованием монтируется на приемно-отдающем
устройстве.
4-9. ТЕПЛОВОЙ ОБМЕН В ЭМАЛИРОВОЧНЫХ ПЕЧАХ
При выведении уравнения теплового баланса эма-
лировочной печи для установившегося режима нагрева
можно принять, что количество тепла QIT> которое выде-
ляется в единицу времени электронагревателями, расхо-
дуется на нагрев медной проволоки (QM), нагрев слоя
эмальлака, испарение растворителя и процесс пленко-
образования (Фпл) и нагрев воздуха, проходящего через
камеру эмальпечи (QB)- Кроме того, часть тепла QH3
передается от электронагревателей через тепловую изо-
ляцию в окружающее пространство.
Таким образом,
Рн = |Рм+Рпл+'Рв+1Риз- (4-7)
Тепло Qhb, которое стенками эмалировочной печи пе-
редается в окружающее пространство, можно опреде-
лить по общеизвестным формулам из теории теплопере-
дачи, если известна (или задана) температура стенок
эмалировочной печи и окружающего воздуха.
Тепло, которое необходимо для нагрева эмальлака
и испарения растворителя, можно подсчитать по удель-
ному расходу эмальлака. Чем толще эмалируемая про-
волока, тем меньше удельный расход эмальлака. Вели-
чина (Эпл даже для толстых проводов (диаметром более
0,6—0,7 мм) невелика в сравнении QM и в особенности
с QB, если учесть, что количество тепла, потребное для
собственно процесса пленкообразования, очень мало.
Подсчеты показывают, что для проволоки диаметром
более 0,6—0,7 мм фПл=С0,12фк. Поэтому в общем тепло-
вом балансе величиной фПл можно пренебречь или в слу-
чае необходимости учитывать в отдельных случаях это
гепло вместе с QM введением коэффициента т]пл.
Количество тепла Qm, которое идет в единицу вре-
мени непосредственно на нагрев медной проволоки,
шределить нетрудно, если известны скорость эмалиро-
вания va, число ниток п в печи и температура проволоки
на выходе из печи, точнее, разность 1ЛТ между этой
температурой и температурой цеха.
В этом случае
См=«^ТЛСмДГ, (4-8)
где d — диаметр проволоки; ук и См — плотность и
удельная теплоемкость проволоки.
Если рассматривать участок печи высотой Дй (/г—
общая высота рабочей камеры печи), то количество теп-
ла, которое затрачивается на нагрев единицы жилы
проволоки за время Дт, необходимое для прохождения
проволокой участка Д/г,
гг Ум^эб'м^^пр (4-9)
Если учитывать величину QnJ1, то на основании изложен-
ного получим:
QM + Q™ = Т]ил(?м — 7]плп ~ ’[MvsCMkT пр, (4-10)
причем 7]пл — 1,08 -г-1,12.
Аналогично (4-9) величина Д<2М Д(?пл может быть пред-
ставлена следующим образом:
ДРм “Ь ^Qnn = 71плДРм = д/г (4-11)
Нагрев проволоки в эмалировочной печи происходит
за счет конвективного теплообмена с нагретым воздухом
и инфракрасного излучения от нагревательных элемен-
тов или стенок эмалировочной печи.
Количество тепла за время Дт, которое поступает
на единицу длины проволоки Д/г за счет конвективного
теплообмена (число проволок п), равно
Д'Сконв=,ИпрНЕпр (Т’в—/пр) Дт. (4-12)
Для расчета количества тепла фИзл, поступающего
на п проволок за время Дт вследствие излучения, может
быть применена формула Стефана — Больцмана:
Дризл = «?епС0Епр[(4У“' (wY|M- (4-13)
В последних двух формулах приняты следующие обо-
значения: Тв, Тдр и Тс— абсолютные температуры соот-
ветственно воздуха в раоочеи камере печи, проволоки
и стенок (или нагревателей) эмалировочной печи; Fap—
поверхность единицы длины проволоки, равная nd;
аПр — коэффициент теплоотдачи при конвективном теп-
лообмене; Со — коэффициент лучеиспускания абсолютно
черного тела [С0=4,9 ккпд/(ж2-ч-°К4)]; <р — коэффици-
ент облученности, который в рассматриваемом случае
на основании проведенных расчетов по принятым в тео-
рии теплопередачи уравнениям можно принять равным
0,92; еп — приведенный коэффициент черноты.
Известно, что при попадании лучистой энергии на
какое-либо тело часть энергии поглощается этим телом,
часть ее отражается и, наконец, часть ее может пройти
через облучаемое тело. Часть отраженной энергии по-
глощается первоисточником, а часть ее вновь отражает-
ся и т. д. Таким образом, лучистый теплообмен —
это прежде всего процесс многократных затухающих
поглощений и отражений.
При лучистом теплообмене в замкнутом простран-
стве, в частности, когда длинный цилиндр (проволока)
с поверхностью Fnp находится в замкнутом простран-
стве (эмалировочной печи) с поверхностью Fc,
где еПр — коэффициент черноты эмалируемой проволоки;
ес — коэффициент черноты стенок эмалировочной печи.
Так как Fnp^CFc, то 8п=епр, т. .е в уравнении (4-14)
за Еп должен приниматься коэффициент черноты эмали-
руемой проволоки.
Тепло, полученное проволокой конвективным тепло-
обменом и за счет лучеиспускания, идет на нагрев мед-
ной проволоки, испарение растворителя и пленкообразо-
вание, т. е.
AQltOHB + А|0иЗЛ =,AQm +Афпл =Т]плЛ‘Фм,
или
А Тмбм^^пр
-------7Т--------- ^пРп^пР (^в Лар) Д'1 +
+T.nc.rfnp [(ft>)'-(^)*]
(4-15)
или
дЛ __ ‘у1плТмб'мРе</______________^лУ_________________,
4 „ т х , г Г (ЬХ-VlfflVl
“пр (Л, — ТПр) + <репС0 [ 100 J \1 ООу ]
(4-16)
Перейдя к частным производным, можно получить:
JX. _ ЛпиУм^М^Э^ dTj^p
4 , Г/ТЛ4 /T’npVl
“пр (Т’в — ^пр) + УепСо [^ooj (jOOjj
(4-17)
В этом уравнении Тс и Тъ являются функциями не-
определенного вида, что весьма затрудняет его исполь-
зование при расчетах. Однако если мы разобьем высоту
эмалировочной .печи на ряд небольших участков, то
с известным приближением мы можем считать в преде-
лах каждого участка Тс и ТБ постоянными.
hooJ (wo)
Примем 0 == ——£—Tf.----------—.
пр
При значениях Тс ~ 9001 000 ° К и 71Пр~500°К в пре-
делах участка изменения 7пр весьма незначительно ска-
зываются на величине 0. Поэтому приближенно для
каждого отрезка мы можем считать эту величину также
постоянной, и тогда уравнение (4-17) можно переписать
следующим образом:
АЛ Гпр„
РЛ = -Л I (4-18)
0 Гпр(я—1)
где
Д_____ ^пиТмСм^э^ . л.
71 —-----4------• а = ?епСоу.
?пр п — температура проволоки в конце n-го участка;
7np(n-i) — температура проволоки в конце (п—1)-го
участка или в начале n-го участка.
В общем виде решение уравнения (4-18) выражает-
ся так:
Д/г = —
А
“ + этпр
1п [(а аир) Тир — аТс ^дрУр]
пр п
Гпр(п-1)
(4-19)
После подстановки значений пределов интегрирования полу-
им:
%, 1 Tip П
(ап 4~ аиР эт) Гдр п а«Гс п аДР п^впА п. (4-20)
(»п “Ь апр п) Т’пр (п- 1) ап^е п апр п^в-п
В уравнении (4-20) величины Тс и ТБ берутся сред-
ними для каждого участка. В это уравнение входит
коэффициент ап, для подсчета которого необходимо
знать коэффициент черноты еп. Он определяется экс-
периментально.
В зависимости от толщины и рода пленки еп колеб
лется в .пределах 0,2—0,9.
На рис. 4-36 представлены результаты приближен-
ных измерений еп-
Кроме того, в уравнении (4-20) имеется коэффи-
циент конвективной теплопередачи от воздуха к прово
локе оПр- Его величина
может быть также опре-
делена экспериментально.
Приближенно этот коэф-
фициент может быть под
считан с помощью изве-
стного в теории теплопе-
редачи обобщенного кри-
териального уравнения
Nu = c(Gr-Pr)m, (4-21)
так как скорость движе-
ния газов в современных
Рис. 4-36. Приближенные значе-
ния еп в зависимости от толщины
эмалевого слоя.
эмалировочных печах невелика и поэтому процесс тепло-
передачи в эмалировочных печах можно считать близ-
ким к теплопередаче при свободной конвекции.
В последнем уравнении сит — коэффициенты, ко-
торые выбираются в зависимости от величины Сг • Рг,
где Gr и Рг — критерии Грасгофа и Прандтля, величины
которых определяются из условий эмалирования.
Критерий Грасгофа определяется следующим обра-
зом:
GrH^Wnp-^),
(4-22)
где g — ускорение свободного падения (силы тяжести);
d — диаметр проволоки; v — вязкость среды (воздуха);
Р — температурный коэффициент объемного расширения
среды воздуха); ТПр—7В— разность температур прово-
локи и воздуха.
Критерий Прандтля может быть рассчитан по урав-
нению
Pr=v/o, (4-23)
где а — коэффициент температуропроводности среды
(воздуха).
Рис. 4-37. Примерная (расчетная) зависи-
мость аПр=/(*/).
Критерии Грасгофа и Прандтля являются величи-
нами безразмерными. Кроме того, величины Рг табу-
лированы в зависимости от температуры и приведены
в справочных руководствах по теории теплообмена. Кри-
терий Нуссельта
№1 = ^, (4-24)
где %в — теплопроводность воздуха.
Зная Nu и %в, можно определить ctnp-
Примерная (расчетная) зависимость anp=/(d) при-
ведена на рис. 4-37.
По данным ВНИИКП, значения коэффициента апр
в условиях, имеющих место в современных конструк-
циях эмалировочных агрегатов, с достаточной для
0,47
практики точностью могут определяться как аПр= rf0,«88 •
Рассмотрим теперь процесс нагрева воздуха в эма-
лировочной печи и характер его движения внутри печи.
Примем, что в каком-либо поперечном сечении ка-
меры воздух имеет некоторую.лгостоянную среднюю тем-
пературу. В этом случае за время dr на единице
длины камеры воздух получает количество тепла
dQs = acFc{Tc—TB)dr, (4-25)
где ас — коэффициент теплоотдачи от стенок печи
к воздуху.
Часть тепла воздух отдает для нагрева медной про-
волоки и на испарение растворителя и пленкообразо-
вания:
dQMB=anpft/7np(7,B—Tnv)dr. (4-26)
На нагрев воздуха за время dr тратится тепло
dQB = CvmBdTB. (4-27)
Таким образом, можно составить дифференциальное
уравнение, справедливое для нагрева воздуха:
CBvBmBdTв = [acFc • (Тс — Тв) — апр«^ир;(^в — ТпР) dt, (4-28)
где Fc — площадь нагревательных стенок камеры эма-
лировочной печи на единице длины камеры (таких сте-
нок две); п — число проволок в печи; тв— масса воз-
духа, приходящаяся на единицу длины печи:
FJ]
ГН'Ъ — g Тв»
Св—'теплоемкость воздуха в печи; vB — скорость дви-
жения воздуха в печи; b — ширина эмалировочной ка-
меры; ув—плотность воздуха:
YB = Yo4t’
где уо и То — плотность и абсолютная температура воз-
духа при О °C.
При нагревании в эмалировочной печи воздух рас-
ширяется, и поэтому скорость, движения его вверху
будет больше, чем внизу:
Тя
vB--Пц ™ »
1 ц
где vB — скорость воздуха при температуре воздуха Тв;
Тц — температура воздуха в цехе.
Если рассматривать предыдущее выражение для
О °C, то
р-__Тв
рв': тв'
Подставив значение т в уравнение (4-28), мы мо-
жем написать:
dTB = [асЕс (Гс - Гв) - aaVnFnv(TB - 7^)] dh. (4-29)
При этом учитывалось, что yv^v=Yo^o. Так как Fc>
>nFnp, вторым членом в правой части уравнения (4-29)
можно пренебречь; в этом случае, учитывая, что dr=
= dh/vB, мы можем написать:
Bd/i= d\ , (4-30)
'с * в
где
, 2ас в
CJr^Va
Решив уравнение (4-30), получим:
—В/г=1п уС^рв-, так как при /го=О 7,В = ТЦ=273 +
+25 = 298 °C, откуда
Тв = Тс-(Тс-Тц)е-в\
или
tB=tc—(tc—25)e~Bh, (4-31)
где tB и i/c — температуры, °C.
Уравнение (4-31) справедливо только в пределах
участка h, где величина В остается примерно постоян-
ной. Если уравнение решается для всей высоты рабо-
чей камеры, то необходимо разбивать полную высоту
на ряд участков, в пределах которых коэффициент В
принимается постоянным, и рассматривать решение
уравнения (4-30) для каждого из участков.
Уравнение (4-31) дает зависимость между Тв и Тс,
показывая, что при постоянном Тс температура возду-
ха ТБ непрерывно увеличивается по высоте печи. По-
этому нагревательные элементы в печи должны устанав-
ливаться только до той высоты, при которой темпера-
тура воздуха достигает установленной величины. В даль-
нейшем эти элементы должны устанавливаться только
для поддержания требуемой (оптимальной) температу-
ры нагрева проволоки.
Скорость движения воздуха в эмалировочной печи
зависит от разности давлений воздуха внутри эмали-
ровочной печи и вне ее. Давление от столба воздуха
высотой И в цехе
1 ц
Давление столба воздуха в эмалировочной печи рв
можно приблизительно подсчитать, задавшись типовой
кривой нагрева воздуха и установив таким образом
некоторую среднюю температуру воздуха в печи TYcr-
т
Тогда рв=Ну0 т ° -• Перепад давлений в этом случае
' в-Ср
составит:
Лр=Рц—Рв-
Если известна температура Тс, то для подсчета Рв
можно воспользоваться уравнением (4-31).
Сечение эмалировочной камеры в несколько раз
больше сечений верхних и нижних щелевых отверстий,
которые вследствие этого оказывают основное сопротив-
ление движению воздуха.
Скорость истечения воздуха через отверстие в тон-
кой стенке может быть подсчитана с помощью следую-
щей формулы, являющейся следствием уравнения Бер-
нулли:
(4-32)
IB
откуда перепад давлении
Др=2Г-^гТв.
Так как в основном перепад давлений сосредоточен в
верхнем и нижнем щелевых отверстиях, то
д Ч1ГВ1 . ^Гв2
Д/? ~ 2Й2 + ' (4-33)
В этом уравнении ов1 и ув1— скорость движения воз-
духа и его плотность при входе в нижнее щелевое от-
верстие; vB2 и уВ2 — то же при входе в верхнее щелевое
отверстие; £ —ускорение силы тяжести (9,81 м/сек2) и
£— коэффициент гидравлического сопротивления, учи-
тывающий трение газа о стенки отверстия. Для наших
условий можно принять £=0,98.
Если принять температуру в цехе равной 25 °C,
а температуру воздуха у верхних щелевых отверстий
300 °C, то получим:
и„1 Тв2 298
Такое соотношение скоростей, справедливое при оди-
наковых сечениях верхнего и нижнего щелевых отвер-
стий, показывает, что в этом случае сопротивление, верх-
него щелевого отверстия движению воздуха почти
в 2 раза больше по сравнению с сопротивлением ниж-
него.
Расход воздуха, проходящего через камеру в еди-
ницу времени, можно определить по уравнению
Q — 8St>Bb
его масса
G = eS vB1yBh (4-34)
где е — коэффициент сужения струи, который для тон-
ких стенок можно принять равным 0,63; S — площадь
нижнего щелевого отверстия.
При производстве эмалированных проводов расхо-
дуется большое количество электроэнергии, поэтому ме-
роприятия по повышению экономичности работы эма-
лировочных печей имеют существенное значение,- Про-
ходящий через эмалировочные печи воздух уносит
с собой не менее 60—70% тепла, выделяемого нагрева-
тельными элементами, так что одним из наиболее эф-
фективных мероприятий по снижению расхода электро-
энергии является максимально возможное уменьшение
количества проходящего через эмалировочную печь воз-
духа. Одной из простейших мер в этом направлении
является устройство у нижних щелевых отверстий воз-
душных заслонов, увеличивающих сопротивление дви-
жению воздуха через эти отверстия. Более эффективным
является устройство у этих отверстий короба, в кото-
ром с помощью отводящего патрубка, оборудованного
отсасывающим вентилятором, или общего для ряда
эмалировочных печей вентиляционного устройства мож-
но создавать некоторое разрежение воздуха ApH, кото-
рое должно быть несколько меньше падения давления
в эмалировочной печи Д\р при отсутствии этого короба
и должно поддаваться регулировке. Устройство такого
короба (воздушного затвора) возможно и над верх-
ним щелевым отверстием, причем воздух в этом коробе
должен иметь некоторое изоыточное давление Др6<Др.
Лучшие результаты дает совместная установка этих ко-
робов, причем разность давлений в них Д/?в—Дрп долж-
на быть положительной и удовлетворять условию
Д/?в—Дрн<Др-
В этом случае прохождение воздуха через эмалиро-
вочную печь будет осуществляться за счет перепада
давлений
Др' = Др— (Д/?в^Д/?н).
Значительная часть печей эмалировочных агрегатов
М-24, С-24 и Б-30, эксплуатируемых на кабельных за-
водах, снабжена системой запорной вентиляции, сни-
жающей расход электроэнергии за счет уменьшения
потерь тепла на нагрев воздуха в камерах печей. У верх-
них и нижних щелевых отверстий печи создается про-
тиводавление, которое как бы тормозит естественный
поток воздуха снизу вверх.
При анализе тепловых процессов, происходящих
в печах эмалировочных агрегатов, важное значение име-
ет распределение температуры эмалируемой проволоки
по высоте камеры. Однако замерить эту температуру
практически очень трудно. Температура эмалируемой
проволоки может быть вычислена по приведенным выше
формулам, если известны температура воздуха в ка-
мере Тв и температура стенок печи Тс.
В ряде случаев практический интерес представляет
и более конкретная задача, заключающаяся в опреде-
лении температур стенок печи и проволоки в зависимо-
сти от распределения мощности электронагревателей по
высоте печи и рассмотренная во ВНИИ КП канд. техн,
наук Е. Я. Шварцбурдом.
В основу расчетов при определении температуры
воздуха в печи положено, что подводимая к нагревате-
лям энергия идет на нагрев воздуха, движущегося через
камеру печи, и частично теряется за счет теплопередачи
через стенки в окружающую атмосферу. Часть энергии,
необходимая для нагрева проволоки с лаком и образо-
вания на проволоке эмалевой изоляции, достаточно ма-
ла и поэтому при проведении данных расчетов не учи-
тывалась.
Рассматривая тепловые явления в стационарном
режиме и полагая, что воздух в рассматриваемой пло-
скости, перпендикулярной оси эмалируемых проволок,
имеет одинаковую температуру, можно определить эле-
ментарный тепловой поток за единицу времени внутри
печи от нагревателей к воздуху dQi следующим образом:
dQ, = ( , 1 (Tc—TB)dF,
\ ас X, )
(4-35)
где Si — толщина стенки, отделяющей нагреватели от
внутреннего пространства печи; — коэффициент тепло-
проводности стенок печи между нагревателями и рабо-
чей камерой; dF— площадь внутренней стенки печи на
элементарном участке.
Тепловой поток от нагревателей через стенки печи
в окружающую атмосферу
dQa = f l1 S2 dF
(4-36)
В выражении (4-36) S2— толщина наружной стенки
(теплоизоляции); iZ2— коэффициент теплопроводности
наружной стенки; ап.н — коэффициент теплоотдачи от на-
ружных стенок печи к окружающей атмосфере; dFcp —
средняя поверхность наружной стенки печи на элемен-
тарном участке.
За Si/^i и S2/Aa в тех случаях, когда они представ-
ляют собой тепловые сопротивления нескольких мате-
риалов, из которых состоит стенка печи, или когда на
пути рассматриваемого теплового потока встречается
дополнительная преграда, следует принимать сумму теп-
ловых сопротивлений отдельных слоев 2-^-, где S< и
Кг — соответственно толщина и теплопроводность i-ro
слоя. dF и dFcp могут быть определены следующим
образом:
dF = n dh; |
dF^ — Ilcgdh, J
(4-37)
где 77 — периметр сечения рабочей камеры печи; 77ср —
средний периметр сечения камеры печи; dh — длина эле-
ментарного участка печи.
С целью упрощения получаемых выражении введем
следующие обозначения:
____Пс1р_
dF~~ И '
Ji
“с X,
k _____ *
1 “ 2'
. Н ^2
Тогда выражения (4-35) и (4-36) могут быть представ-
лены в виде системы уравнений:
dQt = /7 а*, (Тс — Тв) dh; |
dQa = Па*а (Тс — Ти) dh. /
Исключив из системы уравнений Тс, получим:
Т7^+Гв = +Гн- (4-38)
dh Па*1 1 в dh Па *2 1 н ' '
Учитывая, что dQ=cGdTB (с — теплоемкость нагре-
ваемого воздуха; G — расход воздуха через печь за еди-
ницу времени; dTB — увеличение температуры воздуха
на рассматриваемом участке) и dQ=dQi+dQz> имеем:
dQz=dQ—cGdTB.
После подстановки значений dQ и dQ2 и ряда пре-
образований можно получить дифференциальное урав-
нение, характеризующее нагрев воздуха внутри печи
в зависимости от подводимой мощности dQ:
dh’ П (j*, dh't4'39)
Величина dQ/dh представляет собой производную от
подводимой мощности по высоте печи и характеризует
распределение мощности, а следовательно, и нагрева-
телей по высоте течи. В пределах зоны .нагрева это рас-
пределение обычно линейно, хотя в общем случае оно
может быть иным.
Решив уравнение (4-39) относительно Тв, получим
распределение температуры воздуха по высоте печи
в зависимости от распределения мощности нагревателей.
В случае равномерного распределения нагревателей
по высоте печи решение уравнения (4-39) может быть
представлено в следующем виде:
h 1
cG f I Sa I
7’b = 7’h4-4 f—1 — e " 4 kK +ai +>’ ,
B 1 Ц »2 ' »2 Д
(4-40)
где q — удельная подводимая мощность на 1 мг поверх-
ности стенок печи.
Если печь имеет несколько зон нагрева, в каждой
из которых распределение нагревателей равномерно, то
7’в = 7’н + ^(91(1-е-л'1) +
+ <7„(1 + - /('‘“'’"-Л], (4-41)
где
п — число зон нагрева эмалировочной печи.
Когда на каком-либо участке печи отсутствуют на-
греватели, нагретый воздух будет охлаждаться, если тем-
пература стенок печи меньше температуры проходящего
воздуха.
Можно получить также уравнения для определения
температуры стенок печи, под которой подразумевают
температуру поверхности стенок печи в местах располо-
жения нагревателей.
Если нагреватели открытые, под температурой стенок
понимают температуру внутренних стенок печи, а не са-
мих нагревателей. Принимая при расчетах за температу-
ру стенок температуру точек плоскости, в которой рас-
положены нагреватели, получим для случая равномер-
ного распределения мощности нагревателей:
т =Т —
2 с н -Г а*2
1_____!__
г^+1
P*i
или
тс = Та + (1 - ABGce- Ah). (4-42)
СС 2
в выражении (4-42)
В=-=^-
Па\
если в пределах зон нагрева распределение мощности на-
гревателей равномерно
г’с=ги+^^1(1-<л,г) +
+ 9п(1 -е^(^) + ...+9п(1
+ ... +(4-43)
a i
На основании полученных уравнений практически
можно провести анализ любых изменений теплового ре-
жима печи. В частности, применение запорной вентиля-
ции основано, как указывалось выше, на уменьшении
расхода воздуха, проходящего через печь.
Из выражений (4-40) и (4-42) можно получить:
Из (4-44) следует, что температура воздуха в печи
повышается быстрее, чем температура стенок, т. е. раз-
ность Тс,—Тв снижается с уменьшением расхода воздуха.
Так как терморегулятор эмалировочного агрегата огра-
ничивает разогрев печи при уменьшении расхода возду-
ха G, то средняя мощность, подводимая к печи, умень-
шается. Анализ конкретных условий работы печи пока-
зывает, что снижение расхода воздуха при наличии тер-
морегулирующего прибора, уменьшающего подводимую
среднюю мощность, приводит к повышению температуры
воздуха с одновременным снижением температуры сте-
нок. Отсюда понятны трудности, наблюдавшиеся при
внедрении запорной вентиляции при эмалировании про-
волоки больших диаметров. Так как уменьшение расхода
воздуха привело к .снижению То при сохранении необхо-
димой величины Тн и, следовательно, к уменьшению
доли лучистой энергии, подводимой к проволоке, при-
шлось повысить температуру стенок течи и нагрев воз-
духа. В некоторых случаях при этом возникали неустой-
чивые режимы и неблагоприятные условия для запечки-
пленки эмальлака. Наоборот, при эмалировании тонкой
проволоки увеличение доли конвективного нагрева (отно-
сительное повышение Тв при снижении Тс) привело
к стабилизации тепловых режимов.
J-
Глава пятая
МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ
С ЭМАЛЕВОЙ И ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
А. Механические и физико-механические испытания
5-1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОВОДОВ
Номинальный диаметр провода по меди и диаметр
провода по изоляции определяют микрометром не менее
чем в трех местах на расстоянии не менее 250 мм одно
от другого на образце длиной не менее 1 м. в двух вза-
имно перпендикулярных направлениях на каждом изме-
ряемом участке. Измерения в нескольких местах по
длине и окружности провода необходимы >в связи с тем,
что толщины эмалевого или волокнистого покрытия мо-
гут несколько различаться как по длине, так и по окруж-
ности провода.
Диаметральная толщина изоляции круглого провода
равняется разности между средними арифметическими
значениями диаметров провода и проволоки. Удвоенная
толщина изоляции прямоугольного провода должна
определяться как разность между соответствующими
средними арифметическими значениями меньшей или
большей стороны провода и меньшей или большей сторо-
ны прямоугольной проволоки (Л—а и В—Ь).
Для определения геометрических размеров должны
отбираться образцы проводов, не имеющие механических
повреждений и хранившиеся в нормальных складских
условиях. Образцы проводов перед измерением должны
быть смотаны с катушки без растяжения и изгибов, а их
поверхность должна быть аккуратно очищена мягким
материалом, смоченным в бензине, и затем протерта чи-
стым сухим материалом. Аналогичным образом образцы
ДОЛЖНЫ быть подготовлены и перед проведением других
испытаний. Геометрические размеры провода рекоменду-
ется определять для проводов диаметром менее 0,02 мм
настольным .микрометром со стрелочным отсчетным
устройством с ценой деления 1 мкм, для проводов диа-
метром 0,020—0,38 мм — рычажным микрометром типа
МР 0-25 с ценой деления 2 мкм, для проводов диамет-
ром свыше 0,41 мм и прямоугольных проводов — микро-
метром типа МК 0-25 с ценой деления 0,01 мм.
Снятие слоя изоляции с эмалированного провода
производят обжигом образца провода в муфельной печи
с злектрообогревом, в пламени горелки или с помощью
химических реактивов (например, муравьиной кислоты).
При удалении изоляции обжигом образец провода вы-
держивается в муфельной печи до сгорания изоляции,
после чего он охлаждается водой и протирается без рас-
тяжения мягким материалом. Волокнистая изоляция мо-
жет удаляться с поверхности проводника механическим
способом, если при этом не происходит повреждения про-
волоки. При измерении максимального диаметра прово-
да единичные наплывы на его поверхности не должны
учитываться. За результат.измерений следует принимать
среднее арифметическое значение, полученное из шести
измерений. При измерении прямоугольных проводов за
величины размеров узкой и широкой сторон провода
(соответственно размеры А и В) принимаются средние
арифметические значения из трех измерений. Применяе-
мые микрометры должны регулярно проверяться по точ-
ности показаний и усилию нажатия, что очень важно,
так как при усилии, превышающем норму, можно дефор-
мировать провод и получить неверные показания.
По рекомендации Международной электротехниче-
ской комиссии (МЭК) измерение наружного диаметра
эмалированных проводов производится только для про-
водов диаметром свыше 0,1 мм, а для более тонких про-
водов контролируется величина электрического сопротив-
ления.
5-2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УДЛИНЕНИЯ
И УПРУГОСТИ ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ
Относительное удлинение эмалированных проводов и
обмоточных проводов с волокнистой изоляцией опреде-
ляется на двух образцах (от проверяемой катушки) дли-
ной не менее 250 мм каждый. В зависимости от мате-
Табл и ца 5-1
ПредельноеjpaspbiBHoe усилие машин для определения
относительного удлинения проводов
Диаметр провода, мм Предельное разрывное усилие, кгс
Медь Алюминий Константан, манганин (твердые) Константан, манганин, нихром (мягкие)
0,02—0,25 0,08—0,51 0,02—0,25 0,02—0,25 3
0,23—0,80 0,49—1,16 0,18—0,50 0,20—0,70 20
0,60—1,50 1,08—2,44 0,45—0,85 0,60—1,00 50
1,40—2,10 —- 0,8—1,00 — 100
2,0—2,44 — — — 200
риала жилы и диаметра испытываемого провода исполь-
зуются разрывные машины с различными усилиями на-
тяжения (табл. 5-1).
Измерения производятся на образцах с расчетной
длиной 200 мм при скорости растяжения образца не
более 300 мм/мин.
При определении относительного удлинения круглых
проводов со стекловолокнистой изоляцией допускается
удаление изоляции или ее продольный надрез без по-
вреждения проводника. Это связано с тем, что при ис-
пытаниях этих проводов разрыв образца часто происхо-
дит в плашках разрывной машины, что затрудняет про-
ведение испытаний.
Рис. 5-1. Принципиальная схема прибора для
определения упругости эмалированных прово-
дов.
/ — стержень; 2— диск; 3 —винт для фиксации стержня;
4 — ось; 5 — защелка; 6 — основание..
Так как величина относительного удлинения непол-
ностыо определяет упругие свойства обмоточных прово-
дов, МЭК предложила новый метод определения упру-
гости эмалированных проводов, который будет распро-
странен впоследствии и на другие виды обмоточных
проводов. Метод распространяется на эмалированные
провода диаметром 0,05—1,6 мм. Устройство прибора
показано на рис.5-1 и 5-2. Согласно этой методике образец
провода длиной 1 м навивают пятью витками вокруг ци-
линдрического стержня с винтовой канавкой под опреде-
ленным натяжением. Затем провод освобождается от гру-
за, после чего фиксируется угол отклонения незакреп-
ленного конца провода на циферблате с делениями. Это
показание и характеризует упругие свойства провода.
Цилиндрический стержень устанавливается таким об-
разом, чтобы отверстие для крепления провода и начало
винтовой канавки находились
в вертикальном положении и
совпадали с нулевой отмет-
кой шкалы. Стержень покры-
вают тонким слоем талька
с целью исключения прили-
пания провода к поверхно-
сти цилиндра. К одному кон-
цу образца подвешивают
груз; другой конец помещают
в прорези стержня и придер-
живают. Вращая рукоятку,
Рис. 5-2. Конструкция стержня
прибора для определения упру-
гости эмалированных прово-
дов.
на стержень по винтовой канавке навивают пять витков
провода. Положение стержня фиксируется защелкой;
при этом нуль шкалы находится в верхнем вертикальном
положении. Спираль удерживают на стержне, снимают
груз и отрезают провод на расстоянии 25 мм от конца
пятого витка. Остающийся конец спирали загибают вер-
тикально вверх в направлении, совпадающем с риской
нулевой отметки шкалы. После этого с левой стороны
вертикально загнутого конца спирали устанавливают ка-
рандаш и предоставляют спирали возможность медленно
без рывков раскручиваться. По загнутому концу спирали
фиксируется угол раскручивания спирали в градусах.
В случае очень упругого провода, когда спираль раскру-
чивается больше, чем на один полный оборот, к 72° при-
бавляется число градусов, отмечаемое концом спирали.
5-3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛАСТИЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
Эластичность изоляции является одной из важнейших
характеристик эмалированных проводов. Эластичность
изоляции определяется несколькими методами. Провода
диаметром менее 0,38 мм испытываются плавным рас-
тяжением -провода на разрывной машине. Образец для
испытания имеет длину не менее 250 мм\ расчетная
длина составляет 200 мм. Растяжение производят со ско-
ростью не более 300 мм!мин. При этом на эмалевой изо-
ляции не должны появляться трещины или другие де-
фекты в случае разрыва. Трещины на расстоянии до
2 мм от места разрыва в расчет не принимаются. Ана-
логичным образом определяется и относительное удли-
нение проводов с волокнистой изоляцией.
В зависимости от диаметра и материала проволоки
для испытаний должны применяться машины с разрыв-
ными усилиями 3 и 20 кгс. На машине с разрывным
усилием 3 кгс испытываются медные эмалированные про-
вода диаметром 0,02—0,25 мм, алюминиевые диаметром
0,09—0,35 мм, из сплавов сопротивления (твердые) диа-
метром 0,02—0,20 мм, из сплавов сопротивления (мяг-
кие) диаметром 0,02—0,25 мм. Провода большего диа-
метра испытываются на
Рис. 5-3. Станок для нави-
вания проводов при опре-
делении эластичности изо-
ляции.
разрывной машине с усилием
20 кгс, причем допускается не-
которое перекрытие диапазо-
нов диаметров испытываемых
проводов. Так, на машине
с разрывным усилием 20 кгс
допускаются испытания мед-
ных эмалированных проводов
диаметром 0,20 мм и выше, так
что медные провода диаметром
0,20—0,25 мм можно испыты-
вать на машинах обоих типов.
Эластичность изоляции про-
водов диаметром 0,38 мм и
более определяют путем нави-
вания 10 витков провода
вокруг гладкого цилиндрического стержня определенно-
го диаметра, величина которого указывается в стандар-
тах на провода. Длина образца должна быть не менее
500 мм.
Для навивания может использоваться станок, пока-
занный на рис. 5-3. Навивание рекомендуется про-
изводить 'СО скоростью не более 600 об/мин для прово-
дов диаметром до 1,0 мм и не более 400 об/мин для
проводов диаметром более 1,0 мм. Станок для навива-
ния эмалированных проводов снабжается комплектом
цилиндрических стержней с отклонением по диаметру
в пределах ±*10% 'величин, установленных в стандартах
и технических условиях на эмалированные провода, и
набором грузов, обеспечивающим соответствующее на-
тяжение провода при намотке. Обработка поверхности
стержней должна быть не ниже 8-го класса по ГОСТ
2789-59. Натяжение при навивании должно примерно
соответствовать 0,5 кгс/мм? для алюминиевых и
1,0 кгс/см2 для медных проводов и проводов из сплавов
сопротивления.
Допускается отклонение от указанных величин натя-
жения в пределах ±20%- При навивании не должно
происходить закручивания образца вокруг его оси. Если
натяжение при навивании превысит допустимую величи-
ну, то количество повреждений эмалевой пленки при ис-
пытаниях может увеличиться. При навивании эмалевая
пленка деформируется, причем наибольшей деформации
подвергаются верхняя (растяжение) и нижняя (сжатие)
части поверхности эмалированного провода.
Величина максимального удлинения пленки опреде-
ляется уравнением
д/о/ — (<f -4-А)-Ю0 Щ 11
ш /о— (п+1)б/ + д • (0 1)
где n=D]d (D—диаметр стержня при навивании; d —
диаметр провода по жиле); Д — диаметральная толщина
эмалевой изоляции.
Величина п называется кратностью диаметров при
навивании.
Для проводов диаметром более 0,38 мм величина Д
значительно меньше d и в выражении (5-1) ею можно
пренебречь. Тогда максимальное относительное удлине-
ние эмали можно определить по более простой формуле:
- А/=4т100- (5-2)
Выражения (5-1) и (5-2) действительны при наличии
упругих деформаций, когда считается, что педеформи-
руемая при изгибе часть расположена в середине (по се-
чению) провода. Однако исследования показывают, что
эти соотношения вполне применимы и для данных усло-
вий испытаний, так как при таких изгибах сечение про-
вода остается круглым с нейтральной областью его
в средней части.
После навивания на поверхности провода не должно
быть трещин. Под трещиной следует понимать такой де-
фект покрытия, который глубоко проникает под поверх-
ность, т. е. происходит разрыв изоляции до жилы. После
навивания образца провода поверхность его осматрива-
ется При арбитражной проверке должна быть примене-
на лупа с четырехкратным увеличением.
Испытание эластичности эмалевой изоляции прямо-
угольных проводов .производят изгибанием образца ши-
рокой стороной на 180° вокруг стержня определенного
диаметра с последующим
осмотром поверхности. Пос-
ле изгибания образца па его
поверхности не должно быть
трещин в изоляции.
Эластичность изоляции оп-
ределяется также после воз-
действия повышенных темпе-
ратур. Образцы проводов в
виде прямых отрезков или
бухточек диаметром не менее
50 мм для проводов диамет-
ром до 0,80 мм и не менее
100 мм для проводов диамет-
ром 0,83 мм и более поме-
щают в термостат с устано-
вившейся заданной темпера-
иметь автоматическую регули-
ровку температуры с точностью регулирования, указан-
ной в табл. 5-2. Образцы в термостате должны находить-
ся в подвешенном состоянии и не касаться стенок. Тем-
пература и время выдержки в термостате устанавлива-
ются стандартами или техническими условиями на про-
вода. Время пребывания в термостате должно отсчиты-
ваться с момента установления в нем требуемой темпе-
ратуры после помещения образцов. После изъятия из
Таблица 5-2
Необходимая точность
регулирования температуры
в термостатах при испытании
эластичности после
воздействия повышенных
температур
Температура в термостате, °C Точность регулирования температур, °C
До 150 -J-2,5
150- -200 +3,5
200—300 +6,0
300—400 + 10,0
турой. Термостат должен
термостата о разцы охлаждают не менее 30 мин до
комнатной температуры, а затем подвергают испыта-
нию навиванием на стержень по методике, описанной
выше.
При испытании эластичности изоляции от катушек
с проводом должно быть отобрано по два образца. В ис-
ходном состоянии любые испытания должны проводить-
ся при температуре окружающего воздуха 25±'10°С и
относительной влажности не более 75%, если в стандар-
тах или технических условиях па провода гне предусмот-
рены другие условия испытаний. Допускается проводить
испытания в более жестких условиях, если их результаты
не ниже, чем те, которые требуются при проведении ис-
пытаний в нормальных условиях. При получении неудов-
летворительных результатов образцы должны быть вы-
держаны не менее 6 ч в указанных выше условиях и
затем испытаны.
Испытание волокнистой изоляции обмоточных прово-
дов проводится с помощью аналогичных методов. Одна-
ко в этом случае следует учитывать ряд особенностей.
Так, эластичность волокнистой изоляции круглых про-
водов диаметром 0,31 мм и менее определяется навива-
нием на стержень 10 витков, плотно прилегающих один
к другому, в то время как для испытаний эмалирован-
ных проводов таких размеров применяется метод растя-
жения провода на разрывной машине. Для проводов
с волокнистой изоляцией диаметром более 0,31 мм число
навиваемых витков при определении эластичности сокра-
щается до 3—б. Эластичность изоляции проводов прямо-
угольного сечения определяется изгибанием образца
провода по широкой стороне в трех (местах на 180° во-
круг цилиндрического стержня. Максимальная нагрузка
при навивании образцов на стержень не должна превы-
шать 25 кгс. Наличие повреждения .волокнистой изоля-
ции (просветы до токоведущей жилы, разрыв отдельных
нитей обмотки, надрывы бумажных лент и т. п.) опре-
деляется внешним осмотром без применения увеличи-
тельного прибора.
В спорных случаях образцы провода со стекловолок-
нистой изоляцией должны быть испытаны электрическим
напряжением, которое прикладывается между проводни-
ком и металлическими шариками, окружающими изоля-
цию (§ 5-11).
5-4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
К ТЕПЛОВОМУ УДАРУ
Стойкость изоляции эмалированных проводов к те-
пловому удару определяется путем помещения испыты-
ваемого провода, навитого в спирали определенного диа-
метра, на 1 ч в термостат с заданной температурой. .При
этом на эмалевой пленке
не должны появляться
трещины и другие дефек-
ты. Характерный вид об-
разцов проводов, не вы-
державших испытание на
тепловой удар, показан на
рис. 5-4. Испытанию на
тепловой удар подверга-
ются провода диаметром
0,38—2,44 мм. При вне-
запном помещении образ-
ца в нагретый термостат
в первый момент из-за
различной степени нагре-
ва изоляции, особенно ее
наружного слоя, и жилы
как в металле, так и в
эмалевом покрытии воз-
никают температурные
напряжения, которые в со-
Рис. 5-4. Образец эмалированных
проводов, не выдержавших испы-
тания на тепловой удар.
вокупности с физико-хи-
мическими процессами старения могут привести к нару-
шению целостности эмалевой пленки. Большая часть тре-
щин при испытании на тепловой удар образуется в пер-
вые минуты теплового воздействия, поэтому в качестве
оптимального времени в отечественной практике выбран
1 ч; в соответствии с рекомендациями МЭК это время
составляет 30 мин.
При испытании на тепловой удар от катушки с июпы-
гываемым in-роводом отбираются два образца длиной не
менее 500 мм каждый. Навивание спиралей производит-
ся на той же установке, которая применяется для изго-
товления образцов при оценке эластичности изоляции
эмалированных проводов. Образец навивается десятью
плотно прилегающими один к другому и к стержню вит-
ками. Образец, вынутый из термостата после испытаний.
|должен быть выдержан не менее 3 мин .в нормальных
|условиях, после чего производится осмотр его поверхно-
сти.
\5-5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧНОСТИ ЭМАЛЕВОЙ
изоляции
Рис. 5-5. Прибор для определе-
ния термопластичности изоляции
эмалированных проводов в соот-
ветствии с ГОСТ 7262-54.
Под термопластичностью эмалевой изоляции понима-
ется ее способность размягчаться при повышенных тем-
пературах. Понятно, что чрезмерное размягчение изоля-
ции провода, например в
электрической машине,
может привести к замы-
|канию витков обмотки и
выходу машины из строя.
Термопластичн ость
изоляции эмалированных
проводов может опреде-
ляться несколькими ме-
тодами. Применявшийся
до последнего времени
прибор состоит из осно-
вания с отверстием в се-
редине, набора пластин
с такими же отверстия-
ми, стержня, на который
подвешивается груз, и
микрометра (рис. 5-5).
Определение термопла-
стичности производится
для проводов диаметром
1,0 мм и более. Каждый
эмалированного
провода длиной 280 мм,
предварительно выпрям-
ленный растяжением на
1 % и согнутый пополам укладывают между пластина-
ми таким образом, чтобы каждая последующая
пара образцов располагалась крест-накрест по отноше-
нию к предыдущей. Общая высота стопки образцов 43—
45 мм. Уровень верхней пластинки стопки hx, сжатой
грузом 4,2 кгс, фиксируется индикаторным микромет-
Рис. 5-6. Схема прибора для определения термопла-
стичности изоляции эмалированных проводов в со-
ответствии с ГОСТ 14340.11-69.
1 и 2 — образцы провода; 3 — стержень; 4 — керамический
наконечник; 5 — груз; 6 — верхняя плита; 7 — нижняя пли-
та; 8— отверстие для стержня; 9 — прорезн для образцов
провода; /0 —отверстие для термометра; 11— отверстие для
термопары; 12— нагревательный элемент; 13 — терморегуля-
тор; 14 — клеммы для закрепления образцов и подключения
к ним напряжения; 15 — изолированная подставка.
ром, после 'чего груз снимается и прибор помещается
в термостат. После 30 мин прогрева в термостате на
стержень быстро подвешивается -груз и образцы сжима-
ются в течение 1 ч три температуре, которая устанав-
ливается в зависимости от вида изоляции провода. Да-
лее прибор вынимают из термостата, охлаждают до ком-
натной температуры, после чего, не снимая груза, снова
фиксируют уровень верхней пластины h2.
Деформация пленки JJ в процентах определяется по
формуле
В = -100,
по
(5-3)
Рис. 5-7. Общий вид прибора для
определения термопластичпости
изоляции эмалированных прово-
дов в соответствии с ГОСТ
14340.11-69.
где b —средняя диаметральная толщина эмалевого
слоя, мм; п — число испытываемых образцов провода.
Деформация эмалевой пленки не должна превышать
величины, оговоренной в технической документации на
провода.
Описанный метод исключительно трудоемок, дает
большой разброс результатов и применяется поэтому
только для типовых испытаний.
В лабораторных условиях применяется также другой
метод оценки термопластичное™ эмалевой изоляции,
основанный на том, что на выпрямленный и закреплен-
ный образец провода с определенным усилием давит
расположенная перпендикулярно образцу стальная кали-
брованная проволока. Между стальной проволокой и жи-
лой испытываемого об-
разца прикладывается на-
пряжение постоянного то-
ка 6—12 в. Прибор поме-
щается в термостат с ре-
гулируемой температурой,
причем момент продавли-
вания пленки фиксируется
загоранием сигнальной
лампы. С помощью -опи-
санного способа опреде-
ляются предельная темпе-
ратура (в процессе ее по-
вышения), при которой
происходит заметное раз-
мягчение эмалевой плен-
ки, а также длительность
пребывания образца под
нагрузкой при различных
температурах до продав-
ливания пленки.
МЭК рекомендован но-
вый метод определения
термопластичности, который может применяться
для эмалированных проводов любых размеров. В соответ-
ствии с утвержденным стандартом этот метод в несколько
измененном виде применяется в отечественной практике
для испытания проводов диаметром 0,13 мм и более.
Заключается он в следующем. Два образца провода,
перекрещивающиеся под прямым углом, помещаются
в прибор, который устанавливается в термостат. Темпе-
ратура, измеренная вблизи точки пересечения образцов,
не должна отличаться от заданной более чем на ±2 °C.
Через некоторое время, необходимое для нагрева об-
разцов до заданной температуры и зависящее от диамет-
ра провода, образцы в точке их пересечения сдавливаются
грузом. Если испытываются провода диаметром менее
0,20 мм, то два образца помещаются рядом парал-
лельно, а третий пересекает их под прямым углом. Меж-
ду проводами для фиксирования контакта между жила-
ми прикладывается переменное напряжение величиной
100+1'0 в. Ток срабатывания не должен превышать 5 ма.
Таблица 5-3 ® сигнальную цепь можно вклю-
Величины нагрузок
на образцы при
определении
термопластичности
изоляции
эмалированных
проводов по
ГОСТ 14310.11-69
чат.ь сопротивление, ограничиваю-
щее величину тока до 50 ма. Зву-
ковой или световой прибор, сиг-
нализирующий о продавливании
изоляции, должен иметь инерци-
онность срабатывания не более
0,15 сек.
Номинальный диаметр про- волоки, мм Нагрузка, кгс
0,13—0,31 0,22
0,33—0,49 0,46
0,51—0,80 0,92
0,83—1,25 1,83
1,30—1,95 3,67
2,02—2,44 7,1
Схема и общий вид прибора
для определения термопластично-
сти по рассмотренному методу по-
казаны на рис. 5-6 и 5-7. Нагруз-
ка прикладывается к верхнему
образцу посредством плавного
опускания стержня. Величина на-
грузки должна 'быть равна силе
тяжести стержня с керамическим
наконечником и груза и соответ-
ствовать данным табл. 5-3.
Время выдержки образцов при заданной температу-
ре до приложения нагрузки и напряжения должно соот-
ветствовать :
Для проводов диаметром 0,13—1,0 мм ...... 1 мин
» „ „ 1,04—1,95 ми..........2 мин
» „ „ 2,02—2,44 мм..........3 мин
Время продавливания отсчитывается с момента при-
ложения к образцам нагрузки и напряжения. Образцы
считаются выдержавшими исиытани , если время про-
давливания изоляции не менее 2 мин.
При определении термопластичности изоляции про-
вод каждой проверяемой катушки должен быть подверг-
нут испытанию 3 раза, каждый раз на новых образцах
длиной не менее 450 мм.
5-6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ИЗОЛЯЦИИ
Механическая прочность эмалевой изоляции опреде-
лялась до последнего времени путем ее истирания сталь-
ной иглой диаметром 0,6 мм на скребковом приборе, по-
казанном на рис. 5-8. Игла, расположенная поперек ис-
Рис. 5-8. Общий вид скребкового прибора для
определения механической прочности эмалевой изо-
ляции.
пытываемого образца провода, прижимается к нему
определенным грузом и совершает возвратно-поступа-
тельное движение в горизонтальной плоскости.
Величины рекомендуемых нагрузок на иглу для эма-
лированных проводов различных диаметров составляют
240—920 гс (для проводов марки ПЭВ-1 диаметром
0,25—0,38 мм 240 гс, ПЭВ-2 тех же диаметров — 340 гс
И Т. д.)_
Игла касается поверхности провода, который проч-
но закрепляется между двумя зажимами, и приводится
в возвратно-поступательное движение эксцентриком. Ско-
рость иглы 50—60 двойных ходов в 1 мин\ длина хода
иглы в одном направлении 10 мм. Прибор оснащен
сигнальной электрической цепью. В момент истирания
изоляции между иглой и жилой провода образуется
электрический контакт и с помощью реле двигатель, при-
водящий в движение иглу, отключается; одновременно
останавливается счетчик числа двойных ходов иглы. На-
пряжение переменного или постоянного тока между иг-
лой и жилой должно составлять 6—*1,2 в; ток срабаты-
вания реле -4—5 ма. Истирание производят на образце
провода в двух местах на расстоянии 100 мм одно от
другого в двух противоположных точках по окружности.
Игла через каждые 4 ч работы прибора должна сме-
няться. Число двойных ходов иглы до замыкания элек-
трической цепи при разрушении изоляционного слоя ха-
рактеризует механическую прочность покрытия.
В соответствии с ГОСТ 1'4340.10-69 этот метод испы-
таний несколько изменен с учетом принятой междуна-
родной практики. Диаметр стальной иглы уменьшен с 0,6
до 0,4 мм, скорость ее возвратно-поступательного дви-
жения ограничивается 60+3 двойными ходами в 1 мин.
Напряжение постоянного тока должно составлять 12 в,
ток срабатывания реле 5+1 ма, время срабатывания
реле ОДО—0,15 сек. Уточнены также нагрузки на иглу,
складывающиеся из сил тяжести головки скребка и гру-
за. Нагрузки для проводов несколько уменьшены с уче-
том рекомендаций МЭК [в диапазоне размеров до
0,35 мм для проводов с толщиной изоляции, соответст-
вующей по новому ГОСТ классу Б (тип ПЭВ-2) до
0,20 кгс, для 1,25—1,30 мм — до 0,67 кгс и т. д„]..
При проведении испытаний на истирание от катушки
с проводом отбираются два образца длиной не менее
200 мм, выпрямленные с удлинением не более 1%. С од-
ного конца образца для крепления зажима скребкового
прибора на длине 10—15 мм удаляется изоляция. Испы-
тания на -образце проводи должны быть -проведены
в трех местах по окружности (путем последовательного
поворота провода на 120 и 240°). Среднее значение ре-
зультатов шести испытаний на двух образцах не должно
быть мейее 'величин, указанных в технической докумёгГ
тации иа провода; минимальное значение результатов ше-
сти испытаний должно составлять не менее 50% нор-
мируемой величины.
Большое значение при проведении испытаний имеют
диаметр истирающей иглы и качество ее поверхности.
Когда с усилием Р сдавливаются два тела, у которых
главные радиусы кривизны определяются величинами р,
р'ь Р2 и р',2, поверхностью касания будет эллипс, полу-
оси которого определяются как
(5-4)
где аир — коэффициенты;
4 _ 4£
т~_L+J_4—L+_L ’ Л —2(1-^)’
Pl PZ1 р2 pZ2
Здесь р, — коэффициент Пуассона; Е — модуль упру-
гости.
Так как для круглой проволоки р'2 и р'1 равны бес-
конечности, то
т
Из анализа вышеприведенных выражений следует,
что с уменьшением радиуса иглы или провода, т. е. со-
прикасающихся тел, удельное давление иглы на провод
при той же нагрузке ввиду сокращения поверхности ка-
сания возрастает. Применение игл с шероховатой по-
верхностью также снижает результаты испытаний.
В связи с тем что при испытании прочности изоляции
эмалированных проводов на истирание с использовани-
ем скребкового прибора с ‘возвратно-поступательным
движением иглы под постоянной нагрузкой получается
довольно большой разброс результатов испытаний,
в США предложен новый метод, позволяющий быстро
определять механическую прочность при хорошей вос-
производимости результатов. Этот метод был принят
также и МЭК, которая рекомендовала пользоваться им
^7^
a)
Рис. 5-9. Прибор для определения механиче-
ской прочности изоляции эмалированных про-
водов методом истирания иглой при ее одно-
стороннем движении с увеличивающейся на-
грузкой.
а — принципиальная схема: / — рояльная проволока
или игла; 2 — образец эмалированного провода; 3 —
рама; 4 — устройство для крепления рамы и нагруз-
ки; 5 — рукоятка для выпрямления провода; 6 —
опора; 7 — винты; 8, 9 — элементы устройства, обес-
печивающие установку груза и передачу усилия;
10 — зажимное колесо для поворота образца на 120
и 240°; б — общий вид.
наряду с методом, описанным выше, внешний вид и
принципиальная схема прибора приведены на рис. 5-9.
Зажимы прибора позволяют легко поворачивать образец
на 120 и 240°. С помощью установочных винтов снизу
подводится опора для провода. На провод плавно опу-
скается головка скребка, рабочей частью которой служит
стальная игла или рояльная проволока диаметром
0,23 мм. Скорость движения скребка составляет
300 мм/мин. Первоначальная нагрузка на скребок состав-
ляет 90% минимальной, указываемой в технической до-
кументации на провода. При движении иглы по прово-
ду нагрузка на нее равномерно возрастает, причем игла
движется в одном направлении.
Схема прибора выполнена так, что повреждение изо-
ляции фиксируется только в том случае, когда игла пол-
ностью соскоблит изоляцию на длине 3 мм. При этом
скребок останавливается. Сигнальная цепь питается по-
стоянным током напряжением беи имеет добавочное
сопротивление, ограничивающее ток до 200 ма. В момент
остановки скребка зажигается лампа на панели, соответ-
ствующая положению скребка. Лампа освещает цифру,
на которую следует умножить первоначальную нагрузку,
чтобы получить нагрузку, разрушившую изоляцию. За-
тем испытания проводят еще 2 раза, поворачивая обра-
зец на 120 и 240°. Величины разрушающих нагрузок за-
висят от диаметра и типа изоляции испытываемого про-
вода. Этот метод испытаний применяется для эмалиро-
ванных проводов диаметром 0,25 мм и выше.
При испытаниях механической прочности стеклово-
локнистой, эмалево-стекловолокнистой и дельта-асбесто-
вой изоляции обмоточных проводов как круглых, так и
прямоугольных сечений также используется метод исти-
рания стальной иглой диаметром 0,6 или 0,4 мм, совер-
шающий возвратно-поступательное движение. Для испы-
таний отбирается один образец. Скребковый прибор по-
добного же типа имеет специальную приставку для за-
крепления образца прямоугольного провода и приспо-
собление для поворота образца на ребро. Нагрузки на
иглу скребкового прибора для проводов с волокнистой
изоляцией приведены в табл. 5-4.
В настоящее время метод испытаний с применением
иглы диаметром 0,4 мм не является обязательным,
но в ближайшем будущем игла диаметром 0,6 мм при-
меняться не будет-
Таблица 5-4
Нагрузки на иглу скребкового прибора при испытаниях
механической прочности истиранием для обмоточных
проводов с волокнистой изоляцией
Номинальный диаметр проволоки или номинальный размер по широкой стороне, мм Нагрузка, гс
на иглу диаметром 0,6 мм на нглу диаметром 0,4 мм
Круглые:
до 0,31 100 80
до 0,31—0,69 180 140
0,72—0,96 200 160
1,00—1,56 250 200
1,62—2,10 300 240
2,26 и более 350 280
Прямоугольные со стекловолокнистой п эмалево-
стекловолокнистой изоляцией:
квадратные с размером сторон до 4,7 300 180
прямоугольные со сторонами: 2,10—3,06 300 180
3,28—5,9 500 300
6,4 и более 600 360
С дельта-асбестовой изоляцией (все размеры) 5С0 300
5-7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТОЙКОСТИ ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
К ДЕЙСТВИЮ РАСТВОРИТЕЛЕЙ, ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ,
МАСЕЛ И ВОДЫ
'При проведении -испытаний изоляции эмалированных
проводов на действие растворителей, масел и воды от
испытываемой катушки отбираются два образца длиной
200 мм, за исключением образцов для испытаний в бен-
зине или трансформаторном масле, длина которых долж-
на быть 600 мм. После выдержки образцов провода
в той или иной жидкости изоляция провода либо под-
вергается внешнему осмотру, либо испытывается на
механическую прочность истиранием или продавлива-
нием. В сосуд с жидкостью должно погружаться не
более десяти образцов, причем образцы провода при
испытании в бензоле, толуоле, спирто-толуольной смеси
и дистиллированной воде должны быть погружены на
2/з их длины так, чтобы концы с удаленной с них изо-
ляцией были наверху.
Характер подготовки образцов перед погружением
их в жидкость, температура жидкости и время вы*
Таблица 5.-5
Условия проведения испытаний эмалированных проводов на стойкость к действию некоторых
растворителей
Подготовка образцов перед погружением в жидкость Время пребыва- ния об- разцов провода Метод испытания' состояния изоляции? после извлечения образцов провода
Жидкость Выпрямление Выдержка в тер- мостате Охлажде- ние после термоста- Температура жидко- сти при выдержке в ней образцов провода, °C
темпера- тура, °C время, мин та в тече- ние вре- мени, мин, не менее в жидко- сти, ч из ЖИДКОСТИ
Бензол по ГОСТ 8448-611 Толуол по ГОСТ 1930-56/ Бензин по ГОСТ 443-56 Трансформаторное масло по ГОСТ 982-68 Спирто-толуольная смесь в соотношении 70:30 по объему (спирт по ГОСТ 8314-57) Вода дистиллированная Растяжением Без растяже- ния То же Я Я 130+2,5 130+2,5 10 10 30 30 В соответствии с указанной в стандарте ’ или технических ус- ловиях на про- вода 25+10 100+2,5 В состоянии ки- пения То же 0,5 24 24 5 0,5 Испытание меха- нической проч- ности на.истира- ние Испытание на про- давливание То же Внешний осмотр То же
Примечав и е. Удлинение при выпрямлении растяжением не должно превышать 1 %.
Рис. 5-10. Прибор для продав-
ливания изоляции после дей-
ствия растворителей.
1 — образцы провода; 2—цилин-
дрические штыри; 3 — нижняя пла-
стинка; 4 — верхняя пластинка; 5 —
груз; 6 — сигнальная лампа.
держки в ней образцов,
а также метод испыта-
ния изоляции после из-
влечения образцов из
жидкости указаны в
табл. 5-5.
Испытание на воздей-
ствие бензола и толуола
должно производиться
на проводах диаметром
не менее 0,25 мм. Испы-
тание механической проч-
ности изоляции проводов
на истирание после воз-
действия растворителей
проводится по методике,
описанной в § 5-6.
Схема прибора, при-
меняемого для испыта-
ния эмалевой изоляции
на продавливание после
пребывания образцов в
бензине или трансформаторном масле, показана на
рис. 5-10. Один образец провода должен быть изогнут
на 180° вокруг штыря нижней пластинки, другой — во-
круг соседнего штыря и расположен под прямым углом
к первому образцу.
На образцы, помещенные на нижней пластинке, дол-
жна быть плавно опущена верхняя пластинка, а на нее—
груз. Величина нагрузки складывается из силы тяжести
верхней пластинки и груза и должна составлять:
Для проводов диаметром 0,05—0,10 мм . . . 0,5 кгс
То же 0,11—0,20 мм .... 1,0 кгс
„ „ 0,21—0,49 мм .... 3,0 кгс
в , 0,51—1,0 мм . . . . 10,0 кгс
„ „ 1,04—2,44 мм . . . . 20,0 кгс
Одновременно с приложением нагрузки к концам об-
разцов, с которых удалена изоляция, должно быть при-
ложено напряжение ГО—12 в. После воздействия бензи-
на и трансформаторного масла провод считается выдер-
жавшим испытание, если продавливание изоляции не
наступит в течение 30 сек.
После испытания в спирто-толуольной смеси или ди-
стиллированной воде оценка состояния изоляции произ-
водится внешним осмотром. Так, после действия воды
изоляция провода не должна иметь трещин, т. е. раз-
рывов до жилы, вздутий и пузырей. После воздействия
спирто-толуольной смеси про§од не должен изменять
Свой внешний вид.
За рубежом, в частности в ФРГ, оценка стойкости
изоляции эмалированных проводов к действию раство-
рителей производится следующим образом. После воз-
действия пропитывающего лака или растворителя обра-
зец провода кладется на стеклянную пластинку и затем
на него опускается закрепленный в специальном зажи-
ме, тщательно зачищенный лопаточкой испытательный
карандаш. Карандаш движется вдоль образца под углом
60° с легким нажимом, как при пользовании обычным
карандашом. Марка карандаша, характеризующая его
твердость, при которой начинается сдирание эмалевой
пленки, характеризует ее стойкость по отношению к про-
питывающему лаку или растворителю.
При производстве электродвигателей после пропитки
секций, намотанных эмалированными проводами, могут
возникать межвитковые замыкания. Поэтому в лабора-
торной практике в кабельной промышленности использу-
ются приборы для определения межвитковых замыка-
ний; более широкое применение имеют эти приборы на
предприятиях — потребителях эмалированных проводов
с целью контроля качества технологического процесса.
Прибором, регистрирующим наличие дефектов, является
микроамперметр, включенный в мостовую схему
(рис. 5-11). Прибор настраивается для испытания опре-
деленного типа катушек, причем при испытании эталон-
ных катушек (не имеющих короткозамкнутых витков
или с допустимым их количеством) стрелка микроампер-
метра занимает нормальное положение. Когда затем
вместо эталонной катушки на сердечник датчика наде-
вается испытываемая катушка, при наличии витковых
замыканий сверх установленного предела мост выходит
из состояния равновесия, а стрелка микроамперметра
отходит от нормального положения.
Интересные результаты могут быть также получены
в результате определения изменения массы эмалирован-
ных проводов после воздействия на них в течение уста-
новленного времени при заданных условиях того или
иного растворителя или пропитывающего лака. Для этой
цели из отрезков эмалированного провода длиной 1 —
2 м наматываются спиральки диаметром 12—15 мм, ко-
торые опускаются в растворитель или пропитывающий
лак. Удаление остатков пропитывающего лака с образца
производится промывкой в бензине с последующей суш-
кой в струе воздуха комнатной температуры. Для уда-
Рис. 5-11. Принципиальная схема прибора для определения межвит-
ковых замыканий.
ления остатков растворителя достаточно обработка об-
разца в струе воздуха.
При проведении указанных экспериментов можно
установить некоторые закономерности. Так, при воздей-
ствии ряда растворителей (бензин, трансформаторное
масло, керосин и т. п.) пленки масляных эмаль-
лаков только набухают, причем для них характерна не-
большая скорость увеличения массы.
При низких температурах через 24 ч набухание
в обычном бензине может быть меньше, чем при 70 °C
в течение 8—12 ч (примерно 15% увеличения массы
пленки). При 80°C в бензине увеличение массы может
составлять около 25—35%. Набухание в трансформатор-
ном масле значительно меньше, и после 24 ч выдержки
при 80°С увеличение массы не превышает 8—10%'.
Ьензол, ксилол, толуол и некоторые спирты (метило-
вый, этиловый и др.) вызывают ускоренное набухание
некоторых пленок с последующим их частичным раство-
рением, что характеризуется уменьшением массы пленки
после максимального набухания ее.
Результаты воздействия лаков могут быть различны-
ми: одни лаки, например лаки воздушной сушки, вызы-
вают только набухание пленки, другие могут вызвать и
некоторое растворение пленки. Решающее влияние
в этом случае оказывают растворители, причем увеличе-
ние содержания растворителя обычно сопровождается
повышением скорости и степени набухания пленки.
Скорость набухания пленки в ряде случаев можно
выразить следующим уравнением:
или х = ^1п7 4-С, (5-5)
где k — некоторый коэффициент.
Таким образом, при логарифмическом масштабе оси
времени значения величин набухания х расположатся на
прямой линии, что совпадает с экспериментальными дан-
ными. В специальных сортах бензина скорость набухания
значительно увеличивается с повышением температуры.
Таким образом, если для пропитки применяются соста-
вы, содержащие растворители подобного типа, то при
высоких температурах скорость и степень набухания мо-
гут быть даже больше, чем в бензоле.
Весьма существенным является также промежуток
времени, который должен пройти до начала процесса на-
бухания, если так можно назвать время активации. Для
разных растворителей оно .различно. Наиболее быстро
начинает действовать бензол, потом спирты и далее бен-
зины. Дополнительная тепловая обработка эмалирован-
ных проводов часто значительно повышает лакостойкость
эмалевой изоляции. Исследования показывают, что если
такие эмалированные провода подвергаются воздействию
холодных растворителей, то значительно повышается
время активации, в то .время как изменения скорости на-
бухания менее заметны. По-видимому, для начала на-
бухания изоляции эмалированных проводов, подвергших-
ся дополнительной тепловой обработке, требуется боль-
шое количество энергии. Эти соображения подтвержда-
ются и тем, что в горячих растворителях время актива-
ции увеличивается незначительно.
Если эмалированные провода используются для об-
моток герметичных холодильных машин, в которых элек-
тродвигатель встроен в компрессор, то в процессе экс-
плуатации они непосредственно соприкасаются с высоко-
полярными холодильными агентами (фреон-12, фреон-22
и т. д.) и холодильными маслами. В связи с тем что
испытания эмалированных проводов в среде фреонов
с добавками масел довольно сложны и требуют длитель-
ного времени, о возможности эксплуатации проводов
в среде хладоагентав судят по проценту экстракции
в кипящем растворителе, действие .которого на изоляцию
аналогично действию фреона. Высокий процент экстрак-
ции показывает, что эмалевая изоляция заметно изме-
няет свой состав и ухудшаются ее физико-механические
характеристики.
Кроме того, если процент экстрагируемого вещества
высок, то вполне вероятно, что оно может выделяться
в системе циркуляции герметичной холодильной маши-
ны и образовывать пробки внутри кругового цикла.
Каждый тип изоляции эмалирован-
Рис. 5-12. Аппа-
рат Сокслета, при-
меняемый для эк-
страгирования изо-
ляционной плен-
ки эмалированных
проводов.
ных проводов характеризуется опре-
деленным процентом экстрагируемого
вещества.
Экстрагирование в кипящем раст-
ворителе производится в аппарате
Сокслета (рис. 5-12). В качестве рас-
творителя в отечественной практике
принят трихлорэтилен. За рубежом
применяются и другие растворители,
например метанол. Процент экстрак-
ции рассчитывается, исходя из массы
экстрагированного вещества, а не из
потери массы эмалированного прово-
да, так как масса некоторых спе-
циальных эмалевых покрытий прово-
дов для холодильной техники после
экстрагирования увеличивается и по-
глощенный растворитель можно вы-
делить лишь с трудом.
Для повышения точности результа-
тов для испытаний выбирается обра-
зец такой длины, чтобы масса эмаль-
пленки составляла не менее 1 г. Коли-
чество экстрагированного вещества
Э = ^-1ОО0/о- (5-6)
где а — масса колбы с экстрактом, г; b — масса чистой
колбы, г; с — масса образца до экстрагирования, г; d —
масса образца после снятия эмали, г.
Окончательный показатель определяется как среднее
значение из результатов трех опытов.
5-8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБНОСТИ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
К ОБЛУЖИВАНИЮ
Для некоторых типов эмалированных проводов
(с изоляцией на основе полиуретанов, полиамидов и т. п.)
необходимо проверить возможность их облуживания без
предварительного удаления изоляции. Возможность об-
луживания проводов диаметром 0,10 мм и более прове-
ряется на скрученных образцах; от каждой катушки от-
бираются образцы длиной по 200 мм, скрутка кото-
рых производится на длине 125 мм (рис. 5-:13). Скрутка
Рис. 5-13. Установка для скручивания образ-
цов эмалированных проводов.
1 — скользящий зажим; 2 — вращающийся зажим;
3 — образец провода; 4 — нагрузка; 5 — электродви-
гатель.
образцов производится под натяжением 0,5 кгс)мм2 для
алюминиевой проволоки и 1 кгс/мм? для медной и из
сплавов сопротивления.
Облуживание производится в ванне со свинцово-оло-
вянистым припоем марки ПОС-61 (Sn—59—61 %; Sb —
не более 0,8%; Си — не более 0,1%; РЬ — остальное).
Припой нагревается до температуры, указанной в тех-
нической документации на проводи, и облуживание про-
вода в нем должно происходить в течение установленно-
го времени.
Образец помещается вертикально в центр Вайны на
расстоянии нс менее 20 мм от ее стенок. Измерение
температуры расплава производится в точке, располо-
женной около образца на расстоянии примерно 10 мм.
Ванна должна иметь достаточный объем, чтобы гаран-
тировать температуру припоя неизменной при погруже-
нии в ванну испытываемого образца.
Провода диаметром менее 0,10 мм испытываются на
облуживание намотанными на металлический шаблон.
Намотка производится со скоростью не более 600 об]мин.
Шаблон разъемный с шейкой диаметром 22 и шириной
2—3 мм.
На практике при испытаниях облуживаемости эмали-
рованных проводов диаметром менее 0,10 мм в качестве
образца берут пучок из 20—30 проводов, который погру-
жают в ванну с припоем. Для того чтобы пучок при по-
гружении не рассыпался, его незначительно подкручи-
вают вручную. После извлечения из ванны провода
в пучке должны быть обложены и скреплены припоем.
5-9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДГЕЗИИ ИЗОЛЯЦИИ
ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
Чем больше величина адгезии эмалевой пленки к по-
верхности проволоки, тем выше качество эмалированных
проводов. Величина адгезии эмалевой пленки к провод-
нику выявляется при растяжении провода. При этом
установлено, что удлинение эмалевых пленок при рас-
Рис. 5-14. Схема установки для
определения адгезии эмалевой
пленки рывком.
I — подвижной зажим: S — неподвиж-
ной зажим; 3— рычаг: 4 — стопор:
5 — образец провода.
тяжении значительно вы-
ше, когда испытываются
провода, а не одни только
эмалевые пленки, так как
при наличии адгезии к ме-
таллу эмалевая пленка
в начале испытаний вытя-
гивается вместе с метал-
лом по всей длине испы-
тываемого провода. Для
качественного определе-
ния адгезии эмалевой изо-
ляции применяются два
метода: для проводов диа-
метром 0,05—0,96 мм —
растяжение ударной нагрузкой, для проводов диа-
метром 1,0 мм и более — закручивание вокруг оси
проволоки. После растяжения "и закручивания не долж-
но наблюдаться растрескивания или отслаивания слоя
эмали. Схемы устройств для подобных испытаний эма-
лированных проводов приведены на рис. 5-14 и 5-15.
Испытание растяжением с помощью ударной нагруз-
ки производят на образце провода с расчетной длиной
Рис. 5-15. Схема установки для определения
адгезии эмалевой пленки кручением.
1 — скользящий зажим; 2 — вращающийся зажим;
3 — образец провода;' 4 — нагрузка; 5 — счетчик обо-
ротов; 6 — электродвигатель; 7 — пусковое устрой-
ство.
250 мм.. Образец провода должен быть закреплен в за-
жимах установки и рывком разорван.
При действии ударной нагрузки в течение короткого
промежутка времени возникает значительная деформа-
ция. Учитывая различие в механических свойствах ме-
талла жилы и эмальпленки, можно сделать вывод, что
ударная нагрузка при недостаточном значении силы ад-
гезии пленки к металлу приводит к нарушению или от-
слаиванию изоляции.
Закручивание проводов производится со скоростью
60—100 об/мин на длине 50 мм. Образец закрепляется
в зажимах, один из которых может вращаться вокруг
своей оси, а другой — перемещаться вдоль этой оси.
После испытаний поверхность образца осматривается
без применения увеличительного прибора; при арбитраж-
ной проверке допускается применение лупы с четырех-
кратным увеличением.
5-10. МЕТОД ИСПЫТАНИЯ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
НА СЛИПАНИЕ ИЗОЛЯЦИИ
Этот метод применяется для испытаний эмалирован-
ных проводов с дополнительным клеящим слоем. Эти
провода широко применяются для изготовления бескар-
касных катушек телевизоров, радиоприемников и из-
мерительных приборов. При нагревании до 120—150 °C
термопластичное покрытие расплавляется и склеивает
витки намотанных катушек без применения пропитываю-
щих лаков. Поэтому очевидно, что способность изоляции
к слипанию при воздействии повышенных температур яв-
ляется одной из основных характеристик проводов с до-
полнительным термопластичным слоем.
Испытание проводов диаметром менее 0,110 мм про-
изводится на металлическом разъемном шаблоне; на
этот шаблон провод наматывается так, чтобы ширина
намотки составила 2—3 мм. Скорость намотки не более
600 об/мин- натяжение провода такое же, как и при
намотке образцов для проведения ранее рассмотренных
видов испытаний.
Испытания на слипание эмалированных проводов
диаметром 0,10 мм и выше проводятся на стандартных
образцах, скрученных на длине 200 мм. Число скруток
равно 15 для проводов диаметром 0,10—018 мм, 12 —
для 0,19—0,25 мм, 10 — для 0,27—1,0 мм. После скру-
чивания образца петля, образовавшаяся на конце образ-
ца, разрезается и концы ее разводятся. Концы образца
должны быть раскручены с обеих сторон настолько, что-
бы осталось восемь скруток.
Металлический шаблон с намотанным на него образ-
цом или скрученный образец помещается в термостат
с установившейся температурой, определяемой техниче-
скими условиями на провода. После пребывания в тер-
мостате в течение необходимого времени образцы извле-
каются и охлаждаются на воздухе в течение не менее
30 мин. Спираль из провода диаметром менее 0,10 мм
снимается с разъемного шаблона и осматривается; на-
мотка должна быть монолитной; отдельные витки ее не
должны расходиться и вспучиваться. Скрученный обра-
зец провода диаметром 0,10 мм и выше подвергается
растяжению на разрывной машине так, чтобы в одном
зажиме разрывной машины был закреплен конец одного
провода, а в другом—противоположный конец другого.
Растягивающая сила действует в направлении продоль-
ной оси скрученного образца, который- должен быть ра-
зорван и осмотрен. При разрыве образца провода в ме-
стах скруток не должны расходиться.
5-11. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАССА НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
Все эмалированные провода относятся к определен-
ным классам нагревостойкости, которые характеризуют-
ся величиной длительно допускаемой рабочей темпера-
туры (табл. 5-6).
Таблица 5-6
Классификация эмалированных проводов
по нагревостойкости
Класс нагрево- стойкости Длительно допускаемая рабочая тем- пература, °C Тип изоляции эмалированных проводов
А 105 1. С изоляцией винифлекс (марки ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭВА и т. п.) 2. С изоляцией метальвин (марки ПЭМ-1, ПЭМ-2) 3. С полиамидно-резольиой изоляцией (марки ПЭЛР-1, ПЭЛР-2, ПЭЛРА) 4. С изоляцией на масляной основе (мар- ка ПЭЛ)
Е 120 С полиуретановой изоляцией (мар- ки ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2)
В 130 С полиэтилентерефталатной изоляцией (марки ПЭТВ, ПЭТВ-939, ПЭТВ-ТС, ПЭТВА)
F 155 С полиимидоэфирной изоляцией
Н 180 С изоляцией на основе модифицированных полиэфиров
С Более 180 1. С полиимидной изоляцией (мар- ка ПНЭТ-имид) 2. С фторопластовой изоляцией (марки ПЭФ-1 и ПЭФ-2)
Класс нагревостойкости эмалированных проводов
определяется следующим образом. Образцы для испыта-
ний представляют собой два скрученных отрезка
провода с длиной скрутки 125 мм. Число скруток
п рассчитывается в зависимости от диаметра провода
по изоляции d (мм) следующим образом:
n=7,4/d.
Полученное по расчету число скруток округляется до
ближайшего целого числа. Рекомендуемые для этих ис-
пытаний диаметры проводов: 0,41; 0,72; 1,0 и 2,0 мм.
Подготовленные образцы подвергаются тепловому ста-
рению при различных температурах (при каждой тем-
пературе не менее 50 образцов); перед началом тепло-
вого старения образцы должны быть проверены плавно
повышаемым в течение 1—2 сек напряжением, величина
которого должна составлять 90% значения напряжения,
указанного в стандартах или технических условиях па
провода.
Испытываемые образцы помешаются в термостат и
подвергаются циклическому тепловому воздействию
с испытанием напряжением в конце каждого цикла.
Образцы испытываются не менее чем при трех значениях
температуры, различающихся на 20°C или больше. Са-
мая низкая температура испытаний должна быть на
15—35 °C выше длительно допустимой температуры пред-
полагаемого класса .нагревостойкости.
Рекомендуемые испытательные температуры и дли-
тельность их воздействия в каждом цикле приведены
в табл. 5-7.
Поскольку количество циклов может влиять на срок
службы образцов, определяемый при данных испыта-
ниях, надежными можно считать результаты испытаний,
при которых каждый срок службы определяется при
среднем количестве циклов в пределах 7—20.
В термостате, куда помещаются образцы, должны
быть предусмотрены устройства для принудительного
перемешивания воздуха (скорость 1—2 м/сек)-, перепад
температур внутри термостата в местах расположения
образцов не должен превышать 2 °C, а точность поддер-
жания температуры в термостате ±2 °C.
После цикла теплового старения к каждому образцу,
охлажденному до комнатной температуры, прикладыва-
ют полную величину испытательного напряжения, кото-
рое зависит от толщины изоляции. В отечественной прак-
тике для испытаний проводов диаметром 1,0 мм принято
испытательное напряжение 800—1000 в<
После того как все образцы после испытания напря-
жением вышли из строя, вычисляется средний срок
службы при каждой испытательной температуре (сум-
марное время воздействия испытательной температуры
во всех циклах испытаний за вычетом половины дли-
тельности нагрева в последнем цикле).
Таблица 5-7
Продолжительность (сутки) теплового старения в каждом
цикле при ускоренных испытаниях на срок службы
Температура испытаний, °C Ожидаемый класс нагревостойкости при температуре, °C
105 120 130 155 180 выше 180
300 — - 1
190 — — — — — 2
280 .—- — —- — — 4
170 .—- — —. — — 7
260 .—- — —- — — 14
250 —. — -— .—- 1 28
240 — — — — 2 49
230 — — — — 4 —
220 — — — 1 7
210 .—. — -— 2 14 —
200 .— .— 1 4 28 —
190 .— 1 2 7 49
180 1 2 4 14 ’ —
170 2 4 7 28 —
160 4 7 14 49 —
150 7 14 28 — — —
140 14 28 49 — — —.
130 28 49 -— —.. — —
120 49 — — -— — —
Нагревостойкость соответствующего типа эмалиро-
ванных проводов характеризуется графически кривой
зависимости среднего срока службы образцов от темпе-
ратуры испытаний. Эта кривая строится в прямоуголь-
ной системе координат, причем по оси абсцисс отклады-
вается температура (°C), а по оси ординат — время (ч)
(в логарифмическом масштабе). Базовый срок службы
принимается равным 20 000 ч. Если в такой системе ко-
ординат полученная зависимость резко отлична от пря-
молинейной, то испытания проводятся повторно, Типо-
вые зависимости среднего срока службы эмалированных
проводов от температуры для различных классов нагре-
востойкости приведены на рис. 5-16.
Эмалированные провода по -результатам -испытаний
относят к соответствующему классу нагревостойкости,
если полученная температура при базовом сроке служ-
бы не ниже, чем температура данного класса за выче-
том 5 °C, и не выше, чем температура следующего, более
высокого класса за вычетом 6 °C.
При определении зависимости срока службы от тем-
пературы должны быть рассчитаны пределы 95%-ной
достоверности при каждой температуре испытаний, кото-
Рис. 5-16. Типовые зависимости среднего срока
службы эмалированных проводов от температуры
для различных классов нагревостойкости.
рые вычисляются по методу наименьших квадратов (спо-
соб расчета описан в действующем стандарте на метод
определения класса нагревостой-кости изоляции эмалиро-
ванных проводов).
Б. Электрические испытания обмоточных проводов
с эмалевой и волокнистой изоляцией
5-12. ИСПЫТАНИЯ ИЗОЛЯЦИИ НА ПРОБОЙ
Испытания изоляции эмалированных проводов на
пробой являются одним из важнейших видов испытаний,
определяющих работоспособность и качество проводов.
До последнего времени медные и алюминиевые провода
диаметром 0,05 мм и более испытывались на скрученных
образцах длиной 200 мм-, в настоящее время в соответ-
ствии с рекомендациями МЭК длина скрутки установ-
лена равной 1'25 мм. Испытания проводятся на одном
образце от катушки. Величина натяжения при скручива-
нии должна составлять 0,5 кгс) мм2 для алюминиевых
эмалированных проводов и 1 кгс/мм? для медных. Необ-
Рис. 5-17. Скрученный образец эмалированного про-
вода с разрезанной петлей.
ходимость регламентирования величины натяжения при
скручивании, а также количества скруток (табл. 5-8) вы-
зывается тем, что механические напряжения в эмалевом
покрытии возрастают с увеличением натяжения и при
повышении числа скруток. Кроме того, увеличение числа
скруток приводит к увеличению контактной длины меж-
ду отрезками провода при испытаниях, а следовательно,
к увеличению вероятности пробоя при более низком на-
пряжении.
Длина образца провода, который подвергается перед
испытаниями скручиванию, должна быть .не менее
400 мм. Петля на конце скрученного образца должна
быть разрезана в двух местах (рис. 5-Л7). С противо-
положной стороны образца на обоих концах должна
быть удалена изоляция.
Для испытания на пробой изоляции проводов диа-
метром 0,05 мм и более применяется пробивная уста-
новка переменного тока частотой 50 гц, состоящая из
трансформатора мощностью не менее 1 ква, регулятора
Табл и ц а 5-8
Число скруток образцов
эмалированных проводов
при испытаниях электри-
ческим напряжением в со-
ответствии
С ГОСТ 14340.7-69
напряжения й вольтметра класса точности не ниже 4,
включенного на стороне высокого напряжения. Форма
кривой напряжения должна быть практически синусои-
дальной.
Зачищенные от изоляции концы скрученного образца
присоединяются к выходным клеммам испытательной
установки. Допускается использование в качестве кон-
тактного устройства ванн из некорродирующего металла
с электролитом, в которые опу-
скаются концы скрученного об-
разца. При испытании с погру-
жением концов образца в ван-
ны с .электролитом снятие изо-
ляции не обязательно.
Напряжение должно плавно
подниматься до пробоя изоля-
ции. Скорость подъема напря-
жения должна составлять при-
близительно 100 в]сек\ если
пробой изоляции наступает
при напряжении порядка
2 500 в, подъем напряжения
должен производиться со ско-
ростью около 500 в)сек.
Скорость подъема и дли-
тельность приложения напря-
жения к проводам имеют
большое значение. Исследова-
ниями установлено значительное снижение среднего про-
бивного напряжения при увеличении времени приложе-
ния напряжения. Для характеристики электрической
прочности эмалевой изоляции важно, чтобы пробой про-
изошел в месте непосредственного соприкосновения про-
водов, что более вероятно при быстром подъеме напря-
жения. Кроме того, пробой возможен и.в том месте, где
эмалированный провод разделяется тонким слоем воз-
духа. Так как диэлектрическая проницаемость различ-
ных эмалевых пленок колеблется в пределах 3—4, то
в этом случае мы имеем дело со слоистым диэлектриком
(эмаль — воздух — эмаль). Учитывая малую толщину
эмалевых пленок по сравнению с диаметром провода,
этот случай с известным приближением можно свести
к случаю двухслойного плоского диэлектрика, для ко-
торого напряженность электрического поля в различных
Номинальный диаметр прово- локи, мм Число скру- ток па длине 125 мм
0,05—0,11 40
0,12—0,25 33
0,27—0,35 23
-0,38—0,49 16
0,51—0,74 12
0,77—1,04 8
1,08—1,50 6
1,56—2,10 4
2,26—2,44 3
слоях будет выражаться следующим образом:
Е .______
^эм-- д е I Д
иамьв Н ивЕэм
и
Z7 _ ____еэм^_____
в ^эмев + Двеэм
(5-7)
где Еэм и £в— соответственно напряженности электри-
ческого поля в эмалевой пленке и воздушной прослойке;
Аэм и Ав — диаметральные толщины эмалевой пленки и
воздушного слоя; eaM и ев — диэлектрические проницае-
мости эмали и воздуха; U — величина приложенного'на-
пряжения.
При напряжениях, которые применяются для испы-
таний скрученных образцов эмалированных проводов,
возможны предварительный
пробой воздушной прослойки
и последующее прожигание
искрой эмалевой изоляции,
если для развития этого про-
цесса будет достаточно време-
ни. Поэтому фиксирование вре-
мени подъема напряжения до
пробоя при испытаниях имеет
существенное значение, так как
•при быстром подъеме разряд
в воздушной прослойке не успе-
вает повредить эмалевую плен-
ку и она пробивается в слабом
месте.
Медные эмалированные про-
вода диаметром 0,04 мм и ме-
нее и провода из сплавов со-
противления диаметром 0,02—
1,0 мм испытываются напря-
жением на установке, схема
которой показана на рис.
Рис. 5-18. Схема установки
для испытания электриче-
ским напряжением медных
эмалированных проводов
диаметром 0,04 мм и менее
и проводов из сплавов со-
противления диаметром
0,02—1,00 мм.
1 — катушка с проводом; 2—
испытываемый провод; 3 — ме-
таллические валики; 4 — зажим;
5 — груз.
5-18. Установка имеет
два полированных металлических валика диаметром
30 мм, свободно вращающихся на осях. Испытываемый
провод, сматываемый с катушки, должен дважды об-
вивать металлические валики в виде восьмерки. Конец
провода должен быть зачищен от изоляции и присоеди-
нен к зажиму источника напряжения. Расстояние между
центрами валиков 55 мм. На участке провода между ме-
таллическими валиками и зажимом должна оыть при-
ложена нагрузка, создающая натяжение провода, рав-
ное 1 кгс/мм2:
Мощность трансформатора пробивной установки
должна быть не более 0,5 ква. Класс точности вольт-
метра, включенного на стороне высокого .напряжения, не
ниже 2,5. Напряжение прикладывается между зажимом
1и металлическими валиками и плавно повышается со
|скоростью приблизительно 100 в]сек до пробоя. Если
Рис. 5-19. Универсальная пробивная установка типа УПУ-Im со спе-
циальной приставкой для испытания эмалированного провода.
пробой изоляции наступает ранее, чем через 5 сек, ско-
рость подъема напряжения должна быть уменьшена.
Удобной для определения пробивного напряжения
изоляции эмалированных проводов является универсаль-
ная испытательная установка типа УПУ-1м со специ-
альной приставкой, показанная на рис. 5-19.
Существует метод, предусматривающий пробой изо-
ляции между двумя слоями проводов, навитыми несколь-
кими витками (испытательная длина 2'50—500 мм) на
металлический цилиндр диаметром 6—19 мм. В этом
случае по результатам испытаний пробивное напряже-
ние получается в 1,5—2,0 раза меньшим, чем при испы-
таниях скрученных образцов. Объясняется это прежде
всего тем, что нижние и верхние витки соприкасаются
по всей длине провода в двух местах по окруж-
ности (рис. 5-20), благодаря чему увеличивается веро-
проводов иногда определяет-
Рис. 5-20. Положение провода при
двухслойной намотке.
ятность совпадения электрически ослабленных мест изо-
ляции провода. Кроме того,л условия развития пробоя
в. замкнутом треугольнике более благоприятны, чем
в случае скрученного образца.
При выполнении исследовательских работ электри-
ческая прочность изоляции
ся в различных жидких
средах. Результаты этих
испытаний показывают,
что при повышенной тол-
щине эмалевого покрытия
качество среды (дистил-
лированная, водопровод-
ная и подсоленная вода
и т. п.) имеет значительно
меньшее влияние на ве-
личину пробивных напря-
жений, чем при малых толщинах эмалевой пленки. Объ-
ясняется это тем, что в тонком слое имеется некоторое
количество точечных и несквозных местных повреждений
в эмалевой изоляции, в которые легко проникает вода,
что снижает электрическую прочность изоляции в этих
местах.
При испытаниях на пробой изоляции обмоточных
проводов с волокнистой изоляцией, так же как и при
испытаниях эмалированных проводов, от испытываемой
катушки отбирается один образец. Провода с медными
жилами диаметром 0,05—0,29 мм и жилами из сплавов
сопротивления диаметром 0,05—<1,0 мм испытывают на
металлических валиках (см. рис. 5-18).
Медные и алюминиевые обмоточные провода с эма-
лево-волокнистой изоляцией диаметром 0,31 мм и более
испытываются на окрученных образцах длиной 200 мм.
Число скруток равно 25 для проводов диаметром 0,31—
0,83 мм, 15—-для 0,86—<1,35 мм и 8 — для 1,40 мм и
более.
Провода диаметром 0,31 мм и более со стекловолок-
нистой или дельта-асбестовой изоляцией испытываются
с применением в качестве второго электрода металличе-
ских шариков диаметром 2—3 мм, заполняющих ванну.
Для испытаний изогнутый образец прямоугольного
провода длиной 600—1 150 мм (в зависимости от
диаметра стержня, на котором производят изгиба-
ние) помещается в ванну и концы его выводятся на-
Рис. 5-21. Принципиальная
схема устройства для изги-
бания проводов на 180° во-
круг цилиндрических стерж-
ней.
ружу на расстояние 75—100 мм.
Принципиальная схема устрой-
ства для изгибания проводов
на 180° вокруг цилиндрических
стержней показана иа рис. 5-21.
Круглые провода при этих
испытаниях навиваются в спи-
рали. Длина навиваемых от-
резков проводов, испытывае-
мых в ванне с металлическими
шариками, должна быть не ме-
нее 500 мм.
Для проводов с волокни-
стой изоляцией применяется
также так называемое испыта-
1 — цилиндрические стержни
подвижные; 2 — цилиндрический
стержень неподвижный; 3 — за-
жим; 4 — грузодержатсль; 5 —
направляющие ролики; 6 —
испытываемый образец про-
вода.
ние на пробой на стержне или
параллельно уложенных об-
разцах. При этом образец про-
вода разрезается пополам и
каждый отрезок выпрямляется
с удлинением не более 1%'.
Концы отрезков (по одному
у каждого отрезка ) зачищают от изоляции. Длина I, мм,
медных и алюминиевых отрезков проводов диаметром
0,31—2,44 мм определяется так:
I='2.(110лДСт +150),
где tZCT — диаметр стержня для навивания.
Длина образца проводов диаметром более 2,44 мм и
проводов прямоугольного сечення должна быть нс ме-
нее 600 мм.
Если испытываются круглые провода диаметром
2,44 мм или менее, то два отрезка провода наматывают
в два ряда один над другим пятью витками в одном
направлении на гладкий стержень из электроизоляцион-
ного материала. Концы образцов при необходимости за-
крепляются на стержне, чтобы не было взаимного сме-
щения витков.
При испытаниях проводов диаметром более 2,44 мм
или проводов прямоугольного сечения два отрезка про-
вода плотно прикладывают один к другому (отрезки
провода прямоугольного сечения — широкой стороной)
и обматывают изоляционной лентой. Концы отрезков
разводят в противоположные стороны и к ним прикла-
дывается электрическое напряжение. В местах отгиба
должна быть прокладка из изоляционного материала
толщиной ие более 0,5 мм.
5-13. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ТОЧЕЧНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ
Для эмалированных проводов диаметром 0,02—
0,35 мм определяется число точечных повреждении изо-
ляции. Для этого испытания применяются приборы, об-
щин вид которых показан на рис. 5-22. Образец провода
длиной 15 м пропускают через влажный контакт при-
бора со скоростью 25—30 м]мин. Влажный контакт, об-
жимающий провод па участке длиной 20±2 мм, состоит
из фетра, опущенного в ванночку с подсоленной водой
Рис. 5-22. Общин вид прибора для определения точечных
повреждении эмалевой изоляции.
Напряжение, приложенное между жилой провода и
влажным контактом, составляет 60±3 в постоянного то-
ка. К проводу присоединяют положительный полюс ис-
точника тока, к влажному контакту — отрицательный.
Величина тока, проходящего через место повреждения
изоляции п проволоку, не должна превышать 1 ма.
Счетчик числа повреждений должен срабатывать при
сопротивлении изоляции, равном (200-?-300) • 103 ом и
обеспечивать регистрацию не менее 10 точечных повреж-
дений в 1 сек.
За рубежом для определения точечных повреждений
изоляции эмалированных проводов применяются ртут-
пые ванны. Вследствие токсичности ртути такой способ
был исключен из применения в отечественной практике
и ртутная ванна была заменена влажным контактом.
На результаты определения числа точечных повреж-
дений влияют такие параметры, как чувствительность
реле, включающего прибор, время срабатывания реле tv,
длина контакта (ванны) /в, напряжение между контак-
том (ванной) и проволокой Пв и скорость прохождения
провода через прибор V. В самом деле, два непосредст-
венно следующих один за другим на расстоянии /с ме-
ста повреждений будут регистрироваться раздельно
только при условии, когда
lc>l-ar
где
la = lB + vtp. (5-8)
Из
/р=0,1
Рис. 5-23. Спусковая
схема электронного
прибора для опреде-
ления количества то-
чечных повреждений.
уравнения (5-8) следует, что при v = 25 м/мин и
сек с уменьшением длины ванны с 30 до 10 мм
1Я уменьшается одновременно в 1,4
раза, а при / = 0,01 сек — в 2,3 раза.
Если принять /в=20 мм и tv—
=0,1 сек, то при уменьшении и с 40
до 20 м/мин la уменьшится пример-
но в 1,6 раза. При /р=0,01 сек из-
менение v незначительно отражает-
ся на величине /а. Необходимость ре-
гулирования чувствительности реле
совершенно очевидна, так как этот
параметр оказывает решающее влия-
ние на результаты испытаний.
В основу прибора для определе-
ния точечных повреждений, разра-
ботанного Ленинградским научно-
исследовательским кабельным ин-
ститутом (НИКИ), положена схема,
приведенная на рис. 5-23. Нормаль-
но потенциал сетки равен U„ (минус
60 в). При наличии точечного повреждения эмалевой
изоляции (замыкание контакта ВК) потенциал сетки
становится равным
В»
где — сопротивление точечного повреждения.
Если 7?к значительно меньше Т?2. то U,. становится
меньше отрицательного потенциала запирания лампы и
последняя начинает пропускать анодный ток, что вы-
зывает срабатывание реле Pi и счетчика числа по-
вреждений, а также загорание неоновой сигнальной
лампы.
У триодов анодный ток зависит от потенциала на
сетке и при различных величинах RK величина анодного
тока будет изменяться в широких пределах. Поэтому
в приборе ЛенНИКИ вместо триода применен тиратрон,
у которого величина анодного тока не зависит от по-
тенциала на сетке. Это облегчает условия работы реле
Р\ и позволяет ограничить ток в цепи контроля величи-
ной 0,2 ма, т. е. сделать ее абсолютно безопасной для
проводов любого диаметра. Принципиальная схема при-
бора приведена на рис. 5-24. Напряжение от выпрямите-
Рис. 5-24. Принципиальная схема прибора
ЛенНИКИ для определения точечных повреж-
дений.
ля, который па этой схеме не показан, подается па по-
следовательно соединенные сопротивления /?6 и стаби-
литрон Л2, па котором создается падение напряжения
75 в. Плюс стабилитрона соединяется с землей, па катод
тиратрона и влажный контакт ВК подается потенциал
минус 60 в. Таким образом, разность потенциалов меж-
ду сеткой и катотом составляет минус 10 в и тиратрон
заперт. В случае появления точечного повреждения сетка
тиратронаприобретет относительно катода поте шпал
(/„ = 20----------—
и тиратрон зажигается В этом случае конден-
сатор Ci разрядится и реле С2 сработает.
Емкость конденсатора С| выбирается с таким расче-
том, чтобы время его разряда до величины напряжения
Рис. 5-25. Схема прибора с шаговым искателем.
«/7j. Л2. «/7j — электронные лампы; «/74—Лю — сигнальные лампы; Д —электро-
двигатель; Тр — трансформатор; Рь РЯ1 P4l PC — реле; 1Й—4И — шаговые
искатели.
потухания тиратрона было несколько больше времени
прохождения точечного повреждения через влажный кон-
такт, что исключает повторное зажигание тиратрона при
повышении напряжения на конденсаторе Сь Реле Р2
имеет несколько большее время срабатывания, поэтому
оно начинает вместе с реле С2 выключать и включать
цепи тиратрона в том случае, если провод не имеет эма-
левого покрытия. Таким образом, такой участок реги-
стрируется как серия последовательно идущих повреж-
дений. Вместо электромагнитного счетчика импульсов
(повреждений) в схеме применены шаговый искатель
ШИ-25/4 и световое табло с цифрами. При срабатыва-
нии реле Рз (рис. 5-25) его контакты замыкают обмотку
магнита шагового иска-
теля, ползунки передви-
гаются на один шаг и
загорается лампочка
следующей цифры но-
мератора. Если число
точечных повреждений
больше максимально
установленного значе-
ния, загорается сигнал
«Брак».
Влажный контакт
прибора для определе-
ния числа точечных повреждений представляет собой
эбонитовый стакан, в нижней части которого имеется
электрод (рис. 5-26). На стакан навинчивается головка,
в которой крепится фетровая лента, обжимающая про-
вод. Для постоянного смачивания фетра в стакан нали-
вается вода. К влажному контакту следует присоединять
минус, а к медной проволоке — плюс источника напря-
жения.
5-14. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ —
Измерение сопротивления изоляции обмоточных про-
водов представляет большой интересе точки зрения оцен-
ки их электроизоляционных свойств, в особенности когда
они применяются для проводной связи, в производ-
стве электрических измерительных приборов и для дру-
гих специальных целей.
Выполнение таких измерений для правления качества
различных типов эмалированных проводов можно осу-
ществить следующим образом: на стержень из эбонита,
полистирола или фарфора (рис. 5-27) наматывается ис-
пытываемый провод в два слоя; между слоями создает-
ся напряжение постоянного тока, равное 100 в. Измере-
Рис. 5-27. Устройство для изме-
рения сопротивления изоляции
эмалированных проводов.
пне производится по истечении 1 мин с момента прило-
жения напряжения. Результаты пересчитываются на 1 км
длины провода. Для этого длина испытываемого провода
определяется по формуле
L=n{D + 2d)n,
где D — диаметр стержня; d — диаметр провода; п — чи-
сло витков.
Если слои имеют различное количество витков, то
при расчете за п берется меньшее число.
Испытания могут про-
изводиться как при ком-
натной температуре и
нормальной влажности,
так и в условиях повы-
шенной влажности или
температуры.
Более точные измере-
ния (например, определе-
ние величины удельного
сопротивления изоляции
pv) осуществимы с по-
мощью установки повы-
шенной чувствительности,
причем образец испыты-
ваемого провода погружа-
ется в порошкообразный
графит, ртуть пли подоб-
воды в качестве второго
ную им среду. Применение
электрода нецелесообразно, так как влага быстро про-
никает через капилляры между частицами изоляции, что
делает невозможным проведение измерении.
5-15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ tg б И е ИЗОЛЯЦИИ ЭМАЛИРОВАННЫХ
ПРОВОДОВ
Для определения е и tg б изоляции эмалированных
проводов при частоте 50 гц применяются мосты диэлек-
трических потерь, например типа Р-525.
Сложность определения tg 6 на образцах эмалирован-
ных проводов связана с нанесением электрода па эма-
левую изоляцию. В связи с этим эти измерения иногда
производятся между двумя намотанными слоями эмали-
рованных проводов. Испытательное напряжение должно
быть не более 100 -300 в, чтобы исключить появление
ионизации в воздушных промежутках между витками
эмалированных проводов. За рубежом измерения tg 6
иногда производятся на образцах, которые на длине.при-
мерно 10'0 мм графитируются поверх эмали. При при-
менении этого метода необходим коллоидальный графит,
так как иначе получается большой разброс результатов.
По-видимому, здесь оказываются неровности покрытия
графитом и ионизация образующихся при графитирова-
нии мелких воздушных включений. Для этих испытаний
берутся куски провода длиной около 130 мм-, с одного
конца провод зачищается от эмали, образец протирает-
ся ватой и на длине 100 мм покрывается графитом. Если
образцы должны подвергаться тепловой обработке, то
графитирование производится после пребывания образ-
цов в термостате. Испытание образцов в условиях по-
вышенной влажности воздуха производится, наоборот,
после графитирования, так как слой графита не являет-
ся существенным препятствием для проникновения вла-
ги к эмали. Этот метод позволяет производить сразу
испытания большого количества образцов; для тепловой
обработки рекомендуются алюминиевые рамки с гнезда-
ми, в которых укрепляются испытываемые образцы.
Для производства аналогичных исследований, поми-
мо мостовой схемы с усилителем, может быть рекомен-
дована схема измеритель-
ного моста с дополнитель-
ной ветвью (рис. 5-28),
с помощью которой изме-
рения можно производить
при повышенных часто-
тах, например при 800 гц.
Для каждого испытания
достаточно трех образ-
цов, так как разброс ре-
зультатов испытаний
сравнительно невелик.
Достаточно стабиль-
ные и точные результаты
на мостах типа Р-525
с усилителем могут быть
Рис. 5-28. Схема моста для изме-
рения диэлектрических потерь на
коротких образцах эмалирован-
ных проводов.
1__медь; 2 — лаковая пленка; 3 —
графит.
получены при примене-
нии очищенной ртути в качестве второго элек-
трода. Учитывая, однако, высокую токсичность ртути,
необходимо соблюдать осторожность при проведении
испытаний. Кроме того, в этом случае невозможно сня-
тие зависимости tg 6 от температуры. Более удобным
является применение вместо ртути воды. Однако вода
очень часто проникает, как указывалось выше, внутрь
слоя эмали и вызывает пробой изоляции. При примене-
нии в качестве второго электрода плотно и тщательно
наложенной металлической фольги могут быть получены
результаты, близкие к полученным при ртутных контак-
тах. Этот метод также находит применение. Приближен-
ное определение tg6 на высоких частотах может быть
произведено с помощью куметра.
Для точного определения е и tg6 изоляции обмоточ-
ных проводов, а также при снятии температурной зави-
симости е и tg6 в качестве второго электрода могут быть
использованы легкоплавкие металлы или сплавы. Темпе-
ратура плавления их такова, что ее кратковременное
воздействие при заливке образцов провода практически
не изменяет свойств изоляции.
Образец провода любой формы (прямой отрезок, на-
витая спираль и др.) заливается расплавленным метал-
лом, который в течение нескольких секунд затвердевает
и быстро охлаждается. На приготовленном таким спо-
собом образце можно определить е и tg d изоляции об-
моточных проводов и их температурные и частотные за-
висимости. Этим способом можно определять значения
е и tg 6 и при низких температурах. Температура ме-
талла или сплава при заливке образца не должна пре-
вышать максимально допустимую в течение ограничен-
ного времени температуру эксплуатации изоляции 'испы-
тываемого провода.
Для эмалированных проводов при измерениях е и
tg6 целесообразно применять в качестве второго элек-
трода мягкие припои с температурой плавления 120—
200 °C. Так, для эмалированных проводов марок ПЭВ-1
и ПЭВ-2 (на лаке винифлекс), а также ПЭЛ, ПЭЛР и
ПЭВТЛ можно использовать припои ПОСК-50 и ПОК-'56,
для проводов марки ПЭТВ (на полиэфирных лаках
ПЭ-943 и ПЭ-939)—припои ПОСК-47-17 и РСрК-25 или
олово. Чистое олово или свинец можно применять для
проводов со стекловолокнистой изоляцией марокПСДК,
ПСДКТ и др., а свинец — также для проводов особо вы-
сокой, нагревостойкости марок ПНСДК, ПОЖ и ПЭЖБ,
предназначенных для эксплуатации при температурах
500—600 °C.
Таблица 5-9
Химический состав и температура плавления
некоторых металлов и сплавов
Металл или сплав Химический состав, % Температура плавления, °C
Sn РЬ Cd Bi Ag
Сплав Розе 15,9 28 .— 56,1 — 97,3
Сплав Вуда 12,5 25 11,5 51 — 60,5
ПОК-56 56 — 44 -— -— 124
ПОСК-50 50 32 Г8 — — 145
ПОСК-47-17 47 36 17 •— -— 180
ПОСрК-25 30 63 5 — 2 225
Олово 100 '—- —— —- — 232
Свинец — 100 — — — 327
Если изоляция не допускает нагрева свыше 100°C,
может быть использован сплав Розе или Вуда. Химиче-
ский состав и температуры плавления металлов и спла-
вов, рекомендуемых для использования в качестве вто-
рого электрода при определении температурных и ча-
стотных зависимостей е и tg6 изоляции обмоточных про-
водов, приведены в табл. 5-9.
5-16. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ЖИЛ
ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ
Электрическое сопротивление токоведущих жил об-
моточных проводов измеряется на одинарном или двой-
ном мосте постоянного тока. Образцы с сопротивлением
0,0001—2 ом должны измеряться на двойном мосте; об-
разцы с сопротивлением 2—<100 ом могут измеряться как
на двойном, так и на одинарном, а свыше 100 ом — на
одинарном мосте. Сопротивление соединительных про-
водов не учитывается при измерении на двойном мосте
(это уже учтено схемой), если оно не превышает 0,2%
величины измеряемого сопротивления. В остальных слу-
чаях необходимо из измеренной величины вычесть со-
противление соединительных проводов.
Удельное электрическое сопротивление проводника р,
приведенное к температуре 20 °C, рассчитывается по фор-
муле
RS
?= [1+а(<_20)]-Г’ ом-м^/м, (5-9)
где R — измеренное сопротивление образца провода, ом\
S— сечение провода, мм2', I — длмна образца, м\ t — тем-
пература окружающей среды при проведении измерении,
DC; а — температурный коэффициент (для меди и алю-
миния равен 0,004 1/°С).
3. Приборы для непрерывного контроля качества
изоляции эмалированных проводов
5-17. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ
ПРОВОДА
В ряде случаев может возникнуть необходимость в непрерыв-
ном измерении геометрических размеров эмалируемого провода, на-
пример его наружного диаметра или радиальной толщины изоляции.
Такие измерения представляют интерес при обработке техноло-
Рис. 5-29. Контактный ролик
емкостного датчика с примене-
нием воды в качестве внешнего
электрода.
1 — контролируемый провод; 2 — кон-
тактный ролик; 3—вода; 4 — шарико-
подшипник; 5 — поверхность желоба.
ра является измерительный мост,
гических режимов на новом
оборудовании или при примене-
нии новых материалов, а также
нужны для непрерывного кон-
троля процесса производства,
когда требуется получить про-
вод стабильных размеров.
Одним из наиболее распро-
страненных принципов, на ко-
торых основано непрерывное
измерение средней толщины
изоляции провода, является ем-
костный. В качестве второго
электрода могут использоваться
такие среды, как ртуть, вода,
а также различные контактные
устройства (например, ролики).
СПКБ ВНИИКП разрабо-
тан прибор «ПРИЗ», позволяю-
щий определять с точностью
±10% среднюю толщину изо-
ляции эмалированных прово-
дов диаметром 0,03—ОДО мм.
Основным элементом прибо-
в диагональ которого вклю-
чен емкостный датчик роликового типа. Для уменьшения влияния
условий внешней среды на точность измерений используется баланс-
ная схема. Уравновешивание моста производится измерительным
конденсатором переменной емкости. При изменении толщины эмале-
вой изоляции изменяется емкость датчика, что приводит к разбалан-
су мостовой схемы.
Лучшее соприкосновение с поверхностью контролируемого про-
вода обеспечивают водный или ртутный контакт, однако ртуть вви-
ду ее токсичности в отечественной практике не применяется. Кон-
тактный ролик емкостного датчика с использованием воды в каче-
стве внешнего электрода, разработанный Кишиневским научно-иссле-
довательским электротехническим институтом |(КНИЭИ), показан на
рис. 5-29. Так как емкость провода С на длине I, см, подвергаемой
испытанию,
С --------. см,
21п
а
(5-Ю)
где D — диаметр провода по изоляции, мм; d — диаметр проводни-
ка, мм, то, зная -величину диэлектрической проницаемости эмалевой
изоляции е, можно определить и величину отношения Dfd, а следо-
вательно, при известном d и среднюю толщину изоляции. Величи-
на е в свою очередь определяется типом эмальлака и установлен-
ным технологическим режимом эмалирования.
Имеются также приборы, принцип действия которых основан
на прямом измерении интенсивности потока бета-излучения, созда-
ваемого радиоактивным изотопом в коллимационной щели датчика.
Рис. 5-30. Схематическое изображение датчи-
ка прибора.
1 — капсула; 2 — радиоактивное вещество; 3 — кор-
пус датчика; 4 — контролируемый провод; 5 — колли-
мационная щель; 6 — детектор излучения; 7 — эмит-
терный повторитель; 8—изоляция.
Эти приборы разработаны КНИЭИ. 'На рис. 5-30 показан принцип
действия такого датчика. Поглощающая способность материала про-
водника выше, чем электроизоляционных материалов; поэтому поток
бета-частиц в коллимационной щели датчика слабо задерживается
эмалевой изоляцией и почти полностью поглощается проводником.
Таким образом, интенсивность патока бета-частиц находится в пря-
мой зависимости от радиальной толщины изоляции 6.
Поток бета-частиц регистрируется детектором излучения, в ре-
зультате чего на нагрузочном сопротивлении г возникают импульсы
положительной полярности. Импульсы с нагрузочного сопротивления
через малую емкость поступают на т.риод эмиттерного повторителя,
смонтированного в датчике. С нагрузочного сопротивления эмиттер-
ного повторителя импульсы положительной полярности подаются по
кабелю через разъем в измерительную часть прибора. Точность кон-
троля радиальной толщины изоляции таким прибором равна
±3 мкм.
Принципиально можно непрерывно контролировать толщину
изоляции на ребрах эмалированных прямоугольных проводов с по-
мощью описанного метода. В этом случае поток бета-излучения рас-
полагается под углом 45° к плоской -поверхности провода.
5-18. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ
ИЗОЛЯЦИИ
Серия приборов такого типа разработана СПКБ ВНИИКП.
Приборы могут использоваться как в лабораторной практике, так
и для технологического контроля в процессе производства. Обычно
при этом задается величина испытательного напряжения, характе-
ризующая однородность изоляции эмалированных проводов.
Установка для контроля электрической прочности эмалирован-
ных проводов «Пробой-1А» (рис. '5-31) обеспечивает непрерывное
испытание ’напряжением переменного тока до 2,5 кв. Установка мо-
жет также работать в цикличном режиме, при котором напряжение
подается на провод периодиче-
ски через определенные проме-
жутки времени. В режиме не-
прерывного контроля провод
протягивается через ролики дат-
чика, на которые подается
испытательное напряжение. В
этом режиме установка рабо-
тает по принципу «выдержал—
не выдержал», регистрируя от-
клонения пробивного напряже-
ния от заданного.
Установка состоит из трех
основных блоков: приемо-рас-
кладочного, испытательного и
Рис. 5-31. Установка типа «Про- записывающего.
ббй-lA». При пробое ток идет че-
рез вторичную обмотку высо-
ковольтного трансформатора и
сопротивление делителя. Часть напряжения подводится через
выпрямитель к сетке тиратрона. Тиратрон заперт от отдель-
ного источника питания. В момент пробоя тиратрон зажигает-
ся и включает реле, которое снимает напряжение с высоковольтного
блока и включает реле времени. Реле времени на определенный пе-
риод включает двигатель перемотки. Время перемотки можно регу-
лировать в широких пределах. С помощью программного механизма
по окончании цикла перемотки включается блок .изменения 'напря-
жения. Напряжение плавно изменяется от нуля до максимума. Цикл
изменения напряжения на датчике длится не более 30 сек. Блок
изменения напряжения состоит из двух автотрансформаторов. Один
автотрансформатор задает максимум испытательного напряжения,
движок другого вращается электродвигателем, что обеспечивает
плавное изменение высокого напряжения в заданных пределах.
Диаметр эмалированных проводов, контролируемых с помощью
установки «Пробой-1А», составляет 0,02—0,1 мм. Интервал между
контролируемыми точками по длине провода на катушке регулирует-
ся в пределах 500—в 000 мм. Погрешность измерений от верхнего
предела шкалы составляет не более 3%.
Переносная установка типа «Пробой-3» предназначена для не-
прерывного контроля изоляции эмалированных проводов испытатель-
ным напряжением в процессе производства непосредственно на
одном из ходов эмалировочного агрегата.
Фиксация каждого пробоя в изоляции эмалированного провода
ведется автоматически самописцем типа Н-340.
•Все узлы установки размещены внутри корпуса на специальной
плите. На переднюю панель вынесены основные органы управления
и контроля. Для удобства транспортирования установка снабжена
ручками, расположенными на боковых стенках.
Датчик установки выполнен в виде отдельного выносного узла,
состоящего из корпуса, крышки, контактных роликов, на которые
в виде восьмерки наматывается контролируемый провод, и сигналь-
ной лампы. Во время работы датчик располагается непосредственно
на эмалировочном агрегате.
Испытательное напряжение устанавливается с помощью авто-
трансформатора, питающего первичную обмотку высоковольтного
трансформатора. Один вывод вторичной обмотки высоковольтного
трансформатора подключен к контактным роликам датчика; другой
вывод, а также контролируемый эмалированный провод заземля-
ются.
Установка '«Пробой-3» должна эксплуатироваться при скорости
движения провода не более 55 м/мин. Диаметр контролируемого
провода 0,02—0,1 мм. Верхний предел испытательного напряжения
800 в.
Установка АПУ-66, разработанная СПКБ ВНИИК'П, позволяет
определять величину пробивного напряжения изоляции эмалирован-
ных проводов в соответствии с действующими стандартами и техни-
ческими условиями на скрученных образцах.
Установка автоматически производит следующие операции:
1) сматывает провод с испытываемой катушки; 2) производит скрут-
ку провода под определенным, заранее заданным натяжением;
3) подключает скрученный образец к источнику испытательного на-
пряжения; 4) записывает величину напряжения пробоя на ленте
самописца; 5) сбрасывает испытанный образец провода в специаль-
ный желоб.
Установка снабжена устройством, позволяющим заранее уста-
навливать нужное число скруток провода в зависимости от его
диаметра.
Наличие стрелочного измерительного прибора, световой сигна-
лизации и системы блокировки обеспечивает безопасность и удоб-
ство эксплуатации установки.
Диаметр контролируемых проводов 0,1—0,74 мм\ диапазон зна-
чений испытательного напряжения — до 10 кв. Напряжение пробоя
контролируется с точностью не ниже 2%.
5-19. НЕПРЕРЫВНЫЙ КОНТРОЛЬ ЧИСЛА ТОЧЕЧНЫХ
ПОВРЕЖДЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
Число точечных повреждений эмалевой изоляции может контро-
лироваться как при перемотке провода (в ОТК, лаборатории), так и
для технологического контроля в процессе ‘эмалирования.
Установка типа УРТП-1, разработанная СПКБ ВНИИКП,
предназначена для регистрации точечных повреждений по всей дли-
не эмалированных проводов при контрольных выборочных испыта-
ниях.
Установка состоит из приемно-отдающего устройства и элек-
тронного блока.
Приемно-отдающее устройство с датчиком смонтировано на спе-
циальном столе, внутри которого размещены электронный блок, элек-
тродвигатель, магнитный пускатель и панель с предохранителями.
включение контролируемого провода в электрическую цепь дат-
чика осуществляется через зажимное приспособление на шпинделе
приемного устройства и щеточный механизм.
На поводке раскладчика установлен датчик точечных повреж-
дений, на который подается напряжение 60 в. При проходе участка
провода с точечными повреждениями через датчик в схему подается
импульс, амплитуда которого зависит от величины сопротивления
изоляции изоляционного слоя провода, а длительность — от длины
поврежденного участка изоляции и скорости движения провода.
Импульсы через разделительный конденсатор и потенциометр по-
даются на запоминающее устройство, а затем на записывающий
прибор, шкала которого показывает число точечных повреждений.
Установка надежно работает при верхнем пределе сопротивле-
ний контролируемой цепи (24-3) 105 ом.
Скорость движения провода диаметром 0,02—0,1 мм составляет
на установке УРТП-1 30 м]мин. Датчик прибора имеет влажный
контакт.
Другой прибор СОКБ — «Корона» — предназначен для одновре-
менного непрерывного контроля испытательным напряжением и опре-
деления числа точечных повреждений в изоляции эмалированных
проводов диаметром 0,02—0,1 мм. Величина испытательного напря-
жения — до 10 кв.
В отличие от существующих приборов подобного типа в прибо-
ре типа «Корона» пробой изоляции провода и наличие микропор
в изоляции регистрируются раздельно на двух дорожках телеграф-
ной ленты.
Контролируемый провод проходит через датчик, состоящий из
двух электродов. Один из электродов фиксирует наличие точечных
повреждений эмальпленки, а другой — электрический пробой изо-
ляции. Оба параметра контролируются по одному принципу.
На электроды датчика подается испытательное напряжение,
в результате чего ионизируется воздушный промежуток между жи-
лой контролируемого провода и электродами.
Установка и контроль величины испытательного напряжения
производятся по приборам, расположенным на передней панели. При
наличии точечных повреждений эмалированного провода или пробое
изоляции в схеме возникают сигналы, которые подаются на блоки
регистрации. Один из блоков регистрации отмечает наличие точеч-
ных повреждений, а второй фиксирует пробой изоляции провода.
К блокам регистрации подключены электромагниты механизма
записи. Этот механизм производит регистрацию точечных поврежде-
ний и числа пробоев на телеграфной ленте, которая с постоянной
скоростью проходит мимо бойков электромагнитов.
Если пробой происходит в месте точечного повреждения, то
срабатывают оба электромагнита и, ударяя своими бойками, остав-
ляют на телеграфной ленте следы (точки), расположенные один над
другим.
Если происходит пробой изоляции провода, то срабатывает
только один электромагнит и на ленте остается запись одного следа
(точки) на дорожке, соответствующей записи числа пробоев изоля-
ции провода.
Для удобства заправки провода датчик прибора «Корона» имеет
электроды разъемной конструкции.
Разработанная в К'НИЭИ малогабаритная установка АКТ1П-12
осуществляет непрерывный автоматический контроль изоляции по
точечным повреждениям в процессе эмалирования по всей длине
провода на 12 ходах станка. Диаметр контролируемых проводов
находится в пределах 0,01'5—0,35 мм.
Принципиальная схема контроля точечных повреждений с по-
мощью установки АКТП-12 показана 'на рис. 5-32. В установку вхо-
дят 12 идентичных измерительных ячеек 1(каждая на один ход эма-
лировочного агрегата), собранных на лампах МТХ-90 (Л1—Л12).
Каждая измерительная ячейка представляет собой релаксацион-
ный ДС-генератор. 'Принцип действия измерительной ячейки основан
на зависимости напряжения зажигания тиратрона от потенциала
на его управляющем электроде.
Работа измерительной ячейки, собранной на лампе <Z7i, проте-
кает следующим образом. Конденсатор С7 заряжается через сопро-
тивление Rzi до напряжения источника питания, стабилизированно-
го кремниевым стабилитроном Ди. На управляющий электрод лам-
пы Л1 подаются подпорное напряжение со стабилитрона Ди и
управляющее напряжение от стабилитрона Ди. Управляющее напря-
жение приложено к сопротивлению Ru через переходное сопротив-
ление изоляции эмалированного провода.
В качестве датчика используется ролик из нержавеющей стали,
помещенный в ванночку с электропроводящей жидкостью.
'При прохождении через датчик провода с поврежденной изоля-
цией напряжение на сопротивлении Ru возрастает, складывается
с подпорным напряжением и вызывает зажигание тиратрона, сигна-
лизируя о наличии точечных повреждений.
За время прохождения через датчик провода с поврежденной
изоляцией в измерительной ячейке возникают релаксационные коле-
бания. Количество импульсов релаксационного генератора в единицу
времени соответствует эквивалентному числу точечных повреждений
на контролируемом участке эмалированного провода. По окончании
прохождения поврежденной изоляции эмалированного провода через
датчик генерация импульсов прекращается. Таким образом, измери-
тельная ячейка реагирует на каждое точечное повреждение, которое
•наблюдается по свечению тиратрона.
'Напряжение с конденсатора С8, соответствующее среднему зна-
чению числа точечных повреждений на определенном участке эма-
лированного провода, через контакты реле 1Р/,—1Ри к 2Pt—2Р15
подается на вход асимметричного параллельно-балансного повтори-
теля. С выхода параллельно-балансного повторителя напряжение
поступает на измерительную схему автоматического самопишущего
потенциометра ПСР1-49. При этом его каретка отклоняется и печа-
тает на диаграммной ленте номер хода эмалировочного агрегата
с поврежденным эмалированным проводом. Среднее число точечных
повреждений на определенном участке эмалированного провода
определяется по шкале прибора.
Этим же институтом .разработаны установки для контроля то-
чечных повреждений, основанные на других электронных схемах
(например, СТП-12), но в принципе выполняющие аналогичные за-
дачи. Датчики точечных повреждений имеются также в комплексных
станциях автоматического контроля качества эмалированных прово-
дов и технологических параметров процессов эмалирования типа
КРС-2, позволяющих осуществлять следующие операции: 1) кон-
троль и запись па Диаграммной ленте числа точечных повреждений
на любой заранее выбранной длине участка провода; 2) контроль
и запись скорости эмалирования; 3) контроль, запись и регулирова-
Рис. 5-32. Принципиальная схема контроля точечных повреждений с помощью установки АКТП-12.
ние температуры в двух зонах печи; сигнализацию предельно
допустимых значений числа точечных повреждений, скорости эмали-
рования и натяжения провода на эмалировочном агрегате.
Глава шестая
СВОЙСТВА ЭМАЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ
6-1. КРУГЛЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА НОРМАЛЬНОЙ
НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
Классификация и ассортимент. Все эма-
лированные провода можно разделить на два основных
типа: провода па масляно-смоляных эмальлаках и про-
вода на синтетических лаках. Долгое время выпускались
эмалированные провода только иа масляно-смоляных
лаках. За последние 25 лет у нас проделана большая
работа по созданию ряда рассмотренных выше синтети-
ческих эмальлаков и организации производства новых
видов эмалированных проводов, обладающих благодаря
своим свойствам большими преимуществами перед
проводами на масляно-смоляных лаках. Поэтому произ-
водство эмалированных проводов на масляно-смоляных
лаках резко сократилось и составляет не более
15—20'% общего выпуска.
Классификация и маркировка, а также классы нагре-
востойкости, конструктивные данные медных эмалиро-
ванных круглых проводов и действующая техническая
документация на них приведены в табл, б-il, а их сорта-
мент и расчетный наружный диаметр — в табл. 6-2, при-
чем данные последней таблицы о наружных размерах
проводов марок ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭЛР-1 и ПЭЛР-2 при-
ведены с небольшим приближением.
Алюминиевые эмалированные провода пока изготов-
ляются у нас в ограниченном количестве с применением
поливинилацеталевых, полиэфирных и полиамидно-ре-
зольных эмальлаков. На масляно-смоляных лаках алю-
миниевые эмалированные провода практически не изго-
товляются.
По количеству стандартизованных размеров наши
ГОСТ превосходят большинство зарубежных стандартов.
При конструировании электрических машин большое
Значение имеет коэффициент заполнения цаза -q, т. е.
Таблица 6-1
Классификация, нагревостойкость и конструктивные данные основных типов медных
эмалированных проводов
Марка провода Тип эмалевой изоляции Номинальные размеры токо- проводящей жилы, /л/л Толщина изо- ляции (D—d) для круглых проводов и (В—Ь) для прямоуголь- ных, мм Класс нагрево- стойкости Действующая техническая документация
ПЭВ-1 Высокопрочная эмаль на поли- 0,02—0,05 0,01—0,02 А ГОСТ 7262-70
винилацеталевой основе (ви- нифлекс) 0,06—2,44 0,023—0,085 А ГОСТ 7262-70
ПЭВ-2 То же с утолщенной изоляцией 0,06—2,44 0,027—0,090 А ГОСТ 7262-70
ПЭМ-1 Высокопрочная эмаль на поли- винилацеталевой основе (ме- талвин) 0,06—2,44 0,02—0,08 А ГОСТ 10288-62
ЯЭМ-2 То же с утолщенной изоляцией 0,06—2,44 0,025—0,085 А ГОСТ 10288-62
пэвд Поливинилацеталевая эмаль с дополнительным термопла- стичным слоем на основе поливинилацетата или поли- винилбутираля 0,06—1,00 0,033—0.085 А ТУ.017.189-66
Тип эмалевой изоляции
Высокопрочная эмаль на поли-
амидно-резольной основе
То же с утолщенной изоляцией
Высокопрочная эмаль на поли-
уретановой основе
То же с утолщенной изоляцией
Высокопрочная эмаль на поли-
эфирной основе (лак ПЭ-943)
То же (лак ПЭ-939)
Высокопрочная эмаль на поли-
эфирной основе с Дополни-
тельным термореактивным
слоем эпоксидной смолы
Высокопрочная эмаль на поли-
эфирноимидной основе
Высокопрочная эмаль на пола-
имидной основе
Продолжение табл. 6-1
Номинальные размеры 7 око- проводящей жилы, мм Толщина изо- ляции (D—d) для круглых проводов и (В—Ь) ДЛЯ прямоуголь- ных, мм Класс нагрево- стойкости Действующая техническая документация
0,1—2,44 0,02—0,08 А ТУК.ОММ.505.073-54
0,1—2,44 0,025—0,09 А ТУК.ОМЛ4.505.073-54
0,05—1,56 0,015—0,07 Е МРТУ. 16.505.009-64
0,05—1,56 0,02—0,08 Е То же
0,06—2,44 0,027—0,09 В ОСТ 16505.001-70
0,06—2,44 0,027—0,09 В То же
0,06—0,35 0,037—0,065 В ТУ.017.170-65
0,06—2,44 0,027—0,09 F ТУ.017.255-66
0,10—1,30 0,025—0,06 До 200° С ТУ.017.215-66
'1 а б лица 6-2
Ассортимент и расчетиые’’размеры
эмалированных проводов
Номинальны? диаметр неизоли- рованной прово- локи, ММ Расчетный наружный диаметр эмалированных проводов, мм
ПЭЛ ПЭВ-1, ПЭМ-1, ПЭВТЛ-1, ПЭЛР-1 ПЭВ-2, ПЭМ-2, ПЭЛР-2 ПЭБТЛ-2, пнэт
0,02 0,03 0,63
0,025 0,035 0,035 .—
0,030 0,040 0,042 —
0,04 0,050 0,052 .—
0,05 0,062 0,07 .—
0,06 0,072 0,083 0,087
0,07 0,082 0,093 0,097
0,08 0,092 0,103 0,107
0,09 0,102 0,113 0,117
0,10 0,115 0,123 0,127
0,11 0,125 0,133 0,137
0,12 0,135 0,143 0,147
0,13 0,145 0,153 0,157
0,14 0,155 0,163 0,167
0,15 0,168 0,177 0,180
0,16 0,178 0,187 0,190
0,17 0,188 0,197 0,200
0,18 0,198 0,207 0,210
0,19 0,208 0,217 0,220
0,20 0,222 0,227 0,230
0,21 0,232 0,237 0,240
0,23 0,252 0,26 0,265
0,25 0,272 0,28 0,285
0,27 0,296 0,30 0,305
0,29 0,316 0,32 0,325
0,31 0,34 0,34 0,345
0,33 0,36 0,36 0,365
0,35 0,38 0,38 0,39
0,38 0,41 0,41 0,42
0,41 0,445 0,44 0,45
0,44 0,475 0,47 0,48
0,47 0,505 0,50 0,51
0,49 0,525 0,52 0,53
0,51 0,55 0,555 0,565
0,53 0,57 0,575 0,585
0,55 0,59 0,595 0,605
0,57 0,61 0,615 0,625
ЫЙ изола- рово- Расчетный наружный диаметр эмалированных проводов, мм
•о ® S ПЗВ-1 ПЭВ-2,
ГО Bg ПЭМ-1, ПЭМ-2,
И s S ПЭл пэвтл-i, ПЭЛР-2,
го га ПЭЛР-1' ПЭВТЛ-2,
X % ач ПНЭТ
0,59 0,63 0,635 0,645
0,62 0,66 0,665 0,678
0,64 0,68 0,685 0,700
0,67 0,71 0,715 0,730
0,69 0,73 0,735 0,750
0,72 0,77 0,765 0,780
0,74 0,79 0,79 0,805
0,77 0,82 0,82 0,835
0,80 0,85 0,85 0,865
0,83 0,88 0,88 0,895
0,86 0,91 0,91 0,925
0,90 0,95 0,95 0,965
0,93 0,98 0,98 0,995
0,96 0,101 0,101 1,025
1,00 1,06 1,07 1,08
1,04 1,10 1,11 1,12
1,08 1,14 1,15 1,16
1,12 1,18 1,19 1,20
1,16 1,22 1,23 1,24
1,20 1,26 1,27 1,28
1,25 1,31 1,32 1,33
1,30 1,36 1,37 1,38
1,35 1,41 1,42 1,43
1,40 1,465 1,47 1,48
1,45 1,515 1,52 1,53
1,50 1,565 1,57 1,58
1,56 1,625 1,63 1,64
1,62 1,685 1,69 1,70
1,68 1,745 1,75 1,76
1,74 1,805 1,81 1,82
1,81 1,875 1,885 1,89 -
1,88 1,945 1,955 1,96
1,95 2,015 2,025 2,03
2,02 2,085 2,095 2,10
2,10 2,165 2,185 2,19
2,26 2,325 2,345 2,35
2,44 2,505 2,525 2,53
отношение суммы сечений жил, Заложенных в паз обмо-
точных проводов, к площади сечения самого паза.
В свою очередь этот коэффициент
Т] =«//<?,
где q — сечсппе медной проволоки; Q— сечейие провода
с изоляцией.
С этой точки зре-
ния высокопрочные
эмалированные прово-
да обладают весьма
значительными преиму-
ществами по сравне-
нию с другими типами
обмоточных проводов,
в чем нетрудно убе-
диться из рис. 6-1, на
котором приведена за-
висимость t)= f(d) для'^ Рис. 6-1. Зависимость величины т] от
обмоточных проводов®' циаметРа провода-
различных марок.
Характеристики круглых эмалированных проводов на
масляных и высокопрочных эмалълаках нагревостойкости
класса А
Физико-механические свойства. Эти про-
вода составляют основную часть всех изготовляемых
проводов. Высокопрочные эмалированные провода этой
категории преимущественно выпускаются на лаке
винифлекс и частично на другом поливинилацеталевом
лаке—металвин, а также на полиамидно-резольном ла-
ке. Применение для этих целей других эмальлаков (на-
пример, полиамидно-изоционатного лака, поливинилаце-
талевого лака марки STL и др.) не является регулярным
и поэтому здесь дается характеристика эмалированных
проводов только на указанных выше основных лаках.
Эмалированные провода на масляно-смоляных лаках
в СССР изготовляются только марки ПЭЛ. Провода
марки ПЭЛУ с утолщенной эмалью, которые были пре-
дусмотрены ГОСТ 2773-51 и ранее производились в очень
ограниченном количестве, в настоящее время вообще не
изготовляются.
По своим свойствам эмалированные провода на ма-
гляно-смоляных лаках весьма значительно уступают эма-
лированным проводам на синтетических эмальлаках.
|Осйовиымй Недостатками их являются малая Механиче-
ская прочность и весьма ограниченная лакостойкость
эмалевой изоляции. При испытании истиранием на при-
боре с иглой эмалевая изоляция выдерживает всего не-
сколько ходов иглы. Вследствие этого такие провода без
дополнительной обмотки волокнистыми материалами на-
водят применение только для рядовой и других видов
обмоток, где эмаль не подвергается существенным меха-
ническим воздействиям.
ГОСТ 2773-69 предусматривает испытание масло- и
лакостойкости эмалированных проводов путем выдерж-
ки их в течение 24 ч при 100—105 °C в трансформатор-
ном масле, удовлетворяющем ГОСТ 982-68 (или соот-
ветственно в бензине, удовлетворяющем ГОСТ 443-56, но
при температуре 20±5°C), с последующим сжатием
двух изогнутых в виде шпильки и сложенных крест-на-
крест образцов с усилием 0,5—20 кгс в зависимости от
диаметра провода; при этом эмалевый слой не должен
размягчаться настолько, чтобы между образцами воз-
никал электрический контакт. Обычно эмалированные
провода марки ПЭЛ эти испытания выдерживают.
Лакостойкость всех высокопрочных эмалированных
проводов на синтетических лаках значительно выше, чем
у проводов марки ПЭЛ. Они устойчиво ведут себя при
воздействии таких ароматических растворителей, как
бензол, толуол, ксилол и т. п. Стойкость проводов метал-
вин, а также полиамидно-резольных проводов (ПЭЛР-1
и ПЭЛ Р-2) против воздействия бензола несколько вы -
ше, чем у проводов винифлекс, что, кстати, в свое время
нашло отражение и в стандартах на эти провода. В со-
ответствии с ГОСТ 10288-62 провода на лаке металвин
после 30 мин выдержки в бензоле при 60±5°С и потом
в воздухе в течение не более 5 мин должны выдержи-
вать испытание истиранием при нагрузках на иглу, кото-
рые приняты, и при обычных испытаниях механической
прочности эмалевой изоляции без воздействия раствори-
телей, в то (время как .по старому ГОСТ 7262-54 на про-
вода на лаке винифлекс нагрузка в этом случае снижа-
лась в 3 раза.
Провода на лаке металвин в соответствии со стандар-
том после 5 мин пребывания в кипящей спирто-толуоль-
ной смеси не должны изменять своего внешнего вида;
провода на лаке винифлекс подвергаются испытаниям
на толуолостойкость по методике ГОСТ 14.340.8-69. Во-
обще же по стойкости к действию кипящей спирто-толу-
ольной смеси разница между проводами на лаках .метал-
вин и винифлекс менее ощутима, чем по бензолостойкости.
Полиамидно-резольные пленки, а также пленки на
лаках винифлекс и металвин, пленкообразующие веще-
ства которых могут содержать остатки молекул (гидро-
ксильные группы) поливинилового спирта, несколько бо-
лее чувствительны к действию спиртов, чем к действию
ароматических углеводородов. Так, если полиамидно-
резольные провода выдержать в течение 24 ч .в смеси
этилового спирта и толуола, то электрическая прочность
их снижается примерно в 2 раза, в то время как пре-
бывание их в бензине, бензоле и трансформаторном ма-
сле в этом отношении заметно не сказывается. Следует
отметить пониженную стойкость полнамидно-резольных
эмалей против воды, при воздействии которой резко сни-
жается сопротивление изоляции этих эмалей. Стойкость
всех эмалированных проводов против воздействия рас-
творителей и лаков .повышается, если их предварительно
подвергнуть в течение некоторого времени тепловой об-
работке или длительному хранению в естественных усло-
виях.
Эластичность эмалевой изоляции при комнатной тем-
пературе, а также после 24 ч пребывания образцов при
1'00—405 °C для проводов марки ПЭЛ, при 125+5 °C
для проводов марок ПЭВ-П, ПЭВ-2, ПЭЛР-1 и ПЭЛР-2
и при 130±2°С для проводов марок ПЭМ-1 и ПЭМ-2
проверяется в соответствии с табл. 6-3.
Все высокопрочные эмалированные провода, кроме
того, периодически подвергаются типовым испытаниям
после 168 ч пребывания прн указанных температурах.
Новый ГОСТ 72162-70 эти испытания проводов на лаке
винифлекс не предусматривает.
Таким образом, рассматриваемые высокопрочные
эмалированные провода по нагревостойкости превосхо-
дят провода марки ПЭЛ, хотя те и другие провода по
нагревостойкости относятся к классу А. Это подтверж-
дается и данными рис. 6-2, на котором приведены при-
мерные результаты исследований, показывающих, как
изменяется эластичность эмалевой изоляции указанных
проводов при длительном тепловом воздействии. По ре-
зультатам этих исследований можно считать, что после
месячного пребывания при 100—105 °C образцы эмали-
роваявдх цроводор адарки ПЭЛ диаметром более I мм
Таблица 6-3
Нормы для исследования термоэластичности эмалированных проводов
Марка провода Условия испытания Номинальный диаметр провода по меди, мм
0.06—0,35 0,38—0,69 0,72-1,25 1.3-1.68 1,74—2.44
растяжение навивание 1 кра 0 витков провода тным диаметру на стержень с иедной проволок диаметром, (d)
ПЭЛ в состоянии поставки и после 24 ч пребывания провода при 100—105’С До разрыва 2d (2-е-З) d (Зч-4) d 4d
ПЭВ-1, ПЭЛР-1 а) В состоянии поставки и пос- ле 24 ч пребывания прово- за при 125+5’ С То же 2d 3d 4d 6d
б) После 168 ч пребывания провода при 125+5° С м * 3d 4d 5d 7d
ПЭВ-2, ПЭЛР-2 а) В состоянии поставки и пос- ле 24 ч пребывания провода при 125+5° С и в Id 2d 3d 5d
б) После 168 ч пребывания провода при 125+5’ С я я 2d 3d 4d 6d
ПЭМ-1, ПЭМ-2 а) В состоянии поставки и пос- ле 24 ч пребывания провода при 130+2° С я в id 2d 3d 3d
б) После 168 ч пребывания про- вода при 130+2° С и я 2d 3d 4d 4d
в состоянии выдержать навивание на цилиндр 7—12-
кратного диаметра, а более тонкая проволока — на ци-
линдр 4—10-кратного диаметра. Примерно так же-ведут
себя высокопрочные эмалированные провода при пребы-
вании при 125 °C,
Эти и ряд других исследований эмалированных мед-
ных проводов показывает, что термоэластичность эмале-
вой изоляции одного и того же типа на тонких проводах
(диаметром 0,1—0,4 мм) несколько выше, чем у прово-
дов диаметром 0,8—1,0 мм.
Эластичность эмалированных проводов на полиамид-
но-резольных эмальлаках при комнатной температуре,
а также после воздействия по- 10—,— ————_—
вышенной температуры во вся-
ком случае не ниже, чем у про-
водов на лаках винифлекс и
металвин. Таким образом, по
нагревостойкости все эти высо-
копрочные и эмалированные
провода практически равно-
ценны.
При более высоких темпе-
ратурах (180—200 °C) механи-
ческая прочность изоляции
проводов всех рассматривае-
мых типов начинает снижать-
ся уже после первых дней воз-
действия температуры.
Существующие стандарты и
технические условия преду-
сматривают типовые испыта-
ния адгезионных свойств эма-
Рис. 6-2. Примерное изме-
нение эластичности эмале-
вой изоляции при длитель-
ном тепловом старении.
/ — изменение эластичности изо-
ляции проводов марки ПЭЛ при
100 °C, проводов марок ПЭВ-1,
ПЭВ-2, ПЭМ-1 и ПЭМ-2 при
125 °C н проводов марок ПЭТВ
и ПЭТВ-939 при 150 "С: 2 —то
же, но при температурах соот-
ветственно 125, 150 и 180 °C.
левых покрытий проводов марки ПЭЛ и всех высоко-
прочных эмалированных проводов на синтетических ла-
ках. Для этого провода, диаметром 0,05—0,96 мм подвер-
гаются растяжению рывком до разрыва на приспособ-
ленной для этого установке. Эти испытания у всех типов
проводов обычно Дают положительные результаты.
Провода диаметром 1,00—2,44 мм подвергаются круче-
нию вокруг своей оси, причем образцы проводов марки
ПЭЛ длиной 50 мм должны выдерживать в зависимости
От размеров не менее 4 кручений.
Адгезионные свойства у различных высокопрочных
Эмалей примерно одинаковы и значительно. Выше, чем
у проводов марки ПЭЛ. При испытании закручиванием
образцы длиной 50 мм в соответствии с действующими
стандартами должны выдерживать в зависимости от сво-
их размеров не . менее 4—7 кручений. Фактически при
этих испытаниях часто получаются более высокие резуль-
таты. Так, при испытаниях проводов ПЭЛР-2 диаметром
0,55—1,20 мм образцы иногда выдерживают до 10—20
кручений. При длительном воздействии температур 125
и 150 °C адгезионные свойства высокопрочных эмалей,
как и у проводов ПЭЛ, значительно снижаются.
Количество скруток, которое выдерживают провода
до разрушения эмалевой изоляции, значительно снижа-
ется с увеличением диаметра испытываемых проводов.
Испытание механической прочности высокопрочных
эмалей в соответствии со стандартом производится исти-
ранием с помощью описанного выше прибора с иглой.
Испытания .производятся в двух местах по длине прово-
да на расстоянии 100 мм одно от другого и в трех
местах по окружности, причем среднее число возвратно-
поступательных ходов стальной иглы диаметром 0,4 мм
из шести испытаний должно быть не менее 40,
минимальное не менее. 30. Обычно все высокопрочные
эмалированные провода этим требованиям удовлетворя-
ют, причем очень часто эмаль выдерживает до истирания
значительно большее число ходов иглы. Механическая
прочность эмальпленок винифлекс и металвин примерно
одинакова. Полиамидно-резольная эмаль обычно выдер-
живает несколько большее числе ходов иглы в сравне-
нии с поливинилацеталевыми эмалями. Если провода под-
вергать длительной тепловой обработке (ПЭЛ при
100—105°С, ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭМ-1, ПЭМ-2, ПЭЛР-1 и
ПЭЛР-2 при 125°C), то в течение первых 10—20 суток
механическая прочность эмалей несколько возрастает,
а затем начинает сказываться тепловое старение эмалей
и механическая прочность их начинает постепенно сни-
жаться.
Степень термопластичности эмалевой изоляции имеет
весьма существенное значение для надежной эксплуата-
ции проводов в обмотках. Термопластичность проводов
марки ПЭЛ не регламентируется, у высокопрочных эма-
лей при применении старой методики, описанной в § 5-4,
она должна быть не более 15%. Фактически как у ма-
сляных, так и у высокопрочных эмалей она обычно не
выше §—14%'; .причем рекотррым преимуществом р ©том
отношении обладают провода марки ПЭЛ и на лаке ме-
талвин, при испытании которых термопластичиость обыч-
но не .выше 8—12%. Тепловая обработка высокопрочных
эмалированных проводов в течение 5—10 ч при 150°С
снижает их термопластичность, причем эластичность эма-
левой изоляции в этом случае также несколько снижа-
ется.
•В соответствии с ГОСТ 7262-70 в настоящее время
термопластичность определяется по новой методике (см.
§ 5-4) при температуре 170±5°С. На эту методику .рас-
пространяется ГОСТ 14340.11-69.
Рис. 6-3. Изменение массы эмалевой изоляции в зави-
симости от времени при температуре 160 °C.
/ — медный провод марки ПЭВ-2 диаметром 0,72 мм; 2 — то же
диаметром 1,68 мм; 3 — алюминиевый провод марки ПЭВ-2 диа-
метром 1,40 мм: 4 — то же диаметром l,8i мм.
При длительном воздействии повышенных температур
происходит значительное уменьшение массы (рис. 6-3)
и толщины эмалевой изоляции (грис. 6-4). Из рис. 6-3 и
6-4 нетрудно убедиться в том, что после 40 суток пребы-
вания при 160 °C уменьшение массы эмалевой изоляции
медных и алюминиевых проводов на лаке винифлекс со-
ставляет около 30%', а толщины — около 40%. При воз-
действии более высокой температуры это уменьшение
еще значительнее и при 200°С достигает 60% и более.
Электроизоляционные свойства. Мини-
мальное пробивное напряжение эмалированных прово-
дов, определяемое по ГОСТ 14340-7-69, должно соответ-
ствовать табл. 6-4.
Фактически .величина пробивного напряжения ко-
леблется в зависимости от толщины и степени плотно-
сти пленки и .иногда бывает значительно выше нормиро-
ванных значений. При одной и той же толщине эмалевых
пленок существенной разницы в -величине электрической
прочности у рассматриваемых эмалированных проводов
нет. Во всяко?л случае масляные пленки в этом отноше-
нии не уступают поливинилацеталевым и полиамидно-ре-
зольным. Если определение электрической .прочности ве-
сти при повышенной температуре, то заметное снижение
Рис. 6-4. Изменение толщины эмалевой изо-
ляции в зависимости от времени при темпера-
туре 160 °C.
1 н 2 — медные провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,72
и 1,68 аш; 3 и -/ — алюминиевые провода - марки
ПЭВА-2 диаметром 1,40 и 1,81 мм.
проводов наступает при 125°C и выше. Горячее масло
существенно не влияет да электрическую прочность эма-
левых пленок.
При испытаниях напряжением образцов проводов
маржи ПЭЛ после пребывания их в бензине нельзя уста-
новить четкой закономерности, определяющей влияние
воздействия бензина на электрическую прочность эмале-
вой пленки. Объясняется это прежде всего некоторой не-
равномерностью толщины эмалевого покрытия по длине
и сечению провода. Следует отметить, что величина про-
бивного напряжения этих проводов обычно не может
являться надежной характеристикой лакостойкости пле-
нок, так как подвергающиеся воздействию бензина или
какого-либо другого растворителя пленки .при набухании
могут выдерживать иногда до пробоя достаточно высо-
кое напряжение, хотя размягчающаяся пленка не может
в дальнейшем быть надежной в эксплуатации.
Нормы пробивного напряжения изоляции эмалированных проводов
Таблица 6-4
Номинальный .диаметр мед- ной жилы, мм Марка провода
ПЭЛ ПЭВ-1, ПЭЛР-1, ПЭВТЛ-1 ПЭВ-2, ПЭВД, ПЭВТЛ-2, ПЭТВТР, ПЭЛР-2, ПЭТ-имид, ПНЭТ-имид ПЭМ-1 ПЭМ-2 пэвтлк ПЭТВ-Р ПЭТ 155А, ПЭТ-255Б, ПЭТВ, ПЭТВ-939, ПЭТВ-ТС ПЭФ-1 ПЭФ-2
Проэнвное напряжение, 6, ие менее
0,05 450 350 450 — — 250 — 61’0 800
0,06 и 0,07 450 350—400 450—500 400 500 600 350 650 600 800
0,08 и 0,09 600 400—500 550—700 500 700 800 400 800 600 800
0,10 и 0,13 600 500—600 700—800 600 8С0 1000 500 900 600 800
0,14 800 500—600 700—800 600 800 1 000 500 900 600 800
0,15—0,20 800 600—700 800—900 700 900 1 200 600 I 000—1 600 700 900
0,21 800 800—900 1 200—1 250 900 1 250 1 400 — 1600 — —
0,23—0,41 800—1 000 800—900 1 200—1 250 900 1 250 1 400 — 1 600 —— —
0,44—0,51Л 1000—1 200, 850—1 000 1 200—1 350 1 000 1 350 — — 1 800—2 000 1 000 I 350
0,53 1 200 850—1 000 1 200—1 350 1 000 1 350 — — 1 800—2 000 — —
0,55—0,80 I 200—1 300 I 000—1 100 1500 1 100 1 500 — — 2 000—2 200 1 100 1 500
0,83 1300 1 000—1 100 1500 1 100 1 500 — — 2,,000—2 200 — —
0,86—1,55 13 00—1 400 1 200— Ц300 I 800—2 000 1 300 1 800 — —- '4400—2 600 1 300 1 800
1,40—2,44 1 400—1 600 1 400—1 500 2 000 1 500 2 200 — — 2 800—34)00 - —
Длительное воздействие повышенных температур зна-
чительно снижает электрическую прочность эмалевой
изоляции. По существу это используется до последнего
времени в качестве одного из методов определения клас-
са нагревостойкости эмалевой изоляции.
Измерение сопротивления изоляции эмалированных
проводов до последнего времени действующими ГОСТ и
ВТУ не предусматривается и производится сравнитель-
но редко. Исследования -специально изготовленных из
Рис. 6-5. Примерное изменение сопротивления изоляции эмалирован-
ных проводов в зависимости от времени пребывания в условиях
100%-ной относительной влажности воздуха (а) и времени пребыва-
ния при температуре 100 °C (для проводов марки ПЭЛ) и при 125 °C
(для проводов марки ПЭВ-2) (б).
/ — провод марки ПЭВ-2; 2 — провод марки ПЭЛ.
масляных эмальлаков пленок толщиной 0,055—0,10 мм
показали, что в комнатных условиях у них ру= (3-т-11) X
Х1014 ом • см. Эти результаты были получены при при-
менении станиолевых электродов площадью 21,2—
24,6 см2, тщательно притертых к пленке.
Примерные изменения сопротивления изоляции эма-
лированных проводов в зависимости от времени пребы-
вания в условиях повышенных влажности и температуры
представлены на рис. 6-5,а и б, где видно, что эмалиро-
ванные провода марки ПЭЛ обладают в этом отношении
некоторым преимущестром по сравнению с другими эма-
Лйробанным'И проводами.
Сопротивление изоляции
проводов на лаках вини-
флекс и металвин не раз-
нится существенно и сни-
жение его при воздейст-
вии влаги или повышен-
ной температуры происхо-
дит не так резко, как у по-
лиамидно-резольных эма-
лированных лаков.
Резкое уменьшение
сопротивления изоляции
у полиамидно-резольных
эмалированных проводов
при повышении темпера-
туры объясняется прежде
всего природой полиамид-
ных смол и наличием в
них при высоких темпера-
турах значительного ко-
личества деструктирован-
ных (более подвижных)
частиц. Значительное
уменьшение сопротивле-
ния изоляции у полиамид-
но-резольных эмалей при
воздействии повышенной
влажности обусловлено
наличием амидных групп.
Так как в электриче-
ских машинах обмотки
подвергаются дополни-
тельной пропитке, были
проведены исследования
сопротивления изоляции
секций, изготовленных из
различных проводов, в
пропитанном виде. Эти ис-
следования показали, что
в условиях повышенной
влажности секции, изго-
товленные из проводов
ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 и
Рис. 6-6. Изменение tg б эмалевой
изоляции проводов в зависимости
от времени пребывания при тем-
пературе 140 °C.
1 и 2—медные провода марки ПЭВ-2
диаметром 0,72 и 1,35 мм; 3 н 4— алю-
миниевые провода марки ПЭВА-2 диа-
метром 1,40 н 1,81 мм; 5 и 6— медные
провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72
и 1,25 мм.
Рис. 6-7. Изменение tg б эмалевой
изоляции проводов в зависимости
от времени пребывания при тем-
пературе 200 °C.
1 — медный провод марки ПЭВ-2 диа-
метром 0,72 мм; 2 и 3—алюминиевые
провода марки ПЭВА-2 диаметром 1,40
н 1,81 мм; 4 и б — медные провода
марки ПЭМ-2 диаметром 0,72 и 1,25 мм.
Максимально допустимое количество
Номинальный диаметр медной жилы, мм Марка
ПЭЛ ПЭВ-1, ПЭЛР-1. ПЭТЛ-1 ПЭМ-1
0,05 10 8—15
0,06 и 0,07 10 7—15 10
0,08 и 0,09 10 7 7
б, 10—0,14 10 7 7
0,15—0,35 7 7 7
ПЭЛБО, ведут себя примерно одинаково, причем со-
противление изоляции у них остается на значительно бо-
лее высоком уровне, чем у секций из проводов марки
ПБД. Таким образом, применение проводов ПЭЛР-2 и
ПЭЛР-1 в общем электромашиностроении допустимо.
Из-за пониженных электроизоляционных свойств и
ограниченной нагревостойкости в последнее время про-
изводство полиамидно-резольных эмалированных прово-
дов за рубежом значительно сократилось. В ряде стран,
например ЧССР, НРБ и др., производство их вообще
прекращено.
Измерение диэлектрических потерь в эмалевой изоля-
ции связано с определенными трудностями.
При исследовании масляных эмалевых пленок толщи-
ной 0,055—0,10 мм, нанесенных на медные пластинки,
выявлено, что tg б колеблется в пределах 0,007—0,01 и в
составляет 2,9—3,4. При исследовании проводов марки
ПЭЛ, а также проводов на лаках винифлекс и металвин
с .применением станиолевых электродов значения tg б
получают в пределах 0,01—0,02. Несколько меньшее зна-
чение имеет tg б у эмалированных проводов на поли-
эфирных лаках (0,008—0,011). Наоборот, у кремнийорга-
нических и в особенности полиамидно-резольных эмалей
величина tg б значительно выше и составляет при ком-
натной температуре 0,03—0,06. При повышении темпе-
ратуры величина tg б у полиамидно-резольных эмалей
быстро растет и при 80—100°С доходит до 0,2—0,5.
У масляных и поливинилацеталевых пленок в этом слу-
чае tg б не выше 0,05—0,06.
У проводов на лаках винифлекс и металвин длитель-
ное тепловое старение также вызывает значительное уве-
личение tg б, причем у проводов на лаке металвин рост
Таблица 6-§
МИКропор (точечных повреждений)
провода
ПЭМ-2 ПВЭ-2, пэвд, пэвкл, ПЭЛР-2. ПЭВТЛ-2. ПНЭТ-имид ПЭТВ, ПЭТВ-939, ПЭТВТР, ПЭТ-155 А, ПЭТ-155В ПЭТВ-Р
10 15
8 5—10 10 10
5 5 10 10
5 5 10 10
5 5 5 10
tg 6 происходит значительно интенсивнее, чем у проводов
на лаке винифлекс, в чем нетрудно убедиться из рис. 6-6
и 6-7, на которых приведены зависимости tg 6 от времени
выдержки при 140 и 200 °C.
После хранения в течение 2—3 мес. и более в комнат-
ных условиях величина tg 6 у эмалированных проводов
всех рассматриваемых типов значительно уменьшается.
Количество точечных повреждений в соответствии со
стандартами у проводов диаметром 0,05—0,35 мм не
должно превышать величин, указанных в табл. 6-5.
Обычно количество этих повреждений меньше указанных
предельно допустимых значений и очень часто на длине
15 м бывают лишь единичные повреждения. Однако при
испытаниях большого количества образцов, отобранных
от одной и той же партии эмалированных проводов или
по длине провода от одних и тех же катушек, иногда
имеет место значительный разброс получаемых резуль-
татов и нередко встречаются отрезки провода с повышен-
ным числом точечных повреждений. Здесь могут сказать-
ся наличие дефектов на поверхности медной проволоки,
загрязнения эмальлака, вибрация проволоки при эмали-
ровании и соприкосновении ее с горячими стенками
эмальпечи, неправильная установка калибров и т. п.
Таким образом, уменьшение количества точечных по-
вреждений прежде всего зависит от строжайшего соблю-
дения установленного технологического режима эмали-
рования, качества и чистоты поверхности голой прово-
локи, эмальлаков и их растворителей.
В результате большой работы, проведенной заводом
«Микропровод» (г. Подольск) в области совершенство-
вания технологии волочения и эмалирования и создания
условий, обеспечивающих отсутствие вредных загрязне-
нии воздуха и технологического оборудования, удалось
организовать производство эмалированных проводов
диаметром 0,03—0,05 мм, практически не имеющих то-
чечных повреждений.
Количество точечных повреждений значительно умень-
шается с увеличением толщины эмалевой изоляции, чем
и объясняется малое их количество у эмалированных
проводов крупных сечений.
6-2. ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА НА ПОЛИУРЕТАНОВЫХ ЛАКАХ
Зачистка концов проводов с высокопрочной эмалевой
изоляцией перед пайкой при малом сечении жилы значи-
тельно усложняет технологические процессы в радиотех-
Рис. 6-8. Зависимость со-
противления изоляции
эмалированных прово-
дов от времени пребыва-
ния в условиях 100%-
ной относительной влаж-
ности воздуха.
1 — эмалированные провода
с полиуретановой изоляцией,
разных диаметров; 2 — то
же марки ПЭВ-2.
Н'ической промышленности, в про-
изводстве электрических прибо-
ров и т. п. В этом случае весьма
удобными являются эмалирован-
ные провода, у которых при по-
гружении в расплавленный при-
пой происходит оплавление эма-
левой изоляции и этот конец про-
волоки облуживается без приме-
нения специальных флюсов. Та-
кие эмалированные провода по-
лучаются при применении поли-
уретановых лаков. Эти лаки име-
ют высокий процент сухого остат-
ка (34—38%) и дают пленки с хо-
рошими электроизоляционными
характеристиками (высокие Unp,
pv и пр.), несколько превосходя
в этом отношении поливинилаце-
талевые эмали. В лак могут быть
введены красители; в этом случае
имеется возможность получить
эмальпленки различных цветов.
Исследования и разработка ре-
цептур таких лаков во ВНИИ
КП показали, что, помимо ука-
занных выше свойств, полиуретановые эмали обла-
дают достаточно высокой натревостойкостью и превосхо-
дят в этом отношении поливинилацеталевые и полиамид-
но-резольные лаки. Так, после пребывания в течение 25
суток при 150 °C провода выдерживают навивание на
стержень 1—2-кратного диаметра; то же самое имеет
место и после пребывания этих проводов в течение 5 су-
ток при 180 °C. В дальнейшем снижение эластичности
протекает постепенно в течение длительного времени
Эмалевая изоляция на полиуретановых смолах обладает
высокими механическими свойствами, поэтому новые
эмалированные провода могут быть отнесены к катего-
рии высокопрочных. По величинам сопротивления изо-
ляции, электрической прочности и диэлектрических по-
терь в изоляции они не уступают проводам на поливи-
нилацеталевых лаках, что видно на рис. 6-8, на котором
приведена зависимость сопротивления изоляции прово-
дов с полиуретановой и винифлексовой изоляцией от
времени выдержки в атмосфере при 100%-ной относи-
тельной влажности. Таким образом, рассматриваемые
эмалированные провода могут считаться высокопрочны-
ми проводами класса Е по нагревостойкости. Следует от-
метить также и один недостаток этих проводов: при на-
гревании до 200—220 °C и выше изоляция проводов при-
обретает повышенную термопластичность (рис. 6-9) и при
Рис. 6-9. Примерная
зависимость измене-
ния термопластично-
гти эмалевой изоля-
ции от температуры.
f — полиуретановые эма-
лированные провода; 2—
эмалированные провода
марки ПЭВ-2.
сдавливании витков при таких температурах возможно
появление в секциях межвитковых замыканий. Поэтому
применение полиуретановых эмалированных проводов
для изготовления обмоток электрических Мишин (кроме
микромашин) нецелесообразно, так как при коротких за-
мыканиях и прочих случайных перегревах возможны
межвитковые замыкания. Кроме того, при 190°C и выше
у полиуретановых эмалированных проводов происходит
очень значительная потеря массы слоя эмали (уменьше-
ние толщины изоляции) как в среде кислорода (Ог), так
и в нейтральных газах (N2, СО?, Аг). Ниже этой темпе-
ратуры провода ведут себя надежно.
В соответствии с действующими межреспубликански-
ми техническими условиями эти провода выпускаются
марок ПЭВТЛ-1 и ПЭВТЛ-2 (высокопрочные, тепло-
стойкие, лудящиеся) диаметром 0,05—1,56 мм. В отноше-
нии эластичности, адгезионных, механических и электро-
изоляционных свойств к этим проводам предъявляются
примерно такие же требования, как и к проводам марок
ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (см. табл. 6-3 и 6-5). Кроме того, регла-
ментирована скорость облуживания проводов (0,5—
1 мин) при температуре расплавленного олова 320—
360 °C.
В состоянии поставки, а также после 24 ч пребыва-
ния при 140±5°С провода диаметром 0,38—1,56 мм дол-
жны выдерживать навивание на стержень 2—3-кратного
диаметра, а после 168 ч старения при указанной темпе-
ратуре— на стержень 3—4-кратного диаметра. Испыта-
ние на тепловой удар производится при предваритель-
ном навивании образцов на стержни 3—8-кратного диа-
метра.
Полиуретановая изоляция обладает высокой водостой-
костью и стойкостью против воздействия растворителей.
В соответствии с действующими МРТУ провода должны
выдерживать кипячение в воде в течение 30 мин без по-
вреждения эмали и облегченное иопытание истиранием
после 30 мин пребывания в бензоле при 60+5 °C.
6-3. ПОЛИЭФИРНЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
В настоящее время из эмалированных проводов мас-
сового производства наиболее нагревостойкими являются
провода марки ПЭТВ на полиэфирном лаке ПЭ-943, раз-
работанном ВЭИ. По длительной нагревостойкости эти
провода относятся к классу В. Проведенные исследова-
ния показали также возможность их эксплуатации в те-
чение 500 ч при 200 °C.
Все полиэфирные эмалированные провода чувстви-
тельны к тепловому удару, т. е. кратковременному (око-
ло 1 ч) воздействию высокой температуры на образцы,
предварительно навитые на стержни определенного диа-
метра. Если это навивание производить на стержень
в п раз большего диаметра, чем диаметр жилы прово-
да d, то величина максимального удлинения пленки Д/
будет тем большей, чем меньше Ц-
В ОС 16b b.(J(Jl-/U в зависимости от диаметра поли-
эфирных эмалированных проводов при температуре ис-
пытания 200 + 5 °C величина п установлена в пределах
8—12, т. е. значительно большая, чем для других высо-
копрочных эмалированных проводов. Эти технические
условия распространяются также на провода марки
ПЭТВ-939, эмалированные лаком ПЭ-939. Эти провода
по своим характеристикам практически равноценны эма-
лированным проводам на лаке ПЭ-943, а в отношении
теплового удара даже несколько превосходят последние.
ОСТ 16505.001-70 предусматривает выпуск эмалирован-
ных проводов диаметром 0,41—1,95 мм марки ПЭТВ-ТС,
изоляция которых изготовляется из расплава полиэфир-
ного продукта марки ТС.
Провода всех указанных марок изготовляются при-
мерно с такой же толщиной эмалевой изоляции, как
у проводов марок ПЭВ-2 и ПЭЛР-2.
В исходном состоянии все провода диаметром 0,06—
0,35 мм должны выдержать испытание растяжением до
разрыва, а более крупных диаметров — навиванием 10
витков на стержни, диаметр которых в 1—4 раза больше
диаметра жилы провода, без разрушения эмалевой изо-
ляции. После 24 ч пребывания .при 180+5 °C указанные
провода испытываются растяжением до разрыва, а про-
вода более крупных диаметров — навиванием на стерж-
ни диаметром, равным (4 4-14) d.
Испытание на термопластичность по методике ГОСТ
14340.11-69 (см. § 5-4) производится при температуре
200+5 °C.
Все провода испытываются также на стойкость к воз-
действию горячего толуола. Образцы выдерживаются
в течение 30 мин в толуоле при 60 ±5 °C и после этого
испытываются истиранием по методике ГОСТ 14340.10-69
(для диапазона диаметров 0,25—2,44 мм). Требования
в отношении электрической прочности эмалевой изоля-
ции и допустимого числа точечных повреждений приве-
дены в табл. 6-4 и 6-5.
Для производства эмалированных проводов, предна-
значенных для работы в устройствах общего электрома-
шиностроения с длительным сроком эксплуатации до
130 °C, иногда применяются эмальлаки «Теребек F-35»
и «Теребек F-45». В этом случае провода выпу-
скаются марки ПЭТВ с пометкой на этикетке F-35
(или F-45).
Uo особым техническим условиям некоторые заводы
изготовляют эмалированные провода диаметром 0,02—
0,20 мм марки ПЭТВ-Р. Эти провода имеют наружный
диаметр изоляции на 0,002—0,004 мм меньший, чем
у проводов марок ПЭТВ и ПЭТВ-939. По нагревостойко-
сти и эластичности к ним предъявляются те же требова-
ния, что и к проводам марок ПЭТВ и ПЭТВ-939. Нормы
в отношении электрической прочности и количества то-
чечных повреждений приведены в табл. 6-4 и 6-5.
Из-за повышенной нагревостойкости провода ПЭТВ
при воздействии -в различных средах (Ог, Ыг, СО2, Аг)
одних и тех же повышенных температур потеря массы
и уменьшение толщины эмалевой изоляции у проводов
ПЭТВ значительно меньше, чем у проводов ПЭВ-2 и
ПЭМ-2. Однако по твердости и механической прочности
эмалевой пленки провода ПЭВ-2 несколько превосходят
провода ПЭТВ, и в некоторых случаях, когда при намотке
эмалированные провода подвергаются значительным ме-
ханическим воздействиям и когда требования в отноше-
нии нагревостойкости не имеют существенного значения,
потребители предпочитают применять провода марки
ПЭВ-2.
5-4. ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ
ПОКРЫТИЯМИ
В настоящее время в телевизорах, радиоприемниках
и электроизмерительных приборах широко применяются
обмотки бескаркасного типа из эмалированных прово-
дов, которые пропитываются соответствующими лаками,
чаще всего бакелитовыми. При этом часто наблюдается
повреждение эмалевой изоляции в результате воздейст-
вия на «ее растворителей, входящих в состав бакелито-
вых и других пропиточных лаков. Поэтому отдельные
зарубежные фирмы начали изготовлять эмалированные
провода с дополнительным термопластичным .покрытием,
которое с повышением температуры до 140—170°C рас-
лавляется и прочно склеивает витки намотанного изде-
лия.
В СССР в качестве термопластичных покрытий были
шробованы полибутилметакрилат, поливинилбутираль,
толивинилацетат, а также поливинилацетат с добавлени-
ем 25—50% фенолформальдегидной смолы. Лучшие ре-
ультаты показал поливинилацетатный лак, который и
Рекомендован для промышленного производства эмали-
рованных проводов с дополнительным термопластичным
покрытием. Этот лак обладает также хорошей кроющей
способностью: дополнительный термопластичный слой
толщиной 0,01 мм может быть получен за одно погруже-
ние. Такое покрытие можно наносить на поливинилаце-
талевые, полиамидно-резольные и другие эмали, которые
по нагревостойкости относятся к классу А. Изготовление
на этом лаке эмалированных проводов большей нагрево-
стойкости практически невозможно, так как при повы-
шенных температурах термопластичный слой вновь рас-
плавляется. Хорошие результаты получены также при
применении для термопластичных покрытий поливинил-
бутираля.
Исследования показали, что провода с дополнитель-
ным термопластичным покрытием обладают высокой ме-
ханической и электрической прочностью и превосходят
в этом отношении провода марки ПЭВ-2.
Поливинилацетатная смола по электроизоляционным
свойствам уступает смоле винифлекс. Однако сравнение
свойств проводов марки ПЭВ-2 с дополнительным тер-
мопластичным слоем и без него показало, что сопротив-
ление изоляции тех и других при длительном пребыва-
нии в условиях 100 % -ной относительной влажности воз-
духа почти одинаково.
Дляи склеивания и запекания рамок, намотанных из
эмалированных проводов с дополнительным термопла-
стичным покрытием, достаточна выдержка в течение 10—
15 мин при 120—<150 °C.
Эмалированные провода с дополнительным термопла-
стичным покрытием были успешно испытаны на многих
электромашине- и приборостроительных заводах. Испы-
тания обмоток электродвигателей малой мощности, вы-
полненных из таких эмалированных проводов, показали,
что нагрев этих обмоток меньше, чем при обычном ис-
полнении, так как термопластичный слой хорошо запол-
няет промежутки между витками проволоки, благодаря
чему повышается теплопроводность изоляции. Такие про-
вода диаметром 0,06—1,00 мм (марка ПЭВД) изготов-
ляются с высокопрочной изоляцией на 'поливинилацета-
левой основе с дополнительным термопластичным покры-
тием на основе поливинилацетата или поливинилбутира-
ля. Для изготовления катушек для часов (для баланс-
ных бесконтактных часов) изготовляются провода марки
ПЭВДЧ с такой же изоляцией диаметром 0,014 мм (на-
ружный диаметр с Изоляцией равен 0,0156 мм). Все
эти провода могут эксплуатироваться .при температурах
до 105 °C, так как при более высоких температурах начи-
нает размягчаться наружный термопластичный слой.
У проводов ПЭВДЧ .пробивное напряжение должно
быть не менее 5 в; допустимое количество точечных по-
вреждений не нормируется.
Наружный диаметр проводов марки ПЭВД примерно
на 0,005—0,006 мм больше по сравнению с проводами
марки ПЭВД.
Для бескаркасных обмоток статоров и роторов, ра-
ботающих при нагреве проводов до + 130°С, по особым
техническим условиям изготовляются медные провода
диаметром 0,06—0,35 мм, изолированные эмалью на ос-
нове полиэфирных лаков с дополнительным термореак-
тивным слоем на основе эпоксидной смолы (марка про-
вода ПЭТВТР). Дополнительное покрытие при нагрева-
нии до 200 °C несколько размягчается, и витки надежно
склеиваются. При дальнейшем нагревании дополнитель-
ное покрытие отверждается.
Наружный диаметр проводов ПЭТВТР на 0,013—
0,03 мм больше диаметров соответствующих проводов
марки ПЭВ-2.
Для прошивки матриц запоминающих устройств,
а также для изготовления обмоток электрических машин
и аппаратов, .работающих при нагреве проводов до
+ 120 °C, когда требуются повышенная механическая
прочность эмалевой изоляции и лужение концов прово-
дов без зачистки от эмалевой изоляции, изготовляются
провода диаметром 0,06—0,35 мм с двойной эмалевой
изоляцией на основе полиуретановых и полиамидных
смол (марка ПЭВТЛК). Провода испытываются в ис-
ходном состоянии, а также после пребывания в течение
24 ч при 140±5°С растяжением до разрыва; при этом не
должно быть растрескивания и отслаивания эмали.
При испытании механической прочности эмалевой
изоляции проводов диаметром 0,25—0,35 мм истиранием
иглой с нагрузкой 280 гс число ходов должно быть не
менее 50, а среднее из четырех испытаний — не менее 60
и соответственно не менее 20 и 30 ходов с нагрузкой на
иглу 100 гс после 30 мин пребывания в бензоле при 60+
±5 °C.
Минимально допустимое пробивное напряжение при
испытании образцов проводов ПЭВТЛК приведено
b табл, b-4, с?тй провода не должны иметь точечных по-
вреждений. Провода с двойной эмалевой изоляцией изго-
товляются отдельными фирмами за рубежом. В частно-
сти, в США выпускаются провода под названием «тер-
малез В», которые поверх эпоксидной эмали имеют до-
полнительное покрытие на основе полиэфирного лака.
6-5. МЕДНЫЕ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
ДИАМЕТРОМ 0,02—0,05 ММ
Эмалирование медных проводов диаметром 0,02—
0,05 мм представляет очень большие технические труд-
ности, .в особенности если учесть, что разрывное усилие
для медной проволоки диаметром 0,02 мм до эмалирова-
ния составляет всего- 19—20,5 гс, а после эмалирования
(и одновременного отжига) 11,6—12,3 гс. У нас для эма-
лирования такой проволоки применяется преимуществен-
но эмальлак винифлекс. Эмалирование .производится на
специализированных горизонтальных станках, устройст-
во которых приведено в § 4-1.
Основные требования, предъявляемые к проводам,
приведены в табл. 6-6. Нагревостойкость эмалевой изо-
ляции проверяется .выдержкой в течение 24 ч при 125 ±
±5°C с последующим растяжением до разрыва и осмо-
тром невооруженным глазом (допускается применение
лупы с четырехкратным увеличением); при этом не дол-
жно происходить растрескивания и отслоения эмали.
Электрическая прочность этих проводов определяется по
методике, рассмотренной выше. Количество точечных по-
вреждений зависит от толщины и равномерности наложе-
ния эмалевой изоляции. При наличии высококачествен -
Таблица 6-6
Основные требования к медным эмалированным проводам
малых сечений марки ПЭВ
Номинальный диаметр мед- ной прово- локи, мм Максимальный диаметр эмали- рованного прово- да, мм Пробивное напряжение, е, не менее Количество точечных по- вреждений на 15 м не более Масса прово- да на катуш- ке не менее, г
0,02 0,035 100 10 1
0,025 0,04 100 10 1
0,03 0,045 150 10 5
0,04 0,055 150 10 6
0,05 0,07 300 8 20
ных эмальлаков и хорошо налаженном технологическом
процессе количество точечных повреждений бывает зна-
чительно меньше предельно допустимых значений, при-
веденных в табл. 6-6.
6-6. МЕДНЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
ДЛЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ВЫСОКОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ
Для производства измерительных приборов высокой
чувствительности требуются .медные и алюминиевые эма-
лированные провода малых сечений, которые должны со-
держать минимальное количество ферромагнитных вклю-
чений. Если эти ферромагнитные примеси находятся
в проводе, из которого сделана рамка прибора, то дости-
жение высокой чувствительности прибора становится не-
возможным. В этом случае нарушаются основные усло-
вия .нормальной работы магнитоэлектрических приборов
и происходят смещение нулевых отсчетов (неустойчи-
вость нуля системы), нарушение пропорциональности от-
клонения и т. п. Произведенные исследования показали,
что магнитные включения в подвижных рамках могут
создавать направляющую силу того же порядка, что и
направляющие силы, возникающие от взаимодействия
магитного поля и тока, протекающего в обмотке рамки.
Магнитные включения в медной проволоке образуют-
ся как в процессе выплавки меди, так и при прокатке и
волочении. Получение слитков необходимой чистоты воз-
можно путем многократной электролитической очистки
и осуществления специальных мероприятий при пере-
плавке меди в прутки или болванки или, что дает значи-
тельно менее надежные результаты, отбором болванок
с повышенной чистотой меди из обычных партий меди
марок М-1 и М-0 с помощью соответствующих испыта-
ний.
Исключение возможности внесения магнитных вклю-
чений в процессе волочения и эмалирования медных про-
водов может быть достигнуто с помощью целого ком-
плекса технологических мероприятий (особо тщательное
травление медной катанки, применение для волочильных
машин свежей и чистой эмульсии, тщательно отхромиро-
ванных или керамических тяговых роликов, приемка про-
тягиваемой заготовки и готовых проводов на пластмассо-
вые катушки и т. п.). При отжиге изготовленной прово-
локи должно быть обеспечено отсутствие возможности
соприкосновения ее с металлическими конструкциями от-
жигательных печей. я . .
Хорошие результаты при очистке меди от магнитных
включений могут быть получены при соблюдении сле-
дующей технологии, применяемой на некоторых заводах
за рубежом: после четырехкратной электролитической
очистки медь под вакууумом отливается в виде стержней
диаметром 17—18 и длиной 250—500 мм, которые обра-
батываются на ротационно-ковочной машине для получе-
ния прутков диаметром около 6 мм. Такие прутки длиной
2,0—4,0 м отжигаются под вакуумом и на однократных
волочильных .машинах, похожих на цепные станы, за 10—
12 проходов протягиваются в проволоку диаметром 0,4—
0,5 мм, которая потом на специально приспособленных
машинах протягивается в проволоку нужного диаметра.
Основным мероприятием в технологии процесса эма-
лирования таких проводов следует считать применение
стеклянной или керамической посуды для изготовления
эмальлаков, алюминиевой, латунной или стеклянной ла-
ковой ванны и направляющих роликов из бронзы или
сплавов алюминия.
Изготовление проводов этого типа целесообразно про-
изводить в изолированном помещении с приточной венти-
ляцией. Поступающий воздух должен предварительно
тщательно очищаться.
Контроль отсутствия магнитных включений у готовых
эмалированных проводов или неизолированной медной
проволоки может быть осуществлен с помощью прибора
(установка типа У1040), в котором небольшой жгутик
испытываемого провода помещается .на легко вращаю-
щееся .коромысло с укрепленным на нем зеркальцем (для
отсчета). О количестве магнитных включений судят по
величине отклонения коромысла с образцом при воздей-
ствии на него сильного магнитного поля.
У нас такие провода изготовляются диаметром 0,02—
0,05 мм с применением лака винифлекс и выпускаются
под маркой ПЭВ-БЖ, а с применением масляно-смоля-
аых лаков— диаметром 0,02—0,03 мм (марка ПЭЛ-БЖ).
Для проводов диаметром 0,02 мм отклонение указате-
ля прибора У1040 должно быть не более 40 делений,
а диаметром 0,03 мм — не 'более 80 делений.
В остальном требования к этим проводам примерно
гакие же, как и к тончайшим эмалированным проводам
(табл. 6-6).
Ь-7. ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА ПОВЫШЕННОЙ
НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
Как указывалось .выше, кремнийорганические эмаль-
лаки, несмотря на длительные исследования ряда науч-
но-исследовательских организаций, не нашли у нас ши-
рокого применения. В небольшом количестве иногда вы-
пускаются эмалированные провода с медной никелиро-
ванной жилой диаметром 0,12—1,2 мм на модифициро-
ванном кремнийорганическом лаке К-62 (провода марки
ПНЭТ). По нагревостойкости" они относятся к классу F,
а при пропитке или заливке нагревостойкими составами
они допускают в течение 250 ч нагрев до 250 °C и в те-
чение 50 ч до 300 °C. Эти провода имеют примерно такую
же толщину изоляции, как и провода марки ПЭВ-2.
К ним предъявляются те же требования в отношении
электрической прочности и числа точечных повреждений,
что и к проводам марки ПЭВ-2. В исходном состоянии
провода диаметром 0,12—0,35 мм должны выдерживать
растяжение до разрыва без повреждения эмалевой изо-
ляции, а провода более крупных сечений — навивание на
стержни диаметром (3-e-5)zZ. После 24 ч пребывания при
250 °C иопытание растяжением производится до удли-
нения, равного 7%, а навивание—на стержни диаметром
(10-ь18)б/. Испытание на тепловой удар в течение 1 ч
при 250 °C производится на образцах, навитых на стерж-
ни диаметром (8-ь 10)d и при 300°C — на стержни диа-
метром (12-ь14)б/.
Однако эти провода имеют ограниченную лакостой-
кость. Они испытываются только на стойкость к бензину
в течение 24 ч при 20±5 °C.
Кроме того, изоляция этих проводов имеет весьма
ограниченную механическую прочность и при испытании
истиранием иглой под нагрузкой число ходов иглы дол-
жно быть не менее 6. В связи с этим у нас разработаны
медные провода марки ПЭТ-2 диаметром 0,18—1,2 мм
с двухслойной эмалью: нижний слой — пленка лака К-62,
верхний слой—из полиэфирного лака ПЭ-943. Провода
длительно могут работать при + 155 °C и в течение 7 000 ч
при 180°С.
В отношении толщины эмалевой изоляции, качества
поверхности, относительного удлинения при растяжении
до разрыва, электрической и механической прочности
к ним предъявляются те же требования, что и к лропр-
йам марки ПЭВ-2, а в отношении эластичности в исход-
ном состоянии, а также при испытании на тепловой удар
при 250°C — те же требования, что и к провода,м марки
ПНЭТ. После 24 ч пребывания при 250 °C тонкие прово-
да должны .выдерживать испытание растяжением до раз-
рыва, а более крупные — навивание на стержень диаме-
тром (5-j-10)rf. Ввиду дефицитности лака К-62 и сложно-
сти технологии изготовления эти провода выпускаются
также в очень малом количестве.
В настоящее время самыми нагревостойкими являют-
ся эмалированные провода на полиимидной основе. В со-
ответствии с действующими техническими условиями эти
провода могут изготовляться диаметром 0,10—2,44 мм
двух марок: ПЭТ-имид с медной жилой и ПНЭТ-имид
с медной никелированной жилой. Эти провода имеют на-
ружный диаметр по изоляции, а также минимальную
толщину изоляции, как у проводов марки ПЭВ-1. Они
предназначаются для эксплуатации при нагреве до
220 °C; провода марки ПНЭТ-имид могут эксплуатиро-
ваться некоторое время при более высоких температурах
(до 300°C), причем сроки эксплуатации при температу-
рах выше 220°C устанавливаются потребителями на ос-
нове результатов испытания работоспособности проводов
в соответствующих изделиях.
В состоянии поставки, а также после 24 ч пребывания
при 250±5°С (для ПЭТ-имид) и 300±5сС (для ПНЭТ-
имид) провода диаметром 0,10—0,35 мм должны выдер-
живать без повреждения эмалевой изоляции растяжение
до удлинения, равного 15%: провода более крупных се-
чений в состоянии поставки должны выдерживать в за-
висимости от диаметра жилы, навивание на стержни диа-
метром (14-5) d и после 24 ч вышеуказанного теплового
воздействия — навивание на стержни диаметром (34-8)d.
Испытание на тепловой удар в течение 1 ч производится
также при указанных выше температурах, причем пред-
варительно образцы навиваются на стержни диаметром
(14- 5) d.
Эмалевая изоляция новых проводов обладает высо-
кой электрической прочностью, что следует из данных
табл. 6-4, так как при такой же толщине изоляции, как
у проводов марки ПЭВ-1, они должны иметь пробивное
напряжение, как у проводов марки ПЭВ-2. Механическая
прочность эмалевой изоляции ниже, чем у проводов с по-
пивинилацеталевой изоляцией, и поэтому техническими
Условиями предусмотрено испытание Истиранием с на-
грузками на иглу, составляющими примерно 50% на-
грузок, принятых при аналогичных испытаниях прово-
дов марки ПЭВ-1. Таким же испытаниям провода с по-
лиимидной изоляцией подвергаются после 30 мин пребы-
вания в толуоле при 60±5°С, что свидетельствует о вы-
сокой лакостойкости новых проводов. Полиамидная изо-
ляция является водостойкой. Поэтому предусматривает-
ся, что после 30 мин кипячения в воде в эмалевой изо-
ляции не должно обнаруживаться никаких повреждений.
Термопластичность испытывается сжатием двух об-
разцов, расположенных крес акрест, в течение 2 мин
при 300 °C; при этом не должно возникать контакта меж-
ду жилами при приложении напряжения 100± 10 в. На-
грузка при испытании проводов диаметром 0,31—1,56 мм
установлена в пределах 200—3 000 гс.
Как указывалось выше, технология изготовления по-
лиимидных лаков весьма сложна и связана с примене-
нием дорогостоящих материалов. Поэтому производство
их ограничивается пока скромными размерами. В связи
с этим большой интерес представляет применение поли-
эфироимидного лака, в рецептуре которого полиимиды
составляют сравнительно небольшую часть.
Этот лак является у нас, а также во многих странах
за рубежом, основным для1изготовления эмалированных
проводов, относящихся по нагревостойкости .к классу F
(провода марки ПЭТ-155А). Эти провода диаметром
0,06—2,44 мм по толщине изоляции и наружному диа-
метру должны соответствовать проводам марки ПЭВ-2.
В исходном состоянии эластичность эмалевой изоля-
ции у тонких проводов испытывается растяжением до
разрыва, а у остальных проводов — навиванием на
стержни диаметром (3<-8)т/, а после 24 ч пребывания
при 180±5 и 200±5°С— растяжением до удлинения,
равного 8% и навиванием на стержни диаметром
(5-=-!15)rf и при испытании на тепловой удар при 200+
±5°С — навиванием на стержни диаметром (6-?-10)rf.
Эмалевая изоляция этих проводов также обладает повы-
шенной электрической прочностью (см. табл. 6-4) и су-
щественно превосходит изоляцию эмалированных прово-
дов на чисто имидном лаке по механической прочности.
По существующим техническим условиям эти провода
испытываются истиранием при нагрузке на иглу, которая
принята для проводов марки ПЭВ-2; при этом среднее
число ходов из четырех испытаний должно быть не ме-
нее 30, ,а минимальное — не менее 20. Провода обладают
также достаточно высокой лакостойко'стью; . термотла-
стичность их при 155 °C менее 15%.
Помимо проводов марки ПЭТ-155А, отдельными пар-
тиями выпускаются провода марки ПЭТ-155Б на поли-
эфироциануратном лаке, также относящиеся по нагрево-
стойкости к классу F. К этим проводам предъявляются
те же требования, что и к проводам марки ПЭТ-155А. По
результатам ряда проведенных исследований свойств
предпочтение следует отдать проводам марки ПЭТ-155А.
6-8. ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА ИЗ СПЛАВОВ
СОПРОТИВЛЕНИЯ
Ассортимент выпускаемых у нас эмалированных про-
водов из сплавов сопротивления довольно обширен.
ГОСТ 6225-66 предусматривает выпуск на масляных ла-
ках .константановых эмалированных проводов диаметром
0,03—1,00 мм (марка ПЭК), причем константановая
проволока диаметром 0,03—0,15 мм должна быть твер-
дой, а диаметром 0,18 мм и более — мягкой. Манганино-
вые провода с этой эмалью выпускаются двух марок
(ПЭМТ и ПЭ ММ) — с жилой из твердой и мягкой манга-
ниновой проволоки соответственно.
Нихромовые провода диаметром 0,03—0,40 мм, изо-
лированные масляной эмалью, выпускаются по техниче-
ским условиям под маркой ПЭНХ. Эти провода изготов-
ляются в очень ограниченном количестве.
Основную массу проводов с жилами из сплавов вы-
сокого сопротивления в соответствии с ГОСТ 8598-69 со-
ставляют провода с высокопрочной эмалевой изоляцией
на лаках винифлекс и металвин. Эти провода изготов-
ляются с нормальной и повышенной толщиной эмалевой
изоляции (маркировка соответственно цифрам I и 2),
причем константановые и манганиновые провода изго-
товляются из твердой и мягкой проволоки. С константа-
новыми жилами выпускаются провода марок ПЭВКТ-1,
ПЭВКТ-2, ПЭВКМ-1 и ПЭВКМ-2, с манганиновыми—<
ПЭВМТ-1, ПЭВМТ-2, ПЭВММ-1 и ПЭВММ-2 Ни.
хромовые провода изготовляются .только из мягкой
проволоки (из сплава Х20Н80, ГОСТ 2238-57) и рыпурка.
ртся под ЦЭВНХ-1 и ПЭРНХ-2.
Провода марок ПЭВКТ-1 и 11 КТ-2 изготовляются
диаметром 0,03—0,80 мм, марок ПЭВКМ-1 и ПЭВКМ-2—
диаметром 0,10—0,80 мм, марок ПЭВМТ-1 и ПЭВМТ-2—
диаметром 0,02—0,80 мм, марок ПЭВММ-1 и ПЭВММ-2—
диаметром 0,05—0,80 мм и марок ПЭВНХ-1 и
ПЭВНХ-2 — диаметром 0,02—0,40 мм.
Так как технологический процесс эмалирования про-
волоки из сплавов сопротивления значительно сложнее,,
а загрязнения и прочие дефекты на поверхности жилы
возможны чаще, чем на медной проволоке, толщина эма-
левой пленки должна быть большей, чем у медных эма-
лированных проводов. Технические требования, которые
предъявляются к этим проводам, также несколько сни-
жены в сравнении с медными проводами. Так, эластич-
ность и нагревостойкость эмалевой изоляции у всех твер-
дых высокопрочных проводов диаметром до 0,36 мм
определяются растяжением до разрыва, а у мягких — до
удлинения на 10%. Провода диаметром 0,4 мм испыты-
ваются навиванием на стержень 2—3-кратного диаме-
тра. Эти же испытания провода должны выдерживать и
после 24 ч пребывания при 125±5°С.
Количество точечных повреждений у проводов с высо-
копрочной эмалью в зависимости от толщины слоя эмали
должно быть не более 15 и 7—10 на длине 15 м.
Пробивное напряжение эмалевой изоляции (образцы
для испытания изготовляются навиванием провода на
металлические полированные валики диаметром 30 мм)
должно быть в зависимости от диаметра жилы не менее
200—500 в.
В отношении механической прочности и бензолостой-
кости эмалевой изоляции к проводам из сплавов сопро-
тивления предъявляются несколько сниженные требова-
ния по сравнению с теми, которые предъявляются
к проводам ПЭВ-1 и ПЭВ-2.
Кроме того, изготовляются эмалированные констан-
тановые провода диаметром 0,03—0,5 мм. марки
ПЭТВКТ, диаметром 0,10—0,5 мм. марки ПЭТВКМ и
нихромовые провода диаметром 0,03—0,40 мм. марки
ПЭТВНХ (из мягкой проволоки) с применением поли-
эфирного лака ПЭ-943. Эти провода по нагревостойкости
относятся к классу В и испытываются после 24 ч пребы-
вания при 200±5 °C растяжением до удлинения, равного
7%' (для мягкой проволоки), и до разрыва (для твердой
проволоки..),, а провода диаметром более 0,35 лои —нави-
ванием на стержень диаметром 5cf. Пробивное напряже-
ние проводов в зависимости от величины диаметра жи-
лы должно быть не менее 100^300 в, а число точечных
повреждений изоляции на проводах диаметром до
0,36 мм включительно не более 15 на длине 15 м.
6-9. ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
Прямоугольные эмалированные провода пока изго-
товляются у нас в ограниченном количестве, хотя в по-
следнее время ассортимент этих проводов значительно
возрос. В ближайшие годы выпуск их должен резко уве-
личиться для обеспечения нужд электромашинострои-
тельной промышленности, а также в связи с организа-
цией у нас производства транспонированных проводов
для трансформаторов больших мощностей.
До последнего времени эти провода изготовляются
с сечением медных токопроводящих жил не более 30 м.м2
на основе лака винифлекс (провода марки ПЭВП). Кро-
ме того, прямоугольные медные провода изготовляются
с применением полиэфирного лака (провода марки
ПЭТВП), а также на полиамидно-изиционатном лаке
АД-93, на полиэфироимидном лаке и даже на чисто по-
лиимидном лаке с применением никелированной медной
проволоки (провода ПНЭТП). Для последующего изго-
товления транспонированных проводов прямоугольная
медная проволока эмалируется преимущественно поли-
винилацеталевым лаком ПЭ-941 (металвин), так как от
эмалевой изоляции этих проводов требуется высокая ма-
слостойкость. Поэтому эти прямоугольные эмалирован-
ные провода испытываются путем выдержки в течение
168 ч в трансформаторном масле при 150±5°С с после-
дующим изгибанием образцов на 180° вокруг стержня,
диаметр которого равен пятикратной толщине медной
проволоки.
Качество прямоугольных эмалированных проводов
в очень большой степени зависит от качества медной
проволоки. Последняя должна обладать очень гладкой
и совершенно чистой поверхностью, быть пластичной и
не должна образовывать на поверхности никаких изъя-
нов при изгибах. В связи с этим в последнее время при-
нимаются меры к тому, чтобы изготовлять прямоуголь-
ную проволоку из скальпированной катанки, получаемой
прокаткой слитков из бескислородной меди.
В небольшом количестве изготовляются и алюминие-
вые прямоугольные эмалированные провода. К неизоли-
рованной алюминиевой проволоке в отношении качества
поверхности и пластичности предъявляются также повы-
шенные требования, как и к 'медной проволоке.
При эмалировании прямоугольной проволоки жидкий
лак благодаря поверхностному натяжению стремится
с ребер перейти на плоскую поверхность провода. Поэто-
му на ребрах толщина эмалевой изоляции всегда зна7
чительно меньше, чем на плоской части, причем чем
меньше радиус закругления, тем тоньше в этом ме-
сте эмалевая изоляция. В связи с этим очень большое
значение для повышения качества эмалированных
проводов имеет некоторое увеличение радиусов закруг-
лений.
Прямоугольные провода имеют довольно значитель-
ную толщину эмалевой изоляции. В соответствии с тре-
бованиями различных технических условий минимальная
толщина . эмали (на обе стороны) составляет 0,04—
0,06 мм, а максимальная около 0,10—0,11 мм.. И, несмо-
тря на это, требования технических условий в отношении
минимального значения пробивного напряжения ограни-
чиваются величиной 175—250 в. Только в последних тех-
нических условиях для транспонированных проводов ве-
личина минимального пробивного напряжения эмалевой
изоляции установлена равной 300 в. Объясняется это тем,
что определение пробивного напряжения изоляции таких
проводов производится в свинцовой дроби диаметром 2—
3 мм, и пробой всегда происходит на ребрах провода.
Испытание нагревостойкости прямоугольных эмали-
рованных проводов производится прп тех же температу-
рах, какие приняты для круглых эмалированных прово-
дов соответствующих типов, причем эластичность эмале-
вой изоляции после теплового воздействия определяется
изгибанием провода широкой стороной вокруг стержня
диаметром 4 мм (для проводов марок ПЭВП и ПЭМП).
В других технических условиях диаметр стержня уста-
навливается равным 8— 12-кратной толщине медной
проволоки, что принципиально является более правиль-
ным, так как при применении стержня неизменного диа-
метра для испытания проводов различной толщины с ее
увеличение^ жесткости испытании значительно возра*
Стает,""'
Механическая Прочность эмалевой изоляций в состоя-
нии поставки и .после пребывания в течение 30 мин
в .бензоле при 60±5°С или .в течение 5 мин в. кипящей
спирто-толуольной смеси определяется на приборе- исти-
ранием иглой с определенной нагрузкой, так же как это
делается для круглых проводов.
В старых технических условиях для подобной провер-
ки предусматривалась протирка зажатого образца ку-
ском марли, причем эмаль после воздействия горячего
бензола не должна была размягчаться настолько, чтобы
ее можно было хотя бы частично стереть. После кипяче-
ния в спирто-толуольной смеси провод подвергался визу-
альному осмотру; при этом на проводе не должно .быть
никаких повреждений, заметных невооруженным глазом.
6-10. АЛЮМИНИЕВЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
До последнего времени выпуск алюминиевых эмали-
рованных проводов у нас ограничивается потребностями
производства отдельных типов электрических машин,
приборов и аппаратов. В ряде стран алюминиевые эма-
лированные провода находят более широкое применение
в электромашиностроении.
Ассортимент выпускаемых за рубежом алюминиевых
эмалированных проводов довольно широк: круглые про-
вода изготовляются диаметром 0,2—4 мм (а иногда и бо-
лее крупных размеров), прямоугольные провода — раз-
личных сечений до 30—40 мм2.
Принципиально эмалирование алюминиевой проволо-
ки производится теми же методами, которые применяют-
ся для эмалирования медной проволоки; при этом име-
ются некоторые специфические особенности, свойствен-
ные процессу эмалирования алюминиевой проволоки.
К числу их относятся следующие:
а) Эмалирование должно производиться при несколь-
ко более низкой температуре, чем эмалирование медной
проволоки. Отчасти это объясняется тем, что для нагрева
алюминиевой проволоки требуется меньшее количество
тепла, чем для нагрева медной проволоки. Для нагрева
единицы длины проволоки до определенной температуры
потребное количество тепла можно выразить так:
Q=ayC, (6-1)
где а — коэффициент, зависящий от диаметра проволоки;
у—плотность металла; С — его теплоемкость.
Отношение Этих величии для проволок из мсДи и алю-
миния одного и того же диаметра
___ *?Си YciAcu
*2 Al Юн Ом
1,57.
(6-2)
б) Температура отжига для алюминия, как известно,
ниже, чем для меди. Поэтому алюминиевую проволоку
Рис. 6-10. Примерные зависимости
среднего срока службы эмалиро-
ванных проводов от температуры.
1 и 2 — медные провода марки ПЭВ-2
диаметром 0,72 и 1,35 мм; 3 и 4 — алю-
миниевые провода марки ПЭВА-2 диа-
метром 1,40 и 1,81 мм; 5 и 6 — медные
провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72
и 1,24 мм.
авторов и доц. В. М. Аникеенко. На рис. 6-10 по резуль-
татам этой работы приведена зависимость срока службы
медных и алюминиевых проводов от температуры. Эта
малых и средних сечений
(диаметром до 0,6—
0,7 мм) можно эмалиро-
вать без предварительно-
го отжига, так как он осу-
ществляется непосредст-
венно в эмальпечи.
в) Мягкая алюминие-
вая проволока имеет пре-
дел прочности при растя-
жении по крайней мере
в 2—3 раза меньший, чем
мягкая медная проволока.
При эмалировании обрыв-
ность у алюминиевой про-
волоки малых сечений зна-
чительно выше, чем у мед-
ной проволоки. Поэтому
особо тонкие эмалирован-
ные провода (диаметром
0,03—0,08 мм) обычно
изготовляются из более
прочных сплавов алюми-
ния, а не из чистого ме-
талла.
Алюминиевые провода
имеют более высокую на-
гревостойкость в сравне-
нии с медными провода-
ми, эмалированными од-
ними и темп же лаками.
Это убедительно доказано
большой работой, прове-
денной в МЭИ одним из
зависимость получена при помощи методики ускоренных
испытаний, рекомендованной МЭК. Согласно этим ре-
зультатам алюминиевые провода с поливинилацеталевой
эмалью можно по нагревостойкости отнести к классу Е.
На рис. 6-11 приведены результаты исследования зависи-
мости изменения эластичности эмалевой изоляции от вре-
мени пребывания при температуре 180 °C. На алюминие-
вых проводах эластичность эмалевой изоляции сохраня-
ется на более высоком уровне, чем на медных проводах.
Рис. 6-11. Изменение эластичности эмалевой
изоляции в зависимости от времени при тем-
пературе 180 °C.
1, 2 и 3 — медные провода марки ПЭВ-2 диаметром
0,72; 1,35 и 1,68 мм; 4, 5 и 6—алюминиевые провода
марки ПЭВА-2 диаметром 0,53; 1,40 и 1,81 мм; 7 н
8—медные провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72 и
1,24 мм.
Аналогичная зависимость наблюдается и при длительном
воздействии других повышенных температур. На рис. 6-12
показано изменение механической прочности эмалевой
изоляции в зависимости от времени пребывания при тем-
пературе 160 °C. Преимущество алюминиевых проводов
здесь также очевидно, хотя при испытаниях истиранием
иглой они находятся в более тяжелых условиях, так как
они мягче медных проводов и поэтому имеют большую
деформацию под действием давящего на иглу груза.
На рис. 6-13 приведена зависимость tgfi от времени
воздействия температуры 160 °C, из которой следует, что
tg 6 у изоляции алюминиевых проводов несколько .мень-
ше, чем у проводов на лаке винифлекс, и значительно
меньше, чем у проводов на лаке металвин. Примерно та-
Ситки.
Рис. 6-12. Изменение механической прочности
эмалевой изоляции в зависимости от времени
при температуре 160 °C.
Л 2 и 3—медные провода марки ПЭВ-2 диаметром
0,72; 1.35 и 1,68 мм; 4, 5 и 6 — алюминиевые провода
марки ПЭВ-2 диаметром 0,53; 1,40 и 1,81 мм; 7 и 8 —
медные провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72 и
1,24 мм.
кой же характер зависимости и при других высоких тем-
пературах. Повышенную нагревостойкость алюминиевые
эмалированные провода имеют и при .применении поли-
эфирных лаков, в чем нетрудно убедиться из рис. 6-14,
на котором приведено изменение эластичности полиэфир-
Рис. 6-13. Изменение tg д эмалевой
изоляции в зависимости от времени
при температуре 160 °C.
7, 2 и 3— медные провода марки ПЭВ-2
диаметром 0,72; 1,40 и 1,68 мм; 4, 5 и 6 —
алюминиевые провода марки ПЭВА-2 диа-
метром 0,53; 1,40 и 1,81 мм; 7 и 8— мед-
иые провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72
и 1,24 мм.
ной изоляции в зависи-
мости от времени пре-
бывания проводов при
температуре 2'00 °C.
В то время как у мед-
ных проводов воздей-
ствие указанной темпе-
ратуры вызывает зна-
чительное уменьшение
эластичности эмалевой
изоляции, у алюминие-
вых проводов она прак-
тически не изменяется.
Примерно такая же
картина имеет место и
при воздействии темпе-
ратур 220 и 240 °C.
Механическая проч-
ность полиэфирной эм а-
Время старения7сутки.
Рис. 6-14. Изменение эластичности
(Did.) полиэфирной эмалевой изо-
ляции на медных и алюминиевых
проводах в зависимости от време-
ни при температуре 200 °C.
1 и 2 — медиые провода марки ПЭТВ
диаметром 0,8 и 1,04 мм-, 5 — то же
марки ПЭТВ-939 диаметром 1,56 мм\
4 — алюминиевый провод марки
ПЭТВ-939 диаметром 1,62 мм.
левой изоляции у алюминиевых проводов при воздей-
ствии повышенной температуры также остается на более
высоком уровне, чем у медных проводов, что хорошо
видно на рис. 6-15.
Потеря массы эмалевой изоляции при воздействии
повышенных температур и рост величины tg & у алюми-
ниевых полиэфирных .проводов также происходят в зна-
чительно меньшей степени, чем у медных. Поэтому есть
предположение провода марок ПЭТВА и ПЭТВА-939 по
нагревостойкости относить к классу F.
Меньшая нагревостойкость медных высокопрочных
эмалированных проводов, по-видимому, объясняется ка-
талитическим действием меди и ее окислов при тепловом
старении эмали. Эмалированные медные провода, у .кото-
рых медная жила по-
крыта защитным слоем
из олова или особенно
из никеля, также обла-
дают повышенной на-
гревостойкостью.
Коэффициенты ли-
нейного расширения
металла и эмалевой
пленки различны. Для
меди он равен 16,7Х
Х'1О-6 1/°С, для алюми-
ния 25,5-10~6 1/°С, для
эмалевых пленок (50-^-
70) • 10е 1/°С. Поэтому
при циклах нагрева и
охлаждения в процессе
теплового старения,
когда эмалевые плен-
ки в значительной сте-
пени теряют свою эластичность, у медных проводов
внутренние напряжения в эмалевой изоляции могут
быть несколько больше, чем у алюминиевых. Это мо-
жет приводить к появлению мелких трещин в эмале-
вой изоляции. У алюминиевых эмалированных проводов
тонкий слой А12О3 должен способствовать повышению
адгезионных свойств эмалевой изоляции. Кроме того,
алюминий является в некоторой степени антиоксидан-
том и, имея большое сродство с кислородом, замедляет
процесс окисления и старения эмалевой изоляции.
Алюминиевые эмалированные провода изготовляются
преимущественно с высокопрочной эмалевой изоляцией
на поливинилацеталевых и частично полиамидно-резоль-
ных лаках (ГОСТ 14966-69) Некоторое количество этих
проводов изготовляют также на полиэфирных лаках
ПЭ-943 и ПЭ-939.
Производство алюминиевых проводов на масляных
лаках нецелесообразно, так как в случае дополнитель-
ной обмотки этих .проводов волокнистыми материалами
они практически становятся неприемлемыми для элек-
тромашино- и аппа1рато'строення.
В ГОСТ 14966-69
Рис. 6-15. Изменение механической
прочности эмалевой изоляции на мед-
ных и алюминиевых проводах в зави-
симости от времени при температу-
ре 200 °C.
1 и 2 — медиые провода марки ПЭТВ диа-
метром 0,8 и 1,04 мм’, 3 —медный провод
марки ПЭТВ-939 диаметром 1,56 мм\ 4 —
алюминиевый провод ПЭТВ-939 диаметром
1,62 мм.
примерно такие же требования,
предусмотрен выпуск
высокопрочных алюми-
ниевых проводов диа-
метром 0,08—2,44 мм
только с одной толщи-
ной эмалевой изоляции,
которая несколько
меньше, чем у прово-
дов марки ПЭВ-2, но
больше, чем у проводов
марки ПЭВ-1. Провода
могут выпускаться двух
марок: ПЭВАт — с не-
отоженной и ПЭВА —
с отожженной алюми-
ниевой проволокой. К
этим проводам диаме-
тром 0,08—0,41 мм в
отношении механиче-
ской прочности, эла-
стичности и нагрево-
стойкости, а также ве-
личины минимального
пробивного напряже-
ния предъявляются
как и к проводам мар-
ки ПЭВ-1. Требования в отношении количества точечных
повреждений и электрической прочности изоляции к про-
водам диаметром более 0,44 мм примерно такие же, как
и к проводам марки ПЭВ-2. Для испытаний на тепловой
удар и термоэластичность эмалевой изоляции принята
[температура 130±5СС. По нагревостойкости провода на
поливинилацеталевых и полиамидно-резольных лаках
пока отнесены к классу А. Алюминиевые эмалиро-
ванные провода на полиэфирных лаках, как и мед-
ные провода на этих лаках, изготовляются только
с одной толщиной эмалевой изоляции (марка ПЭТВА)
как с отожженной, так и с неотожженной жилой. К этим
проводам предъявлются примерно такие же технические
требования, как и к медным проводам марок ПЭТВ и
ПЭТВ-939. По нагревостойкости алюминиевые полиэфир-
ные эмалированные провода пока также относятся
к классу В и допускают в течение 500 ч нагрев до
200 °C.
6-11. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ, СВЕТОСТОЙКОСТЬ И СТАРЕНИЕ
ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Морозостойкость эмалевой изоляции имеет большое
значение, так как часто эмалированные провода эксплу-
атируются при низких температурах. Исследования по-
казывают, что если провода не подвергаются изгибаю-
щим 1усилиям, они выдерживают воздействие температур
до —60 °C без каких-либо повреждений эмалевой изоля-
ции. Поэтому в наших стандартах имеется указание
о том, что эмалированные провода могут эксплуатиро-
ваться при таких низких температурах. Возможность это-
го подтверждается и следующими испытаниями: образцы
проводов, эмалированных различными лаками, навива-
лись в конусообразные спиральки (диаметр намотки был
в пределах 1—10 диаметров испытываемых проводов) и
помещались на 3—4 ч в холодильную камеру с темпера-
турой от —35 до —60 °C. Такие испытания с последую-
щей выдержкой образцов при комнатной температуре
были повторены 7 раз. После таких циклов воздействия
холода ши на одном образце повреждений не было. Если
же образцы в неизогнутом виде выдержать в течение
3—5 ч при —35-=—38°C и затем производить испыта-
ние эластичности в холодильной камере при указанной
температуре, то эмалированные провода на всех лаках
не выдерживают навивание на стержни, диаметр кото-
рых в 10—15 раз превосходит диаметры испытываемых
проводов. После «отдыха» в нормальных условиях при
последующем испытании эластичности при комнатной
температуре полиамидно-резольные провода выдержива-
ют навивание на стержень 1—2-кратного диаметра,
а .провода на масляных лаках — на стержень о—4-крат-
ного диаметра. Эластичность высокопрочных поливинил-
ацеталевых пленок иногда в этом случае немного сни-
жается.
Исследования эмалированных проводов, проведенные
после длительного хранения в складских условиях в зим-
нее время, показали, что провода на масляных и полиа-
мидно-резольных лаках сохраняют неизменной эластич-
ность эмалевой изоляции.
Непосредственное воздействие солнечных лучей уско-
ряет процесс старения эмалей, как и большинства других
изоляционных покрытий. Потеря эластичности в этом
случае по истечении некоторого времени начинает на-
блюдаться у всех видов эмалированных проводов, в пер-
вую очередь у проводов на масляных и полиамиднэ-ре-
зольных эмалях. Если эмалированные провода марок
ПЭЛ подвергаются облучению ультрафиолетовыми луча-
ми, то потеря эластичности эмалевых пленок начинает
наблюдаться уже после первых суток. Если же провода
в упаковке хранить в нормальных комнатных или склад-
ских условиях (температура воздуха 10—25°C) при от-
сутствии повышенной влажности и воздействия солнеч-
ного света, теплового излучения и т. п., то эластичность,
механические и электроизоляционные свойства эмалевой
изоляции сохраняются очень долго. Эмалированные про-
вода хорошего качества обычно остаются пригодными
для применения после 9—10 лет такого хранения.
6-12. ПОВЕДЕНИЕ ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
Поведение эмалевой изоляции в ней-
тральной и окислительной средах. Установ-
ленные для различных типов обмоточных проводов клас-
сы нагревостойкости в некоторой степени являются
условными показателями, так как нагревостойкость той
или иной изоляции обмоточных проводов существенно
зависит от условий ее эксплуатации. В частности, нагре-
востойкость изоляции проводов резко повышается, если
они эксплуатируются в вакууме или нейтральной среде.
Иначе воздействует окислительная среда. Это отчетливо
показано исследованиями, проведенными в МЭИ канд.
техн, наук В. М. Аникеенко. Для испытаний было взято
по 25 образцов проводов марок ПЭВ-2 и ПЭВА диаме-
тром 1,40 мм и ПЭМ-2 диаметром 1,24 мм, которые в те-
чение 2 160 ч выдерживали 'при 200 °C в. аргоне при избы-
точном давлении 0,1 кас/сж2,^периодически подвергая их
испытаниям напряжением переменного тока по методике
МЭК. Во время этих испытаний из строя вышли только
два образца провода марки ПЭВ-2, два образца ПЭМ-2
и один образец ПЭВА. После указанного теплового ста-
рения в аргоне образцы были испытаны напряжением пе-
ременного тока до пробоя; при этом были получены хо-
рошие результаты (среднее пробивное напряжение 23—
24 образцов составило для проводов ПЭВ-2 3 220 в, для
ПЭМ-2 2 160 в и для ПЭВА 3 760 в).
Аналогичные исследования тех же образцов были
проведены при 200°C в кислороде при избыточном дав-
лении 0,05 кгс/см2 и воздухе. Полученные при этом ре-
зультаты свидетельствуют о резком повышении нагрево-
стойкости эмалированных проводов при эксплуатации
в нейтральной среде. Если сравнивать зависимости вре-
мени службы от температуры (по методике МЭК), то
оказывается, что при эксплуатации в нейтральной среде
нагревостойкостъ эмалевой изоляции повышается на
один-два класса. Исследования показали, что воздей-
Рис. 6-16. Изменение
эластичности эмале-
вой изоляции в зави-
симости от времени
пребывания при тем-
пературе 200 °C в
аргоне.
/ — провод марки ПЭВ-2
диаметром 1,40 мм\ 2 —
то же марки ПЭВА-2;
3 — провод марки ПЭМ-2
диаметром 1,25 мм\ 4 —
провода марок ПЭТВ и
ПЭТВ-939 диаметрами
0,8; 1,04; 1,56 И 1,62 ММ",
5 — провод марки
ПЭВТЛ-2 диаметром
1,56 мм.
ствие кислорода (О2) значительно (на 40—45°/о) сокра-
щает срок службы проводов. Эти выводы были допол-
нительно подтверждены исследованием изменения эла-
стичности эмалевой изоляции, механической прочности
и диэлектрических потерь при указанном тепловом ста-
рении. При тепловом старении в аргоне эластичность
эмалевой изоляции уменьшается значительно медленнее,
чем при старении >в воздушной среде.
Гаким образом, процессы теплового старения (в дан-
ном случае процессы термической деструкции) протекают
в нейтральной среде менее интенсивно, чем в воздухе.
Исключительно устойчивы к старению в аргоне провода
на полиэфирных эмальлаках марок ПЭТВ и ПЭТВ-939,
в то время как провода на полиуретановом лаке марки
ПЭТВЛ-2 теряют свою эластичность примерно в равной
степени с проводами на поливинилацеталевых лаках
(рис. 6-16). Несколько большее уменьшение эластично-
сти алюминиевых проводов марки ПЭВА-2 можно объяс-
Рис. 6-17. Примерное измене-
ние эластичности эмалевой изо-
ляции в зависимости от време-
ни пребывания проводов в кис-
лороде при температуре 200 °C.
I — провод марки ПЭМ-2; 2 — мар-
ки ПЭВ-2; 3 — марки ПЭВА-2.
нить тем, что для испытаний
был взят провод после трех-
летнего старения в естест-
венных складских условиях,
который вследствие этого
имел несколько меньшую
эластичность в исходном со-
стоянии (2,2d). Исследова-
ния показали, что алюминие-
вые эмалированные провода
при всех испытаниях оказа-
лись значительно устойчи-
вее медных, эмалированных
тем же лаком.
При старении в окисли-
тельной среде эластичность
эмалевой изоляции резко
снижается уже в первые ча-
сы старения, что отчетливо
видно на .рис. 6-17.
Аналогичные результаты
были получены при исследо-
вании механической прочности эмалевой изоляции у об-
разцов проводов, подвергнутых указанному тепловому
воздействию в аргоне и кислороде (рис. 6-18). Испыта-
ния проводились на скребковом приборе, причем давле-
ние иглы .на провод создавалось грузами в соответствии
с ГОСТ 7262-54. Эти 'Испытания также показали значи-
тельную устойчивость эмалевой изоляции в аргоне и рез-
кое снижение ее механической прочности при старении
в кислороде. Исследованиями установлено также, что
в процессе теплового .старения эмалированных проводов
масса и толщина эмалевой изоляции значительно умень-
шаются, что необходимо учитывать при эксплуатации
Механическая прочность
Время старения сутки
аГ
ff)
Рис. 6-18. Примерное
изменение механиче-
ской прочности эма-
левой изоляции в за-
виси мости от време-
ни пребывания в
аргоне при темпера-
туре 200 °C (а) и вре-
мени пребывания в
кислороде при темпе-
ратуре 200 °C (б).
/ — провод марки ПЭВ-2
диаметром 1,40 о; 2 —
то же марки ПЭВА-2;
3 — провод марки ПЭМ-2
диаметром 1,25 мм-, 4 и
5 — провода марки ПЭТВ
диаметром 0,8 и 1,04 мм-,
6 — провод марки
ПЭТВА-939 диаметром
1,62 мм-, 7 — провод мар-
ки ПЭВТЛ-2 диаметром
1,56 мм\ 8— провод мар-
ки ПЭМ-2; 9 — то же
ПЭВА-2; 10 — то же
ПЭВ-2.
эмалированных проводов. На рис. 6-19 приведены ре-
зультаты исследования изменения массы (а следователь-
но, и толщины эмалевой .изоляции) >в зависимости от
Рис. G-19. Изменение массы эмалевой изоляции в за-
висимости от времени пребывания в аргоне при тем-
пературе 200 °C.
/ — провод марки ПЭВ-2 диаметром 1,40 /ш; 2 — то же мар-
ки ПЭВА-2; 3 —провод марки ПЭМ-2 диаметром 1.25 мм\
4— провод марки ПЭТВ диаметром 0,8 мм; 5 и 6 — провода
марки ПЭТВ-939 диаметром 1,56 и 1,62 мм, 7 — провод мар-
ки ПЭВТЛ-2 диаметром 1,56 мм.
Рис. 6-20. Изменение tg б
эмалевой изоляции в зави-
симости от времени пребы-
вания в кислороде при тем-
пературе 200 °C.
1 — провод марки ПЭМ-2:
го же ПЭВ-2; 3 — то
ПЭВА-2.
времени пребывания три 200 °C в аргоне. Эти результаты
подтвердили более высокую стабильность эмалирован-
ных проводов в нейтральной
среде. Уменьшение массы изо-
ляции эмалированных прово-
дов на полиуретановой основе
в кислороде и воздухе меньше,
чем в аргоне (в аргоне за
10 суток примерно на 5—6%
больше, чем в воздухе). Это
полностью согласуется с ре-
зультатами аналогичных зару-
бежных исследований.
На рис. 6-20 приведены ре-
зультаты исследования измене-
ния tg 6 эмалированных прово-
дов различных марок в зависи-
мости от времени старения
в кислороде. При старении
в аргоне tg6 эмалированных
проводов существенно не изме-
няется в течение указанного
времени старения. Особенно
2 —
же
Малые величины tg и незначительные их изменения на-
блюдаются у проводов на полиэфирных лаках. При .пре-
бывании в кислороде tg <5 проводов марок ПЭВ-2 и
ПЭМ-2 заметно .возрастает, причем в большей степени
изменения tgd наблюдаются у проводов марки ПЭМ-2.
Маслостойкость эмалевой.и золя дни. Для
обмоток масляных трансформаторов .в основном приме-
няются обмоточные провода с бумажной и отчасти хлоп-
чатобумажной изоляцией. В последнее время для этих
целей начинают применяться эмалированные провода,
которые имеют значительно меньшую толщину изоляции,
что способствует снижению габаритов трансформаторов
и дает значительный экономический эффект. Кроме того,
Рис. 6-21. Примерное измене-
ние эластичности эмалевой
изоляции в зависимости от вре-
мени пребывания в трансфор-
маторном масле при темпера-
туре 105 °C.
Р - - изоляция разрушилась.
эмалированные провода начинают широко применяться
в транспонированных проводах для обмоток мощных
трансформаторов. В связи
с этим маслостойкость эма-
левой изоляции приобретает
существенное значение.
Механизмы процесса ста-
рения эмалевой изоляции на
воздухе и в масле несколь-
ко различны, так как при
старении эмалированных
проводов на воздухе основ-
ным фактором является раз-
рушительное действие кис-
лорода, а старение изоляции
в трансформаторном масле
происходит вследствие дей-
ствия на изоляцию про-
дуктов .распада масла и
диффузии масла в изоля-
цию.
На рис. 6-21 приведены
результаты исследования из-
менения эластичности эма-
левой изоляции различных
типов от времени пребывания ее в трансформаторном
масле с доступом воздуха. Из рис. 6-21 нетрудно заклю-
чить, что лучше всего себя ведут в этих условиях провода
марки ПЭТВ, далее провода марки ПЭМ-2 и т. д. При
температуре 120°C снижение эластичности эмалевой изо-
ляции в масле происходит несколько быстрее, причем
опять провода ПЭТВ оказываются более устойчивыми.
У проводов ПЭМ-2 разрушение эмалевой изоляции на-
ступает после старения при 120 °C в течение 3 500 ч. При
150°C провода марки ПЭТВ могут работать в масле око-
ло 1 250 ч, а остальные провода 250—500 ч.
Если .сравнивать результаты исследования изменения
эластичности эмалевой изоляции при 'тепловом старении
в трансформаторном масле и на воздухе, можно сдел'ать
вывод, что эластичность этой изоляции снижается в мас-
ле 'быстрее, чем на воздухе. Близкие результаты измене-
ния эластичности эмалевой изоляции при старении на
воздухе и в трансформаторном масле имеют лишьпрово-
да марки ПЭТВ после 4 750 ч пребывания в указанных
средах при 105 и 120°С, но уже при 150°С снижение
эластичности эмалевой изоляции происходит в масле не-
сколько быстрее, чем ев воздухе.
Критерий изменения эластичности эмалевой изоляции
является очень важным при оценке ее качества, так как
после определенного времени .старения растрескивание
эмалевой изоляции приводит к ее отслаиванию и оголе-
нию провода. В этом смысле изменение механической
прочности эмалевой изоляции является менее суще-
ственным, так как повышенная механическая проч-
ность ее важна главным образом при изготовлении
обмоток.
Проведенные исследования показали, что при тепло-
вом старении в масле при 105 °C прочность эмалевой изо-
ляции на истирание весьма значительно уменьшается.
В этом отношении более или менее удовлетворительными
оказываются провода марки ПЭМ-2 и на эпоксидных
эмальлаках. У этих проводов после 6 600 ч старения
в масле при 105°С числа ходов иглы при испытаниях со-
ставили в среднем 30 и 35. У проводов остальных марок
они несколько меньше. Остаривание при 120 °C приводит
к более значительному уменьшению механической проч-
ности.
Электрическая прочность эмалевой изоляции в ре-
зультате старения в масле при 105 °C изменяется незна-
чительно, и имеющиеся данные пока не дают возможно-
сти выявить сколько-нибудь четкие зависимости. Некото-
рое снижение электрической прочности наблюдается
после теплового старения при 120 °C, но и в этом случае
пробивные напряжения1 остаются на достаточно высоком
уровне.
Приведенные выше данные относятся к испытаниям
проводов в трансформаторном масле при условии
доступа к нему воздуха. Если эти испытания вести
в герметизированных устройствах без доступа к маслу
воздуха, то старение в масле не приводит к существен-
ным изменениям механических и электроизоляционных
свойств эмалевой 'изоляции. У проводов длительно со-
храняются первоначальные эластичность и механическая
прочность эмалевой изоляции, а также почти не снижа-
ется пробивное .напряжение. Если в масле имеется 'Ка-
бельная бумага, то тепловое старение проводов в масле
происходит интенсивнее (у всех проводов наблюдается
весьма значительное ухудшение указанных характери-
стик). Видимо, здесь дополнительное влияние оказывают
продукты распада целлюлозы и влага, содержащаяся
в бумаге. Показательно, что наиболее чувствительными
к присутствию кабельной бумаги в масле являются по-
лиэфирные эмалированные провода, у которых эмалевая
изоляция быстро теряет эластичность и даже разрушает-
ся до оголения жилы. Возможно, что это связано с по-
глощением эмалью влаги, которое вследствие полярности
полиэфирной смолы происходит 'быстрее, чем у изоля-
ции других типов проводов. Менее чувствительными
к присутствию кабельной бумаги в масле являются эма-
лированные провода марки ПЭМ-2, у которых при ста-
рении в указанных условиях в известной мере сохраня-
ются эластичность, механическая и электрическая проч-
ность.
Таким образом, можно заключить, что в масляных
трансформаторах, в изоляции которых применяется .ка-
бельная или телефонная бумага, лучшие результаты мо-
жет дать применение эмалированных проводов марки
ПЭМ-2. Существенное значение имеют объемные соотно-
шения эмалированных проводов, кабельной бумаги и
трансформаторного масла. В вышеупомянутых опытах
для получения более отчетливых результатов количество
кабельной бумаги было значительно большим, чем в ре-
альных трансформаторах. Было отмечено, что при испы-
таниях алюминиевые эмалированные провода вели себя
более устойчиво, чем медные провода на тех же лаках.
Во дос тойкость эмалевой изоляции. Изло-
женное выше показывает, что хорошая водостойкость
эмалевой изоляции имеет существенное значение для на-
дежной эксплуатации эмалированных проводов. Одно
время для 'пропитки обмоток электрических машин на-
стоятельно рекомендовались водно-эмульсионные лаки,
при применении, которых обмотки, нагретые до 70°C,
погружались в горячий лак, а потом сушились при 130—
140°C. В этом случае влияние кипящей воды и ее паров
на эмалевую изоляцию весьма существенно.
Как известно, все органические материалы поглоща-
ют некоторое 'количество воды, что определяется прежде,
всего природой сил взаимодействия между молекулами
воды и материала и, естественно, зависит от его хими-
ческого состава и структуры.
Различают два вида сорбции воды материалами.
Один вид характерен главным образом для материалов
неорганического происхождения с пористой структурой.
Проникновение влаги в материал в этом случае 'зависит
от количества и размеров пор и микротрещин, а также
от содержания водяных паров в окружающей среде, их
давления и т. п. Такая сорбция, именуемая неактивиро-
ванной, происходит прежде всего за счет конденсации
.водяных паров на внутренних поверхностях пор и тре-
щин. Этот вид сорбции практически не зависит от тем-
пературы. Пары конденсируются в очень тонких капил-
лярах (радиусом 10~6—10~7 см), так как давление насы-
щенного пара над мениском такого капилляра значитель-
но меньше нормального. Чем меньше диаметр капилля-
ра, тем интенсивнее капиллярная 'конденсация. Для эма-
левой изоляции этот вид сорбции не является основным:
неактивированная сорбция имеет место только в отдель-
ных местных повреждениях, которых в эмалевой изоля-
ции высокого качества обычно очень немного.
Второй вид сорбции (активированная сорбция) харак-
терен для материалов с плотной структурой. Проникно-
вение молекул воды происходит здесь между молекула-
ми материала. Размер молекулы воды составляет всего
0,25 нм, т. е. значительно меньше размеров молекул по-
лимерных веществ, в том числе и тех, из которых состоит
эмалевая изоляция.
Влагопроницаемость Р зависит от коэффициентов диф-
фузии D и растворимости воды в материале h:
P=Dh. (6-3)
Величины ,Р, \D nh зависят от типа и строения моле-
кул. Полимеры линейного строения, лишенные протяжен-
ных боковых цепей, обладают большей плотностью и
меньшим 'коэффициентом диффузии то сравнению с по-
лимерами, молекулы которых имеют развитые '.боковые
цепи.
У полимеров с пространственной структурой проник-
новение воды определяется количеством поперечных мо-
стиков и их длиной, т. е. расстояниями между основными
молекулярными цепями. Исследования, проведенные
Беррером, показывают, что коэффициент диффузии
уменьшается с увеличением количества поперечных свя-
зей в полимерных материалах.
Эмальпленки обладают .в основном недостаточно
плотной структурой, так как они имеют боковые цепи,
в частности в виде групп из ОН, СНг, СН3 и пр. Процесс
проникновения воды в эмальпленку часто облегчается
наличием на поверхности последней пузырьков воздуха,
замеченных при осмотре эмалированных проводов мно-
гих типов под 'микроскопом (с увеличением в 650 раз).
Чтобы выяснить, как влага воздействует на свойства
отдельных видов эмалированных проводов, были прове-
дены исследования изменения tg б, пробивного напряже-
ния и механической прочности изоляции эмалированных
проводов различных типов в зависимости от времени пре-
бывания в воде при 20 °C и кипячения в течение 1 и 3 ч.
Эти исследования 'Показали, что длительное пребывание
вводе при нормальной температуре (20°С) существенно
увеличивает tg6 и снижает электрическую и механиче-
скую прочность эмалевой изоляции. При этом механиче-
ская прочность эмалевой изоляции недеформированных
образцов на поливинилацеталевых лаках становится -зна-
чительно ниже, чем проводов на полиэфирных и полиуре-
тановых лаках. В частности, если у эмалированных про-
водов на полиэфирном лаке марки ПЭТВ, находившихся
в воде (без предварительного растяжения) в течение
5 суток, пробивное напряжение снизилось на 30%', а чи-
сло двойных ходов иглы скребкового прибора при испыта-
нии механической прочности эмалевой изоляции на 12%,
то у эмалированных проводов на лаке винифлекс это сни-
жение соответственно составило 48 и 83%'. У образцов,
которые перёд испытанием в воде растягивались на 10 и
20%, эта разница была менее заметной. По-видимому,
находящиеся в воде поливинилацеталевые эмальпленки
сильно набухают, что и приводит к изменению их харак-
теристик. Это обусловлено наличием в молекулярных це-
пях поливинилацеталевых смол непрореагировавших ги-
дроксильных групп.
Исследованиями установлено также, что если образ-
цы проводов испытывались после выдержки в воде че-
рез несколько .часов или суток пребывания в воздухе,
то их электроизоляционные свойства становились близ-
кими к исходным.
Исследования изменений электроизоляционных и ме-
ханических свойств эмалевой изоляции после .кипячения
в течение 1—3 ч показали значительное снижение меха-
нической прочности изоляции проводов марки ПЭЛ и
некоторых (Других типов (как недеформированных, так
и растянутых на 10%). Отмечено, что .поливинилацета-
левые лаки, в особенности металвин, выдерживают воз-
действие кипячения несколько лучше других. У проводов
марок ПЭТВ, ПЭВТЛ и ПЭЛ, растянутых на 20%, уже
после '20—30 мин пребывания в кипящей воде наблюда-
ется растрескивание эмалевой изоляции до жилы. Этот
вывод подтверждается и результатами .визуального ос-
мотра образцов эмалированных проводов, навитых в опи-
рали разных диаметров и помещенных в кипящую воду.
Медные и алюминиевые эмалированные провода раз-
ных диаметров на поливинилацеталевых лаках вини-
флекс и металвин, навитые в опирали на стержни одно-,
трех-, пяти- и девятикратного диаметра провода, выдер-
живают кипячение в течение 1 или 3 ч без нарушения
изоляции, в то время как у эмалированных проводов на
полиэфирных и полиуретановых лаках эти испытания вы-
держали только, те образцы, которые были навиты в спи-
рали девятикратного диаметра.
Таким образом, можно считать, что:
1) кипячение ухудшает электроизоляционные и ме-
ханические свойства эмалевой изоляции в большей сте-
пени, чем пребывание образцов в воде при 20°C;
2) воздействие кипящей воды на изоляцию быстрее
проявляется у деформированных проводов; в связи
с этим для испытаний целесообразно использовать об-
разцы, предварительно растянутые на 10%’, что пример-
но соответствует деформациям, которые могут иметь ме-
сто при изготовлении обмоток;
3) время кипячения можно ограничить до 30 мин, так
как исследования показали, что растрескивание и другие
виды разрушения пленок за это время .вполне успевают
проявиться;
4) наи олее устойчивы к воздействию воды эмалиро-
ванные провода па поливипилацеталевых лаках; хотя
у них и наблюдается ухудшение механических характе-
ристик изоляции недеформированных и растянутых на
Ю_____20% образцов, все же (прочность изоляции три испы-
тании на истирание в соответствии с ГОСТ 7262-70
остается значительной; предпочтение в этом отношении
следует отдать проводам марки ПЭМ-2;
5) провода .марок ПЭЛ, ПЭТВ и ПЭВТЛ менее устой-
чивы в части воздействия (кипящей воды па эмалевую
изоляцию, что отчасти может быть объяснено химической
природой этих лаков и особенностью структуры их пле-
нок.
Фреоностойкость эмалевой изо л я) ц и и.
В бытовых холодильниках хладоагентом служит фре-
он-12, в других холодильных устройствах — химически
более активный фреон-22. Не исключено применение
фреона-22 и -в холодильниках бытового назначения. От
эмалированных проводов, применяемых в холодильных
устройствах, требуется весьма высокая стойкость против
воздействия фреона и других агентов, с которыми они
могут соприкасаться во время работы холодильников.
Помимо достаточной электрической и механической
прочности, от эмалевой изоляции требуется, чтобы она
не подвергалась экстрагированию, так как, кроме ухуд-
шения электроизоляционных свойств эмалевой изоляции
в результате этого явления, экстрагируемые вещества
могут образовывать пробки в замкнутом контуре холо-
дильного агрегата.
При использовании фреона-12 достаточно успешно
применяются эмалированные провода на поливинилаце-
талевой основе, хотя наряду с весьма длительной бес-
перебойной работой большинства обмоток из этих про-
водов отмечаются отдельные случаи, когда холодильники
выходят из строя из-за разрушения эмалевой изоляции.
При применении фреона-22 более подходящими явля-
ются провода с эмалью на полиэфирной основе, причем
возможно, что для этой цели рецептура стандартных по-
лиэфирных эмальлаков ПЭ-943 и ПЭ-939 должна быть
доработана. Преимущества проводов ПЭТВ перед поли-
винилацеталевыми эмалированными проводами подтвер-
ждаются исследованием образцов после выдержки в те-
чение 4 ч при повышенных температурах в трихлорэти-
лене и метаноле. За указанное время эти растворители
экстрагировали из эмали различные вещества в следую-
щих количествах (% массы эмалевой изоляции):
Отметим также, что хоро-
шей фреоностойкостью должны
обладать провода на полиэфи-
роимидных эмальлаках.
Влияние ультразвуковых
колебаний на пропиточные ла-
ки и эмалированные провода.
На ряде предприятий начинает
применяться новая технология
сушки и пропитки обмоток
помощью ультразвука; при этом
Марка провода Экстрагиро- ванные веще- ства
Трихлор- • этилен Мета- нол
ПЭТВ 1,6 0,91
ПЭМ-2 6,6 5,46
ПЭВ-2 7,2 3,8
электрических машин с
длительность этого процесса сокращается в несколько
раз по сравнению с вакуумно-автоклавной пропиткой и
появляется, кроме того, возможность механизировать
этот процесс, что трудно сделать при обычном методе
сушки и пропитки.
Нужно, однако, учитывать, что при применении уль-
тразвука в пропитывающем 'составе возникают разные
явления, в том числе кавитация, «звуковой ветер» и т. п.
Некоторые явления оказывают положительное влия-
ние на качество сушки и в особенности пропитки: про-
исходит дегазация лака, увеличиваются глубина и ско-
рость проникновения его в мелкие поры и т. п. Однако
при определенных условиях появляется опасность отри-
цательного воздействия ультразвука. Наиболее опасным
явлением при применении ультразвука является кавита-
ция— нарушение сплошности жидкости и образование
кавитационных пузырьков, пульсации которых вызывают
интенсивные ударные волны, которые при определенных
условиях в растворах полимеров могут способствовать
ускоренной полимеризации или, наоборот, приводить
к деполимеризации, деструкции лака. Кроме того, в этих
случаях возможно возникновение микроразрушений
в эмалевой изоляции обмоточных проводов.
В связи с этим значительный практический интерес
представляет исследование влияния ультразвуковой об-
работки на эмалированные провода марок ПЭВ-2, ПЭТВ
и ПЭТВ-939 и пропиточные лаки марок К-47, МЛ-91,
АФ-17 и 447, которые были проведены в последнее время
в МЭИ и па одном московском предприятии. Исследова-
ния производились при частоте ультразвука 18—22 кгс
и акустической мощности 1—1,5 вт)см2.
Были 'проведены сравнительные исследования элек-
трической и механической прочности, эластичности эма-
левой изоляции и количества точечных повреждений на
образцах проводов указанных марок, обработанных
ультразвуком в различных пропиточных лаках и не под-
вергавшихся указанной обработке, причем перед прове-
дением испытаний остатки пропиточного лака с образцов
удалялись с помощью соответствующих растворителей.
Эти исследования не (выявили какого-либо существенного
ухудшения качества эмалевой изоляции после вышеука-
занной, обработки ультразвуком.
Примерно такие же результаты были получены при
сравнительных исследованиях образцов проводов ПЭВ-2,
ПЭТВ и ПЭТВ-939, которые после обработки ультразву-
ком (и без обработки) и удаления остатков пропиточного
лака выдерживались в течение 1 года в комнатных усло-
виях, а потом подвергались дополнительному тепловому
старению при 150° С.
После воздействия на указанные пропиточные лаки
ультразвука в течение 3 и 7 ч вязкость этих лаков, а так-
же внешний вид их остаются практически неизменными,
что в известной степени свидетельствует об отсутствии
деструкции 1высокополи1меров и других существенных из-
менений в лаке. При этом в ряде случаев наблюдается
небольшое повышение 'электрической прочности и сопро-
тивления изоляции лаков, видимо, за счет дегазации во
время ультразвуковой обработки.
На основании приведенных исследований можно счи-
тать допустимой пропитку обмоток из эмалированных
проводок марок ПЭВ-2, ПЭТВ-943 и ПЭТВ-939 вышеука-
занными лаками с применением в течение 20—30 мин
ультразвуковых колебаний приведенного режима.
В случае заметного изменения режима ультразвуко-
вой обработки, а также применения эмалированных про-
водов и пропиточных лаков других типов должны быть
проведены дополнительные аналогичные исследования.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
Глава седьмая
ТЕОРИЯ ОБМОТКИ И ОПЛЕТКИ ПРОВОДОВ
7-1. КРУЧЕНИЕ И КОЭФФИЦИЕНТ КРУТКИ
Формирование нити производится .путем скручивания
элементарных волокон. При наложении обмотки на .про-
вод происходит дополнительное подкручивание или
раскручивание нити. Поэтому целесообразно проанали-
зировать влияние крутки на состояние нитей.
Если считать, что элементарные волокна .расположе-
ны в нити концентрическими слоями, то для наружных
волокон угол наклона р (рис. 7-4,а) будет определяться
из следующего соотношения:
tg р
(Д — rf) _ 7.Д
h h ’
(7-1)
где D—диаметр нити; d — .диаметр элементарного во-
локна; 1г — шаг крутки.
На практике принято крутку характеризовать не
углом наклона элементарных волокон, а числом круче-
ний t, приходящихся на 'определенную длину, обычно на
1 м, т. е.
,__1 000
1 ~~ h ’
где h шаг крутки, мм> откуда
tgR=-P--
s Р 1 000 ’
tg [М ООО 1 _ k
1 п D D"
(7-2)
Таким образом, при одном и том же угле наклона эле-
ментарных волокон число кручений обратно пропорционально
диаметру нити, т. е.
t, Р2
Di
Если считать, что нити имеют круглое сечение, то
Р2 V N,
где Nt и N2 — номера нити (см. § 8-1).
Рис. 7-1. Положения эле-
ментарных волокон в ни-
ти (а) и схема образова-
ния винтовой линии (б).
Следовательно,
тарных -волокон
при одинаковом угле наклона элемен-
или
й ,
(7-3)
где т|к — коэффициент крутки.
Таким образом, при одном и том же угле наклона эле-
ментарных волокон
(7-4)
На практике более тонкие нити обычно имеют более
высокий коэффициент крутки, так как у них при одина-
ковом угле подъема давление между элементарными 'во-
локнами меньше, чем у более толстых нитей.
С одной стороны, крутка вызывает радиальное сжа-
тие волокон, благодаря которому увеличивается трение
между элементарными волокнами и повышается разрыв-
ная прочность нитей, а с другой — крутка вызывает рас-
тягивающие усилия, снижающие прочность нитей.
У хлопчатобумажной пряжи до .некоторого значения
крутки (критической крутки) имеет место повышение ее
прочности, однако при дальнейшем увеличении крутки
вследствие перенапряжения и деформации элементарных
волокон, в особенности у наружных слоев, прочность пря-
жи значительно снижается.
При обмотке проводов прочность нитей имеет боль-
шое значение, так как повышенная обрывность их при
трощении является причиной значительного количества
дефектов в изоляции. Применяемая в кабельной про-
мышленности пряжа имеет крутку значительно меньше
критического значения, так как от этой пряжи, кроме
того, требуется 'высокая настильность.
7-2. ИЗМЕНЕНИЕ КРУТКИ НИТЕЙ В ПРОЦЕССЕ ОБМОТКИ
ПРОВОДОВ
Величина крутки нитей влияет на их свойства и тол-
щину изоляции обмоточных проводов. Так, с повышением
числа кручений диаметр хлопчатобумажной пряжи
уменьшается, причем в диапазоне принятых на практике
величин крутки это изменение диаметра довольно значи-
тельно; с увеличением числа кручений оно становится
меньше и резко сокращается при высоких величинах
крутки. В то же время с увеличением крутки значитель-
но снижается настильность нитей.
В связи с этим целесообразно рассмотреть, как изме-
няется величина крутки в процессе обмотки проводов.
Отдельные нити при обмотке располагаются вокруг изо-
лируемого провода по винтовой линии. Известно, что
цилиндрическая винтовая линия является пространствен-
ной кривой, т. е. эта линия имеет кривизну и кручение.
Кривизна характеризует степень отклонения кривой ли-
нии в какой-либо точке от соответствующей соприкасаю-
щейся плоскости. Таким образом, 'величину кручения
можно характеризовать углом, который на двух смежных
участках образуют соприкасающиеся плоскости. Напом-
ним, что соприкасающейся плоскостью называется такая
плоскость, которая проходит через касательную и глав-
ную нормаль кривой. Цилиндрическая винтовая линия
представляет собой единственную кривую, у которой кру-
чение и кривизна (а следовательно, и радиусы их) по
всей длине постоянны.
В общем виде уравнение винтовой линии можно на-
писать так:
x=acos<p; ^=asintp; z—vt. (7-5)
В этом уравнении ось z является осью цилиндра (об-
матываемой проволоки). Образование винтовой линии
происходит, когда какая-либо точка А движется с посто-
янной угловой скоростью по окружности радиусом а
(рис. 7-1,6), а сама окружность, будучи нормальной
к оси цилиндра, поступательно перемещается вдоль этой
оси со скоростью V.
Пусть за время t точка А повернулась на некоторый
угол ср. Когда точка А повернется па угол 2л, она в то
же время вдоль оси цилиндра пройдет полную длину
шага винтовой линии (обмотки) h, так что уравнения
(7-5) можно переписать следующим образом:
x==«cos<p;
t/=asin<p; (76)
Л ,
Здесь D — диамир обматываемой проволоки;
d — диаметр нити.
Радиус кривизны винтовой линии
ci D d
О, =----- =z--------,
1 COS2 а 2 COS2 а
где а — угол подъема винтовой линии.
Кручение нити на единице ее длины определяется урав-
нением
(7-7)
или
h
2яй
(2-а)2 + й2 ’
(7-8)
но так как /z = 2wtga (рис. 7-2),
2иа
—=cos а, получаем:
К (2твд)2 + h
т___sin 2а
1 ~~ D' ’
то, учитывая, что
(7-9)
где D'=2a.
Таким образом, величина кручения нити зависит от
угла подъема винтовой линии, причем максимум круче-
ния на единице длины нити получается при а=45°
(рис. 7-3).
Рис. 7-2. Развертка
шага винтовой линии.
Рис. 7-3. Зависимость величины кру-
чения нити на единице длины от угла
подъема винтовой линии.
Для нас особый интерес представляет величина кру-
чения нити за один шаг, т. е. на длине одного витка вин-
товой линии S:
5 = 2ти|/а2-|-62 . (7-10)
Кручение на эту длину
Т = 2тс уД- >
а2 + й2 у 1 |/ а2 +&2
но так как 2’Rb = h, то
h
У2яа2-|-й2
Учитывая, что p====-==sina, получаем величину
кручения:
T=2nsin«. (7-4il)
Разделив последнее уравнение на 2л, получим кру-
чение нити .в оборотах на длине винтовой линии, при-
ходящейся на один шаг обмотки:
Тоб—sin а. (7-1'2)
Для круглых проводов число теоретически возмож-
ных дополнительных .кручений /кр пряжи на длине 1 м
можно выразить следующим образом:
, 1 000
Дп = r -~ sin «;
(7-13)
для прямоугольных проводов
, , 1 000
Дп F= г- - Sin a>
к₽‘ /А2 + (д+Д)г
(7-И)
где р-—периметр неизолированной прямоугольной про-
волоки с учетом закруглений на ребрах; А — радиальная
толщина изоляции.
Приведенные уравнения для определения величины
кручения применимы для расчета дополнительной под-
крутки при обмотке провода .металлическими проволока-
ми. При обмотке хлопчатобумажной пряжей дополни-
тельная подкрутка (или раскрутка) будет значительно
меньше расчетной, так как в процессе обмотки нити
с большим усилием прижимаются к проволоке, что за-
трудняет их кручение. Хлопчатобумажная пряжа состо-
ит из элементарных волокон небольшой длины, которые
при кручении сравнительно легко могут перемещаться,
и поэтому остаточная деформация от кручения здесь бу-
дет незначительна. Несколько иначе бывает при обмот-
ке нитями, которые состоят из очень длинных элементар-
ных волокон. Такие волокна, как капроновое, лавсановое
и стекловолокно, приобретают в процессе обмотки за-
метную упругую деформацию и стремятся на концах
провода к размотке, если при этом не приняты особые
меры для закрепления нитей на проводе (подклейка, те-
пловая обработка и т. п.).
В зависимости от того, будут ли нити накладываться
на провод взакрутку или .враокрутку, величина крутки
будет различной, что, естественно, несколько отра саетсй
на толщине и качестве изоляции проводов. Некоторыми
зарубежными нормами рекомендовалось при однослой-
ной обмотке накладывать нити враскрутку, так как, рас-
кручиваясь, они дают более равномерное ,и .плотное по-
крытие, чем при наложении взакрутку. При двухслойной
обмотке первый слой рекомендуется накладывать вза-
крутку, а второй по указанным .причинам враскрутку.
Все волокнистые материалы, применяемые для об-
мотки проводов, должны иметь некоторую оптимальную
величину крутки, так как, с одной стороны, чем меньше
крутка, тем сильнее, как это 'будет показано ниже, де-
формируется (расплющивается) нить при наложении
с большим .натяжением на провод и тем тоньше будет
изоляция провода; с другой стороны, с уменьшением
крутки значительно снижается разрывная прочность во-
локон (особенно хлопчатобумажной пряжи) и повышает-
ся их обрывность во время тростки .пряжи и обмотки про-
водов.
7-3. ЗАВИСИМОСТЬ РАЗРЫВНОЙ ПРОЧНОСТИ
ХЛОПКОБУМАЖНОЙ ПРЯЖИ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ДИАМЕТРА
ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ВОЛОКОН
При испытании хлопчатобумажной пряжи на разрыв
в ней может иметь место расползание или разрыв эле-
ментарных волокон в зависимости от того, что преобла-
дает—сила трения между волокнами или их разрывная
прочность.
Некоторые авторы считают, что количество рвущих-
ся волокон в пряже пр.в зависит от средней длины во-
локон /в и длины их скольжения 1СК, и выражают соот-
ношение между ними следующим образом:
npB=100(l-^, »/о-
(7-15)
Другие авторы дополнительно учитывают количество
волокон b (%), длина которых превышает длину сколь-
жения /ск, и приводят следующее соотношение:
np.B =100-2-^(100{-«/о- (7-16)
Величина сил трения между волокнами в пряже за-
висит от диаметра (толщины) элементарных волокон.
Если принять, что пряжа состоит из какого-то количества
элементарных волокон, среднее сечение которых можно
выразить через номер NB, то для двух 'видов пряжи од-
ного и того же номера, но с разным количеством эле-
ментарных волокон п и п', можно написать следующие
соотношения:
где Мф— метрический номер пряжи.
Отношение сумм поверхностей элементарных воло-
кон диаметром d9n и d'ail определяется следующим соот-
ношением:
^ел
d ел
ss, VN’B VNb
J/7VB /дгв
(7-17)
Таким образом, поверхность соприкосновения элемен-
тарных волокон повышается с уменьшением .их диаметра,
что наряду с длиной элементарных волокон имеет весь-
ма существенное значение для пряжи, применяемой
в обмоточных проводах. Кроме того, у всех волокнистых
материалов имеет место весьма значительное повышение
разрывной прочности элементарных волокон с уменьше-
нием их сечения.
7-4. ИЗМЕНЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ВОЛОКОН
В НИТИ ПРИ НАЛОЖЕНИИ ЕЕ НА ПРОВОД
В .процессе обмотки нити из волокнистых материалов
подвергаются значительным растягивающим усилиям,
поэтому необходимо рассмотреть те изменения, которые
происходят в ней под действием этих усилий.
Если взять отрезок нити длиной / и диаметром d, то
после растяжения с усилием Р длина этого отрезка .не-
сколько увеличится, а диаметр, наоборот, уменьшится,
т. е. 1'~К1 и d'=tyd, где Л>1 и -ф<1.
Вследствие растяжения номер и крутка нити изме-
нятся следующим образом:
N'=Nl и t’ = 4--
Л.
Изменившуюся плотность нити у' можно выразить через
первоначальную плотность у следующим образом:
nd2 < nd2 , -, „
— = — №
откуда
Y'— хФ2
(7-18)
При растяжении скрученной нити одновременно
с уменьшением ее диаметра создается дополнительное
Рис. 7-5. Элемент нити и силы,
действующие на элементарные
волокна.
радиальное давление элементарных волокон, составляю-
щих нить. Представляет интерес рассмотреть, как это
давление изменяется по толщйне нити. Пусть отрезок
нити длиной I под действием растягивающего усилия Р
удлиняется на величину е0- Примерно такое же растя-
жение будет у волокон, расположенных в центре нити
вдоль ее оси. Волокна, отстоящие на расстоянии р от
центра нити, удлинятся на величину A/=eosintp, в чем
нетрудно убедиться из рис. 7-4.
Кроме того, из рис. 7-4 видно, что эти волокна при
длине нити ./0 будут иметь длину
sin у ’
отсюда относительное удлинение этого волокна будет
e=e0sin2 ф.
Если взять элемент этой нити и рассмотреть силы,
действующие иа элементарные волокна' (рис. 7-5), то
можно установить следующую зависимость:
d„
2Q cos <psin -g— dN = 0, (7-19)
где Q—растягивающее усилие рассматриваемого эле-
ментарного волокна; dN — радиальное давление элемен-
та этого волокна (рис. 7-5).
Длина выделенного элемента выражается следую-
щим уравнением:
dL = —-—da.
cos у
Обозначив через q удельное радиальное давление,
величину dN можно выразить так:
Если принять:
dN=,qdL = -^—da.
COS
. da da
Sin 2 ‘ " *
то решив уравнение (7-19) относительно q, можно получить:
Q cos2<p
q=^-
Ha основании экспериментальных данных приближен-
но можно считать, что пряжа из хлопка, стекловолокна
и некоторых других волокон почти до момента разрыва
подчиняется закону Гука, т. е. мы можем написать:
Q = eFE,
где F— площадь сечения пряжи или других волокон;
Е — модуль упругости.
Принимая C=FE, можно написать:
Q=.eC=e0C sin2 ф,
(7-20)
(7-21)
откуда
81-П2?=_Я_,
БО1-'
ИЛИ
cos2 <р = 1 — sin2 <р = 1
Q
е0С ’
откуда
(7-22)
В этой формуле q является функцией двух перемен-
ных: Q и р, причем Q в свою очередь зависит от р.
В самом деле,
Q = е0С Sin2 <₽ = е0С t
Из рис. 7-4 нетрудно установить, что
tg<P = tg?ey
В последнем уравнении <р0 соответствует положению эле-
ментарных волокон до появления деформации от натяжения.
Если принять
то
_ е«С р? _ е0СЬ?
-- ь2 „2 I •
&1 P2+Oj
'+
Подставив это значение Q в выражение (7-22), получим:
Ь? еоСЬ?р „
1-----9 9 ) —= ——У-- (7-23)
Р2~И / ₽ (р2 + ^)2
р2 + ь?
Дифференцированием этой функции можно показать, что
^макс будет иметь место при радиусе
(7-24)
/3 /3 v 7
Так, при <р0 = 45° q будет соответствовать р₽а0,6/?.
В этом случае
eoCbfb,
0,325е„ -£-=0,325ео
Qмакс---
С увеличением угла ф0 максимальные значений q бу-
дут в нити у радиусов р>0,67?. Нужно, однако, отме-
тить что до сих пор мы рассматривали элементарный
слой волокна без учета давления наружных слоев на
внутренние. Фактически радиальное давление Р на внут-
ренние волокна будет равно сумме давлений наружных
слоев волокон, т. е.
(7-25)
Р
Рис. 7-6. Зависимости q и Р от р.
На рис. 7-6 представлены примерные (для ф0=45°)
зависимости q и Р от р. Таким образом, несмотря на то,
что удельное давление при
обычно принятых на прак-
тике величинах у наруж-
ных слоев будет больше,
чем у внутренних, если
учесть, что давление на-
наружных слоев будет пе-
редаваться на внутренние,
последние будут сжаты
сильнее, чем наружные.
Приведенный анализ
не учитывает некоторых
моментов (влияние време-
ни натяжения нити, пере-
мещение элементарных
волокон благодаря их ра-
диальному сжатию и
т. п.), тем не менее анализ
даже в таком виде позво-
ляет сделать ряд сущест-
венных для практики вы-
водов:
1. Уравнение (7-21)
дает основание заключить, что равномерность натяжения
элементарных волокон увеличивается пропорционально
sin2 ф>, т. е. с уменьшением числа крутки t, так как в этом
случае натяжение периферийных волокон будет прибли-
жаться к натяжению волокон, расположенных в центре
нити.
2. Уравнение (7-20) показывает, чго радиальное дав-
ление отдельных волокон на внутри лежащие волокна
Пропорционально соэйф, т. е. оно снижается с увеличе-
нием угла ср (или с уменьшением величины крутки t).
Благодаря снижению этого давления увеличивается на-
стильность волокна и .соответственно уменьшается тол-
щина накладываемой волокнистой изоляции. Это обстоя-
тельство и используется при применении для обмотки
проводов синтетических волокон капрон и лавсан, а так-
же стекловолокна.
3. Наконец, уравнение (7-25) и рис. 7-6 указывают на
то, что дополнительным деформированием наружных
слоев волокон можно уменьшить толщину нитей, так как
наружные .волокна менее сжаты, чем внутренние. С этой
целью обмоточные машины иногда оборудуются вра-
щающимися алюминиевыми стаканами, по поверхности
которых прядка из волокнистых материалов проходит
перед обмоткой провода.
Если усилие натяжения нити, поступающей с бобины
на стакан, обозначить через S, а нити, сходящей со ста-
кана к проводу, через Si, то получим:
S1==S^.
Силу трения на поверхности стакана Р' можно выразить
следующим образом:
Р' = St — S = S (еиа - 1 )=!S1 (<?ЦД ~ ° (7-26)
Таким образом, наличие стаканов дает возможность
создать повышенное натяжение нити на участке стакан—
обматываемый провод и иметь несколько пониженное
натяжение нити на участке от бобины до стакана, что
улучшает процесс обмотки, так как, с одной стороны,
облегчается сход нити с бобины, а с другой — из-за со-
кращения длины участка с повышенным натяжением по-
является возможность создать более тугую обмотку, что
будет способствовать уменьшению толщины изоляции об-
матываемых проводов.
Сходящая с бобины прядка в процессе размотки име-
ет непрерывное движение по поверхности стакана то
вверх, то вниз. Благодаря этому 'волокна прядки допол-
нительно разглаживаются и выравниваются. Кроме того,
наличие стаканов до некоторой степени снижает давле-
ние воздуха на прядку, направленную к обматываемому
проводу. При отсутствии стаканов давление воздуха
dPB на элементарную площадку прядки dS будет равно
dP-z—kv^dS,
аде k — коэффициент, зависящий от .плотности воздуха
и формы прядки; v— .окружная скорость перемещения
участка dS.
Так как это усилие не способствует повышению каче-
ства обмотки провода, наличие его нежелательно, тем
более что, появляясь в момент пуска, оно может вызы-
вать .неоднородность плотности обмотки. Наличие стака-
нов ослабляет действие воздуха, так как последний бла-
годаря трению о стенки стакана будет иметь вращение
в том же направлении, в котором вращается стакан.
Наличие алюминиевых стаканов дает эффект только
при обмотке проводов хлопчатобумажной пряжей, со-
стоящей и.з коротких и поэтому легко деформируемых
волокон. При обмотке проводов синтетическими волокна-
ми, в особенности стекловолокном, у которых элементар-
ные волокна имеют очень большую длину, эффект раз-
глаживания и .расплющивания прядки на алюминиевых
стаканах исчезает, как только нить теряет опорную по-
верхность стакана и .направляется к обматываемому про-
воду. Благодаря повышенному натяжению элементарные
нити будут стремиться расположиться концентрически-
ми слоями.
•При обмотке стекловолокном применение алюминие-
вых стаканов нецелесообразно еще и потому, что при
скольжении стеклюволокнистой прядки по поверхности
стакана появляются истирающие усилия, которые для
стекловолокна весьма нежелательны. Поэтому при об-
мотке синтетическими волокнами, в особенности стекло-
волокном, целесообразно использовать спиральные нип-
пели и 'плавный переход прядки с поверхности ниппеля
на провод. Предварительное распрямление прядки в этом
случае производится на направляющем пальце, устанав-
ливаемом непосредственно перед ниппелем. Внутренний
и наружный диаметры ниппеля необходимо выбирать со-
ответственно размерам обматываемого провода.
7-5. ОСОБЕННОСТИ ОБМОТКИ ПРОВОДОВ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ
СЕЧЕНИИ
При обмотке проводов прямоугольных сечений во-
локном, обладающим достаточной упругостью, например
стекловолокном, можно полагать, что на нити, идущие
вдоль широкой стороны провода, на ребра действуют две
пары сил: М[ и Л12, которые изгибают прядку так, как
это показано на рис. 7-7.
Если принять то величина угла 0 определит-
ся уравнением
Mtl
2ЕГ
(7-27)
где Е—модуль упругости; J—момент инерции прядки.
Этот угол увеличивается с ростом I и Mi, а последняя
величина тем больше, чем меньше радиус закругления.
Рис. 7-7. Изгибание упругих нитей
на ребро.
Ниже будет показа-
но, что при обмотке про-
водов прямоугольных
сечений давление пряд-
ки на провод на реб-
рах и узкой стороне
больше, чем на широ-
кой стороне и может
достигать при малых радиусах закруглений значи-
тельной величины, так как чем меньше радиус закруг-
ления, тем больше величина этого давления. Поэтому
при обмотке такими материалами, как стекловолокно,
в местах закруглений с очень -малым радиусом при из-
гибах возможны повреждения и разрывы элементарных
волокон. В связи с этим установление оптимальных ра-
диусов закруглений и надлежащее их 'выполнение имеют
большое значение для качества вышеуказанных прово-
дов.
Толщина изоляции на узкой стороне проводов прямо-
угольных сечений получается меньше, чем на широкой
стороне. Это явление прежде всего объясняется большим
давлением нитей на узкой стороне и ребрах и их боль-
шим расплющиванием, что не имеет места на широкой
стороне.
Кроме того, при изолировании проводов прямоуголь-
ных сечений в первый момент получается несколько не-
устойчивая обмотка. Это происходит по следующей при-
чине: в процессе обмотки отношение числа оборотов об-
мотчика п к скорости движения провода v постоянно,
т. е.
п ,
— = const.
V
Обмотка будет равномерной, если доли шага обмотки
распределятся пропорционально длинам сторон обматы-
ваемой прямоугольной проволоки. В действительности
эти доли пропорциональны дугам ЛЬ ,и ьи (рис. 7-8),
а не сторонам АВ и BD. В самом деле, рассмотрим для
наглядности обмотку очень тонкого прямоугольного про-
вода, т. е. такой случай, когда ширина стороны BD
стремится к нулю. В этом случае
\jAB п . о BD_____________.
Таким образом, шаг обмотки распределится по пери-
метру прямоугольного 'Провода примерно так, как это
показано на рис. 7-9. Чем больше будет отношение длин
сторон провода, тем большей будет разница в углах
подъема прядки по сторонам. Учитывая, что на узкой
Рис. 7-8. Стороны
прямоугольной про-
волоки и дуги, их
охватывающие.
Рис. 7-9. Первоначальное
распределение шага обмот-
ки по периметру прямо-
угольной проволоки.
стороне прядка находится в более сжатом состоянии, на
широкой стороне нити 'будут стремиться располагаться
под тем же углом, что и на узкой стороне, благодаря
чему появятся некоторое смещение нитей и увеличение
толщины обмотки по широкой стороне. Поэтому увели-
чение толщины изоляции будет тем больше, чем больше
отношение длин сторон сечения прямоугольной прово-
локи.
Вопрос о целесообразности и возможности изменения
радиусов закругления краев проволоки прямоугольных
сечений изложен выше.
7-6. ОСОБЕННОСТИ ОБМОТКИ ПРОВОДОВ СТЕКЛОВОЛОКНОМ
Применяемое стекловолокно по своей конструкции
является двухнитным (так называемое .волокно в два
сложения, ГОСТ 8325-61).
Долгое время одиночные нити скручивались из (100
элементарных волокон диаметром 5—-7 мкм с числом
круток 160—180 на I м, а затем две такие нити скручи-
вались между собой с числом круток 150—200 на 1 м.
Такое стекловолокно дает увеличение диаметра при
двойной обмотке круглых проводов в пределах 0,23—
0,33 мм, а у проводов прямоугольных сечений размеры
изолированного провода возрастают на 0,27—0,40 мм.
Снижение толщины стекловолокнистой изоляции яв-
ляется весьма существенным, так как, с одной стороны,
Рис. 7-10. Конструкция двухнитного
стекловолокна.
это соответствует поже-
ланиям ' электромаши-
ностроительных заво-
дов, а с другой, дает
значительный экономи-
ческий эффект за счет
сокращения расхода
стекловолокна.
Работами ВНИИКП
показано, что снижение
толщины стекловолок-
нистой изоляции воз-
можно за счет сле-
дующих мероприятий:
а) применения стекло-
волокна в два сложе-
ния с пониженным чис-
лом круток одиночных
нитей; б) уменьшения диаметра элементарных волокон
в стекловолокне в два сложения с 5—7 до 3,5—4,5 мкм\
в) применения стекловолокна в одно сложение с опти-
мальными числом элементарных волокон и величины
крутки.
Конструкция двухнитного волокна приведена на
рис. 7-10. Если принять, что элементарные волокна в оди-
ночной нити расположены концентрическими слоями, то
для наружного слоя волокон угол наклона рнар опреде-
лится из соотношения
(7-28)
где D — диаметр нити; d — диаметр элементарного во-
локна; h — шаг крутки.
При одном и том же шаге крутки угол наклона внут-
ренних элементарных волокон рвн будет уменьшаться от
периферии к центру, а именно:
^₽B«=^==tgpaap-^-* (7-29)
п ^жаР
Для элементарных волокон, раоположеных в центре
одиночной нити, tg рВН — 0.
Возьмем отрезок одиночной нити длиной h (рис. 7-10).
В процеосе его скрутки с другим таким же образцом
верхние концы волокон переместятся относительно поло-
жения нижних концов на некоторое расстояние АВ. Для
наружных волокон А В = h tg pHap, для внутренних А'В'=
=/itgpBH- Относительная величина этих перемещений
для одиночной нити приведена на рис. 7-110.
Скрутка одиночных нитей между собой обычно про-
изводится враскрутку, как это показано на рис. 7-40.
Очевидно, что при таком на-
правлении скрутки волокна
раскручиваются, причем сте-
пень раскрутки зависит от ве-
личин шагов крутки одиночных
нитей и скрутки двух нитей.
Этот процесс отличается от
простого раскручивания оди-
ночных нитей. Простое раскру-
чивание волокон происходит
вокруг оси одиночной нити,
а при скрутке двух нитей —• во-
круг оси, проходящей через
точку О2 (рис. 7-11).
Рассмотренное выше сме-
Рис. 7-11. Смещение эле-
ментарных волокон при
щение волокон после скрутки скрутке двух нитей.
двух нитей будет .равно геоме-
трической сумме смещений при прядении одиночной ни-
ти и скрутке двух нитей. Лишь на линии ВОО-г
(рис. 7-11) указанные смещения лежат в одной плоско-
сти, поэтому здесь будет иметь место алгебраическое
сложение.
Таким образом, очевидно, что как изменение числа
круток при прядении одиночной нити, так и изменение
пата при скручивании двух нитей должны сказываться
на настильности нити (способности к большему рас-
плющиванию при наложении (на провод).
Проведенной ВНИИКП и ВНИИСПВ работой уста-
новлена целесообразность применения стекловолокна
' числом круток одиночных нитей, а также при скрутке
1вух нитей около 100 на 1 м, что позволило повысить
настильность стекловолокна и снизить толщину изоля-
ции для круглых проводов примерно на 0,02 мм. Даль-
неишее существенное уменьшение толщины изоляции (на
0,08—0,09 мм для круглых проводов и на 0,08—0,11 мм
для прямоугольных) достигнуто за счет снижения диа-
метра элементарных .волокон до 4,0—4,5 и 3,0—3,5 мкм
(стекловолокно метрических номеров 300/2 и 550/2).
До последнего времени в кабельной промышленности
применяется исключительно двухнитпое волокно. Счита-
ется, что однонитное волокно вследствие повышенной
упругости элементарных волокон будет деформировать-
ся, образовывать «восьмерки» и т. д. Работой, прово-
Рис. 7-12. Разверт-
ка на плоскость
одного повива пас-
мы из волокни-
стых материалов.
дившейся во ВНИИ'КП, установлена
возможность применения однонитного
волокна. Это мероприятие имеет боль-
шое практическое значение, так как,
с одной стороны, оно дает возможность
получить значительную экономию стек-
ловолокна, с другой — упраздняется
трудоемкая операция скрутки двух ни-
тей, что должно соответственно снизить
стоимость стекловолокна.
При растяжении скрученной нити
одновременно с уменьшением ее диа-
метра создается радиальное сдавлива-
ние элементарных волокон (см. § 7-4),
причем чем больше будет это сдавли-
вание, тем меньше будет сплющи -
ваемость (настильность) этого волокна при обмотке
проводов.
Чем больше будет угол ср (и соответственно меньше
угол р), тем больше будет настильность стекловолокна.
При малом числе круток наблюдается значительное сни-
жение разрывной прочности стекловолокна, что необхо-
димо учитывать при установлении оптимального числа
круток. Экспериментальной работой, проведенной во
ВНИИ'КП, установлено, что для однонитного стеклово-
локна, состоящего из 100 элементарных волокон, опти-
мальное число круток — 60 ±110 на ,1 м.
Такое стекловолокно целесообразно применять для
обмотки проводов диаметром 0,2—1,0 мм. Обмотка про-
водов более крупных сечений таким стекловолокном за-
труднительна, так как потребовалось бы трощение стек-
ловолокна в прядь из большого количества нитей, недо-
пустимого для наших тростильных машин. Поэтому для
таких провюдо'в целесообразно применение стекловолок-
па из Г50 элементарных волокон с оптимальным числом
круток 50 ±.10 на 1 м.
Трудности, связанные с трощением большего количе-
ства нитей в одно сложение, могут быть исключены пу-
тем обмотки с двух бобин, помещаемых на удлиненном
шпинделе обмотчика; <П|ри этом можно улучшить условия
раскладки пасмы стекловолокна на проводе.
7-7. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ПРИ ОБМОТКЕ ПРОВОДОВ
ВОЛОКНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Волокнистая изоляция накладывается на провод об-
моткой встык'(см. рис. 7-19). Если произвести развертку
на плоскость одного повива такой пасмы из волокнистых
материалов, получим схему, приведенную на рис. 7-’12.
Из рис. 7-112 следует, что
h И/г2 + "2 {d. + А)2 , ' '
или
/A2 + n2(d+ A)2 ’
где d — диаметр обматываемого провода; b — ширина
пасмы из волокнистых материалов; А — радиальная тол-
щина накладываемой волокнистой изоляции; h — шаг
обмотки; а — угол наложения обмотки.
Так как
ЫН —— ---------— ---. у
И/г2 + п2 (d +А)2
то 6=n(d+iA) sin а. (7-31)
При изолировании кабельной бумагой жил низко-
вольтных силовых кабелей толщина бумажных лент А
обычно мала в сравнении с диаметром обматываемой
жилы'и поэтому иногда не учитывается. При обмотке
тонких проводов волокнистыми материалами такое до-
пущение может приводить .к значительным погрешно-
стям.
Если мы примем .-г = х; Д-—у, то из уравне-
~г п
ния (7-30) получим уравнение окружности:
’ =^+У. (7-32)
Если отложить по оси абсцисс х и по оси ординат ij,
То величина 1/Ь будет представлять собой радиус одной
из концентрических окружностей. Нетрудно на осях на-
нести величины d+A и h и получить зависимость между
Рис. 7-13. Зависимость между шагом обмотки h и rf+A для прово-
дов диаметром 0,10—0,60 мм.
этими величинами, что и представлено на рис. 7-13 для
проводов диаметром 0,1—0,6 мм и на рис. 7-14, для про-
водов диаметром 0,5—4,0 мм.
Из рис. 7-11'2 можно также установить, что
h
1ga==~T(d + 4)-’ или A = «(^ + A)iga- (7-33)
Если нанести ряд прямых линий, соответствующих
различным углам а, то наши диаграммы (рис. 7-13 и
7-14) разобьются на участки, соответствующие тому или
иному диапазону углов обмотки.
Таким образом, зная толщину изоляции волокнистого
материала А, при помощи этих диаграмм можно для
любых диаметра изолируемого провода и угла обмотки
а определить величину шага обмотки h и ширину пряд-
ки Ь.
Аналогичным образом можно построить и диаграмму
для случая обмотки проводов прямоугольных сечений;
при ЭТОМ мы также должны учитывать толщину изоля-
ции ИЗ волокнистых материалов и взять периметр
РХ=Р^+4А,
Где Ро—периметр сечения неизолированного провода.
В качестве периметра неизолированного просоца взя-
та сумма его сторон, причем сечение провода принято
Рис. 7-14. Зависимость между шагом обмотки h и
d+Д для проводов диаметром 0,5—4,0 мм.
прямоугольным. Обычно же углы его имеют закругления
радиусом г. Принимая провод строго прямоугольным,
мы увеличиваем длину периметра на величину
5=4Г2г+Д-^(г+4/Н’72 г + °’86А-
Периметр Рг , мм
Рис. 7-15. Зависимость между шагом обмотки h и периметром Pg
проводов прямоугольных сечений.
Таким образом, при построении диаграммы обмотки
проводов прямоугольных сечений по оси абсцисс лучше
откладывать величину (с учетом закруглений), т. е.
Р2=Л—б=Ро+4А— 1,72г—0,86А=Ро+3,14Л— 1,72г.
(7-34)
Для обмотки проводов прямоугольных сечений, по-
мимо телефонной и кабельной бумаги, применяются
пленки, стекловолокно и хлопчатобумажная пряжа. При-
нятая в наших стандартах толщина изоляции из стекло-
волокна и хлопчатобумажной пряжи у прямоугольных
проводов различных сечений практически одинакова. По-
этому можно построить одну общую диаграмму обмотки
для проводов с той и другой изо-
ляцией (например, для проводов
марок ОСД и ПБД), отложив на
ней по оси абсцисс — Р2, а по оси ]
ординат — шаг обмотки h (рис. -
7-15). Рис. 7-16. Расплющива-
Так как существующими стан- ние нитей на проводе.
4
дартами для каждого размера
прямоугольных обмоточных проводов предусматри-
ваются определенная (номинальная) толщина изоля-
ции >Л. и радиус закругления г, вычисление величи-
ны Р2 может быть осуществлено без каких-либо затруд-
нений. Пользование диаграммой (рис. 7-15) значительно
облегчится, если заготовить таблицу, в которой приве-
дены подсчитанные для обмотки стекловолокном и хлоп-
чатобумажной пряжей величины Р2 для .всех размеров
прямоугольных проводов. В этом случае b и h при за-
данных углах а определятся сразу, без каких-либо до-
полнительных вычислений.
Для практических расчетов большое значение имеет
примерное определение числа нитей различных волокни-
стых материалов в пасме заданной ширины Ь. При на-
ложении на провод нити несколько расплющиваются, их
сечение приобретает форму, близкую к той, которая по-
казана па рис. 7-46.
Величина расплющивания, которая может быть ха-
рактеризована отношением т) —di/dz (рис. 7-16), зависит
от величины крутки и ряда других условий. Так, расплю-
щивание будет тем больше, чем больше натяжение ни-
тей, а последнее у обмоточных машин различных "кон-
струкций может быть различным.
Далее, при одном и том же натяжении нитей давле-
ние их на провод будет зависеть от диаметра последне-
го, что нетрудно доказать следующим элементарным
расчетом. Возьмем на волокнистой изоляции провода
прямоугольный участок с элементарно малыми сторона-
ми dli и dl2 (рис. 7-<17). Если через q обозначить удель-
ное давление изоляции на провод, то давление dq на
элементарный участок будет равно
dq=qdl\dl2.
Если А — толщина волокнистой изоляции ио — на-
тяжение на единицу сечения изоляции, то усилие натя-
жения (с каждой стороны элементарного участка)
dN = odli&.
Слагающая этого усилия dNlt имеющая общее на-
правление с усилием dq,
dN. = dN sin ~ dN
так как при малых углах а мы можем принять:
Условие равновесия выражается уравнением
2dN\—dq=<0,
или Aod/id = qdlidl2.
Так как
da = ^-,
Р
то
ч> оД COnst ri-j ог“\
—=—• (7-35)
Таким образом, при одних и тех же условиях с умень-
шением радиуса провода величина q возрастает. Этим
объясняются повышенное давление нитей на ребрах пря-
моугольных проводов во время обмотки и увеличение
толщины изоляции на их широкой стороне. С течением
времени повышенное давление нитей и напряженное со-
стояние изоляции на ребрах проводов значительно осла-
бевают. Кроме того, следует учитывать деформацию
(прогиб) тонкой проволоки от натяжения прядки, что
также отражается на расплющивании нитей.
На рис. 7-18 построена Зависимость ширины прядки
волокнистых материалов от числа нитей, полученная
канд. техн, наук Г. Ф. Кабыстиной путем намотки нитей
на конус с некоторым натяжением. Для стекловолокна
№ 150/2 на рис. 7-18 приведены данные о настильности
(ширина прядки) для случаев прямо-
угольных проводов малых и крупных
сечений (более 14—45 мм2). Несколь-
ко пониженная настильность стеклово-
локна на прямоугольных проводах
крупных сечений объясняется его по-
вышенной упругостью. Кроме того,
у прямоугольных проводов крупных
сечений будет более заметно сказы-
ваться, чем у проводов малых сечений,
пониженное давление нитей на широ-
кой стороне. У волокон, обладающих
большей мягкостью, эти явления отра-
жаются на кроющей способности ме-
нее заметно.
Для кабельных заводов выгодно ра-
ботать при большом количестве нитей
в прядке и возможно большем угле об-
мотки а, так как это повышает произ-
водительность обмоточных машин.
Однако при увеличении угла а сверх
некоторого определенного предела об-
мотка, как это было показано выше,
может стать непрочной, легко разма-
тывающейся на концах и сходящей
Рис. 7-17. Элемен-
тарный участок
волокнистой изо-
ляции на проводе
с полукруглой
узкой стороной.
с провода. По этим же соображениям ограничивается
и ширина прядки, причем количество нитей в ней обычно
не превышает 20.
В табл. 7-1—7-3 приведены практические данные от-
носительно массы различных нитей, радиальной толщи-
ны обмотки и оплетки, а также сведения о том, какая
пряжа применяется для обмотки и оплетки проводов
различных сечений, сколько нитей содержится в пасме
и каковы принятые на практике шаги обмотки.
Ниже приведены формулы для определения расхода
хлопчатобумажной пряжи, капронового или лавсанового
волокна и натурального шелка.
Основные параметры обмотки проводив
Таблица 7-1
Марка провода Диаметр проволоки Или размер меньшей стороны, мм Шаг обмотки, мм Расчетное число нитей в пасме Тип волокна Метри- ческий номер волокна
ПЭЛШО 0,05—0,09 0,6—1,1 6—8 Натуральный шелк 529
ПЭЛШО 0,10—0,19 0,8—1,2 6—9 То же 391
ПЭЛШО 0,20—0,35 1,0—1,2 10—14 391
ПЭЛШО 0,38—0,69 1,4—2,0 15—25 я я 391
ПЭЛШО 0,72—0,96 1,4—2,0 20—28 391
ПЭЛШО 1,00—1,68 1,4—2,0 20—31 391
пэлшко, пэлло 0,20—0,35 1,0—1,2 4—6 Капроновое или лавсано- 200
пэлшко, пэлло 0,38—1,56 1,4—2,0 7—13 вое волокно То же 200
пэлко 0,20—0,35 1,2 2—3 я я 60
пэлко 0,38—1,64 1,4—2,5 4—7 я я 60
ПЭЛБО 0,35—0,96 1,2—2,6 10—22 Хлопчатобумажная пряжа 170/1
11ЭЛБО 1,00—2,10 1,5—3,0 13—26 То же 134/1
ПБД 0,35—0,96 1,2—2,6 10—22 я и 170/1
ПБД 1,00—2,10 2,0—3,5 13—26 я п 134/1
ПБД 2,26—5,20 2,0—7,5 17—55 я я 100/1
Прямоугольные провода ПБД 0,90—1,0 2,0—3,5 20—37 я я 170/1
ПБД 0,90—1,0 2,0—3,5 17—32 я я 134/1
ПБД 1,08—1,95 2,2—7,5 20—66 Я я 134/1
ПБД 2,10—5,50 2,2—7,5 17—60 я я 100/1
Рис. 7-18. Зависимость ширины пасмы от числа нитей.
/ — натуральный шелк № 391; 2 — хлопчатобумажная пряжа
Ns 170/1; 3 — стекловолокно № 150/2; 4 — хлопчатобумажная пря-
жа № 134/1; 5—то же № 100/1; 6 — стекловолокно № 150/2 (для
прямоугольны < проводов сечением более 14 мм2); 7 — кабельное
капроновое волокно № 200; 8 — стекловолокно № 150/2 (для пря-
моугольных проводов сечением до 14 мм2).
Для проводов круглого сечения масса волокнистых
материалов вычисляется по формуле
Р=л:(.б4)+Д)|Дт], (7-36)
Таблица 7-2
Масса нитей и радиальные толщины обмотки
Метриче- ский но- мер пряжн или во- локна Масса нити, кг/ км Радиаль- ная тол- щина об- мотки, мм Метриче- ский номер пряжн нли волокна Масса нити, кг/км Радиальная тол- щина обмотки, мм
Хлопчатобумажная пряжа Кабельное капроновое
200/1 0,005 10,052 волокно
170/1 0,0059 • 0,056 200/12 0,005 0,028—0,030
133/1 0,0075 0,065
100/1 0,010 0,077 60/78 0,0166 0,025—0,030
85/1 0,0118 0,10
54/1 0,0185 0,13 Кабельное лавсановое
40/1 0,025 0,15] волокно
Натуральный шелк 200/24 0,005 0,028—0,030
391 0,0026 0,028 90/36 0,011 0,028—0,030
529 0,0019 0,025
Таблица 7-3
Радиальная толщина оплетки и кроющая ширина нити
Сорт пряжи Метриче- ский но- мер пряжи Толщина оплетки, мм Кроющая ширина нити, мм Сорт Пряжи Метриче- ский но- мер пряжи Толщина оплетки, м м то S Ef и £ я _ о S к
Суровая 54/1 0,25 0,174 Суровая 34/2 0,45 —
40/1 0,30 0,215 20/3 0,70 -—
я 100/2 0,25 0,181 Лощеная 76/3 0,37 0,210
85/2 0,275 0,196 46/3 0,50 0,270
» 54/2 0.35 0,246
для проводов прямоугольного сечения — по формуле
P=l(AB—f)ri, (7-37)
где do — диаметр провода под обмоткой; А и В — сторо-
ны провода прямоугольного сечения поверх обмотки;
f—-сечение неизолированной прямоугольной проволоки;
Д— радиальная толщина волокнистой изоляции; ц— ко-
эффициент, учитывающий расход пряжи, синтетических
волокон и натурального шелка для проводов различных
марок и сечений.
7-8. ОБМОТКА ПРОВОДОВ КАБЕЛЬНОЙ И ТЕЛЕФОННОЙ
БУМАГОЙ И СИНТЕТИЧЕСКИМИ ПЛЕНКАМИ
Обмоточные провода для трансформаторостроения
изготовляются преимущественно с бумажной изоляцией.
Рис. 7-19. Спосо-
бы наложения
лент.
/ — обмотка встык;
2 — обмотка с пере-
крытием; 3 — обмот-
ка с зазором.
Кроме того, для электрических ма-
шин на повышенные рабочие напря-
жения изготовляются провода с изо-
ляцией из синтетических пленок, на-
ложение которых производится об-
моткой таким же образом, как ка-
бельной и телефонной бумаг. Ниже
приводятся -основные геометриче-
ские соотношения такой обмотки.
Наложение лент на -провод
может производиться тремя спосо-
бами: встык, с перекрытием и с за-
зором (рис. 7-19). При обмотке
встык край одного витка обмот-
ки соприкасается с краем сосед-
него витка. При многослойной
обмотке этот сноса не применяется, так как при
изгибах изолированных проводов на наружной (вы-
пуклой) стороне витки бумаги будут расходиться, а на
внутренней — вспучиваться. Этот способ может находить
применение лишь при наложении пленочной изоляции
с подклейкой ее к проводу, так как в этом случае воз-
никновение вышеуказанных дефектов при изгибе про-
водов будет затруднено.
При обмотке с перекрытием витки накладываемой
ленты несколько перекрывают предыдущие. При боль-
шом числе слоев такая изоляция не обладает достаточ-
ной гибкостью; поэтому при изгибании провода изоля-
ция, будучи зажатой по краям лент, может иметь разры-
вы и другие повреждения. Однако при
изготовлении обмоточных проводов ма-
рок ПБ и АПБ с радиальной толщи-
ной бумажной изоляции 0,15 мм (три
слоя телефонной бумаги) обмотку це-
лесообразно вести с перекрытием, так
•как такое наложение нижнего слоя бу-
маги повышает электрическую проч-
ность изоляции; применение же пере-
крытия для наружного слоя необходи-
мо для получения гладкой поверхности
провода.
При изготовлении многослойной
изоляции применяется обмотка с за-
Рис. 7-20. Схема
развертки' одного
повива ленты.
зором, причем расстояние между края-
ми соседних витков должно быть не более 0,5—1 мм.
При всех рассмотренных способах обмотки существенно
важно, чтобы зазоры в соседних слоях не совпадали, так
как при этом, как это установлено нашими исследова-
ниями, заметно ухудшаются электрические характери-
стики изоляции.
Очень большое значение имеет выбор ширины бу-
мажных лент и пленок. Применение широких лент по-
вышает скорость обмотки, однако при таких лентах изо-
ляция становится менее гибкой, а также появляются
серьезные затруднения для плотного наложения бумаж-
ных лент. Особенно заметно это сказывается при обмот-
ке проводов прямоугольных сечений.
Если сделать развертку на плоскость одного повива
ленты на круглом проводе, то получим схему, приве-
денную на рис. 7-20. На рис. 7-20 А— диаметр рассма-
триваем'ого .слоя изоляции; h — шаг обмотки; е — пере-
крытие или зазор (знак «+» обозначает перекрытие,
знак «—»—зазор); b — ширина ленты; а — угол обмот-
ки.
В этом случае уравнение (7-30) будет иметь следую-
щий вид:
Ь ___ nd
h + e + лада
Если принять e—kh, то получим:
i6 = ndsina(ll±i^). (7-38)
Принцип построения диаграмм, изображенных на
рис. 7-13 и 7-114, можно применить и для определения
ширины бумажных лент и пленок.
Так как бумажные ленты и пленки накладываются
с зазором или перекрытием, уравнение окружности
(7-32) будет выглядеть так:
(1±*)2 -%2 I „2
причем х и у будут иметь прежние значения. Кривые
на рис. 7-13 и 7-11'4, которые являются частями окруж-
" ля 11 Ь" k 1-тл
ностеи, в этом случае будут иметь радиус-р— -у 1а-
ким образом, на этих диаграммах будут приведены зна-
чения величины Ь', а не ширины лент Ь. Последнюю ве-
личину можно найти из уравнения
Ь=Ь>' (1±'&).
На основании последнего уравнения можно также
построить графики зависимости b от Ь', имеющей ли-
нейный характер, и при помощи такой диаграммы, зная
Ь', определять величину b при различных значениях k.
tB заключение укажем, что массу телефонной бума-
ги и пленок можно определить с помощью следующих
уравнений:
для круглых обмоточных проводов
Р=л)(</о+Л)Лу; (7-39)
для обмоточных проводов прямоугольного сечения
P=,{AB—f)y, (7-40)
где у — плотность изоляции, а остальные обозначения
те же, что и в уравнениях (7-36) и (7-37).
Пример 7-1. Капроновое волокно № 60 для. кабельной про-
мышленности, состоящее из 78 элементарных волокон, имеет крою-
щую способность примерно 0,44 мм.л толщину при намотке иа про-
вод 0,03 мм. Определить угол обмотки одной такой нитью провода
марки ПЭЛШКО диаметром 0,12 мм при шаге обмотки 1,12 мм.
В соответствии с ГОСТ 2773-69 после наложения эмалевой изо-
ляции провод будет иметь наружный диаметр, равный 0,14 мм.
В этом случае d+A=0,17 мм. Из диаграммы, приведенной иа
рис. 7-13, нетрудно установить, что угол обмотки равен 6'5°. Это
можно легко проверить расчетом. В соответствии с уравнением
(7-33)
h 1,12
tg“= Tt(d + A)~ л (0,14 4-0,03) г=а2-1>
откуда ««65°.
Пример 7-2. Определить количество нитей хлопчатобумажной
пряжи i№ Г34 для обмотки провода марки ПЭЛБО диаметром
1,00 мм. Шаг обмотки 2,'Г5 мм\ толщина волокнистой изоляции
0,07 мм', расчетный диаметр эмалированного провода 1,07 мм.
В соотвегствии с уравнением 1(7-33)
h = 2,15
tg“=n(d4-Aj= и (1,074-0,07) =5=О’6
и
sin а «0,515.
Ширина прядки в соответствии с уравнением (7-31)
b=л!( 1,07+0,07) sin а =1,84 мм.
Пользуясь рис. 7-48, определяем число нитей в прядке: /1=18.
Пример 7-3. Рассчитать однослойную обмотку стекловолок-
ном 4 мкм провода диаметром 1,81 мм при шаге обмотки 2,29 мм
и толщине изоляции <D — d=0,10 мм.
Из уравнения 1(7-33)
h _ 2,28
tg “ ~ п (d 4- Д) п (1,81 4- 0,05) °’39-
Тогда sina=0,364.
Из уравнения (7-31) ширина прядки
6=n(d+A)sin a=rt(l 81+0,05) •0,864=2,13 мм.
По ,рис. 7-18 находим, что число нитей в прядке равно 20.
Пример 7-4. Рассчитать первый слой обмотки стекловолокном
4 мкм прямоугольной проволоки сечением 4,35X2,44 /и/и2 при шаге
обмотки 2,28 мм и толщине изоляции первого слоя В—6=0,10 мм.
Периметр сечения этой проволоки с учетом радиусов закруглений
равен 7,13 мм.
Из уравнения (7-’34) определяем
Р2=7,13+3,14 • 0,05=7,287 мм.
Пользуясь рис. 7-1'5, находим, что ширина прядки
6=2,17 мм
и по рис. 7-48 устанавливаем, что число нитей п=21.
Пример 7-5. Определить количество нитей хлопчатобумажной
пряжи '№ 134 в прядке внутреннего слоя для обмотки прямоуголь-
ного провода марки ПБД сечением 4,1X4,7 лои2 при шаге обмотки
2,6 мм и толщине изоляции В — 6=0,23. Периметр сечения неизоли-
рованной проволоки с учетом радиусов закруглений равен 16,42 мм.
На основании уравнения (7-34) получаем:
Р2= 16,42+3,14 0,115= 16,78.
По рис. 7'15 находим, что ширина прядки равна 2,58 мм, и по
рис. 7-18 устанавливаем, что число нитей п=24.
7-9. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОПЛЕТКИ ПРОВОДОВ
В производстве обмоточных проводов оплетка при-
меняется при изготовлении гибких многопроволочных
проводов марки ЛВОО. Кроме того, оплетку имеют схем-
ные, монтажные автотракторные, осветительные и дру-
гие подобные им провода и кабели. Наконец, оплетка
стекловолокном предусмотрена в проводах для присо-
'П-.................с.-
Рис. 7-21. Схемы оплеток.
единения обмоток специальных электрических машин
к щиткам и т. п. Поэтому установление зависимости
между основными параметрами оплетки представляет
значительный интерес.
Рассмотрим сначала соотношения, имеющие место
при оплетке круглыми, практически несжимаемыми ни-
Рис. 7-22. Развертка оплетки.
тямй, например тонкой круглой медной проволокой. Из
возможных схем оплеток, приведенных на рис. 7-21, рас-
смотрим наиболее часто применяемую схему 1 при оди-
наковых по размерам пасмах.
Если развернуть оплетку на плоскость, получим кар-
тину, изображенную на рис. 7-22.
Здесь: h — шаг оплетки; а — угол наложения оплетки.
Из рис. 7-22 .нетрудно заключить, что
b'=h!a,
где а—количество пасм, идущих в одном направлении.
Кроме того,
8' = --- и п>=---,
cos a cos а
где 8 — ширина пасмы.
Далее, из рис. 7-22 следует, что
и так как
то
или
/г = а8
h =
1
cos a — , —
Kl +tg2a
(7-41)
(7-42)
В этих формулах
D = 7)др+2tf,
где £>пр — диаметр оплетаемого провода; d — диаметр
нитей оплетки.
Если принять во внимание положение нитей при пе-
реплетении их нетрудно убедиться в том, что отдельные
пасмы не могут плотно прилегать одна к другой 'вслед-
ствие прохождения между ними противоположно на-
правленных нитей.
Нормальное положение нитей при переплетении без
местных утолщений, но при максимально плотной оплет-
ке показано на рис. 7-23. Из этой схемы можно устано-
вить, что при практически несжимаемых нитях расстоя-
ние между прядками
k = j/4da — d*—dm 0,73d.
(7-43)
Рис. 7-23. Нормальное по-
ложение нитей при перепле-
тении.
Следует обратить внимание на то, что если k меньше
указанной выше величины, то в местах переплетения пря-
док неизбежны утолщения и как
следствие значительная нерав-
номерность поверхности оплет-
ки; если же k>0,73d, то в
прядках должны появиться до-
полнительные просветы, т. е.
оплетка будет накладываться
не с максимальной плотностью.
Величина k не зависит от
числа элементарных нитей
в пасме, и следовательно, для случая несжимаемых ни-
тей величину б можно выравить таким образом:
8’= (п + 0,73) d и 8' = (n+Cos? rf ' (7-44)
Величина б' представляет собой расстояние вдоль оси
провода, которое приходится на одну пасму, включая
промежуток между пасмами. Собственно кроющей ши-
риной пасмы .при угле оплетки а следует считать величи-
ну nd/cos а, а не величину б', как это иногда практику-
ется.
Из уравнений (7-42) и (7-44) следует:
1/ [ad (n-|-0,73) ]
я (Дцр 4* 2d)
1/ [ad (n+0,73) J ~ 1
(7-45)
Таково выражение для шага оплетки при максималь-
ной плотности ее наложения, т. е. когда между отдель-
ными нитями пасмы нет просвета, а расстояние между
пасмами обусловлено только
переплетением их без образо-
вания местных утолщений.
Па основании формулы
(7-44) составлены графики за-
висимости величины b'/d от п
при различных .значениях а.
Эти графики (рис. 7-24) дают
возможность выбирать число
•проволок в пасме и угол оп-
летки при заданном числе ко-
клюшек, шаге оплетки и диа-
метре проволоки, идущей на
оплетку.
До сих пор нами рассматри-
вались оплетки из практически
несжимаемых нитей; таким об-
разом, приведенные соотноше-
ния могут быть полностью
использованы при расчете эк-
ранирующих, защитных (бро-
невых) и подобных им оплеток.
Если перейти к рассмотрению
волок и угла оплетки.
оплеток из волокнистых материалов, то следует учесть
два характерных момента: возможность. использования
в расчетах зависимости диаметра пряжи от ее номера,
а также некоторое расплющивание нитей при накладыва-
нии их на провод. Нельзя также не учитывать некоторое
дополнительное сплющивание (сжимаемость) нитей
в местах их переплетения. Если учесть, введя коэффи-
циент т], одно только расплющивание по всей длине, не
принимая во внимание дополнительной сжимаемости ни-
тей в местах их переплетения, т. е. считать x\=cl\/cL<^ (см.
рис. 7-16), то расстояние между пасмами будет
/гпР== /(1 4-т^сР- ^-d = (|/l +2T]-l)d. (7-46)
Можно считать, что при наложении хлопчатобумаж-
ной оплетки т] =0,8. В этом случае ^щ3=Ю,6с/, т. е. соот-
ветствует величине, обычно принимаемой при практиче-
ских расчетах.
Таким образом, для оплетки из хлопчатобумажной
пряжи
8„'=(« + 0,6)d к (747)
При применении лощеной пряжи, волокна капрон или
лавсан, а также стекловолокна, для которых величина ij —
= 0,9 и fenpi = 0,68d,
8DPi = (« + 0,68)rf;
___(n-|-0,68)d.
л®г cos а
(7-48)
Используя формулы (7-47) и (7-48), можно построить
графики, аналогичные изображенным на рис. 7-24, выра-
жающие зависимости б'пр/d и 6'npi/d от п и а и служа-
щие для облегчения выбора типа оплетки при заданных
значениях 2а и h. Шаг оплетки, определяемый по этим
формулам, соответствует условию наложения оплетки
с максимальной плотностью, т. е. когда расстояние
между пасмами определяется числом и диаметром нитей
в пасме и минимально необходимым промежутком меж-
ду пасмами, обусловленным их переплетением. Если же
принять величину шага оплетки большей, чем получается
согласно приведенным выше расчетам, то оплетка будет
иметь соответственно пониженный коэффициент плот-
ности.
В кабельной технике основным критерием качества
оплетки является ее поверхностная плотность, которая
показывает, какая часть поверхности провода или кабе-
ля покрыта оплетаемым материалом.
Прежде всего дадим уточненные выражения поверх-
ностной плотности для случая оплетки практически не-
сжимаемыми нитями (металлической проволокой) при
одинаковом числе элементарных нитей в пасмах. Если
рассматривать пасмы оплетки, направленные в одну сто-
рону, то непокрытая часть поверхности провода будет
составлять величину
____р nd ___________ 0,73
d — (^:+ 0,73) d n+ о,73 ‘
Пряди, идущие в противоположном направлении, так-
же перекроют значительную часть поверхности и в ре-
зультате недокрытой останется только часть поверхно-
сти
nd 1Г. nd ]__[ 0,73 р
(п4-0,73)d J [_ (n-|-0,73)dJ [ rt-J-0,73j *
Отсюда получим выражение для поверхностной плотно-
сти:
/ П 73 \2
нтв = 1 - ( ,’^го- ) (7-49)
пов yn + 0,73 J ' ’
Пользуясь этой формулой, нетрудно построить гра-
фик зависимости Нпоъ от числа проволок в прядке
(рис. 7-25) и в результате его анализа перейти к за-
ключению о том, что при
выполнении оплетки мы 0/
можем получить очень вы- 0
сокую (иногда даже не 33
требующуюся) плотность
оплетки одинаковыми во
прядками в обе стороны, ?(]
и о возможности значи- о / 2 з 4 5 в
тельной экономии метал-
ла за счет сокращения Рис- 7'25' Зависимость НПОЕ от
г ш, числа проволок п.
числа проволок в пряд-
ках, идущих в одном из
направлений (см. пример 7-6).
Для общего случая наложения оплетки с различной
плотностью, но одинаковой конструкцией пасм
Наов = 1- (1--------(I —
пов I nd + k J V
nd \_______. k?
nd + k J~L ~ (nd 4- Л)2’
(7-50)
где k — промежуток, не покрытый проволокой, прихо-
дящийся на одну прядку.
Если накладываются пасмы с различным числом про-
волок и, следовательно, с различными величинами k, то
поверхностная плотность оплетки выражается следую-
щим образом:
н — 1— (\ ni<L. Л (1________=
"нов—1 м + M +
—1 + + м
(7-51)
Формулой (7-51) можно воспользоваться и в случае
применения для оплетки проволок различных диаметров.
Если непосредственное измерение величин k\ и k2
встречает затруднения, определение их можно произве-
сти с помощью Приведенных выше формул следующим
образом:
h h
8 — -— cos a; k = 8 — nd — — cos а — nd.
a a
Наконец, дла определения плотности оплетки можно
воспользоваться также формулами иного вида. Так как
8 = nd -|- k — A cos а,
то
Наов = 1 — (1 — ~da (1-------~а }=2Р-Р\ (7-52)
u у heosa J \ /г cos а J ’ ' >
где
р___ nda
h cos а
Уравнение (7-52) действительно только при условии
Р<1.
Переходя к рассмотрению случая оплетки волокни-
стыми материалами, следует отметить, что все приведен-
ные выше соотношения можно распространить и на этот
вид оплетки, в особенности если говорить о стекловолок-
не и натуральном шелке, которые обладают повышен-
ной твердостью по сравнению с некоторыми искусствен-
ными волокнами и хлопчатобумажной пряжей. Послед-
ние волокна обладают высокой пластической деформа-
цией (сминаемостью) в местах изгиба волокон, поэтому
при прочихравныхусловиях при оплетке этими материа-
лами получаются меньшие величины k. Величина сминае-
мости зависит от ряда факторов (природы и номера во-
локна, способа прядения, числа круток, натяжения пряд-
ки при наложении оплетки и т. п.), и если не учитывать
дополнительную оминаемость волокон в местах перепле-
тения нитей, а иметь только в виду обычное сплющива-
ние нитей по всей их длине при наложении оплетки, то
плотность оплетки, вычисляемая для несжимаемых нитей
по формуле (7-49), для пасмы из лощеной или подобной
ей пряжи будет определяться по формуле
Паев = 1 — (п 4-0,68 ) ’ (7-53)
для хлопчатобумажной пряжи
,т < f 0,60 V
77ПОВ— 1 — + о,бО у • (7-54)
Если учесть отмеченную выше оминаемостьнитей,
плотность оплетки хлопчатобумажными нитями при со-
блюдении условий, определяемых-формулами (7-45) и
(7-47), будет выше, чем при применении проволоки
(рис. 7-25), и для пасм, состоящих из трех и более ни-
тей, будет приближаться к 100%.
Если, кроме того, учесть, что крайние нити пасм при
наложении на провод, расплющиваясь, получают допол-
нительную возможность увеличения своих размеров,
можно фактическую плотность оплеток из пасмы с тремя
и более элементарными нитями, удовлетворяющих по
наложению условиям формул (7-45), (7-47) и (7-48),
считать практически равной 100% Уменьшения плотно-
сти оплетки можно достигнуть или путем одинакового
сокращения числа нитей в обеих прядках, или оставляя
пасмы одного направления соответствующими макси-
мальной поверхностной плотности, существенно (напри-
мер, вдвое) уменьшить число нитей в прядках другого
направления.
В основу расчета оплетки какого-либо нового кабель-
ного изделия берутся ее плотность, которая должна быть
не менее определенной заданной величины НаОв, а так-
же шаг оплетки h и угол ее наложения а. В этом слу-
чае нетрудно определить величину Р из уравнения (7-52).
Это уравнение можем переписать в таком виде:
Р2—2Р+Нпов=0,
откуда
Р=1-Г1 -^пов- (7-55)
В последнем уравнении Нпов выражается не в про-
центах, а в долях единицы. Зная Р, шаг оплетки h и
угол ее наложения а, можно подсчитать количество ни-
тей (или проволок) в пасме (см. примеры 7-7—7-9).
В заключение приведем уравнения для подсчета мас-
сы .проволоки и различных волокнистых материалов, по-
требных для наложения оплетки:
а) для хлопчатобумажной пряжи, натурального шел-
ка и различных синтетических волокон
Рв = ; (7-56)
б) для проволоки
р __4anSx
sin а
(7-57)
где а — половина числа коклюшек; п — число ните или
проволок в прядке; N — номер пряжи, шелка и других
волокон; у — плотность проволоки; S—сечение проволо-
ки.
Вывод этих формул несложен и может быть выпол-
нен на основании содержания настоящей главы.
Пр и м е р 7-6. Определить, как изменится максимально возмож-
ная плотность экранирующей оплетки, пасмы которой состоят из
шести проволок, если при одном и том же шаге оплетки количество
проволок в пасмах изменить следующим образом: а) убавить по
две проволоки в каждой пасме обоих направлений; б) в пасмах
одного направления количество проволок уменьшить на четыре,
а в пасмах другого направления оставить без изменений.
При наложении экранирующей оплетки прядками, состоящими
из шести проволок, максимальная плотность в соответствии с урав-
нением (7-49) составит
НПОв =[1—1(0,73/6,73)2] 100=98,8%.
Если при том 'же шаге оплетки убавить по две проволоки, плот-
ность оплетки будет равна:
[Z2 73\21
1 — (бТ7з) '100=88,6 0/0.
Если же прядки одного направления оставить неизменными,
а в остальных пасмах число проволок убавить на четыре, поверх-
ностная плотность при том же .расходе металла составит:
„ Г 0,73-4,731
^пов — |1 (6,73)a J—02,6 “/о.
Пример 7-7. Определить плотность оплетки на проводе на-
ружным диаметром '21,7 мм. Провод оплетен па 24-коклюшечной
оплеточной машине (т. е. я=12) хлопчатобумажной пряжей № 20/3,
причем каждая пасма состоит из пяти нитей. Шаг оплетки 94,2 мм.
По табл. 7-3 находим, что радиальная толщина оплетки равна
0,7 мм и кроющая способность нити № ©0/3 равна 0,5 мм.
В соответствии с уравнением 1(7-41) определяем:
В соответствии с уравнением (7-52)
and 12-5-0,5
Р = ftcosa [94,2-0,574 = 0 >555
и
Hnos=2P—Р2=1,1'1—(0,555)2 «0,8, или 80%.
Пример 7-8. Рассчитать экранирующую оплетку микротеле-
фонного провода с пластмассовой изоляцией. Диаметр провода под
оплеткой 1,20 мм. Оплетка плотностью 78—80% должна быть нало-
жена на 16-шпульной оплеточной машине из медных проволок диа-
метром 0,05 мм. Шаг оплетки 9,8 мм.
В соответствии с уравнением '(/-4 ) определяем:
По формуле (7 55) находим:
Р = 1 — V1 — /7ПОВ = 1 — V 1 —0,78 = 0,532.
Число проволок в пасме определяем с помощью уравнения (7-52):
P/z cos а _0,532-9,8-0,384
n= ad ~ 8-0,05 =?=Б-
При ме-р 7-9. Рассчитать оплетку провода диаметром 5,35 мм
хлопчатобумажной пряжей № 54/1 плотностью 85% на 16-шпульной
оплеточной машине. Угол оплетки должен быть равен 50°. В соот-
ветствии с табл. 7-3 толщина оплетки равна 0,25 мм и кроющая
ширина нити 0,174 мм.
cos 5О°=О,643 и tg50°='l,192.
Шаг оплетки
h=aD tg а=3,14 • 5,6 • 1,192=21 мм.
В соответствии с уравнением (7-55)
Р = 1 — jZ 1 —е//пов = Г— У 1 —0,85 = 0,614.
Из уравнения (7-52) получаем:
P/zcosa 0,614-21,0-0,643 р
п = ad “ 8-0,174 6’
Глава восьмая
ВОЛОКНИСТЫЕ И ПЛЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ОБМОТОЧНЫХ И МОНТАЖНЫХ ПРОВОДОВ
8-1. ХЛОПЧАТОБУМАЖНАЯ ПРЯЖА
Одним из основных изоляционных материалов в производстве
обмоточных проводов с волокнистой изоляцией пока продолжает
оставаться хлопчатобумажная пряжа.
По способу чесания хлопка пряжа -разделяется на кардную и
гребенную. Кардочесание хлопка производится с помощью кардо-
лент, которыми обтягивается барабан и другие рабочие части че-
сальных машин. Во время этого процесса происходит разделение и
распутывание скоплений волокон, вычесывание из хлопка узелков,
комочков из мертвых волокон и различных примесей.
Гребнечесание является дополнительной операцией после кар-
дочесания. Оно применяется при выработке пряжи высоких номеров,
а также пряжи средних номеров повышенного качества. Для кабель-
ной промышленности весьма желательно применение пряжи средних
и высоких номеров, а также крученой пряжи, идущей под оплетку
гребенного чесания, так как в этом случае повышается равномер-
ность поверхности и толщины наложенной обмотки и оплетки.
Кроме того, однонитная хлопчатобумажная пряжа в зависимо-
сти от своего основного назначения и величины крутки разделяется
на основную и уточную. Наконец, однонитная и крученая пряжа
в зависимости от применяемого сырья разделяется на пряжу, выра-
батываемую из тонковолокнистых и обычных сортов отечественного
хлопка.
Образование инти происходит путем скручивания параллельно
расположенных элементарных волокон. Направление скрутки, кото-
рое может быть правым и левым, иногда обозначается буквами 2
и S. Метрический номер однонитной хлопчатобумажной пряжн,, син-
тетических волокон, натурального шелка и стекловолокна опреде-
ляется формулой
(8-1)
где L — длина нити, м; g — ее масса, г.
'Установим зависимость диаметра хлопчатобумажной пряжн от
ее номера. Если сеченне нити принять за окружность, то массу нити
длиной L можно выразить так:
nd2
g = -^—100£у,
где у — плотность нити; d — диаметр нити, см.
Так как
L
(8-2)
где
постоянная величина.
Уравнение (8-2) применимо и для различных синтетических во-
локон, однонитного стекловолокна и т. п.; в- этом случае изме-
няется лишь величина коэффициента С. Определим его значение
для хлопчатобумажной пряжи. 'Плотность хлопка можно принять
равной 1,5 г/см3. .'При прядении элементарные волокна стремятся
занять наиболее устойчивое взаимное положение, причем наиболее
естественным является концентрическое расположение элементарных
волокон вокруг центрального волокна. Поэтому число элементарных
волокон В в нити, имеющей разное число повивов, можно с некото-
рым приближением выразить формулой
В=вП[п— 1) + 1,
где п — число повивов.
Коэффициент заполнения крученой пряжи в свою очередь опре-
деляется следующим образом:
nd2
[3n(w— 1)4-1] 4 _ 3 (п3—п4-0,33)
= 4 • (п2 —’.п 4-0,25) ’
(2n—I)2------
4
Анализируя эту формулу, можно убедиться, чтозначение т)
несколько 'более 0,75 и стремится к этой величине с увеличением п.
Элементарные хлопчатобумажные волокна ‘ имеют лентообразную
форму, поэтому при их скрутке т) будет больше 0,75, в особенности
у пряжи высоких номеров. Если коэффициент заполнения принять
равным 0,8, то плотность нити
у= 1,5-0,6=1,20.
Тогда, если выражать величину d в миллиметрах, то С по фор-
муле (8-й) получается равным 1,02. По данным различных исследо-
вателей, для пряжи разных номеров и способов пряжения величина
коэффициента С колеблется в пределах 0,92—1,27.
В СССР осуществляется замена характеристики толщины пря-
жи и различных волокон метрическим номером на тексовую систе-
му, принцип построения которой является обратным принципу по-
строения метрической системы. Толщина волокон и пряжи будет
характеризоваться величиной тексов (т. е. количеством граммов
1 000 м волокна или пряжи). Например, волокно метрического номе-
ра 100 будет иметь обозначение 10 тексов и т. д. Если принять, что
масса '1 000 м пряжи составляет g г, то номер пряжи N и величина
тексов Т будут определяться соотношениями Л/=>1 000/g и Т=g-
Следовательно,
WT=1000. .(8-2а)
В настоящее время на однонитную хлопчатобумажную пряжу
распространяется .ГОСТ 1119-54, а на крученую пряжу ГОСТ 690'4-54.
В соответствии с указанными стандартами та и другая пряжа в за-
висимости от физико-механических свойств может разделяться на
три-четыре сорта (высший, первый, второй и иногда третий). Одно-
нитная пряжа может изготовляться метрическим номером в пределах
200—14, причем предусматривается, что как основная, так и уточная
пряжа метрического номера выше 100 ‘ должна изготовляться из
тонковолокнистого хлопка гребенного чесания.
В производстве обмоточных проводов применяется преимуще-
ственно однонитная хлопчатобумажная пряжа высоких номеров
(200, 180, '134, 100 и 85), причем вся эта пряжа должна быть выс-
шего или первого сорта.
В ГОСТ 1119-54 для каждого номера всех сортов пряжи приво-
дятся требования в отношении максимально допускаемых отклоне-
ний от номинального номера '(от +2 до —1,5%), добротности, раз-
рывной длины и т. п.
Для пряжи второго и третьего сортов последние две характери-
стики на 15—40% ниже, чем для пряжи высшего сорта. Для уточ-
ной пряжи нормируется также коэффициент крутки (см. § 7-1), ко-
торый должен быть не более .110—1'25.
Номер крученой пряжн обозначается дробным числом; в числи-
теле указывается метрический номер одиночной нити, а в знаменате-
ле— количество этих нитей (2 или 3), причем в производстве обмо-
точных и монтажных проводов '(для оплеток) преимущественное
применение находит крученая пряжа метрических номеров 100/Й,
85/2, 54/2 и 34/2. Для других целей изготовляется пряжа более вы-
соких номеров 1(1200/2, 170/2, 150/2, 134/2 и т. д.) и более низких
номеров .(32/2, 20/2, 30/3, 20/3 и т. д.). Крученая пряжа высоких но-
меров '(10О/2 и выше) изготовляется только из тонковолокнистых
сортов хлопка гребенного расчеса. В ГОСТ 6904-54 приведены тех-
нические требования к этой пряже по тем же характеристикам, что
И Для однонитной пряжи. Кроме номинальных номеров, указанный
выше, для крученой пряжи нормируются так называемый «нормаль-
ный номер пряжи» '(для пряжи 100/2 это номер 49,4, для пряжи 85/2
42,0 ит. д), а также отклонения от этого номера, которые должны
быть в пределах от +2,0 до —1,0%. Фактический коэффициент крут-
ки должен быть в пределах '130—150.
Зная метрический номер и разрывную длину пряжи (км), кото-
рая для различных сортов пряжи № 85/2 должна быть не ниже
18,6—14,1 км, для пряжи № 54/2 не ниже 18,0—15,3 км и т. д., не-
трудно рассчитать разрывную прочность пряжи и, наоборот, по раз-
рывной прочности пряжи (гс) легко определить разрывную длину
пряжи или какой-либо другой нити, воспользовавшись следующим
соотношением:
г—
1000
(8-3)
Здесь: L — разрывная длина пряжи или нити, км; Р — разрыв-
ная прочность, гс; NM — метрический номер пряжи или нити.
8-2. НАТУРАЛЬНЫЙ ШЕЛК
В производстве обмоточных проводов малых сечеиий до сих пор
в качестве изоляции в достаточно большом количестве применяется
натуральный шелк. Основным преимуществом шелковой изоляции
является значительно меньшая ее толщина в сравнении с изоляцией
из хлопчатобумажной пряжи (см. § 10-1). Долгое время для обмот-
ки этих проводов применялся натуральный шелк, скрученный из
двух нитей, как и применяемое в настоящее время изоляционное
стекловолокно.
Таблица 8-1
Основные свойства однонитного натурального шелка
Наименования показателей Условный номер шелка
I | 2 3
Средний метрический номер 818 529 391
Пределы среднего метрическо- го номера 750—900 500—581 367—429
Неровнота номера,]%, не бо- лее 14,5 11,8 11,3
Разрывная длина, км, не менее 27,0 27,9 28,8
Удлинение при разрыве, %, не менее 10 12 12
Средняя крутка (число круче- ний на 1 м) 200 190 120
Пределы средней фактической крутки (число кручений на 1 м) 180—220 170—210 115—135
pH водной вытяжки в пределах 4—7 4—7 4—/
Электропроводность водной вы- тяжки (ом-см)~', не более 80-10-6 80-Ю-6 80-10~6
Исследованиями была установлена возможность Применения для
указанной цели одиоиитного изоляционного шелка, который изготов-
ляется из отваренного шелка-сырца и выпускается белым или окра-
шенным в различные цвета (темно-синий, зеленый, темио-коричневый
и др.). Для обмотки проводов обычно применяется крашеный шелк,
так как при однослойной обмотке эмалированного провода белым
шелком эмаль просвечивает через обмотку, что придает проводу не-
ровный серый цвет, затрудняющий определение просветов в изоля-
ции. Утомляемость зрения меньше всего при зеленом цвете шелка,
что имеет существенное значение при изготовлении обмоточных про-
водов малых сечений.
В соответствии с ГОСТ 1086-02 в зависимости от толщины нити
шелка-сырца изоляционный однонитный шелк изготовляется трех
условных номеров с круткой левого направления. Этот шелк должен
соответствовать нормам, приведенным в табл. 8-1.
В последнее время в производстве обмоточных проводов
в основном применяется натуральный шелк, вырабатываемый из
шелка-сырца метрических номеров 429 и 310, причем две — четыре
нити скручиваются вправо с числом кручений 30 на 1 м. (пределы
среднего числа кручений на 1 м 15—40). На этот шелк распростра-
няются ТУ 312-22-60, в соответствии с которыми в табл. 8-2 приве-
дены основные требования, которым он должен удовлетворять. Тре-
бования этих ТУ в отношении водной вытяжки и ее электропровод-
ности такие оке, как и в ГОСТ 10'86-52.
Таблица 8-2
Основные свойства натурального шелка, состоящего
из двух — четырех нитей
Наименования показателей^ Нормативы
для шелка-сырца № 429 для шелка-сырца № 310
2 нити 3 нити 3 нити 4 нити
Средний фактический номер Пределы среднего фактиче- ского номера Неровнота номера, °/о, не более Разрывная длина, км, не менее Удлинение при разрыве, °/о, не менее 265 255—275 8,0 27,9 12,0 178 168—188 7,0 27,9 12,0 130 115—145 8,5 28,8 12,0 95 80—110 8,0 28,8 12,0
Для хлопчатобумажной пряжи, в особенности для натурального
шелка, очень важно определение фактической их влажности. Оно
производится путем тщательного высушивания образцов и взвеши-
вания их до н после сушки. Влажность W в процентах вычисляется
так:
Ц7 = —100,
<Ji
где и — начальная масса образца, г; Gi — масса образца абсолютно
сухого шелка или пряжи, г.
'Пересчет фактической массы шелка G®, кг, на массу при нор-
мированной влажности шелка GB производится по формуле
Сф(100 + Гн)
- 100 + 1ГФ
(8-4)
где —масса шелка или пряжи в момент отбора образца, кг;
— фактическая влажность шелка или пряжи, %; IFH— номи-
нальная влажность (при £=йО°С), % (для натурального шелка
9,5%, для хлопчатобумажной пряжи 7,0%).
Неровнота метрического номера (Н) в процентах определяется
путем взвешивания отдельных моточков |(для натурального шелка
берутся моточки длиной 200 м; число моточков п=50) и вычисля-
ется по формуле
Н=^А=-А1)п1
Л >1 ’
(8-5)
где А — среднее арифметическое массы всех моточков; At — среднее
арифметическое массы моточков, более легких, чем моточек с мас-
сой, равной A; ni — число моточков с массой менее А.
Основным и весьма существенным недостатком, помимо дефи-
цитности натурального шелка, является весьма высокая стоимость
его. Поэтому в последнее время в производстве обмоточных и мон-
тажных проводов все большее применение начинают находить
искусственные и синтетические волокна, основные сведения о кото-
рых приводятся ниже.
8-3. КАБЕЛЬНАЯ И ТЕЛЕФОННАЯ БУМАГИ
Эти бумаги изготовляются из древесной 1(хвойной) целлюлозы.
На рнс. 8-1 приведена структура молекулы целлюлозы, из которой
видно, что каждое -звено молекулы имеет три гидроксильные группы.
Таким образом, целлюлоза является полярным диэлектриком, при-
чем при воздействии электрического поля гидроксильные группы мо-
гут смещаться по отношению ко всей молекулярной цепи (дипольно-
релаксационная поляризация). В связи с этим сама целлюлоза имеет
относительно 'невысокие электроизоляционные свойства (повышенные
значения tg 6 и е и т. п.). Следует также учитывать, что древесина,
помимо целлюлозы, содержит ряд других веществ (лигнин, смолы,
соли и пр.). Удаление этих веществ производится во время варки
щепы древесины в котлах. Электроизоляционные бумаги, в том чис-
ле телефонная и 'Кабельная, изготовляются из так называемой суль-
фатной целлюлозы, которая получается из древесины посредством
щелочной варки. Эта целлюлоза дороже целлюлозы кислотной варки
(сульфитная целлюлоза), но обладает значительно более высокими
механическими свойствами, -нагревостойкостыо, стабильностью ха-
рактеристик во времени в сравнении с сульфитной целлюлозой.
Ассортимент изоляционных бумаг, применяемых в кабельной
технике, значительно расширяется. Кроме основных типов — кабель-
ной бумаги марок К-080, К-120 и К-170 и телефонной бумаги ма-
рок КТ-04 п КТ-05, в настоящее время изготовляются многослойная
кабельная бумага марок КМ-1'20 и КМ-170, высоковольтная кабель-
Т аблица 8-3
Технические требования, предъявляемые к кабельным бумагам
Марка бумаги Толщина, мм Плотность, г (см3 Разрывное усилие, кгс, не менее Удлинение, %, не менее Сопротивление раздиранию в по- перечном направле- нии, гс, не менее Воздухопроницае- мость, мл! мин, не менее tg 6 при 100° С не более
в про- доль- ном направ- лении в попе- речном направ- лении в про- доль- ном направ- лении в попе- речном направ- лении сухой бумаги бумаги, пропитан- ной маслом
КТ-04 0,040±0,003 0,8 4,7 1,5 2,1 4,0 — — — —
КТ-05 0 ОбО^О'О^ QQ03 0,8 6,2 2,0 2,1 4,0 — — — —
КТ-080 0,08±0,005 0,76+0,06 8,5 4,0 2,2 6,5 70 25 -— —-
К-120 0,120±0,007 0,76+0,06 13,0 6,0 2,2 6,5 120 25 — —
К-170 0,170+0,010 0,76±0,06 17,5 8,5 2,2 6,5 200 25 — —
КВ-030 0,030+0,003 0,85+0,05 3,4 1,5 2,2 5,0 10 15 0,0025 0,0037
КВ-045 0,045+0,004 0,85+0,05 5,3 2,3 2,3 7,0 20 25 0,0025 о;юоз7
КВ-080 0,080+0,005 0,85+0,05 9,0 4,2 2,3 7,0 60 25 0,0025 0,0037
КВ-120 0,120+0,007 0,85+0,05 14,0 6,5 2,3 7,0 150 20 0,0025 0,0037
КВ-170 0,170+0,010 0,85+0,05 18,5 9,0 2,3 7,0 240 20 0,0025 0,0037
КВ-240 0,240+0,015 0,85+0,05 22,0 10,0 2,3 7,0 300 25 0,0025 0,0037
КВУ-015 0,015+0,0015 1,09+0,04 2,1 0,9 2,2 5,0 5 5 0,0027 0,0037
КВУ-020 0,020+0,002 1,09+0,04 2,8 1,2 2,2 5,0 7 5 0,0027 0,0037
КВУ-030 0,030±0,003 1,10+0,05 4,5 2,0 2,3 7,0 15 5 0,0027 0,0037
КВУ-045 0,045+0,004 1,10+0,05 6,8 3,0 2,3 7,0 30 5 0,0027 0,0037
КВУ-080 0,080±0,005 1,10+0,05 12,0 5,3 2,3 7,0 70 10 0,0027 0,0037
КВУ-120 0,120+0,007 1,10+0,05 17,5 8,5 2,3 7,0 160 10 0,0027 0,0037
КМ-120 0,120±0,007 0,76+0,06 14,5 6,5 3,2 10,5 120 25 —. —
КМ-170 0,170±0,10 0,76+0,06 19,0 9,5 3,2 10,5 200 25 — —
Методы испытаний ГОСТ 7514-55 ГОСТ 7514-55 ГОСТ 7497-65 ГОСТ 7582-55 гост 6433-65
пая 'бумага (марки КВ-030, КВ-045 и т. д.), высоковольтная уплот-
ненная кабельная бумага '(марки КВУ-015, КВУ-020 и т. д.), а так-
же 'несколько.видов полупроводящей бумаги.
В производстве обмоточных проводов v нас преимущественно
применяются телефонная бумага (ГОСТ 3553-60) и в несколько
меньшем количестве кабельная бумага марок К-080 и К-120
(ГОСТ 64'5-'59). При изготовлении обмоточных проводов для транс-
форматоров особо высоких рабочих напряжений применяются также
высоковольтная и высоковольтная уплотненная кабельные бумаги
(ГОСТ 64'5-59).
Технические требования, которым должны в соответствии с дей-
ствующими стандартами удовлетворять применяемые в производстве
обмоточных проводов телефонная и кабельная бумаги, приведены
в табл. 8-3.
Цифры в маркировке кабельной бумаги обозначают номиналь-
ную толщину бумаги в микрометрах. Кабельная бумага марок К-080,
К-120, 'К-170, КМ-120 и КМ-170 изготовляется из сульфатной изоля-
ционной целлюлозы; высоковольтная кабельная бумага изготовляет-
ся из сульфатной целлюлозы марки КН.
Рис. 8-1. Химическое строение целлюлозы.
'Нормальная (кондиционная) влажность для всех бумаг уста-
новлена в пределах 7±2%; зольность высоковольтной кабельной бу-
маги должна быть не более 0,3%; зольность нормальной кабельной,
а также телефонной бумаги — не более 1%.
ГОСТ 645-5'9 нормирует также величину pH водной вытяжки,
которая у высоковольтной кабельной бумаги должна быть в преде-
лах 6,5—8, а у телефонной бумаги 7,0—9,5. Удельная электропро-
водность водной вытяжки при 25 °C у высоковольтной кабельной
бумаги марок КВ и КВУ должна быть не более 2,5 • 10-5 ом~1 • см~1,
а у кабельной бумаги марки К не более 6,5 • 10-5 ом~1 см~1.
Обыкновенная кабельная и телефонная бумаги изготовляются
натурального (коричневого), красного, зеленого и синего цветов.
Окраска бумаги должна быть устойчивой к действию воды н мине-
рального масла. Бумага -марок КВ и КВУ изготовляется только на-
турального цвета.
Кабельная высоковольтная бумага толщиной 0,015—0,045 мм
выпускается в рулонах шириной 350 мм, телефонная бумага — шири-
ной 500 мм, а остальная кабельная бумага в зависимости от толщи-
ны — шириной 500, 600 и 750 мм.
8-4. СТЕКЛОВОЛОКНО
В производстве обмоточных и монтажных проводов, а также
для других электротехнических изделий в качестве изоляции широко
применяется алюмоборосиликатное стекловолокно с содержанием
окислов щелочных металлов не более 0,5%. В стекловолокне этого
типа, применяемом для других целей, содержание указанных окис-
лов не должно превышать 2%. Количество замасливателя (пара-
финовая эмульсия) должно быть в пределах 1,0—2,5%.
'На указанное стекловолокно • распространяется ГОСТ 8'3'25-61,
который предусматривает выпуск однонитного волокна метрического
номера 150+12 (НС-Г50/1) с числом круток иа 1 м '50+10. Выпуск
двухнитного волокна предусматривается метрических номеров
150+12 (марка НС-300/2), 85+6,'5 (марка НС-170/2), 75+6 (марка
НС-450/2) и 38+3 (марка НС-75/2). В производстве обмоточных и
монтажных проводов в основном применяются эти марки стеклово-
локна. Кроме того, указанный ГОСТ предусматривает выпуск стек-
лянных нитей, скрученных из большого количества (4—4'8) первич-
ных (одиночных) нитей метрического номера 75 и частично 55
(марки НС-75/4, НС-75/6 и т. д.).
Число кручений всех первичных нитей должно быть в пределах
100+10 на '1 м; разрывная прочность нитей НС-300/2 и НС-150/1 не
менее 300 гс, НС-170/2— не менее 550 гс, НС-150/2—не менее
680 гс и т. д.
Средний диаметр элементарных волокон, из которых изготов-
ляются первичные нити, должен быть для нитей метрического номе-
ра 300 равен 4,0+0,3 мкм, для метрических номеров 170, 150 и 75
6.0+0.5 мкм и для номера 55 7,0+0,5 мкм. Крученые нити должны
быть равновесными с отклонением не более 6 витков, т. е. образец
нити длиной 1 м, перегнутый пополам, в вертикальном положении
должен образовывать не более 6 закручиваний (витков).
Для производства обмоточных проводов с особо тонкой стекло-
волокнистой изоляцией в соответствии с МРТУ 6-Г1-85-68 изготов-
ляется нить НС-1,8x2 '(метрический номер 550/2), скрученная из
двух нитей толщиной 1,8 текса или метрического номера 550. Сред-
нее разрывное усилие у этих нитей не менее 200 гс, количество за-
масливателя из парафиновой эмульсии не более 3%.
Алюмоборосиликатное стекловолокно содержит в своем составе
около 54% SiOz. ВНИИСПВ разработано и изготовляется так на-
зываемое ‘кремнеземное стекловолокно, в котором с помощью спе-
циальной обработки содержание SiO2 доводится до 90—92%. Это
стекловолокно обладает повышенной нагревостойкостью, однако оно
имеет значительно меньшую разрывную прочность и поэтому не мо-
жет быть применено в производстве обмоточных и монтажных про-
водов.
Большой интерес для этого производства представляет вновь
разработанное стекловолокно иа алюмомагнезиальной основе. Оно
обладает повышенными механической прочностью и нагревостойко-
стью и лишь несколько уступает алюмоборосиликатному стеклово-
локну по электроизоляционным свойствам.
В результате большой экспериментальной работы ВНИИСПВ
разработано и опытным заводом этого института отдельными пар-
тиями изготовляется кварцевое волокно условной марки К-110 (мет-
рический номер 110+15), которое скручивается из элементарных
кварцевых волокон диаметром 7+1 мкм с числом круток 100±10
или 150+15 на 1 м. Зта нить вырабатывается с применением замас-
ливателя № 752 на кремнийорганической основе, количество которо-
го должно быть не более 2,5%. Разрывное усилие этой нити не ме-
нее 300 гс; при испытании на равновесность отклонение должно
составлять не более 12 витков.
8-5. АСБЕСТОВАЯ РОВНИЦА
Асбестовая ровница электроизоляционная (марка АРЭ) приме-
няется для изготовления обмоточных проводов с дельта-асбестовой
изоляцией. Она представляет собой однородную смесь длинноволок-
нистого хризотилового асбеста с хлопком, не содержащую нерасче-
санных кусков минерала, а также посторонних включений.
'В соответствии с действующими ТУ асбестовая ровница может
выпускаться трех марок: А, Б и В. Ровница марки А изготовляется
из асбеста Крюд АА, марки Б — из 50% асбеста Крюд АА и 50%
асбеста марки 0-1-130-40. Ровница марки В должна изготовляться из
асбеста 0-1-30-40. Для всех марок ровницы должен применяться
хлопок не ниже 2-го сорта с длиной волокон 28—32 мм.
Ровница поставляется на кабельные заводы в мотках (куфтах),
которые должны иметь следующие размеры: наружный диаметр
180+36 мм, внутренний диаметр 60+12 мм и высота 60+12 мм.
Волокна хлопка должны быть тщательно и равномерно распо-
ложены в результате многократного расчеса и кардной обработки
с волокнами асбеста. Сама ровница, строщенная в 3 или 5 нитей,
наматывается в мотки (куфты). Стандартное содержание влаги со-
ставляет 4%; при другом содержании влаги для приведения к нор-
мальным условиям делается соответствующий пересчет. Потеря мас-
сы при прокаливании не должна превышать 26%, чем, собственно
говоря, и нормируется содержание в ровнице хлопка.
В асбесте обычно содержится значительное количество окислов
железа; в ровнице это содержание в пересчете на БеэОз не должно
превышать 4,5%.
8-6. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСКУССТВЕННЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ
ВОЛОКОН
1. Искусственные волокна получаются из химически обработан-
ных природных высокомолекулярных соединений. К этой категории
относятся волокна из гидратцеллюлозы (вискоза и медно-аммиачное
волокно), волокна из эфиров целлюлозы 1(ацетатное, триацетатное,
ацетобутиратное и подобные им волокна), белковое (казеиновое)
волокно и т. п.
2. Синтетические волокна изготовляются из высокомолекуляр-
ных соединений, в свою очередь получаемых из соответствующих
мономеров. Эти волокна подразделяются 'следующим образом:
а) Гегероцепные синтетические волокна, получаемые из полиме-
ров, молекулы которых в основной цепи содержат, помимо атомов
углерода, также атомы кислорода, азот , серы или других элемен-
тов К этой группе относятся следующие волокна: 1) полиамидные
волокна (капрон, найлон, анид, энант и т. п.}; 2) полиуретановые
волокна; 3) полиэфирные волокна.
б) 'Карбоцеппые синтетические волокна, изготовляемые из по-
лимеров, молекулы которых содержат в основной цепи только ато-
мы углерода. 'К ним относятся волокна из перхлорвинила '(хлориро-
ванного поливинилхлорида — волокно хлорин) и сополимеров винил-
хлорида с винилацетатом, нитрилом акриловой кислоты, винилиден-
хлоридом и т. п.
Искусственные и синтетические волокна изготовляются в виде
нитей, состоящих из 'большого количества элементарных волокон
очень большой Длины (искусственный шелк), а также из одного
волокна '(моноволокна), и в виде нитей, скрученных из элементар-
ных волокон небольшой длины ,(30—150 мм). 'Последний вид во-
локна называется штапельным. Производство его значительно про-
ще, чем остальных двух видов, вследствие чего это волокно пример-
но в '2 раза дешевле волокна, состоящего из длинных нитей. Вы-
пуск штапельного волокна составляет более 40% всего выпуска
искусственных и синтетических волокон.
Различают два способа формования (прядения) волокон:
формование из ра'сплава и формование из раствора. Формование во-
локна из расплава применяется только для тех полимеров, которые
плавятся и переходят в текучее состояние без разложения. При фор-
мовании волокна из раствора в свою очередь могут применяться
два метода: а) метод сухого прядения и б) метод мокрого пря-
дения.
При сухом прядении образование волокна происходит в резуль-
тате испарения растворителя при повышенной температуре окру-
жающего воздуха из струек -раствора, вытекающих из отверстий
фильеры. Прядение волокна по мокрому способу происходит в ре-
зультате взаимодействия струек прядильного раствора с различны-
ми реагентами, входящими в состав прядильной ванны. При формо-
вании волокна по этому методу имеют место физико-химические
процессы высаживания полимера в виде нитей и в ряде случаев
химические реакции ((вискоза, медно-аммначное волокно), приводя-
щие к изменению состава полимера.
8-7. ВОЛОКНА ИЗ ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Целлюлоза — высокомолекулярное соединение, молекулы которо-
го построены из элементарных повторяющихся звеньев, 'представ-
ляющих собой остатки молекулы глюкозы. Каждое элементарное
звено соединено с соседним при помощи кислородного мостика и
повернуто по отношению к нему на 180° '(см. рис. 1-8). Число таких
звеньев в -молекуле природной целлюлозы составляет 600—3 500,
а по последним исследованиям оно может достигать 15000. Каждое
элементарное звено содержит три гидроксильные группы, благодаря
которым целлюлоза может образовывать простые и сложные эфиры
и другие химические соединения. Для удобства написания реакций
образования эфиров и других химических соединений обычно поль-
зуются следующими упрощенными химическими формулами цел-
люлозы:
ОН
евн7о2-он
\)Н
L .J п
В хлопковом волокне целлюлоза находится в наиболее чистом
виде; ее содержание в хлопке составляет 96—97%, а в древесине
58—62%. Поэтому древесина подвергается такой химической обра-
ботке, которая приводит к растворению лигнина и других примесей,
не затрагивая целлюлозу.
Основную массу волокон из гидратцеллюлозы составляют вис-
козные волокна. Объем производства медно-аммиачного волокна
составляет всего несколько процентов объема производства вискоз-
ного волокна. Прядильный раствор для изготовления медно-аммиач-
ного волокна получается в результате набухания и растворения цел-
люлозы в аммиачном растворе от взаимодействия с комплексным
основанием (куприамингидратом), которое в свою очередь может
быть получено по реакции
Си (ОН)2 + mNHt г Си (NH3)m (ОН)2.
Максимальное значение т равно 4. В отдельных случаях в за-
висимости от условий реакции величина т может быть меньше 4.
Таким образом, прядильная масса представляет собою медно-
аммиачное соединение целлюлозы, растворенное в концентрирован-
ном водном растворе аммиака. В процессе 'формования (прядения)
медно-аммиачного волокна происходит разложение соединения цел-
люлозы и куприамингидрата и регенерация из него гидратцеллюло-
зы. Чем полнее одновременная регенерация меди и аммиака, тем
экономичнее способ производства этого волокна.
Применение волокон из гидратцеллюлозы в электропромышлен-
ности представляет интерес по экономическим соображениям, так
как эти волокна значительно дешевле других видов искусственных
волокон и хлопчатобумажной пряжи. Однако эти волокна обладают
низкими электроизоляционными и физико-механическими свойства-
ми. Так, у пластифицированных пленок из вискозы ((целлофана) при
комнатной температуре Еар меиее 40 кв)мм, ру«'1О10 ом • см. (Вис-
козное волокно способно поглощать большее количество влаги
в сравнении со всеми остальными видами волокон. В медно-аммиач-
ном волокне содержание влаги немного меньше, чем в вискозном.
Механическая прочность вискозного волокна как в сухом, так и
в увлажненном виде значительно ниже, чем у хлопчатобумажной
пряжи. По указанным причинам вискозное волокно не находит при-
менения в качестве изоляции обмоточных проводов.
Существует ряд методов повышения механической прочности
искусственных и синтетических волокон. В связи с этим во ВНИИ
КП была проведена работа по исследованию упрочненного вискоз-
ного волокна и выявлению возможности его применения в произ-
водстве обмоточных и монтажных проводов, однако положительных
печчпьтатов при этом получено не было. Медно-аммиачное волокно
обладает немного лучшими электроизоляционными характеристиками
по сравнению с вискозным волокном и за рубежом в отдельных
странах это волокно находит некоторое применение в производстве
обмоточных н монтажных проводов.
8-8. ВОЛОКНА ИЗ ЭФИРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
К этой категории относятся волокна из ацетат-, ацетобутират-
и ацетопропионатцеллюлозы. В частности, для изоляции специаль-
ных монтажных проводов у нас до настоящего времени использует-
ся триацетатное волокно, которое изготовляется из полного уксусно-
кислого эфира целлюлозы, реакция получения которого при приме-
нении для ацетилирования уксусного ангидрида может быть пред-
ставлена следующим образом:
СН3СО^
С6Н7О2(ОН)3 + Зп о
CH3CC)
с6н7о2(ососн3)3 ч
п
+ ЗпСНдСООН
Перед ацетилированием целлюлоза проходит процесс актива-
ции, сущность которого заключается в набухании целлюлозы, что
ускоряет диффузию компонентов ацетилирующей смеси. Процесс аце-
тилирования происходит в присутствии катализаторов 1(серная кис-
лота, хлорная кислота, хлористый цинк).
Ацетатное волокно обычно изготовляется из так называемой
вторичной ацетилцеллюлозы, получаемой из триацетатцеллюлозы
частичным омылением, в результате которого у ацетилцеллюлозы
вновь появляются гидроксильные группы.
Если омыление в присутствии кислого катализатора '(серная
кислота) производится с помощью воды, то этот процесс можно
представить следующим образом:
[С6Н7О3 (ОСОСН3)3]П + пН2О -* [С6Н7О3 (ОСОСН3)2ОН]„+
+ПСЩСООН.
Формование (прядение) ацетатного волокна (из вторичной
ацетилцеллюлозы) производится по сухому методу, который дает
возможность производить прядение со скоростью 200—’250 м/мин.
Принципиально имеется возможность прядения при более высокой
скорости. В отличие от производства вискозного волокна производ-
ство ацетатного волокна практически безвредно, и если осуществлять
регенерацию уксусной кислоты и применяемых в этом производстве
растворителей, стоимость ацетатного волокна будет дороже вискоз-
ного всего на 20—25%. Благодаря этому обстоятельству мировое
производство ацетатного волокна развивается и среди искусствен-
ных волокон оно занимает по объему (вслед за вискозой) второе
место.
Формование триацетатного волокна производится по мокрому
методу из раствора триацетилцеллюлозы в метиленхлориде. В целях
уменьшения испарения этого )(или какрго-лцбо другого) растворите-
ля формование волокна производится при очень низкой температуре
(минус 20—30 °C) со скоростью, не превышающей 30—40 mmImuh.
Если к тому же учесть большое количество метилеихлорида, на-
ходящегося в производстве (120—130 кг- на 1 кг волокна), стано-
вятся ясными те большие трудности, которые имеются в производ-
стве триацетатного волокна. Этим объясняются ограниченный объем
производства, а также высокая стоимость триацетатного волокна,
не дающая ему возможности конкурировать по стоимости с други-
ми волокнами, кроме натурального шелка.
В связи с изложенным для -промышленного 'производства прак-
тическое значение имеет освоение сухого метода получения триаце-
татного волокна. Кроме того, практический интерес представляют
работы по организации производства волокна из ацетобутиратцел-
люлозы. Эти волокна также должны обладать достаточно высокими
электроизоляционными свойствами и гидрофобностью. В то же вре-
мя производство ацетобутиратцеллюлозного волокна возможно по
экономичному и производительному сухому методу.
Ацетобутиратцеллюлоза представляет собой смешанный слож-
ный эфир целлюлозы и уксусной и масляной кислот. Он получается
взаимодействием целлюлозы с уксусным и масляным ангидридами
(СНзСО)гО и 1(Сз‘Н7С0)2О или со смешанным ангидридом уксусной
и масляной кислот:
СН со \
[С6Н7О2 (ОН),]„ + Зп. 3 ; О-»[С6Н,О2 (ОСОСН3)т X
СзГх^СО/
X (ОСОС3Н,)3_т + п (3 — т) СН3СООН + пт С3Н7СООН.
Ацетопропионатцеллюлоза также представляет собой смесь
сложного эфира целлюлозы, уксусной и пропионовой кислот
(СаН.Ог).
Волокна из триацетатцеллюлозы (а также других указанных
эфиров целлюлозы) обладают очень малой гигроскопичностью, чем
они выгодно отличаются от некоторых других естественных и синте-
тических волокон. Триацетат- н ацетобутиратцеллюлоза обладают
высокими электроизоляционными свойствами и с этой точки зрения
являются желательными материалами для изоляции различного рода
монтажных проводов специального назначения. Однако эти волокна
имеют малое сопротивление разрыву: предел прочности при растя-
жении у этих волокон составляет 16,4—21,8 кгс]мм2, в то время как
у натурального шелка и полиамидных волокон его величина доходит
до 50—60 кгс)мм2. Кроме того, рассматриваемые волокна довольно
легко электризуются и нить при небольшом трении может разде-
ляться на элементарные волокна, что затрудняет процесс обмотки.
Радиальная толщина двухслойной обмотки нз ацетатного (и
триацетатного) волокна метрического номера 40 колеблется в пре-
делах 0,19—0,22 мм, т. е. примерно в 3 раза больше, чем у обмотки
из натурального шелка. При применении этого волокна метрического
номера 90 можно 'получить радиальную толщину двухслойной обмот-
ки порядка 0,10—0,12 мм; т. е. такие волокна пригодны для про-
изводства схемных и монтажных проводов.
Для электротехнических целей применяется триацетатное волок-
но метрического номера 90. Это волокно изготовляется двух типов:
волокно 90/40, которое скручено из 40 элементарных волокон '(мет-
рический номер элементарного волокна 3600), и волокно 90/64, скру-
ченное из 64 элементарных волокон (метрический номер элемептар-
його волокна 5760). В зависимости от качества намотки, равномерно-
сти номера, разрывной длины и других параметров это волокно
разделяется на четыре сорта. Для замасливания элементарных
волокон применяется вазелиновое масло в количестве 1,5—6% мас-
сы волокна. В соответствии с действующими техническими условия-
ми (ТУ 151'8-57) крутка триацетатного волокна находится в преде-
лах НО—150; неравномерность крутки 7—10. Разрывная длина во-
локна в зависимости от его сорта должна выть в пределах
13—14 км, удлинение при разрыве не менее 10%, 'неравномерность
по номеру не более 4—6,6%, кондиционная влажность не более 5%.
Сравнительные исследования электрических характеристик ука-
занных волокон на обмоточных и монтажных проводах показали,
что по величине сопротивления изоляции в условиях повышенной
влажности окружающей среды ацетатное волокно хотя и уступает
триацетатному, но имеет не худшие показатели, чем у натурального
шелка. Учитывая, что ацетатное волокно по крайней мере в 2,5 раза
дешевле натурального шелка, применение его в производстве мон-
тажных и схемных проводов может дать технический и экономиче-
ский эффект.
8-9. ПОЛИАМИДНЫЕ ВОЛОКНА
Эти волокна представляют для производства обмоточных и мон-
тажных проводов значительный интерес, так как они являются
одним из заменителей натурального шелка. Они изготовляются как
из капроновой смолы, так и из смолы анид (найлона), причем в ка-
бельной промышленности СССР применяются только капроновые
волокна. Существует также производство энантового волокна, поли-
амид которого получается поликонденсацией амнноэнантовой кис-
лоты:
п (VH2 (СН2)6СООН’^ [— NH (СН2)6 СО’—]» + п Н2О.
Формование полиамидных волокон производится' из расплава.
Скорость 'формования зависит от номера волокна и значительно
выше, чем у других типов волокон (до 1 000 м/мин). При расплав-
лении капроновой смолы перед прядением в ней вновь появляются
низкомолекулярные фракции, которые удаляются из волокна про-
мывкой и сушкой.
Формование волокна анид производится при более высокой тем-
пературе, чем волокна капрон (температура плавления смолы капрон
214—218 °C, смолы анид 25'2—2'56 °C). Однако образования мономе-
ров при этом не наблюдается, поэтому процесс производства этого
волокна является более простым, так как отпадает необходимость
промывки н сушки.
Полученные после прядения полиамидные волокна обладают
сравнительно небольшой разрывной прочностью. На вытяжных ма-
шинах это волокно подвергается растягиванию в 3—4 раза; предел
прочности при растяжении сильно возрастает (до 50—60 кгс/лси2),
а удлинение при разрыве уменьшается в несколько раз и составляет
у такого волокна 19—30%. Плотность полиамидных волокон 1,14—
1,17 г/см?, т. е. значительно ниже плотности натурального шелка
(1,37 г/см3) н различных искусственных волокон.
'Полиамидные волокна обладают малой гигроскопичностью; так,
при 65% относительной влажности воздуха содержание влаги в по-
лиамидных волокнах составляет примерно 3,8%, в натуральном шел-
Ke 11%, ацетатном шелке 6% и в вискозном шелке 14%. При 90%
влажности воздуха полиамидные волокна содержат около 5,7% во-
ды, а натуральный шелк 20%. При увлажнении полиамидные волок-
на теряют всего 5—10% разрывной прочности, т. е. меньше, чем ряд
других синтетических волокон.
Полиамидные волокна стойки против действия щелочей, орга-
нических кислот, спиртов, бензина, сероуглерода, четыреххлористого
углерода и др. Эти волокна растворяются в крезоле, муравьиной и
карболовой кислотах. Полиамидные волокна достаточно стойки про-
тив слабых растворов минеральных кислот, однако более или менее
концентрированные растворы серной, соляной и подобных им кислот
расщепляют некоторые полиамиды на двухосновные кислоты и диа-
мины.
Нагревостойкость полиамидных волокон несколько выше, чем
натурального шелка, хлопчатобумажного волокна и ряда других
естественных и синтетических волокон.
Рис. 8-2. Примерные
изменения сопротив-
ления изоляции мон-
тажных проводов
марки МГШД в за-
висимости от времени
при 125 °C.
/ — провод, изолирован-
ный матированным кап-
роновым волокном; 2—
то же, ио блестящим
капроновым волокном;
3 — то же, но натураль-
ным шелком.
При соприкосновении с пламенем полиамидные волокна плавят-
ся, но воспламеняются с большим трудом. При удалении из пламени
расплавленные волокна затвердевают в виде комочков, не распро-
страняя горение. Полиамидные волокна обладают высокой морозо-
стойкостью. Испытания показали, что при —50 °C их разрывная
прочность увеличивается.
'Наконец, полиамидные волокна устойчивы против воздействия
микроорганизмов. В одном из опытов после трехнедельного пребы-
вания в почве, удобренной питательными веществами и содержащей
большое количество анаэробных ((не требующих для своей жизни-
деятельности кислорода воздуха) бактерий, полиамидные волокна
почти не изменили своей разрывной прочности, в то время как хлоп-
чатобумажные волокна полностью разрушились. Полиамидные во-
локна обладают высокой гибкостью и стойкостью против действия
истирания, значительно превосходя в этом отношении вискозу, во-
локна из эфиров целлюлозы, стекловолокно и пр.
Устойчивость полиамидных волокон к действию света сравни-
тельно невелика. Полиамидные волокна уступают в этом отношении
большинству других волокон, превосходя лишь натуральный шелк.
Термопластичность капронового волокна, как и многих других
волокон из термопластов, значительно выше, чем у натурального
шелка, хлопчатобумажной пряжи и т. п.
Электроизоляционные свойства полиамидных волокон 'значитель-
но ниже, чем у волокон из эфиров целлюлозы. Сравнительные дан-
ные для’пленок из различных материалов приведены в табл. 8-4.
Повышенные значения tg 6 и е капроновых пленок объясняются
полярностью образующей их смолы. Этим же и особенно наличием
в смоле низкомолекулярных фракций объясняется ход зависимости
этих характеристик от температуры. Сопротивление изоляции об-
моток из полиамидных волокон весьма значительно снижается
с повышением температуры. В этом отношении капроновое волокно
весьма существенно отличается от натурального шелка и ряда дру-
гих искусственных и натуральных волокон. При последующем сни-
жении температуры величина сопротивления изоляции этих прово-
дов восстанавливается до первоначальной величины. При длитель-
ном пребывании при повышенной температуре по истечении некото-
рого промежутка времени сопротивление изоляции проводов, обмо-
танных капроном, также начинает постепенно повышаться (рис. 8-2),.
причем чем выше температура выдержки провода с капроновой
изоляцией, тем больше времени проходит до начала возрастания
сопротивления изоляции.
Электрическая прочность обмоточных проводов с капроновой
изоляцией как в обычных комнатных условиях, так и после дли-
тельного пребывания в условиях 100%-ной относительной влажности
воздуха или при 125 О,С примерно такая же, как и у проводов, изо-
лированных натуральным шелком, при одинаковой толщине изо-
ляции.
Для обмоточных проводов исключительно важно, чтобы обмот-
ка волокнистыми материалами имела минимальную толщину. Если
для обмотки применить обычное (чулочное) капроновое волокно ме-
трического номера 200 из 12 элементарных нитей, то толщина изо-
ляции такой одинарной обмотки (D — d) составит около 0,08—
0,09 мм, что не удовлетворяет требованиям ГОСТ 16507-70. Если для
обмотки проводов диаметром 0,20 мм и выше применить такое же
капроновое волокно, но с числом круток не более 30 на 1 м, то
можно получить толщину изоляции даже меньшую, чем при приме-
нении натурального шелка, и во всяком случае удовлетворяющую
требованиям указанного ГОСТ.
Такое волокно в соответствии с ТУ 1269-64 изготовляется метри-
ческого номера 200 и состоит из 12 элементарных волокон, скручен-
ных с числом круток не более 10—30 на 1 м.
Для изолирования проводов диаметром 0,10—0,20 мм разрабо-
тано капроновое волокно метрического номера 64, состоящее из
39 элементарных волокон. Такое капроновое волокно в соответствии
с ТУ 1269-54 также должно иметь не более 10—30 круток на 1 м
и поэтому обладает высокой настильностью.
Оба эти вида волокон в зависимости от равномерности метри-
ческого номера, количества порванных элементарных волокон и не-
которых других показателей выпускаются трех сортов. У всех воло-
кон разрывная длина должна быть не менее 39 км и удлинение при
разрыве не более 22—-28%.
При обмотке тонких медных проводов иногда наблюдается пере-
крутка медиой проволоки из-за упругой деформации нитей натураль-
ного шелка. Эта перекрутка возможна и при применении капроно-
вых волокон.
Особенностью капроновых волокон является н то, что при оди-
наковом растягивающем усилии деформация их значительно больше,
чем у натурального шелка. Так, при напряжении 35 кгс/мм2 нату-
ральный шелк вытягивается всего па 4%, а новое капроновое во-
локно на 1'8%. Это обстоятельство следует учитывать при обмотке
тонких проводов новым капроновым волокном, так как этот процесс
происходит при очень большой скорости вращения обмотчика '(до ,
8 400 об/мин и более) и поэтому нить может испытывать значитель-
ные растягивающие усилия. Большая затяжка провода нитью недо-
пустима, так как это увеличивает жесткость провода и приводит
к образованию так называемых «восьмерок». Устранения последних,
а также прекращения разлохмачивания концов обмотки нетрудно
достигнуть, если готовые провода, намотанные на металлические
катушки, подвергнуть тепловой обработке при 140—150 °C в течение
4—5 ч. В этом случае упругие деформации переходят в остаточные
и образования «восьмерок» не происходит.
Исследования, проведенные во В'НИИКП, показали, что волокно
анид не имеет никаких преимуществ в сравнении с волокном кап-
рон и уступает ему по нагревостойкости. Этими же исследованиями
было установлено, что разработанное у нас полиамидное волокно
энант по электроизоляционным свойствам и нагревостойкости пре-
восходит волокна капрон и анид. Прн организации промышленного
производства этого волокна оно должно найти применение в кабель-
ной промышленности, так как обладает, кроме того, повышенными
механическими характеристиками.
8-10. ПОЛИЭФИРНОЕ ВОЛОКНО [ЛАВСАН)
Свойства исходной смолы, получаемой при конденсации тереф-
талевой кислоты и этиленгликоля, рассмотрены ниже ''(см. § 8-15).
Реакция конденсации проводится до получения вещества с молеку-
лярной массой 8 000—'10 000, так как только в этом случае удается
получить волокна из расплава формованием через ниппель с после-
дующей вытяжкой при нормальной температуре. Для получения вы-
сококачественного волокна необходимо полное удаление влаги из
полиэфира, так как даже очень небольшое ее содержание '(порядка
0,6%) вызывает обратную реакцию (гидролиз) и разрушение ‘поли-
мера.
Напомним, что указанный полиэфир пмеет высокие температуры
плавления '(+256°C) и размягчения '(около +240°C), т. е. примерно
на 40 °C выше, чем у полиамидного волокна капрон. Поэтому во-
локно лавсан обладает более высокой иагревостойкостыо '(класс Е)
в сравнении с другими ранее рассмотренными волокнами; в этом
состоит одно из его основных преимуществ. Волокно лавсан, кроме
того, обладает по сравнению с полиамидными волокнами повышен-
ной светостойкостью, достаточной стойкостью к воздействию лаков
и органических растворителей, а также микроорганизмов. Влагопо-
глощаемость при относительной влажности воздуха 65% составляет
всего 0,5—1%. Поэтому нормированная влажность для этого волок-
на не более 1%. Таким образом, по своим свойствам волокно лавсан
представляет очень большой интерес с точки зрения применения
в производстве обмоточных и монтажных проводов.
(В ’настоящее время для этой цели изготовляется-лавсановое во-
локно (шелк) метрического номера 200 (5 текс). Ойо состоит из
24 элементарных волокон, которые' скручиваются с числом круток
не 'более 20 на 1 м. Отклонение фактического номера от номинала
не 'более '5%, разрывная длина не менее 82 км и удлинение прн
разрыве не более 22%. 'В зависимости ют качества ((количества узлов
на бобине, количества порванных элементарных волокон на поверх-
ности бобины н т. д.) лавсановое волокно разделяется на два сорта.
Кроме того, в соответствии с техническими условиями
СТУ-11-886-69, разработанными одним из заводов синтетических во-
локон, для изолирования обмоточных проводов может изготовляться
волокно |(шелк) лавсан метрического номера 90, которое скручивает-
ся нз 36—39 элементарных волокон с числом круток также не более
20 на 1 м. Разрывная длина этого волокна должна быть не менее
35 Км, а удлинение при разрыве не более '2'8%. Это волокно в зави-
симости от качества также может быть двух сортов.
Элементарные волокна при изготовлении покрываются очень
тонким слоем замасливателя, содержание которого в том и другом
типах волокон не должно превышать 3%.
8-11. КАРБОЦЕПНЫЕ ВОЛОКНА [ВОЛОКНА НА ВИНИЛОВОЙ
ОСНОВЕ]
Карбоцепныс волокна изготовляются или нз раствора, или вытя-
гиванием полимера через фильеру из расплава. Основную часть кар-
боцепных волокон составляют волокна на виниловой основе. Мы не
даем здесь подробную характеристику свойств этих волокон, так как
вследствие пониженной нагревостойкости они не находят примене-
ния в производстве обмоточных проводов.
Интерес представляет волокно нитрон, которое изготовляется из
полимера акрилнитрнла и имеет строение
— СН2 — СН — СН2 — СН —...
CN CN
В свою очередь акрилнитрил получается взаимодействием ацети-
лена с синильной кислотой:
НС = СН + HCN -* Н2С = CHCN.
Производство волокна нитрон достаточно сложно, так как
полнакрилнитрнл имеет весьма ограниченную растворимость в доступ-
ных растворителях. Волокно нитрон упруго и эластично и прибли-
жается в этом отношении к полиамидным, волокнам. Оно превосхо-
дит все ранее рассмотренные волокна по светостойкости, погодо-
устойчивости и нагревостойкости. Это волокно устойчиво выдержи-
вает 120—130 °C, и таким образом, может найти применение для
изготовления изоляции не ниже класса Е.
Исследования, проведенные во ВНИ'ИК'П, показали также, что
волокно нитрон, помимо повышенной нагревостойкости, обладает
хорошими электроизоляционными свойствами. Обмотка из этого во-
локна сохраняет на проводе достаточно высокое сопротивление изо-
ляции прн '80% относительной влажности окружающего воздуха,
а также при температурах порядка 125—Г50°С и превосходит в этом
отношении все полиамидные волокна.
8-12. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫХ
ПЛЕНКАХ
(Пленками называются тонкие и гибкие материалы с гладкой
поверхностью, которые могут быть получены в виде длинных намо-
танных в ролики лент различной ширины.
Получаемые из различных высокомолекулярных соединений
пленки имеют важное значение в народном хозяйстве. В частности,
развитие фотографии, кинематографии, магнитной записи звука
и т. н. тесно связано с развитием производства гибких и механиче-
ски прочных пленок. Возможность получения пленок очень малой
толщины с весьма высокими электроизоляционными свойствами
обеспечивает им широкое применение и в качестве электроизоля-
ционного материала в производстве электрических машин и аппара-
тов, а также при изготовлении обмоточных проводов и других ка-
бельных изделий.
По роду исходных материалов все электроизоляционные пленки,
как и искусственные волокна, можно разделить на две основные
группы:
1. Пленки из материалов, которые получены путем химической
обработки целлюлозы '(пленки из гидратцеллюлозы и различных
эфиров целлюлозы). Пленки из 'эфиров целлюлозы в свою очередь
можно разделить на пленки из сложных эфиров целлюлозы и орга-
нических и неорганических кислот (триацетат-, ацетобутират- и три-
пропионатцеллюлоза, нитроцеллюлоза и т. д.) и пленки из простых
эфиров целлюлозы, которые образуются путем замещения в молеку-
лах целлюлозы атомов водорода гидроксилов углеводородными ра-
дикалами (этилцеллюлоза, бензилцеллюлоза г. т. п.). Простые эфиры
целлюлозы обладают боее низкими механическими свойствами и по-
этому преимущественно применяются в качестве исходного материа-
ла для изготовления покровных лаков.
2. Пленки, полученные из различных синтетических полимеров и
поликонденсатов (полиэфиры, полиамиды, полистирол, поликарбона-
ты, полипропилен, полиэтилен, политетрафторэтилен и др.).
Изготовление электроизоляционных пленок может производиться
следующими способами:
а) Полив раствора полимера на гладкую металлическую по-
верхность; при этом пленка образуется в результате испарения рас-
творителя. Этот метод является основным при изготовлении пленок
из эфиров целлюлозы. Непрерывный процесс изготовления пленок
осуществляется путем полива раствора на движущуюся поверхность
барабана или непрерывную металлическую ленту, натянутую на два
вращающихся цилиндра '(барабана). Движущаяся лента проходит
через сушильный канал, в котором происходят испарение раствори-
теля и сушка пленки. Образовавшаяся на ленте или барабане
пленка дополнительно пропускается через сушильное устройство,
в котором она высушивается до установленного предела.
б) Полив расплавленного полимера (без растворителя) на глад-
кую холодную поверхность, на которой в результате охлаждения
расплава образуется пленка, сматываемая потом в рулон. Получение
таких пленок возможно также и непрерывным методом путем поли-
ва расплава на вращающийся барабан.
в) 'Выпрессование тонкостенной трубки с последующим значи-
тельным увеличением поперечных и продольных '(для ориентации
молекул) размеров ее с помощью сжатого воздуха. Образование
широкой ленты достигается продольным разрезанием трубки. Этот
метод применяется при изготовлении полистирольных и полиэтиле-
новых пленок и т. п.
г) Направление тонкой широкой струи раствора полимера
в коагуляционную ванну, наполненную такой жидкостью, в которой
полимер коагулирует из раствора и образует гибкую пленку. Этот
метод применяется в основном в производстве гидратцеллюлозных
пленок. Целлофановые пленки требуют дополнительной пластифика-
ции, которая достигается пропусканием пленки через систему вали-
ков, причем на своем пути пленка все время находится в 5—7%-ном
водном растворе глицерина.
д) В тех случаях, когда полимер не размягчается при нагреве
и в то же время обладает крайне ограниченной растворимостью (на-
пример, политетрафторэтилен), изготовление пленок производится
механическим путем — строжкой с помощью специальных резцов на
устройствах, конструктивно близких к токарным станкам. Получен-
ная лента дополнительно каландрируется между нагретыми валка-
ми, чем, помимо калибровки, достигаются определенная вытяжка и
ориентирование молекул полимера пленки. В последнее время фто-
ропластовые пленки начинают изготовлять отливкой из суспензий;
при этом повышается равномерное 1Ь толщины и электрической проч-
ности пленок.
'Применение гибких пленок для изготовления электрической изо-
ляции, а также для других технических целей часто требует нанесе-
ния на них клеящего слоя, способного расплавляться и приобретать
клейкость при повышенной температуре. Такой клеящий слой, нане-
сенный на пленку, высушивается в потоке теплового воздуха, после
чего готовая пленка сматывается в рулон. Толщина клеящего слоя
у электроизоляционных триацетатных пленок составляет 0,007—
0,01 мм. Для нанесения клеящих слоев применяется лак на поливи-
нилацетатной или полибутилметакрилатной основе.
Режим изготовления и дополнительной сушки пленок оказывает
весьма существенное влияние на их механические свойства.
Существует два основных типа пленок: изотропные с полностью
дезориентированными цепями молекул пленки, отличающиеся вну-
тренней равновесностью, и анизотропные пленки с ориентированны-
ми молекулярными цепями.
Очень часто анизотропные (ориентированные) пленки получают-
ся с помощью дополнительной обработки — каландрирования (на-
пример, пленки из политетрафторэтилена) или простой вытяжки (на-
пример, пленки из полиамидных соединений).
Изотропные пленки обладают более устойчивой структурой и не
имеют значительных внутренних напряжений. В то же время эти
пленки имеют пониженную' механическую прочность и повышенное
удлинение, в особенности при высоком содержании в них пластифи-
каторов. Эти пленки дают сравнительно небольшую усадку, которая
зависит в основном от количества остаточного растворителя в плен-
ке. Изотропные пленки могут быть получены при замедленном испа-
рении летучих растворителей.
Анизотропные пленки обладают повышенной механической
прочностью (за счет ориентации цепей молекул) и значительной
усадкой. Анизотропным пленкам свойственно также явление релак-
сации, т. е. перехода анизотропной структуры в изотропную. Умень-
шения скорости релаксации цепей молекул в пленках можно достиг-
нуть повышением вязкости системы, например уменьшением количе-
ства пластификаторов и т. п. Некоторые виды пленок, например
нитроцеллюлозные анизотропные (ориентированные) пленки, обна-
руживают очень малую скорость релаксации, и то лишь после силь-
ного прогрева этих пленок. Такие анизотропные пленки обладают
практически равновесным состоянием структуры и в то же время
достаточно высокой механической прочностью.
Примерные электроизоляционные- и физико-химические харак-
теристики электроизоляционных пленок приведены в табл. 8-4,
а классификация и области нх применения в табл. 8-5. Ниже сооб-
щаются дополнительные сведения о пленочных материалах, причем
особое внимание обращается на те материалы, которые применяют-
ся в производстве различных обмоточных и монтажных проводов.
8-13. ПЛЕНКИ ИЗ ГИДРАТЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Электроизоляционные и физико-механические харак-
теристики пластифицированных вискозных пленок (цел-
лофана) и пленок из медно-аммиачиой целлюлозы при-
мерно одинаковы. Они значительно хуже, чем у пленок
из эфиров целлюлозы; дроме того, эти пленки горючи,
весьма гигроскопичны, обладают ограниченной нагрево-
стойкостью и поэтому, несмотря па относительную деше-
визну, как электроизоляционные материалы практически
не находят применения. Эти пленки преимущественно
используются в качестве оберточного материала как для
изделий широкого потребления, так и для консервации
различных деталей машин и т. п.
8-14. ПЛЕНКИ ИЗ ЭФИРОВ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Примерные физико-механические и электроизоляци-
онные свойства этих пленок приведены в табл. 8-6. Три-
ацетатные пленки, а также пленки из ацетобутират- и
три1пропиопатцелл1олозы наряду с высокими электроизо-
ляционными свойствами обладают достаточно высокой
нагревостойкостыо. В особенности это относится к не-
пластифицированным пленкам (см. табл. 8-4). Поэтому
иногда для них допускают длительный нагрев до 110 °C.
Пластифицированные пленки из эфиров целлюлозы прн нагреве
теряют массу за счет испарения летучей части пластификаторов.
На рис. 8-3 приведена зависимость потерь массы у 'пластифициро-
ванной триацетатной пленки от времени выдержки при 140 °C, где
видно, что уже после 1—'2 суток выдержки при этой температуре
потеря массы доходит до 20%. У непластнфицированных или слабо
пластифицированных триацетатных пленок эти потери не превышают
10%.
Некоторого улучшения механических свойств триацетатных пле-
нок можно достигнуть дополнительным их каландрированием .между
Свойства электроизоляционных пленок
Г а б л и ц а ЕМ
ад £ О. к к «А? 6о
ад о о п g , везде й в те1 спижа 5%, сад S Яд =( К го го |нная диффуг паров, 10-е г г.cm.) кости ши, СО а S о с о К ГО . ЕГО и о о к 3 схр-о о Удельное объемное ЕО -СМ и So.
Вид пленки м (V го я •o' о )атура, которо дней сть иа :одерж гноситс ости в и проч: стяжеь к ч> S S4e СИ ЭСТЬ П[ в мок и, % п м сост )нческа яри 20е сопротив- ление при 20 °C, tg8-io-* при 20° С GJ Ы Ь О
Класс' кости о ч с Темпег ствне ние 32 прочно о О Я 5 О 2?хР Ию Ш Постое ВОДЯ HI: g Преде. при ра кгс [м/. Удлин рыве, Прочие жеиии стоят в сухо Электр НОСТЬ 1 кв} мм ом‘СМ Ч л 2 Л s R К
Пластифицированная вискоза Y 1,25 80 16—18 280 7—9 10-20 45 40 10’0 2 000 3-4
Медио-аммиачная вискоза Y 1,28 80 12—15 200 8—12 8—15 50 40 10’0 3 000 3-4
Непластифицированная триаце- А 1,27 120 3,7-4,5 80 8,0—12 10-25 65 90—100 10» 100 3.5—4
татцеллюлоза Пластифицированная триаце- А 1,22 110 2,0—3,3 300 6,5—9,5 20—35 65 90—100 1014—10’5 120—140 3,5-4
татцеллюлоза
Непластифицированная ацето- бу тнратце л люлоза Пластифицированная ацетобу- А 1,25 120 4-5 60 7—9 20—30 85 До 120 1014—10» 100 3,5
А 1,24 ПО 3—4 200 6-8 25—40 85 До 120 1014—101S 120 3,5
тиратцел люлоза Пластифицированная трипро- А 1,20 ПО 1,5 60 5,3-6,9 30—40 100 100 10м 140 3.5
пнонатцеллюлоза Этнлцеллюлоза А 1,14 — 70 4,9-6,3 10—40 — 60—100 10® 60—100 3,5
Хлорированный поливинилхло- Ниже Y 1.47 70 0.2-0,5 1.0 6—8 10—50 100 75 10® 100 3.3
рид Полиамидная пленка (невытя- А 1,08 100 — 10 2,5 275—400 100 11—45 (14-5)-1012 700—1 000 6
нута я)
Полиамидная пленка (с до- А 1,10 100 -— 10 9-15 100—150 100 15—45 10м 300—1 000 6
полиительной вытяжкой)
Полистирол Ниже Y 1,05 70 0 3,5 4-7,5 2-4 100 20-50 10’5—10’’ 2-4 2,2—2.8
(50-
60° С)
Политетрафторэтилен С 2,1—2,3 —. 0 0,01 1—10 300—400 100 40—100 1016—10” 2—4 2,2
Полиэтилен (низкого давле- Y и А 0,93 — 0 0,20 1,5—2,0 До 550 100 40—45 1018—101’ 2—4 2.2
ния или облученный) По л иэтил ентерефта л ат Е 1,40 — 0,3—0,4 2—5 14—25 50—130 До 160 10’6—10” . 50—180 3,1—3,2
Поликарбонат Е 1,20 — 0 — 8,0—8,5 До 180 . — 100—140 10>6 2-10 3
Классификация и области применения электроизоляционных пленок
Таблица 8-5
Тип основного материала Разновидность химического состава Фирменное название Применение в электротехнике
Г идратце.члюлоза Сложные эфиры целлю- лозы и ррганических кислот Сложные эфиры целлю- лозы и неорганических кислот Простые эфиры целлкь J лозы ] Вискоза пластифицирован- ная Медно-аммиачная целлю- лоза (пластифицирован- ная) Триацетат целлюлозы Ацетобутират целлюлозы Трипропионат целлюлозы Нитроцеллюлоза Этилцеллюлоза Бензилцеллюлоза Целлофан Купрофан Триацетатные пленки (триафоль N и W) Ацетобутиратные пленки Трипропионатные пленки (триафоль ТР) Нитропленки (целлулоид! Этилцеллюлозные пленки Бензилцеллюлозные плен- ки Как электроизоляционные материалы; имеют весьма малое применение ввиду низких электроизоляционных свойств Пленки толщиной 0,02—0,04 мм при- меняются в качестве изоляции обмо- точных и монтажных проводов. Более толстые пленки (0,04—0,2 мм) из не- пластифицированных эфиров целлюло- зы применяются для пазовой изоляции,, а также для изготовления листовых изоляционных материалов в комбинации-, с бумагой, стеклотканью и т. п. Преимущественно применяются в ки- нофотопромышленности, а также для изготовления покровных лаков при про- изводстве автотракторных проводов В основном применяются для покров- ных лаков при изготовлении монтаж- ных и авиационных проводов Из-за пониженных механических, свойств и недостаточной морозостойко- сти в качестве электрической изоля- ции эти пленки не применяются
Продолжение табл. 8-5
Тип основного материала Разновидность химического состава Фирменное название Применение в электротехнике
Полиамидные соединении Перфоль,- лиафоль Преимущественно для защитных по- крытий
Поликонденсационные j смолы Полиэфирные соединения Лавсан, майлар, хоста- фан, терилен и т. п. Для изоляции обмоточных и монтаж- ных проводов, для пазовой изоляции, в конденсаторостроении и т. п. для ра- бочих температур до 120е С
Поликарбонатные соеди- нения Макрофоль N и О То же, а также для изоляции высо- ковольтных кабелей
Полимеризационные смолы Политетрафторэтилен Полистирол Тефлон, фторопласт-4 Полистирольные пленки (стирофлекс, стиро- фоль) Пленки толщиной 0,02—0,04 мм при- меняются для изоляции нагревостойких обмоточных, монтажных и специальных проводов, для нагревостойкой пазовой изоляции и т. п. Пленки (и нити) применяются для изоляции телефонных кабелей дальней связи, в производстве конденсаторов и т. п.
Полиэтилен Полиэтиленовые пленки Применяются для консервации ответ- ственных изделий. Пленки из полиэти- лена повышенной нагревостойкости мо- гут применяться для электроизоляци- онных целей
Таблица 8-6 Свойства триацетатных пленок
Характеристика Вид пленки
пластифицированная слабо пла- стифици- рованная иепласти- фициро- ваиная
Цвет Допуск по толщине, мм, для пленок толщиной: 0,025—0,04 мм 0,07 мм Усадка поверхности после выдержки при 140+2° С в течение 1 суток (для пла- стифицированных пленок) или 7 суток (для непласти- фицпрованных или слабо пластифицированных), °/о, не более Потеря массы после выдерж- ки при 140+2° С в тече- ние 1 суток (для пласти- фицированных пленок) или 7 суток (для непластифи- цированных или слабо пла- стифицированных) , %, не более Предел прочности при растя- жении в нормальном со- стоянии и после пребывания при 140+2° С в течение 1 суток (для пластифици- рованных пленок) или 7 су- ток (для непластифициро- ванных или слабо пластифи- цированных), кгс/см2, не менее Удлинение при разрыве, %, не менее: в нормальном состоянии после указанной выше вы- держки при 140+2° С Синий ±0,005 20 20 6,5 20 12 Для толщин Бесцвет- ный ±0,005 ±0,007 12 10 9 12 8 Голубой или синий ±0,005 ±0,007 6 5 9 12 9
Число двойных перегибов не менее: в нормальном состоянии после указанной выше вы- держки при 140+2° С 0,025 мм 0,04 мм
1 200 800 600 400 150 НО 500 350
, Про олжение табл. 8-6
Характеристика Вид плевки
пластифицированная слабо пла- стифици- рованная непласти- фициро- ванная
Пробивное напряжение в нор- мальном состоянии, а так- же после указанной выше выдержки при 140+2° С или после 48 ч пребывания в воде при 20+5° С, кв, не менее: 1,5
для пленок толщиной 0,025 мм — —
для пленок толщиной 0,04 мм 3,5 3,0—3,5 3,0—3,5
для пленок толщиной 0,07 мм Удельное объемное сопро- тивление, ом-см, не менее: 5,0—5,5 5,0—5,5
в нормальном состоянии и после указанной вы- ше выдержки при 1404-2°С 1-Ю’4 1-Ю14 1-Ю'4
после 48 ч пребывания в воде при 20+5° С 1-Ю11 1-10" 1-10”
валками из нержавеющей стали при температуре 150—160 °C. Ка-
ландрированные пленки обладают более стабильными значениями
прочности и относительного
удлинения при разрыве.
Для электроизоляционных
целей в СССР применяются
триацетатные пленки, причем
для изготовления обмоточных
проводов обычно применяются
пластифицированные пленки
толщиной 0,025—0,04 мм, а для
пазоной изоляции электриче-
ских машин и других целей —
непластифицированные или сла-
бо пластифицированные плен-
ки толщиной 0,04 мм и более.
Примерные тебования, кото
рые предъявляются к этим
пленкам, приведены в табл. 8-6,
причем величины, относящиеся
к пленкам толщиной 0,025 и
0,04 мм, соответствуют тре-
Сутки
Рис. 8-3. Потеря массы (в про-
центах) пластифицированной три-
ацетатной пленки в зависимости
от времени пребывания при 140 °C.
бованиям ТУ 1782-55, которые распространяются на пластифици-
рованную электроизоляционную триацетатную пленку таких толщин.
Эти пленки выпускаются в виде лент шириной 4—20 мм (через
2 мм) с допуском по ширине ±0,2 мм; диаметр ролика с пленкой
165±5 мм.
'Пластифицированные триацетатные пленки подвергаются также
испытанию для определения сопротивления надрыву, которое имеет
своей целью воспроизвести напряжения, которые возникают в ленте
из пленки при изолировке прямоугольных обмоточных проводов,
углов секций, катушек и т. п. Эти испытания проводятся после 24 ч
выдержки прн 65%-ной относительной влажности воздуха и темпера-
туре 20±5 °C иа обычной разрывной машине. Испытываемый обра-
зец ленты перегибается через, скобу, а оба конца его закрепляются
в нижнем зажиме, который должен двигаться со скоростью 30+
±3 mmImuh. Сопротивление лент толщиной 0,025 и 0,04 мм надрыву
должно быть не менее величин, указанных в табл. 8-7.
Таблица 8-7
Нормированные величины сопротивления
надрыву триацетатных пленок
Ширина пленки, мм 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Сопротивление надры- ву, кгс 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 14,51 ’“<Я 5,0
Важнейшим представителем простых эфиров целлюлозы являет-
ся этилцеллюлоза. Ее электроизоляционные свойства зависят от сте-
пени этилирования, а механические свойства пленок — от вязкости
продукта, из которого они изготовляются.
Этилцеллюлозе присущи следующие свойства:
а) Стойкость к действию щелочей и малая чувствительность
к действию кислот. В то же время этилцеллюлоза с обычной для
нее степенью замещения (количество гидроксильных групп 2,3—2,4,
считая на элементарное звено) растворима в бензоле, толуоле и
частично в ксилоле. Кроме того, этилцеллюлозные пленки раствори-
мы в различных ацетатах, дихлорэтане, тетрахлорэтане, метиленхло-
риде, ацетоне и т. п. Этилцеллюлозные пленки набухают и частично
растворяются в различных спиртах.
б) Малая горючесть и трудная воспламеняемость.
в) Относительно высокая нагревостойкость. Пленки выдержи-
вают нагрев до 100—105 °C без разложения и выделения действую-
щих на металлы газов или кислот; температура разложения и по-
темнения этих пленок 170—1'80 qC.
г) 'Высокая морозостойкость, что выгодно отличает этилцеллю-
лозные пленки от пленок других эфиров целлюлозы. При —40 °C
пленки остаются достаточно эластичными и имеют относительное
удлинение при разрыве 28—30%.
е) Высокие пластичность и гибкость (даже в непластифициро-
ванном виде).
ж) Прозрачность и высокая светостойкость.
з) Малая плотность '(наименьшая среди пленок из различных
эфиров целлюлозы).
ЭтилцеллЮлозные -пленки обладают хорошей адгезией к метал-
лам, дереву, бумаге и пр. Поэтому пленки из этилцеллюлозного лака
успешно применяются для покрытия различного рода монтажных
проводов и других кабельных изделий. Такие пленки обладают вы-
соким удельным поверхностным сопротивлением .(1013—1014 ом).
8-15. ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНЫЕ ПЛЕНКИ
Еще в 1941 г. Винфельд и Диксон синтезировали новый поли-
мер — полиэтилентерефталат. Первые исследования промышленных
партий его были выполнены в Англии, после чего там было организо-
вано производство изоляционной пленки под названием «мелинекс».
В 19'54 г. фирма Дюпон (США) начала выпускать в большом
количестве эту пленку, дав ей название «майлар». Примерно в то
же время полиэтилентерефталатная пленка стала изготовляться фир-
мой Калле |(1ФРГ) под маркой «хостафан». Примерные характери-
стики последних пленок приведены в табл. 8-8. Вскоре французская
фирма Целлофан приступила к производству этой пленки под фир-
менным наименованием «терфан». Потом производство этой пленки
было организовано в Японии и других странах.
В СССР эта пленка изготовляется по отечественной технологии
и выпускается под наименованием «лавсан». После формовки из
расплава смолы пленка подвергается растяжению вдоль и поперек
полотна, благодаря чему достигается весьма высокая механическая
прочность.
Уже с самого начала производства полиэтилентерефталатных
пленок выявилось исключительное значение их для электротехники,
так как, помимо высокой механической прочности, эти пленки обла-
дают весьма высокой электрической прочностью, влагостойкостью и
нагревостойкостью. В отношении нагревостойкости полиэтилентере-
фталатные пленки превосходят все остальные изоляционные пленки
из большинства различных синтетических материалов, за исключе-
нием пленок из полиимидов, политетрафторэтилена и политрифтор-
монохлорэтилена.
При рассмотрении свойства полиэтилентерефталатных пленок
следует обратить внимание на следующие два обстоятельства:
1. Электроизоляционные пленки из синтетических материалов
обладают недостаточной короностойкостью; тонкие полиэтилентере-
фталатные пленки в этом отношении обладают известным преиму-
ществом в сравнении с другими пленками.
2. У нсех очень тонких пленок, в том числе и полиэтиленте-
рефталатных, прн толщине их менее 0,02 мм при определении элек-
трической прочности отдельные результаты получаются значительно
ниже среднего значения (при исследовании изоляционных пленок
толщиной 0,04 мм и выше разброс результатов этих испытаний едва
заметен, так как с повышением толщины пленки вероятность 'нали-
чия электрически слабых мест становится значительно меньшей).
Практика показывает, что, несмотря на отмеченное явление, имеется
полная возможность применения для целей электрической изоляции
даже очень тонких полиэтилентерефталатных пленок.
Пленки толщиной 0,015—0,030 мм могут применяться для бан-
дажирования лобовых частей обмоток электрических машин.
Полиэтилентерефталатные пленки могут применяться и в холо-
дильниках, так как они стойки к воздействию хладоагентов — фрео-
Т аблица8-8
Свойства полйэтилентерефталатной пленки „хостафан"
Характеристика Величина
Плотность, г/см3 1,40
Предел прочности при растяжении, кгс/мм3'.
вдоль рулона 18—25
поперек рулона 14—20
Относительное удлинение при разрыве, %: 50—130
вдоль рулона
поперек рулона 50—130
Разрывная прочность по кромке (прочность на надрыв), кгс:
вдоль рулона 20
поперек рулона 18
Число двойных перегибов: 15 000
вдоль рулона
поперек рулона 7 500
Модуль упругости вдоль рулона, кгс)см3 45000
Температура плавления, °C 255—260
Допустимый интервал рабочих температур, °C От —60 до +130
Усадка, %:
при +100° С 0,5
при 150° С 2—3
Теплопроводность, кал/(см сек -град) 0,36
Влагосодержание, % 0,3—0,4
Проницаемость водяных паров (пленка толщи- 5
ной 0,04 мм при 85% относительной влажно- сти воздуха в течение 24 ч), г/м3 160
Электрическая прочность пленки толщиной
0,04 мм при 20° С и 50 гц, кв/мм
Удельное объемное сопротивление, ом/см 10”
Диэлектрическая проницаемость: 3,2
при 800 гц
при 106 гц 3,1
tg8: 0,005
при 800 гц
при 10е гц 0,018
на-12 и фреона-22. В ГОСТ 8865-58 и рекомендациях МЭК эти плен-
ки относятся к классу нагревостойкости Е. Некоторые зарубежные
фирмы допускают возможность эксплуатации при 130 °C полиэтилен-
терефталатных пленок только с подложками из нагревостойких ма-
териалов 1(асбобумага, чешуйки слюды и т. п.).
Применению полиэтилентерефталатных пленок при изготовлении
проводов и кабелей способствует повышенная температура их плав-
ления, благодаря чему на изолированный кабель можно накладывать
без заметного последующего повреждения пленки защитные оболоч-
ки из различных синтетических материалов, а также производить
вулканизаций резиновых оболочек и т, п.
К числу недостатков полиэтидентерефталатных пленок следует
отнести их повышенные жесткость и упругость, что затрудняет их
фальцевание и применение в качестве пазовой изоляции.
В целях повышения мягкости изоляции и одновременного уве-
личения механической прочности полиэтилентерефталатные пленки
склеивают с бумагой, электрокартоном и подобными им материалами.
В частности, .фирмы Дженерал Электрик и Вестингауз (США) приме-
няют полиэтилентерефталатную пленку «майлар», наклейную на бу-
магу, для пазовой изоляции электродвигателей малой мощности и
композиционный материал из пленки и стеклоткани для изоляции
электрических машин морского исполнения. В ФРГ полиэтилентере-
фталатная пленка обычно применяется для пазовой изоляции в со-
четании с электрокартоном, асбестом, стеклотканью и т. п.
Полиэтилентерефталатная пленка изготовляется в СССР в соот-
ветствии с МРТУ 6-11-30-65 толщиной 8, 10, 12, 15, Г8, 20, 22 и
25 мкм с допуском ±30% и шириной 6—20 мм (через 2 мм) с до-
пуском по ширине ±0,'5 мм и выпускается под маркой ПЭТФ. По
согласованию с заказчиком допускается изготовление этой пленки
любой ширины в пределах 20—'650 мм.
Длина пленки в ролике между склейками должна быть не менее
50 м. Предел прочности при растяжении пленки как в продольном,
так н в поперечном направлениях должен быть не менее
1200 кгс)см2, а относительное удлинение при разрыве — не менее
50% |(вдоль) и 35% ((поперек). Усадка пленки .(уменьшение линейно-
го размера пленки) после прогрева в течение 10 мин при 150 °C
должна быть не более 5%. Электрическая прочность при 20±5°С
должна быть не менее 160 кв)мм ((среднее из пяти определений; до-
пустимая минимальная величина 120 кв]мм) и при 150±5°С—не
менее '50. кв!мм, p,z при 20±'5°С — не менее 1-1016 ом • см и при
150±5°С — не менее 1 • 1012 ом - см, tg б при 20±'5чС и частоте
1 000 гц — не более 8 • 10-3.
8-16. ПЛЕНКИ НА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНОЙ ОСНОВЕ
Тонкие пленки (0,02—0,08 мм) на поливинилхлоридной основе
могут выпускаться из хлорированного поливинилхлорида (перхлор-
винила), так как последний обладает значительно лучшей раствори-
мостью в некоторых доступных растворителях, чем поливинилхло-
рид. Эти пленки обладают достаточно высокой механической проч-
ностью, которая не изменяется и при увлажнении. Предельно
допустимая температура длительного нагрева таких пленок ограни-
чивается 70—80 °C. Поэтому эти пленки не находят применения в про-
изводстве обмоточных проводов.
8-17. ПОЛИАМИДНЫЕ ПЛЕНКИ
Отличительными свойствами полиамидных пленок, получаемых
из смолы капрон, являются большие эластичность и удлинение при
разрыве. У различных сортов пленок толщиной 0,05—0,06 и шириной
5 мм предел прочности при растяжении составляет 2,2—3,4 кге/мм2-,
относительное удлинение при разрыве равно 275—400%, а у отдель-
ных видов неориентированных полиамидных пленок оно достигает
600%.
Полиамидные пленки негорючи; будучи помещены в пламя, они
размягчаются и постепенно расплавляются. Эти пленки нераствори-
мы и не набухают в таких растворителях, как бензин, бензол, спирт,
ацетон, хлороформ. Пребывание пленок в воде несколько снижает
их прочность и относительное удлинение при разрыве. Выдержка
пленок в течение 16—32 дней прн -80—100 °C снижает разрывную
прочность на 20—'25%. Изменение величины удлинения происходит
более резко., Так, после выдержки 16 дней при 80 °C у некоторых
видов полиамидных пленок относительное удлинение при разрыве
с '275% уменьшается до 24'5%, а после 32 дней — до 135—140%. При
такой же длительности выдержки, но при 100 °C этот показатель
уменьшается до 12—20%.
Электрические характеристики капроновых пленок сравнительно
невысоки (см. табл. 8-4). Пленки из смолы этант обладают более
высокими электроизоляционными свойствами.
Если полиамидную пленку подвергнуть вытяжке, то ее толщина
и ширина значительно уменьшатся. В то же время за счет увеличи-
вающейся степени ориентированности цепей молекул при вытяжке
в 2—'3 раза предел прочности при растяжении увеличивается с 2,2—
3,0 до 9—15 кгс!мм?, а относительное удлинение при разрыве умень-
шается с 200—ЙЗО до 100—'150%. -
Изготовляемые в СССР полиамидные (из поликапролактама)
пленки марки ПК-4 в соответствии с УТ УХП № 17-58 в зависимо-
сти от толщины выпускаются трех видов. Эти пленки по существу
не являются высококачественным электроизоляционным материалом,
так как их электрические характеристики резко снижаются при
увлажнении. Они применяются главным образом как упаковочный
материал. 'Можно предполагать, что влагостойкость пленок из смолы
энант будет значительно выше и эти пленки смогут найти примене-
ние и для изготовления электрической изоляции. За рубежом поли-
амидные пленки получили для этих целей некоторое применение.
Они выпускаются под марками «перлон L», «перлон Т», «ультра-
мид А» «ультрамид В», «супрамид», «найлон 66», «рильсан» и др.
В ГДР перлоновая (капроновая) пленка применяется для механи-
ческого упрочнения пазовой изоляции; в США найлоновая пленка
используется в качестве пазовой изоляции электрических машин
малой мощности.
8-18. ПОЛИСТИРОЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ
Полистирольные пленки обладают высокими электроизоляцион-
ными свойствами и поэтому находят вместе с нитями из этого поли-
мера широкое применение в производстве ряда конструкций кабелей
дальней связи. Кроме того, значительно увеличилось применение по-
листирольных пленок в конденсаторостроении. Все эти пленки обычно
изготовляются из блочного полистирола, причем для кабелей связи
обычно применяются пленки толщиной 0,045±0,01 мм, а для особых
случаев — толщиной 0,045±0,005 мм. Такие пленки обычно постав-
ляются шириной (10-4-12) ±2 мм. 'В конденсаторной промышленно-
сти наибольшее применение имеют пленки толщиной 0,02 мм и ши-
риной около 50 мм. Для тех и других целей обычно применяются
прозрачные, неокрашенные и не содержащие пластификаторов плен-
ки, которые в процессе изготовления ориентируются в продольном и
частично в поперечном направлениях. Пленки поставляются с длиной
отдельных концов не менее 300 м; допускается сдача пленки с дли-
ной концов не менее 100 м в количестве не более 10% всей предъяв-
ляемой партии.
По техическим условиям ТУ МХП М 439 '54 предел прочности
при растяжении пленок должен быть не менее 7,4 кгс/мм2, а относи-
тельное удлинение не менее
3,0—3,1 %. Полистирольные
пленки согласно вышеуказан-
ным ТУ должны выдерживать
не менее 50 двойных переги-
бов. /По тем же ТУ диэлектри-
ческая проницаемость и tg б
при частоте 106 гц должны
быть не более соответственно
2,75 и 4,5 10-*.
8-19. ПОЛИКАРБОНАТНЫЕ
ПЛЕНКИ
К поликарбонатам отно-
сятся полимеры на основе эфи-
ров угольной кислоты. Особен-
ностью этих полимеров являет-
ся наличие в их молекулярном
строении карбонильной группы
=С=О. Принципиально воз-
можно создание очень большо-
го количества различных поли-
меров этого типа, однако наи-
большее применение находят
поликарбонаты, у которых стро-
ение мономера 4,4 — диоксиди-
фенил — 2,2 — пропан. Произ-
водство таких поликарбонатов
начато в ряде стран. Поликар-
бонаты имеют плотность около
1,2 г/смв. Они являются типич-
ными термопластами, в чем
нетрудно убедиться из рис. 8-4,
на котором приведены для по-
ликарбонатной пленки зависи-
мости величин прочности при
изгибе и растяжении от темпе-
ратуры. Температура плавле-
ния поликарбонатов находится
в пределах 222—230 °C, а по-
Рнс. 8-4. Зависимость прочно-
сти при изгибе (/) и растяже-
нии (2) поликарбонатных пле-
нок от температуры.
явления твердости (хрупко-
сти)— несколько ниже 100 °C.
Широкому применению по-
ликарбонатных пленок способ-
ствуют их высокие электроизоляционные
На рис. 8-5 показана зависимость удельного
Рис. 8-5. Зависимость удельного
сопротивления пленок от темпе-
ратуры.
1— поликарбоната я пленка; 2— аде
тобутиратцеллюлозная пленка.
и механические свойства,
объемного сопротивления
Рис. 8-6. Зависимость электри-
ческой прочности пленок от
температуры.
1 — поликарбонатная пленка; 2 —
а цетобутиратцеллюлозная пленка.
Рис. 8-7. Изменение относи-
тельного удлинения при растя-
жении поликарбонатных пле-
нок в зависимости от времени
при 140 °C.
Рис. 8-8. Изменение прочности при
растяжении поликарбонатных
пленок в зависимости от времени
при 140 °C.
поликарбонатных и ацетобути-
ратцеллюлозных пленок от тем-
пературы. Преимущество поли-
карбонатных пленок весьма су-
щественно, несмотря на то, что
и ацетобутиратцеллюлозные
пленки обладают достаточно
высоким удельным сопротивле-
нием. На рис. 8-6 приведена
для тех же пленок зависимость
электрической прочности от
температуры. Поликарбонатные
пленки обладают весьма высо-
кой электрической прочностью
и превосходят в этом отноше-
нии ацетобутнратцеллюлозные
пленки. Они имеют малые ди-
электрические потери: tg б при
50 гц в интервале от —50 до
+11'50 °C, а также при комнат-
ной температуре, но три часто-
тах 1Ю2—108 гц колеблется
в пределах 0,001—0,01.
Диэлектрическая проницае-
мость поликарбонатных пленок
около 3,0, т. е. меньше, чем
у большинства других электро-
изоляционных пленок, и лишь
незначительно изменяется в ука-
занных выше температурном и
частотном интервалах, что име-
ет весьма существенное значе-
ние при применении этих пле-
нок в производстве электриче-
ских конденсаторов.
Большим достоинством но-
вых пленок является достаточ-
но высокая их нагревостой-
кость. Усадка у пленок «ма-
крофоль N» '(производство
ФРГ) после выдержки при по-
вышенной температуре в тече-
ние 7 дней очень мала и со-
ставляет три '120 °C всего око-
ло 2°/о, а при 140 °C около 3%.
На рис. 8-7 показано изменение
относительного удлинения при
разрыве, а на рис. 8-8 — преде-
ла прочности при растяжении
в зависимости от времени вы-
держки при 140 °C; после
56 дней такого теплового оста-
ривания удлинение остается на
уровне 20%, а разрывная проч-
ность — около 6 кгс1мм2.
Относительное удлинение, %
Рис. 8-9. Зависимость прочно-
сти при растяжении от относи-
тельного удлинения вытянутых
и невытяпутых поликарбонат-
ных пленок.
1 — пленки с дополнительной вы-
тяжкой толщиной 10 мкм-, 2 —то
же толщиной 40 мкм-, 3 — иевытя-
нутая пленка толщиной 40 мкм.
что и пленки из эФиоов не
Поликар онатные пленки
применяются для изоляции об-
моточных проводов, а также
, для корпусной изоляции раз-
личных катушек, пазовой изо-
ляции небольших электродвига-
телей и пр.
Поликарбонатные пленки
можно наносить в нагретом ви-
де на различные поверхности
(оправки); при этом пленки
очень плотно облегают формы
и могут длительно работать
благодаря высокой стойкости
против воздействия различных
лаков, растворителей и пр.
Широкое применение по-
ликарбонатные пленки начина-
ют находить в конденсаторо-
строении благодаря своим хо-
рошим электроизоляционным
свойствам и способности на-
дежно работать в интервале
температур от —20 до +>130 °C.
Для этой цели необходимы
пленки толщиной 0,01—0,02 мм.
'Поликарбонатные пленки
изготовляются отливкой из со-
ответствующих растворов по-
лимеров, т. е. тем же способо
люлозы. В этом случае колебания пленок по толщине нахо-
дятся в пределах ±4 мкм. Более топкие и равномерные по тол-
щине пленки получаются дополнительной вытяжкой более толстых
пленок. Таким методом удается получить пленку с колебаниями по
толщине ±10%, в частности пленку толщиной 10 мкм с отклонения-
ми ±1 мкм. Одновременно значительно повышается разрывная проч-
ность таких пленок (рис. 8-9). Удлинение пленок после дополнитель-
ной вытяжки несколько уменьшается, но все же остается в преде-
лах, вполне достаточных для практики. Следует отметить некоторое
улучшение электрических характеристик вытянутых пленок (неболь-
шое снижение диэлектрической проницаемости е и tg 6 в диапазоне
частот от '50 гц до 1 Мгц).
Фирма Байер !(ФРГ) выпускает поликарбонатную пленку мар-
ки Do-202 толщиной 0,02—0,10 мм и шириной до 1 200 мм и гарантирует
у этих пленок высокие электроизоляционные и физико-механические
свойства ('электрическая прочность при 20 и 150 °C не менее соот-
ветственно 100 и 80 кв/мм-, pv при этих температурах не менее
Ю16 и 10*4 ом-см-, tg 6 при 800 гц и 20 и Г50 °C не более 0,002).
В США поликарбонатные пленки использованы для изготовле-
ния опытных партий маслонаполненных кабелей на напряжение
425 кв, причем ‘применение этих пленок позволило уменьшить толщи-
ну изоляции таких кабелей примерно на 25% в сравнении с пропи-
танной бумажной изоляцией.
8-20. ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫЕ ПЛЁНКИ
'Полипропилен представляет собой продукт полимеризации не-
предельного углеводорода пропилена СНз—СН=СН2. В зависимости
от вида пространственной структуры молекул полимера полипропи-
лен может иметь аморфное и кристаллическое строение. Для целей
электрической изоляции наибольший интерес представляет полипро-
пилен с возможно большим содержанием кристаллической фазы,
который получается при применении таких комплексных металлоор-
ганических катализаторов, как триэтилалюминий А1 (С2Н5) 3 . вместе
с треххлористым титанатом TiCls. Такой полипропилен имеет темпе-
ратуру плавления около -170 °C, в то время как аморфный полипро-
пилен размягчается уже при +75 °C. Плотность кристаллического
полипропилена равна 0,9'2 г/см2. Полипропилен в виде образца
пластмассы имеет предел прочности при растяжении 300—400 кгс/см2
и относительное удлинение при разрыве 400—800%. Пленки из поли-
пропилена имеют значительно большую прочность и существенно
меньшее удлинение. Эти пленки обладают высокими электроизоля-
ционными свойствами (диэлектрическая проницаемость е=2,2; tg б
при 10® гц около 5 • ГО4; электрическая прочность около 00 кв/мм);
в то же время эти пленки имеют значительно более высокую темпе-
ратуру размягчения и плавления в сравнении с полиэтиленовыми
пленками. Полипропилен обладает высокой химической стойкостью,
которая повышается с увеличением содержания кристаллической
фазы. В производстве обмоточных и монтажных проводов эти плен-,
ки пока не применяются из-за ограниченной нагревостойкости.
8-21. ПОЛИЭТИЛЕНОВЫЕ ПЛЕНКИ
Полиэтилен обладает весьма высокими электроизоляционными
свойствами, и поэтому применение пленок из этого материала долж-
но представлять в ряде случаев значительный интерес. Однако по-
ниженные механические свойства и недостаточная нагревостойкость
этого материала до последнего времени препятствуют применению
этих пленок в качестве электроизоляционного материала в производ-
стве обмоточных проводов. Полиэтилен легко накладывается на
провода шприцеванием, а штамповкой и прессованием из него нетруд-
но изготовлять колпачки, шайбы и прочие детали для высокочастот-
ных кабелей, благодаря чему полиэтилен быстро нашел здесь самое
широкое применение.
Полиэтиленовые пленки изготовляются для упаковки и консер-
вации различных изделий. Такие пленки имеют толщину около 0,04—
0,05 мм, предел прочности при растяжении до 2—'3 кгс/мм2 и отно-
сительное удлинение при разрыве выше 200%.
Под воздействием радиоактивного облучения полиэтилен приоб-
ретает ценные свойства, которые могут быть с успехом использованы
в электротехнической промышленности. Так, облученный полиэтилен
при нагревании не плавится, а при высокой температуре постепенно
обугливается и сгорает. Облученный полиэтилен имеет более высо-
кую нагревостойкость, чем необлученный. При температуре выше
110 °C облученный полиэтилен сохраняет некоторую прочность при
растяжении и достаточно высокое удлинение при разрыве, причем
после снятия растягивающей нагрузки образец полимера практиче-
ски возвращается в исходное состояние, что является характерным
для различного рода резин. Облученный полиэтилен при повышен-
ных температурах обладает достаточно высокой электрической проч-
ностью и стойкостью против воздействия растворителей. В тех рас-
творителях, в которых обычный полиэтилен 'при повышенной темпе-
ратуре’ растворяется, облученный лишь слегка набухает.
Фирмой Дженерал Электрик (США) производится облученная
полиэтиленовая пленка под названием «ирратен». Эта пленка имеет
следующие примерные характеристики:
Плотность, г/см*...................... 0,92
Предел прочности при растяжении, кгс/см1- 126—154
Модуль упругости, кгс/сп? ....... 1 260—1 400
Относительное удлинение при разрыве, °/о 500—600
Водопоглощение.........................Незначительное
Воспламеняемость........................Слегка горит
Кислото- и щелочестойкость............... Отличные
Стойкость к растворителям................ Хорошая
Светостойкость............................ Низкая
Электрическая прочность, кв/мм (толщи-
на пленки 0,125 мм):
при 25° С......................... 100
при 50° С......................... 92
tg ё при частотах 60—10 000 гц . . 0,0005
Диэлектрическая проницаемость......... 2,3
Облученная полиэтиленовая пленка обладает большой усадкой,
если эту пленку пердварительно растянуть, а потом нагреть до тем-
пературы несколько выше точки перехода в резиноподобное состоя-
ние (140—145°C). При усадке отдельные слои пленки плотно охва-
тывают соседние, что может быть эффективно использовано для
получения плотной изоляции выводных концов проводов, герметич-
ных заделок кабелей и т. п.
Липкая полиэтиленовая лента с подклеивающим слоем на
основе полиизобутилена или других материалов с успехом приме-
няется для сращивания оболочек полиэтиленовых кабелей, изготов-
ления различных кабельных заделок и т. п.
8-22. ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНОВЫЕ ПЛЕНКИ
Получение политетрафторэтилена может быть представлено сле-
дующим образом. Из хлороформа путем реакции взаимодействия
с безводным HF получается дифтормонохлорметан:
F
I
Cl—С—Н + 2НС1
I
Г
С1
I
Cl—С—Н + 2HF-------
С1
хлороформ-
ди фтормонохлорметан
Дифтормонохлорметан кипит при —40,8 °C; при 600—'800 °C воз-
можна реакция, связанная с отщеплением НС1 и образованием че-
тырехфтористого этилена по схеме
Полученный мономер C2F4 кипит при —76,3 °C. Полимеризация
его возможна при высоком давлении и применении катализаторов
(AgNO3 и т. п.), причем эта реакция является экзотермической и
с повышением давления ускоряется. Поэтому этот процесс должен
тщательно контролироваться, особенно в отношении отвода тепла.
Политетрафторэтилен (в СССР — фторопласт-4, в США — тефлон)
получается в виде белого порошка, который промывается горячей
водой и затем высушивается.
Политетрафторэтилен исключительно термически стабилен и хи-
мически стоек. На него не действуют ни растворители, ни самые
активные химические реагенты. Политетрафторэтилен — кристалличе-
ский полимер, содержащий до 80—85% кристаллической фазы.
Если неориентированную политетрафторэтиленовую пленку под-
вергнуть вытяжке, прочность ее значительно возрастет (примерно
с 2—3 до 7—10 кгс/мм2) за счет ориентации цепей молекул.
Политетрафторэтилен обладает весьма высокой нагревостойко-
стью. Длительный прогрев при 200—250 °C не приводит к сколько-
нибудь заметному изменению физических свойств политетрафтор-
этилена, вызывая, однако, у пленок усадку до 10—13%. Если тем-
пературу нагрева повышать далее, то примерно при 327 °C насту-
пает достаточно ярко выраженная точка перехода полимера из
кристаллического в атморфное состояние; масса становится про-
зрачной, эбонитообразной, хотя явления текучести при этом не на-
блюдается. Лишь при температуре выше 400 °C начинается разло-
жение полимера. Этот полимер имеет симметричное строение моле-
кул и поэтому является неполярным диэлектриком с малыми
диэлектрическим потерями. Порошок спрессовывается в заготовки
при высоком давлении (300—350 кгс/см2), которые затем спекаются
при 360—380 °C. Прессованием изготовляются также различные из-
делия из фторопласта-4 толщиной до нескольких миллиметров.
Основным методом изготовления пленок из фторопласта-4 явля-
ется сострагивание ее на токарном станке с цилиндрических заго-
товок. При изготовлении этим способом в так называемой неориен-
тированной пленке возможно появление дефектов, поэтому элек-
трическая прочность одного слоя пленки значительно ниже, чем
у двух слоев. У ориентированной пленки, которая получается при
раскатке строганой пленки на точном прокатном станке, количе-
ство таких дефектов будет меньше.
Политетрафторэтилен обладает исключительно высокой морозо-
стойкостью и в неподвижном состоянии прессованные и точеные
изделия из него выдерживают температуру до —(150—200) °C.
Пленки выдерживают изгибы при —70 °C и даже ниже, т. е. при
значительно более низкой температуре, чем все другие пленочные
материалы.
Фирма Тензолит Инсьюлейтет (США) изготовляет провода
с тефлоновой изоляцией под названием «флексолон». Эти провода
отличаются от других проводов с тефлоновой изоляцией тем, что
на них тефлон накладывается не шприцеванием и не спиральной
обмоткой лентой, а продольным наложением пленки. В этом слу-
чае отсутствуют многочисленные зазоры между отдельными витка-
ми ленты, которые неизбежны при спиральной обмотке, и изоля-
ция получается более плотной и монолитной.
Сравнительные испытания проводов с восемью слоями про-
дольно наложенной тефлоновой пленки и проводов, у которых
тефлоновая изоляция наложена опрессованием, показали, что про-
вода флексолон обладают большой гибкостью и могут изготовляться
большой строительной длины, чем провода, опрессованные тефло-
ном.
Провода флексолон обладают высокой электрической проч-
ностью, которая к тому же по длине более равномерна, чем у опрес-
сованных проводов. Продольно наложенная пленочная тефлоновая
изоляция весьма устойчива при воздействии дымящейся азотной
кислоты, и после 12 ч провод совершенно не изменяет своего вида.
Наложенная прессованием тефлоновая изоляция в этом случае из-
меняет свой цвет, а в отдельных случаях наблюдаются также
изменение ее структуры, появление мелких трещин и прочих дефек-
тов.
К недостаткам фторопласта-4 следует отнести повышенную хла-
дотекучесть, т. е. недостаточную сопротивляемость продавливанию
под действием малых нагрузок при комнатной температуре, а так-
же значительное снижение электрической прочности при длительном
воздействии электрического поля. Фторопласт-4 очень трудно под-
дается склеиванию, и еще сравнительно недавно считалось, что оно
вообще неосуществимо. В настоящее время разработаны способы
соединения (склеивания) фторопласта-4 с помощью специальных
клеев при одновременном воздействии повышенных давлений и
температуры. Для этого подлежащие склеиванию участки фторопла-
ста-4 предварительно подвергаются обработке (травлению) 1%-ным
раствором натрия в безводном аммиаке или раствором нафталин-
натрия в диметилгликолевом эфире. На обработанную поверхность
наносится клей из эпоксидной смолы, хлоркаучука или резорцин-
формальдегида. Прочность склеенного шва достигает 175 кгс 1см2 и
иногда превосходит прочность самого полимера.
За рубежом разработан сополимер тетрафторэтилена с гекса-
фторпропиленом (тефлон 100Х). Этот материал плавится примерно
при 285—295 °C и по электроизоляционным свойствам несколько
уступает фторопласту-4, хотя при 200 °C он ведет себя как элек-
троизоляционный материал весьма устойчиво.
Фирма Дюпон (США) выпускает тефлоновую пленку, армиро-
ванную стекловолокном (так называемая пленка «армалон» толщи-
ной 0,08—0,25 мм). Для этого стеклоткань предварительно пропиты-
вается суспензией тефлона, а потом дополнительно покрывается им
с одной или двух сторон. Армированный тефлон имеет более низ-
кую текучесть, чем чистый полимер, и отличается также повышен-
ной жесткостью и механической прочностью. Электроизоляционные
характеристики его ниже, чем у чистого тефлона. Он может при-
меняться в качестве изоляционного материала, а также для изго-
товления панелей и т. п. Фирма Континэнтэл Даймонд (США) вы-
пускает армированный стеклотканью тефлон, который после соот-
ветствующей обработки поверхности может склеиваться с другими
материалами.
Интерес представляет также полимер мопохлортрпфторэтилена
F F
Cl F
(в СССР — фторопласт-3). По нагревостойкости полимонохлортри-
фторэтилен превосходит большинство органических синтетических
материалов.
Рекомендациями МЭК полимонохлортрифторэтилен относится
по нагревостойкости к классу В. Исследования показывают воз-
можность применения этого материала и при более высоких тем-
пературах, однако эластичность пленок в этом случае значительно
снижается.
Фторопласт-3 обладает исключительной водостойкостью и весь-
ма высокими электроизоляционными свойствами (удельное объем-
ное сопротивление до 1017 ом • см, электрическая прочность до
100 кв/мм). Этот полимер перерабатывается значительно легче, чем
политетрафторэтилен, так как у него температура размягчения ле-
жит ниже температуры разложения. Таким образом, он более тех-
нологичен, ибо может накладываться на токопроводящие жилы
шприцеванием и прессованием.
Предел прочности при растяжении у пленок из полимонохлор-
трифторэтйлена около 6 кгс/мм?, а относительное удлинение при
разрыве до 100—130%. В ФРГ такая пленка изготовляется под
маркой «хостафлон» (под названием «хостафлоп TF» там изготов-
ляется пленка из политетрафторэтилена).
При нагреве рассмотренных фторсодержащих изоляционных ма-
териалов до 280 °C и выше (для политетрафторэтилена) и до 230 °C
и выше (для полимонохлортрифторэтилена) наблюдается выделение
весьма токсичных фторсодержащих газов, которое усиливается с по-
вышением температуры. Поэтому при работе с этими полимерами
при повышенных температурах необходимо принимать строгие
меры по технике безопасности.
Электроизоляционная пленка из фторопласта-4, которая изго-
товляется механическим путем (строжкой), в соответствии с ГОСТ
12508-67 выпускается двух марок:
Ф-4 ЭО — электроизоляционная ориентировочная пленка тол-
щиной 20—100 мкм и шириной 12—90 мм-,
Ф-4 ЭН — электроизоляционная неориентированная пленка тол-
щиной 20—150 мкм и шириной 30—90 мм.
Допускаемые отклонения по толщине у пленок Ф-4 ЭО при
толщине до 40 мкм составляют ±4 мкм\ у пленок Ф-4 ЭН толщи-
ной 20—100 мкм они равны ±5 мкм. Допускаемые отклонения по
ширине ±0,3 мм.
В зависимости от физико-механических и электроизоляционных
свойств та и другая пленки могут изготовляться двух сортов. Тех-
нические требования к этим пленкам приведены в табл. 8-9.
Таблица 8-9
Технические нормы и требования к пленкам Ф-4 ЭО
и Ф-4 ЭН и к конденсаторной пленке
Показатели Требования и нормы
Ф-4 ЭО Ф-4 ЭН Конденса- торная пленка
1-й сорт 2-й сорт 1-й сорт 2-й сорт
Предел прочности при растяжении в продольном направлении, кгс/сж2, не менее 500 400 150 100 300
Относительное удлине- ние при разрыве в про- дольном направлении, %, не менее 40 40 150 100 30
. Диэлектрическая про- ницаемость при частоте 10® гц 1,8—2,1 1,8—2,1 1,8—2,1 1,8—2,1 1,8—2,2
Тангенс угла диэлектри- ческих потерь при частоте 10® гц, не более 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,00025— 0,0003
Электрическая проч- ность при напряжении по- стоянного тока, кв/мм, не менее 150 100 60 40 200
В ГОСТ 12508-67 не предусматривается определение
относительного удлинения при разрыве в поперечном на-
правлении у пленок марки Ф-4 ЭО толщиной до 59 мкм
и у пленок марки Ф-4 ЭН всех толщин. Этот показатель
у пленок Ф-4 ЭО в поперечном направлении при толщи-
не 60—80 мкм в зависимости от сорта должен составлять
не менее 125 и 100%, а у более толстых пленок — не ме-
нее 175 и 1'50%.
Из табл. 8-9 нетрудно убедиться в том, что неориен-
тированная пленка имеет пониженную электрическую и
механическую прочность в сравнении с ориентированной
пленкой и соответственно значительно большее относи-
тельное удлинение при разрыве. Поставляется фторо-
пластовая пленка обеих марок в рулонах длиной 50—
250 м в зависимости от ее ширины и толщины.
Кроме того, в кабельной промышленности, в том чис-
ле и для изготовления обмоточных проводов, может
применяться конденсаторная ориентированная пленка,
которая изготовляется из фторопласта-4 также механи-
ческим способом (ГОСТ 10536-63). Эта пленка выпуска-
ется толщиной 5—40 мкм и шириной 10—120 мм с допу-
скаемыми отклонениями по толщине у пленок толщиной
5—8 мкм, равными ±20%, у пленок от 10 до 25 мкм до
±'Г5% и у более толстых пленок до ±(10%. Допускаемые
отклонения по ширине у пленок шириной! до 50 мм рав-
ны ±0,3 мм, а у более широких пленок 0^3ЛШ-
Предъявляемые к этим пленкам технические требо-
вания также приведены в табл. 8-9. Удельное объемное
сопротивление у этих пленок в состоянии поставки дол-
жно быть не менее 1 • 1017 ом-см, а после так назы-
ваемого кондиционирования (выдержка в атмосфере
98 %-ной относительной влажности в течение 48 « при 20 ±
±'2 °C, причем последние 5 ч образцы при указанной
температуре находятся вне эксикатора) не менее
1 • 1016 ом-см.
В последнее время у нас начато производство калан-
дрированных фторопластовых пленок без строжки. Для
этого в пасту из фторопласта вводится некоторое коли-
чество вазелинового масла и из такой пасты выпрессо-
вываются стержни круглого или овального сечения, из
которых потом путем каландрирования получаются
пленки толщиной 0,05 мм и более.
Вазелиновое масло из пленки удаляется последую-
щим экстрагированием. Такие пленки обладают вслед-
ствие этого несколько пониженными электроизоляцион-
ными свойствами, но хорошо спекаются при повышенной
температуре, образуя монолитную изоляцию.
В целях повышения однородности электроизоляцион-
ных свойств в СССР и США начато производство неко-
торых типов пленок из суспензий фторопластовых со-
единений.
8-23. ПРОЧИЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ПЛЕНКИ
Фирмой Дюпон (США) изготовляется пленка на по-
лиимидной основе (пленка «Kapton»). Эта пленка вы-
держивает длительный нагрев до 250 °C и кратковремен-
ный нагрев до 500 °C. Она очень трудно растворима, не-
плавка, обугливается при 800 °C и стойка к ядерным из-
лучениям. К числу недостатков полиимидных пленок сле-
дует отнести их неспособность свариваться, что не дает
возможности применять их для создания герметичной
нагревостойкой изоляции. Этот недостаток удается устра-
нить, если полиимидную пленку дополнительно покры-
вать политетрафторэтиленом (пленка «lyapton НВ») или
сополимером тетрафтор.этилсна и гексафторпрюпилена.
Такая пленка выпускается под маркой «Kapton HF». Опа
имеет высокую нагревостойкость и обладает высокой
механической и электрической прочностью, в чем не-
трудно убедиться по зарубежным данным, приведенным
в табл. 8-10. Эти данные показывают, что пленка из
тефлона в отношении механической и электрической
прочности уступает пленкам на полиимидной основе.
Таблица 8-10
Сравнительные свойства пленок на полиимидной
и фторопластовой основах
Показатели Вид пленки
из тефлона .Kapton" „Kapton HF*
Толщина, мкм 40 50 37,5
Предел прочности при растяжении,
кгс/см?-.
при 25® С 1 400 1 750 1 100
при 200° С —- 1 200 700
Относительное удлинение при разры-
ве, %:
при 25® С 250 70 75
при 200® С — 90 75
Электрическая прочность, кв/мм:
при 25° С 40 280 180
при 200® С — 140 160
Успешно начаты работы по организации отечествен-
ного производства электроизоляционных пленок на поли-
имидной основе, а также в комбинации с политетрафтор-
этиленом и т. п.
Глава девятая
ОБОРУДОВАНИЕ ОБМОТОЧНЫХ ЦЕХОВ
9-1. ТРОСТИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Обмотка и оплетка проводов волокнистыми материалами обыч-
но производятся пасмами (прядками) из этих материалов, состоя-
щими из нескольких параллельно сложенных одиночных нитей.
Поэтому процессам обмотки и оплетки предшествует тростка пря-
жи, заключающаяся в соединении одиночных нитей в пасму.
Обычно хлопчатобумажная пряжа, капроновое и лавсановое
волокна и стекловолокно поставляются на кабельные заводы в по-
чатках или на бобинах, а натуральный шелк — на катушках и в та-
ком виде они поступают на тростильные машины.
При тростке волокон необходимо соблюдать следующее:
а) Все нити пасмы должны быть строго параллельны и не
должны набегать одна на дру-
тую, так как иначе невозможно
получить гладкую и ровную по-
верхность обмотки.
______________________.ж.___________________ _„ б) Пасму нужно распола-
гать таким образом, чтобы она
плотно лежала, не сбивалась на
бобине и легко сходила с "нее
г> „ п , тт-----------------------при размотке.
Рис. 9-1. Положения отдельных в) р>се нити дОЛЖНЫ иметь
нитеи в пасме. одинаковую длину и равномер-
ное натяжение, так как иначе
на поверхности обматываемого провода неизбежно появление узел-
ков и петель.
Все это достигается с помощью так называемой крестовой на-
мотки, при которой пасма наматывается на бобины волнообразно
Рис. 9-2. Схема устройства тростильной машины.
под некоторым углом. Равномерность длины нитей обеспечивается
тем, что при изгибах они занимают то наружное, то внутреннее
положение (рис. 9-1). Крестовая намотка предотвращает также за-
падание отдельных нитей внутрь бобины.
Применяемые на наших кабельных заводах тростильные маши-
ны обычно имеют на одной станине по шесть ходов. На рис. 9-2
изображена схема, устройства тростильной машины, а на рис. 9-3
приведен схематический чертеж одного ее хода.
Вращение электродвигате-
ля Д (рис. 9-3) передается че-
рез промежуточные шестерни А
и Б коренному валу, располо-
женному в нижней части ма-
шины. На этом валу сидит ряд
шкивов (по одному на каждый
ход), каждый из которых свя-
зан мягкой передачей с вали-
ком В; эти валики находятся
в верхней части машины у каж-
дого ее хода. От такого валика
вращение при помощи проме-
жуточных шестерен передается
эксцентрику, который проходит
между двумя роликами, прочно
укрепленными на стержне С;
на другом .конце стержня рас-
положена водилка, посредством
которой пряжа наматывается
крестовой намоткой на бобину. Рис. 9-3. Схема устройства одно-
Длина последней определи- го хода тростильной машины,
ется эксцентриком: чем боль-
ше его кривизна, тем больше и ход водилки, а следовательно, тем
длиннее наматывается бобина. Каждая нить проходит через крючок
автомата, останавливающего тот или иной ход машины в случае
обрыва нити.
Рис. 9-4. Схема механизма автомата для остановки ма-
шины при обрыве нити.
Рнс. 9-5. Схема механизма для
съема намотанной гильзы.
Механизм автомата состо-
ит из вращающейся крыльчат-
ки 1, сидящей на горизонталь-
ном валу 5 (рис. 9-4), и двух-
плечего рычага 2, который мо-
жет поворачиваться относи-
тельно своей оси. В горизон-
тальном плече этого рычага
имеются отверстия для прохо-
да крючков 8. При обрыве од-
ной из нитей крючок 8 падает
под действием собственной тя-
жести и лопасть крыльчатки
1, задев крючок 8, повора-
чивает рычаг 2 по часовой
стрелке. При повороте рычаг?
смещает вниз тягу 4, которая в свою очередь выводит из зацепле-
ния рычаг 3 с толкателем 6. Под действием пружины толкатель
продвигается вправо и поворачивает отводку 7. Последняя перево-
дит ремень с рабочего шкива на холостой. Одновременно укреплен-
ная на отводе 7 тормозная колодка прижимается к тормозному
диску и останавливает ход.
(Початки с пряжей устанавливаются в нижней части машины.
В процессе трощения отдельные нити сначала проходят через на-
правляющие крючки, а затем скользят по фетровой или суконной
подушке, где задерживаются мелкие ворсинки, а сама пряжа не-
сколько сглаживается и подтормаживается.
'При трощении капронового или лавсанового волокна фетровая
или суконная подушка должна быть покрыта кабельной бумагой
или другим материалом с гладкой поверхностью.
Намотанная бобина с пряжей снимается с вала 1 (рис. 9-5)
с помощью гильзы 3, свободно сидящей на валу. Гильза приводит-
ся в движение рычагом с рукояткой 2.
На отечественных заводах применяются шестиходовые тростиль-
ные машины (марки Т-120). Эти машины допускают трощение с ка-
тушек и початков от 2 до 36 нитей и с бобин от 2 до 8 нитей.
В машинах предусматривается возможность установки сменных
шпинделей диаметром 10—40 мм, причем эти шпиндели могут де-
лать до 700—1 000 об/мин. Расстояние между центрами шпинделей
675 мм; длина хода раскладки 20—120 мм; максимальный диаметр
намотанной бобины со строщенной пряжей 154 мм.
В качестве примера другого типа тростильных машин приведем
конструкцию шестиходовых тростильных машин, которые также на-
ходят некоторое применение на наших кабельных заводах и назна-
чением которых является трощение пряжи в две, три и четыре нити
для оплеточных машин. Машина имеет электродвигатель, от кото-
рого вращение всем ходам машины передается с помощью привод-
ного ремня, идущего вдоль машины. При включении хода ролик
прижимает приводной ремень к рабочему шкиву того или иного
хода и заставляет его вращаться.
Расположение початков с пряжей и приемных шпуль, устрой-
ство раскладки и сам технологический процесс тростки примерно
такие же, как и у рассмотренного выше типа тростильных машин.
Недостатком кинематической схемы рассмотренных видов тро-
стильных машин следует считать то обстоятельство, что при намотке
Таблица 9-1
Основные технологические параметры тростки
волокнистых материалов
Наименования материалов Размеры бобины, мм Шаг намот- ки, мм
Метри- л^ческий номер Длина намотки Макси- мальный наружный диаметр
Натуральный шелк 529 и 391 20—60 40—60 25—30
Капроновое или лавсановое волокно 200 20—60 55—60 25—30
Хлопчатобумажная пряжа Стекловолокно: 170, 134 и 100 40—100 80—110 40—60
для проводов диаметром до 0,40 мм 75—85 35—40 70 До 30
то же до 0,4—2,0 мм 75—85 40—50 (60) ПО 25—30
для прямоугольных про- водов всех размеров 75—85 50—80^ 120 30—50
строщенной пряжи (пасмы) водилка быстро движется в одну сто-
рону, на мгновение останавливается и лишь затем начинает движе-
ние в другую строну. При каждой такой остановке и изменении
направления движения водилки происходит удар, что, естественно,
ограничивает скорость движения водилки. Возможно, что некото-
рого повышения производительности тростильных машин и снижения
их производственного шума можно будет достигнуть за счет при-
менения вместо таких водилок системы вращающихся валиков с на-
правляющими прорезями, обеспечивающими нужную намотку пасмы
на бобину.
Бобины с трощеной пряжей должны быть ровными и плотно
намотанными. Они не должны иметь торцовой выпуклости и пе-
рехлестов нити с торцов. Конец пасмы иа трощеной бобине дол-
жен быть закреплен. При обрыве и сходе нити конец ее должен
быть присучен только к оборванной нити, а не ко всей пасме.
Связка всей пасмы узлом недопустима. Примерные размеры бобин
и шага намотки приведены в табл. 9-1.
9-2. ОБМОТОЧНЫЕ МАШИНЫ ДЛЯ НАЛОЖЕНИЯ
ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИИ
1. Устройство основных узлов. Обмоточные
машины выполняются преимущественно вертикального
типа. Горизонтальные машины применяются для обмот-
ки прямоугольных и круглых проводов больших сечений.
Эти машины выполняются обычно двухходовыми.
Вертикальные обмоточные машины, предназначенные
для обмотки проводов диаметром 0,05—0,35 мм, могут
изготовляться с 20—'40 ходами одно- и двустороннего
типов, т. е. с расположением обмотчиков с одной или
Двух старой станины машины. Остальные вертикальные
машины чаще делаются на 6—il6 ходов. Обмоточная ма-
шина состоит из металлической рамы, на которой мон-
тируются отдельные ходы. Каждый ход обмоточной ма-
шины состоит из отдающего устройства, одного или не-
скольких обмотчиков, тяговой шайбы и приемного
устройства с раскладкой. Отдающие устройства у обмо-
точных машин старых конструкций представляют собой
металлические оси, на которых свободно вращаются ка-
тушки с проволокой. У обмоточных машин более позд-
них конструкций эти устройства имеют тормозные при-
способления. Кроме того, в этих устройствах отдающие
катушки часто укрепляются в центрах, расстояние меж-
ду которыми может регулироваться, что дает возмож-
ность устанавливать катушки и барабаны различных
размеров.
Равномерная раскладка обмотанного провода по всей
ширине приемного барабана или катушки осуществляет-
ся с помощью раскладочного устройства. Для этого каж-
дый ход машины снабжен валом с винтовой нарезкой;
на этот вал насажена раскладка, выступ которой входит
в нарезку на валу; при помощи храповика вал все время
совершает движение вокруг своей оси. Если вал имеет
нарезку в двух направлениях, то храповик постоянно
вращается в одну и ту же сторону; если же нарезка
односторонняя, то храповик с валом вращаются попере-
менно в противоположных направлениях.
Обмотчики бывают двух типов: центровые и эксцен-
тричные. В центровых обмотчиках бобина с пряжей
устанавливается в центре обмотчика и, таким образом,
обматываемый провод проходит через центр бобины. Та-
кие обмотчики можно хорошо уравновесить и придать
им повышенную скорость вращения (при обмотке про-
водов малых сечений—до 8'000—<10000 обIмин), что со-
ответственно повышает производительность машины.
Однако при заправке машин этого типа приходится до-
полнительно устанавливать несколько запасных бобин
г волокном, так как иначе пришлось бы разрезать про-
волоку каждый раз, как только с бобины сойдет все во-
локно. Это вызывает некоторое увеличение габаритов
машины.
В эксцентричных обмотчиках бобина с волокном по-
мещается сбоку от обматываемого провода, поэтому сме-
на бобин не вызывает здесь необходимости разрезания
йрйволоки. Естественно, такие оомотчики менее уравно-
вешены, чем центровые, поэтрму скорость вращения их
обычно значительно меньше. Новые типы обмоточных
машин оборудуются исключительно
центровыми обмотчиками.
На рис. 9-6 изображен центровой
обмотчик, который находит еще не-
которое применение в обмоточных
машинах старых конструкций. Здесь
бобина со строщенным волокном на-
девается на патрончик а, находя-
щийся в алюминиевом стакане.
В стенках последнего имеются про-
рези Ь, с и d, сквозь которые пропу-
скается пасма волокна. Скользя по
гладкой поверхности алюминиевого
стакана, пасма распрямляется и рас-
глаживается, что несколько улучша-
ет обмотку. Этот обмотчик также
приводится в движение шестернями,
которые находятся в масляных ван-
нах. Для торможения бобины слу-
жит кожаная прокладка k. Обмотчики этого типа при-
меняются в машинах, предназначенных для изготовле-
ния проводов диаметром 0,38 мм и выше.
Конструкция обмотчика быстроходных обмоточных
машин (с индивидуальным приводом) для проводов диа-
метром 0,05—0,35 мм представлена на рис. 9-7. Основа-
нием обмотчика служит металлический диск (из сплава
алюминия), на котором укреплены два стальных верти-
кальных кронштейна 5. Этот диск имеет внизу втулку,
через которую входит и прочно с нею скрепляется не-
большой вал, который с другой стороны прочно связан
с ротором небольшого электродвигателя, приводящего
во вращение обмотчик.
На верхний конец вала (над диском) надевается
гильза 1, нижний фланец которой опирается на фрик-
ционную шайбу 2, лежащую на пружине <3. Кроме того,
на верхней части вала закрепляется ниппель 4. Бобина
с тем или иным волокном укрепляется на гильзе 1, пас-
ма проходит через направляющие крючки, укрепленные
на кронштейнах 5, и, огибая ниппель 4, поступает на
провод. При наладке машины ниппель 4 должен быть
установлен таким образом, чтобы прядка накладывалась
.на провод примерно по-
средине ниппеля. Натяже-
ние пасмы регулируется
с помощью гайки 6 изме-
нением давления гильзы
1 на пружину 3.
На рис. 9-8 приведена
конструкция обмотчика
быстроходных машин для
обмотки проводов диаме-
тром 0,38—1,66 мм. Об-
мотчик состоит из сталь-
ного диска, надетого на
шпиндель, и прочно со-
единенного с ним сталь-
ного стакана. На внутрен-
ней стенке стакана при-
креплены направляющие
крючки 1. Пасма, сходя
с бобины, проходит на-
правляющий крючок 1,
огибает направляющий
палец 2 и цилиндриче-
скую часть ниппеля и на-
матывается на провод.
Грани продольного выре-
за ниппеля создают опору
для провода в момент его
обмотки и, кроме того, несколько сглаживают обмотку
(рис. 9-9). Из рис. 9-8 нетрудно также убедиться, что
для регулировки натяжения пряжи использован описан-
ный выше способ.
Конструкция обмотчика вертикальных машин для об-
мотки проводов круглых сечений телефонной бумагой и
изоляционными лентами представлена на рис. 9-10.
Принцип устройства этого обмотчика и назначение от-
дельных деталей его ясны из чертежа.
Одна из конструкций центровых обмотчиков гори-
зонтальных обмоточных машин приведена на рис. 9-111.
Этот обмотчик представляет собой диск, прочно укреп-
ленный на втулке, через которую обмотчику передается
вращение. Сойдя с бобины, паома проходит через на-
правляющие крючки и поступает на массивный направ-
ляющий палец, расположенный на небольшом раостоя-
Рис. 9-8. Обмотчик быстроходной машины для обмотки проводов
диаметром 0,5—1,4 мм.
нии от обматываемого провода, а потом на провод. Ре-
гулировка натяжения пасмы производится с помощью
гайки и пружины.
При обмотке проводов необходимо, чтобы отдельные
нити пасмы ложились ровно и плотно, без просветов,
утолщений и других дефектов. Это достигается примене-
нием в обмотчиках ниппелей и гладилок. Конструкция
наиболее часто применяемых ниппелей представлена на
рис. 9-9. Пасма п.ряжи или шелка поступает на цилин-
дрическую часть ниппеля, выравнивается на нем и потом
обматывает провод. Иногда пасма перед наложением на
провод дополнительно сплющивается и проглаживается
стальной пружиной, прижимающей ее к плоской части
ниппеля, которая в этом ниппеле заменяет круглую часть
рассмотренных выше конструкций ниппелей.
Выравнивание и сглаживание наложенной обмотки
производятся с помощью гладилок. Обычно они выпол-
няются в виде двух небольших стальных пластинок, ко-
торые с помощью регулирующих винтов прижимаются
одна к другой. У некоторых обмоточных машин гладил-
ки выполняются .в виде пружинки, прижимающей обма-
Рис. 9-9. Конструкции ниппелей.
тываемый провод к ниппелю. Однако эти гладилки бы-
стро разрабатываются и поэтому требуют частой регу-
лировки. При обмотке тонких проводов роль гладилки
выполняет конец ниппеля, которому в связи с этим при-
дается специальная конфигурация (см. рис. 9-9). Обыч-
но для этого делается продольный вырез в верхней ча-
сти ниппеля, причем стенки выреза тщательно шлифуют-
ся. Обмотанный провод проходит через этот вырез и про-
глаживается вращающимися стенками.
У горизонтальных машин при обмотке проводов пря-
моугольного сечения гладильное устройство часто вы-
полняется в виде двух неподвижных пластин, между ко-
торыми пропускается обмотанный провод.
В старых конструкциях машин обмотчики приводи-
лись во вращение от коренного вала с помощью ремня,
шнурка и т. п. Последние во время работы вытягива-
лись, вследствие чего натяжение их уменьшалось, ско-
1
пальцы;
валик;
4 — металли-
ка который
ролики с
телефонной
Рис. 9-10. Обмотчик вер-
тикальной машины для
наложения лент из пле-
нок и телефонной бу-
маги.
1 — направляющие
2— направляющий
3 — пружина;
ческий диск,
укладываются
пленкой или
бумагой.
Ф350
рость вращения обмотчика снижалась и при постоянной
скорости движения обматываемого провода в обмотке
могли появляться просветы. Поэтому в современных кон-
струкциях обмоточных машин применяется такой при-
вод, при котором вращение от электродвигателя пере-
дается коренному валу, а от него при помощи кониче-
ских и цилиндрических шестерен — обмотчику. Благода-
ря этому обмотчик вращается всегда со скоростью, ко-
торая зависит только от скорости вращения электродви-
гателя.
Рис. 9-11. Центровой обмотчик
горизонтальной машины.
иомотка "праводЬв-Ъалых-сечений производится при
повышенной скорости, вследствие этого жесткий привод
требует значительных расходов на ремонт и смену; из-
ношенных шестерен. Поэтому в новейших конструкциях
таких машин каждый ход приводится во вращение от
индивидуального электродвигателя.
В зависимости от диа-
метра обматываемого
провода можно выделить
следующие основные ти-
пы обмоточных машин:
1) вертикальные обмо-
точные машины для об-
мотки проводов диамет-
ром 0,05—0,35 мм\
2) то же для прово-
дов диаметром 0,38—
1,56 мм;
3) то же для проводов
диаметром 1,0—4,0 мм;
4) горизонтальные об-
моточные машины для бо-
лее толстых круглых про-
водов, а также проводов
прямоугольных сечений.
2. Машины для обмотки проводов малых
сечений. Прежде машины для обмотки проводов ма-
лых сечений изготовлялись с приводом всех ходов ма-
шины от одного электродвигателя. На станине таких об-
моточных машин устанавливается необходимое количе-
ство ходов, обмотчики которых приводятся во вращение
от коренного вала, связанного с электродвигателем. Этот
же вал приводит в движение приемные катушки, на ко-
торые наматывается изолированный провод. Так как
в процессе работы диаметр окружности, по которой идет
намотка провода, непрерывно увеличивается, приемная
катушка должна вращаться с различными угловыми
скоростями, что достигается с помощью простых фрик-
ционных устройств за счет проскальзывания катушки.
На рис. 9-42 приведена схема одного хода такой машины
для обмотки проводов диаметром 0,05—0,4 мм. Паспорт-
ная скорость этих машин составляет 8 000 об обмотчика
в 1 мин. Такие машины, которые еще применяются на
некоторых наших заводах, изготовлялись на 20—24 хода.
Рис. 9-12. Схема одного хода ма-
шины для обмотки проводов ма-
лых сечений.
Из\ рис.- 9-1'2 видно, что каждый ход имеет вертикаль-
ныи вал, который получает ..вращение от коренного го-
ризонтального вала машины с помощью фрикционной
передачи.
В других конструкциях обмоточных машин вращение
обмотчикам от вертикального вала передается также
с помощью фрикционного устройства, причем остановка
того или иного хода про-
изводится 'С помощью ру-
коятки, при повороте ко-
торой соответствующий
ход несколько выдвигает-
ся вперед, происходят
разъединение фрикциона
и отключение этого хода.
Такое устройство несколь-
ко увеличивает легкость
хода и повышает эксплуа-
тационную надежность
всей машины. Машины
такого типа применяются
и для обмотки проводов
более крупных сечений.
Основные характеристики
их приведены -в табл. 9-2.
Обычно для рассмо-
тренных устройств приме-
няются кожаные кониче-
ские фрикционы, причем
материалом второй рабо-
чей поверхности является
сталь.
В современных кон-
струкциях обмоточных
машин для проводов ма-
лых сечений предусматривается .индивидуальный при-
вод этих обмотчиков Такие машины для проводов
этого диапазона являются основным типом обмоточ-
ных машин (марка Ql-28-Э). Общий вид такой 28-ходо-
вой (по 14 ходов с каждой стороны) машины представ-
лен на рис. 9-13. Машина предназначается для наложе-
ния однослойной обмотки на проволоку диаметром 0,05—
0,35 мм для изготовления проводов марок ПЭЛШО,
ПЭЛЛО, ПЭЛШКО, ПЭЛБО и др.
Таблица 9-2
Характеристики обмоточных машин с общим электроприводом
Диаметр обматываемого провода, мм Размер бобин с шелком или хлопчатобумажной пряжей, мм Скорость вращения обмот- чика, об/мин Число ходов Потребная площадь, ммг Масса машины, кг Мощность электродвига- теля, кет 0,05—0,5 20X50—25X50 8 000 а) 10 ' б) 12 1 в) 18 ( г) 24 ) а) 1 600X750 . б) 1 600X750 1 в) 2 350X750 ( г) 3 100X750 J а) 470 б) 540 в) 860 г) 980 а) 1,5 -к б) 1,5 1 в) 2,0 [ г) 3,0 ) 0,38—1,56 75X75 4 000 10—12 6 000X1 ооо 2 900 3 1,0—2,5 юохюо 3 000 10—12 6 000X1 000 3 100 3
При обмотке проводов диаметром менее 0,10 мм ско-
рость вращения обмотчика может достигать
10 000 об!мин, а при более крупных диаметрах
Рис. 9-13. Общий вид машины с индиви-
дуальным приводом обмотчиков.
840б об/мин. У нас эти машины пока работают со ско-
ростами вращения обмотчиков соответственно 8 400—
8 600'и 6 600—7 000 об/мин. Обмотчики приводятся .в дви-
жение от индивидуальных электродвигателей трехфазшо-
го тока напряжением 110 в и мощностью 0,25 квт, при-
чем для повышения скорости их .вращения в нижней ча-
Рис. 9-14. Схема устройства одного хода бы-
строходной обмоточной машины.
сти машины установлены два преооразователя частоты
тока, которые должны преобразовывать переменный ток
с частотой 50 гц в переменный ток двух различных бо-
лее высоких частот. Переключая с помощью рубильника
индивидуальные двигатели на питание от того или иного
преобразователя частоты, можно соответственно изме-
нять скорость вращения обмотчика.
На рис. 9-14 приведена схема устройства одного хо-
да такой машины. Отдающая катушка помещается
в нижней -части машины,
причем па оси, на кото-
рую устанавливается ка-
тушка, имеется тормозное
устройство; с помощью
последнего проволоке
можно дать желательное
натяжение. Отдающее
устройство позволяет с
помощью передвижного
конуса производить уста-
новку катушек различной
ширины. На рис. 9-7 по-
казано устройство рас-
смотренного выше обмот-
чика этой машины. Пасма
должна быть натянута
возможно более туго, что-
бы могла сходить с 'боби-
ны без вибраций. При
Рис. 9-15. Приемное устройство
быстроходной обмоточной ма-
шины.
уменьшенном диаметре бобины можно несколько отпу-
скать регулирующую тайку, чтобы исключить появление
обрывов вследствие чрезмерного натяжения пасмы.
Когда вся пряжа смотана с бобины, вместо нее устанав-
ливается новая бобина из магазина запасных бобин, рас-
положение которого видно на рис. 9-14.
Обмотчик и электродвигатель в рабочем состоянии
помещены в кожух, что исключает возможность травми-
рования обслуживающего персонала быстро вращаю-
щимися частями и повреждения самих обмотчиков при
случайном попадании в них различных посторонних пред-
метов. Кроме того, такое устройство обеспечивает бес-
шумную работу машины.
Тяговая шайба приводится во вращение от вала об-
мотчика через систему шестерен и двух червячных пе-
редач. этой машине передаточные валы установлены
на шариковых подшипниках. Привод приемной катушки
осуществлен через систему -'-шестеренчатых передач.
В устройстве привода имеется фрикционная муфта, при-
чем изменение давления
на диск этой муфты осу-
ществляется поворотом
гайки, видимой на рис.
9-15. Помимо уменьшения
скорости -вращения при-
емной катушки, с по-
мощью этой гайки может
быть несколько снижено и
натяжение обматываемо-
го провода. Дальнейшее
снижение скорости „вра-
щения приемной катушки
возможно после освобож-
дения защелки 5 (рис.
9-15). В этом случае ка-
тушка не будет жестко
связана с приемным
шпинделем, а будет вра-
щаться только за счет
трения щеки катушки
о фланец, с которым она
соприкасается.
Раскладка представ
ляет собой металлический
шток, который с -помощью
механизма, состоящего из
системы шестерен, винта
с коническим уширением,
сухаря и гайки, движется
вверх и вниз. На этом
штоке помещается мас-
сивный рычаг, на конце
Рис. 9-16. Кинематическая схема
быстроходной обмоточной ма-
шины.
1 — одноходовой червяк; 2 — электро-
двигатель; 3 — обмотчик; 4 — сменные
шестерни А и В; 5— тяговая шайба;
6 — четырехходовой червяк; 7 — ось
приемной катушки; 8 — раскладочное
устройство.
которого укреплен на-
правляющий ролик, производящий раскладку обматы-
ваемого провода по ширине катушки. Каждый ход ма-
шины оборудован метражным счетчиком. Вследствие
довольно сложной кинематической схемы и быстрого
вращения деталей каждая машина имеет свое масляное
хозяйство (масляный резервуар, насос, система трубо--
проводов и питающих ниппелей и т. п.), которое обес-
печивает непрерывную смазку вращающихся частей
(подшипников и пр.).
На рис. 9-16 представлена кинематическая схема
28-ходовой машины; из схемы нетрудно установить со-
отношение между скоростями вращения отдельных узлов
машины. Так, если электродвигатель и обмотчик делают
п об/мин, то скорость вращения вертикального вала бу-
дет П1=п/22, а тяговой шайбы пш:
_ 4 А
65 ni в'
С помощью сменных шестерен А и В производятся из-
менения скорости вращения тяговой шайбы и линейной
скорости движения провода, а следовательно, и шага
обмотки. Прочие паспортные данные этой машины при-
ведены в табл. 9-3.
3. Обмоточные машины для проводов
средних размеров. Раньше для обмотки прово-
дов диаметром 0,6—>1,5 мм довольно широкое примене-
ние находили 8—110-ходовые машины с мягким приводом
эксцентричных обмотчиков от коренного вала. Эти об-
мотчики делали 1 000—11 500 об/мин; линейная скорость
провода была всего 1,2—3,0 м/мин.
Конструкции обмоточных машин для проводов диа-
метром 0,38—'1,56 мм с центровыми обмотчиками и об-
щим приводом не отличаются существенно от рассмот-
ренных ранее соответствующих конструкций таких же
машин для обмотки проводов более тонких размеров.
Обычно обмотчики заключаются в стальные или алюми-
ниевые стаканы (см. рис. 9-6). Основные технические
данные этих машин приведены в табл. 9-3. Приемные ка-
тушки увеличенных размеров у машин этого типа рас-
положены в нижней части станины, что значительно об-
легчает их смену.
Обмоточные машины отечественного производства
для проводов диаметром 0,38—1,56 мм (марка 02-16-Э)
изготовляются на 16 ходов с двусторонним расположе-
нием обмотчиков и могут предназначаться для двойной
или, что гораздо чаще, однослойной обмотки. Машины
оборудованы центровыми обмотчиками, скорость враще-
ния которых колеблется в пределах 3430—5430 об/мин.
Обмотчики помещаются в стальные стаканы, которые
вращаются вместе с ними. Для сглаживания обмотки
Т а б л и ц а 9-3
Параметры основных типов обмоточных машин
Наименование обмо- точной машины Диаметр обматы- ваемого провода, мм Скорость вращения обмотчика, м/мин Линейная скорость движения обматывае- мого прово- да, м/мин Шаг обмотки, мм При- вод маши- ны Число обмотчи- ков Характеристика электродвигателя Габариты машины (дли- наХширинаХ высота), мм
28—30-ходовая быстро- ходная обмоточная машина 0,05—0,35 6 600—8 400 J8 400—10 000) 3.96—12,0 0,60—1,2 Инди- виду- альный 1 3-фазный перемен- ного тока, 0,25 кет 2 450Х760Х XI 570
16-ходовая быстроход- ная обмоточная ма- шина 0,38—1,55 3 500—6 300 3,9—8,3 0,92—2,43 То же 2 0,5 кет, 700—1 000 об/мин 2 900X1 736Х Х2 035
Двухходовая обмоточ- ная машина марки 02-2-Э 0,38—1,56 3 600 3,16—8,5 0,9—2,42 в в 2 0,4 кет, 1 400 об/мин 850X900X1 84Е
6-ходовая быстроходная обмоточная машина 1,0—3,8 До 2 000 1,6—15,09 1,64X5.59 я в 2 0,5 кет, 1 425 об/мин 6 ооохз ОООХ Х2 500
16-ходовая ^быстроход- ная обмоточная ма- шина марки О2-16-Э 0,38—1,56 3 430—5 430 3,1—12,68 0,9-2,43 Общий 2 2,8—3,0 кет, 1 425 об/мин (на 8 ходов) 2350X1 810Х XI 790
Двухходовая комбини- рованная горизон- тальная обмоточная машина 3,8—5,2 и прямо- угольные 1,08—5,5 (меньшая сторона) - 250—1 000 2,62—15,55 5.93—7,52 2 обмотчи- ка для пряжи и 2 бумаго- обмотчика 2,3 кет, 960 об/мин 10 000X1 600Х XI 300
Одноходовая горизон- тальная обмоточная машина марки ОГ-48 Прямоугольные 2,1—5,5 (меньшая сторона) 350-425 6,5—33,0 19—95 * 6 обмотчи- ков на 8 лент каждый Постоянного тока, 19 кет, 1 500 об /мин 25 000X3 000Х Х2100
служит ниппель с вырезам (см. рис. У-У); этот ниппель
помещается непосредственно над обмотчиком.
Привод 16-ходовых машин осуществляется от двух
электродвигателей мощностью примерно 2,8—3,0 квт.
Все рабочие шестерни и прочие трущиеся детали обес-
печены автоматической смазкой. Для этого у каждой
'машины имеется неболь-
шой масляный насос, ко-
торый непрерывно качает
масло из резервуара, рас-
положенного внизу маши-
ны, в верхний резервуар,
откуда по трубопроводам
масло поступает ко всем
трущимся деталям. Отра-
ботанная смазка после
промежуточной очистки
стекает в нижний резер-
вуар. В этот резервуар за-
ливается и новое масло.
Каждый ход машины
включается и выключает-
ся самостоятельно, все хо-
ды оборудованы счетчика-
ми. Изменение скорости
вращения обмотчиков
производится одновремен-
но для всех ходов маши-
ны с помощью редуктора,
расположенного в центре
машины.
Оси приемных и отда-
ющих катушек распола-
гаются с одной стороны,
причем они устанавлива-
ются в гнездах, где зажи-
Рис. 9-17. Кинематическая схема
одного хода обмоточной машины
Климовского завода.
/ — обмотчики; 2 и 3 — отдающая и
приемная катушки; 4 — электродвига-
тель (я—1420 об!мин) с двухступенча-
той клиновидной передачей (152/165 и
120/195), 5—муфта с конической пере-
дачей (26/25); 6 — червячная передача
(/=1/41); 7 — сменные шестерни и по-
стоянная малая шестерня (z«=25); 8—
тяговая шайба.:
маются с помощью пру-
жин конусами. Установка
и съемка катушек произ-
водятся быстро .и просто.
Коробка привода у од-
них машин состоит из че-
тырех шестерен, причем
торцы двух шестерен вы-
полнены в виде зубчатой муфты. В зацепление с одной
из шестерен входит свободно передвигающаяся по шпон-
ке на валу зубчатая муфта, с помощью которой обмотчи-
ки могут иметь разные скорости вращения. Зубчатый ме-
ханизм коробки скоростей смонтирован в чугунном кор-
пусе, который является также масляной ванной.
На |рис. 9-117 представлена кинематическая схема од-
ного хода машины. Здесь для привода всей машины
применена двухступенчатая клиновидная передача. С по-
мощью шестерен вращение от коренного горизонтального
вала обмоточной машины передается вертикальному ва-
лу, который соединяется с валом обмотчика с помощью
фрикционной муфты. Вращение от последнего вала пе-
редается обмотчику через двухступенчатую коробку пе-
редачи. От этого же вала с помощью пары сменных
шестерен и червячной передачи вращение передается
тяговой шайбе.
Привод приемной катушки или барабана также осу-
ществляется от вала обмотчика через червячную, цепную
или зубчатую передачу. Между цепной и зубчатой пере-
дачами установлена фрикционная муфта, с помощью ко-
торой изменяется скорость вращения приемного устрой-
ства: при увеличении диаметра намотки одновременно
увеличивается натяжение провода; это вызывает пово-
рот натяжного ролика, ослабление давления между дис-
ками фрикционнной муфты и их проскальзывание, что
вызывает уменьшение скорости вращения приемного
устройства.
Винт раскладочного механизма получает вращение от
ведущей шестерни приемного устройства через шестерен-
ную и червячную передачи. Шестерни у нижнего обмот-
чика имеют числа зубьев 1)19 и 31, у верхнего — 81 и 28,
42 и 31.
Из рис. 9-17 видно, что вертикальный вал каждого
хода имеет две скорости вращения:
щ = 1 420 1 360 об]мин
1 1о5 25 '
И
/г2 = 1 420 • 895 об] мин-
В соответствии с этим две скорости вращения имеют
и обмотчики машины, причем верхние обмотчики враща-
ются немного быстрее, чем нижние:
/гНИЖ1 = 1 360 •^=5221 об[мин-,
/гНИЖ2 = 895 • —3 436 об[мин',
иЕерх1 = 1 360 ~ .-^= 5 330 об [мин.
/гверх2 = 895 "-Ц--=3508 об [мин.
Тяговая шайба может иметь различные скорости враще-
ния:
1 осп 1 25 829
«Ш1= 1 360--ТТ— ----=—-----; об MUH-,
Ч1 2смеп гсмен
one I 28 545
/гШ2 = 895-тг-----, об мин.
1 2смен ''-'Смен
При изменении скорости вращения тяговой шайбы
соответственно изменяются линейная скорость провода и
шаг обмотки.
У обмоточных машин рассматриваемой группы иног-
да применяется индивидуальный привод от небольших
электродвигателей, устанавливаемых в нижней части
каждого хода. В этом случае кинематическая схема ма-
шины упрощается (рис. 9-18) и облегчается устройство
для пуска и остановки отдельных ходов машины во
время работы, что при общем приводе сопряжено с не-
которыми трудностями, являющимися следствием нали-
чия вращающегося коренного вала и связанных с ним
деталей.
На рис. 9-19 представлен общий вид двухходовой вер-
тикальной обмоточной машины марки 02-2-Э, разрабо-
танной ЦПКБ КО. Эта машина предназначается для
наложения одно- или двухслойной изоляции из хлопча-
тобумажной пряжи пли синтетических волокон и нату-
рального шелка.
Каждый ход имеет индивидуальный электропривод.
Отдающее устройство осевого типа имеет тормоз для
создания нужного натяжения изолируемой проволоки.
Обмотчики также имеют приспособления для натяжения
пряди из волокнистых материалов и автоматической ос-
тановки хода при обрыве или сходе пряди со шпули.
Изменение скорости вращения тягового колеса (ли-
нейной скорости изолирования провода) и приемной ка-
тушки производится с помощью сменных шестерен. Ма-
шина имеет централизованную смазку вращающихся час-
тей и кнопочное устройство для пуска и остановки
Рис. 9-18. Кинематическая схема одного хода
машины с индивидуальным приводом.
1 — электродвигатель; 2 — шестерня; 3 — тяговая
шайба; 4 и 5 — червячные передачи.
Рис. 9-19. Двухходовая вертикальная
/84-5
обмоточная машина марки 02-2-Э.
круглой проволоки более
Рис. 9-20. Обмотчик для телефонной
и кабельной бумаги и пленок.
машины. Такая машина удобна для изготовления отдель-
ных небольших партий обмоточных проводов на ремонт-
ных заводах, а также при выполнении различных опыт-
ных работ в научно-исследовательских организациях и
лабораториях.
Для многоходового обслуживания такие машины мо-
гут группироваться вместе для получения требуемого ко-
личества ходов. Прочие характеристики машин данного
типа приведены в табл. 9-3.
4. Вертикальные обмоточные машины
для проводов крупных сечений. Для обмотки
1ых размеров (диамет-
ром 1,0—4,0 мм) при-
меняются 6—8-ходовые
вертикальные обмоточ-
ные машины. Эти ма-
шины оборудуются цен-
тровыми обмотчиками,
на которых устанавли-
ваются бобины, по сво-
им размерам превосхо-
дящие бобины, приме-
няемые на ранее рас-
смотренных обмоточ-
ных машинах. Обмот-
чики приводятся во
вращение при помощи
шестеренной передачи;
скорость вращения этих обмотчиков доходит до
1 600—1 800 об/мин. Во избежание несчастных случаев
каждый обмотчик снабжен защитным ограждением
и может останавливаться вручную посредством руко-
ятки. Кроме того, каждый ход оборудован автома-
том, останавливающим его в случае обрыва пасмы пря-
жи. Такие машины используются и для наложения изо-
ляции из телефонной бумаги. Бумагообмотчик (рис. 9-20)
представляет собой стальную рамку; по бокам этой рам-
ки имеются металлические диски, между которыми поме-
щаются ролики с телефонной бумагой. На каждом об-
мотчике устанавливают по два ролика, благодаря чему
они оказываются достаточно уравновешенными.
На рис. 9-21 представлена схема одного хода вер-
тикальной машины для наложения бумажной изоляции.
В зависимости от размеров обматываемой проволоки и
ширины бумаги линейная скорость Движения провода
на таких машинах может изменяться в широких преде-
лах от 2,5 до 20 м/мин при .скорости вращения обмот-
чика 200—800 об/мин. На отечественных заводах эти
Рис. 9-21. Схема одного хода вертикальной
машины для обмотки пленками телефонной и
кабельной бумаги.
машины работают обычно со скоростью изолирования
2,8—10,5 м/мин. На этих машинах производится
также наложение пленочной изоляции. Обмотка в этом
случае тождественна с обмоткой телефонной или ка-
бельнойумагой; при нало-
жении многослойной изоля-
ции лучшие результаты
дает обмотка с зазором и
изменением направления че-
рез каждые два — четыре
слоя обмотки.
На рис. 9-22 приведена
примерная схема одного хо-
да 8—10-ходовой обмоточ-
ной машины для обмотки
пряжей и лентами проводов
диаметром 1,0—4,0 мм.
При обмотке пряжей об-
мотчики этих машин могут
иметь скорости вращения до
1 700 об/мин-, при шагах об-
мотки 1,3—5,7 мм скорость
движения провода составля-
ет 2,2—9,7 м/мин. При обмот-
ке лентами скорость враще-
ния обмотчиков снижается
до 1000—1 200 об/мин, одна-
ко шаг обмотки увеличива-
ется до 8—20 мм. В каче-
стве особенности конструк-
ции рассматриваемых машин
прежде всего следует отме-
тить возможность отключе-
ния тяговой шайбы и враще-
ния ее в обратную сторону,
что важно, когда в процессе
обмотки возникает необходи-
мость исправления изоляции
уже обмотанного провода.
Наличие набора шестерен у
тяговой шайбы дает воз-
Рис. 9-22. Примерная схема одно-
го хода 8—10-ходовой вертикаль-
ной обмоточной машины.
/ — электродвигатель; 2 — отдающий
барабан (катушка); 3 — фрикционная
передача; 4 — обмотчики; 5 — запасные
бобины с пряжей; 6 — тяговая шайба;
7 — приемный барабан (катушка); 8 —
коренной вал; 9 — сменные шестерни.
можность метро изменять скорости движения провода.
На обмоточных машинах можно производить, помимо
обмотки пряжей, также наложение бумажной и пленоч-
ной изоляции, для чего предусмотрена возможность уста-
новки соответствующих обмотчиков. В отличие от рас-
смотренных выше машин здесь применены центровые
бумагообмотчики, примерная конструкция которых пока-
зана на рис. 9-10. В этих обмотчиках ролик с лентой
устанавливается на металлический диск и прижимается
к нему регулируемым устройством.
б. Горизонтальные обмоточные машины.
Горизонтальные обмоточные машины предназначаются
для обмотки волокнистыми материалами, бумажными
лентами и синтетической пленкой круглых и прямоуголь-
ных проводов крупных сечений (12—-80 мм2). Прямо-
угольные провода малых сечений (до 12 мм2) могут
обматываться на рассмотренных выше вертикальных ма-
шинах для круглых проводов крупных сечений. Суще-
ствуют горизонтальные обмоточные машины для обмотки
только волокнистыми материалами или одними лентами,
а также комбинированные машины, на которых можно
накладывать оба вида изоляции. Естественно, комбиниро-
ванные обмоточные машины имеют большие габариты,
чем специализированные машины для обмотки только
волокнистыми материалами или бумажными лентами
и пленкой. В старых конструкциях обмоточных машин
для обмотки пряжей применялись эксцентричные об-
мотчики. Так как обмотчики этого типа допускают срав-
нительно небольшое число оборотов и из-за ограничен-
ной массы бобин требуют довольно частых перезаправок,
в новых конструкциях обмоточных машин обычно пре-
дусматриваются центрошпульные обмотчики. Одна из
конструкций такого обмотчика представлена на рис. 9-11.
Для обмотки бумажными лентами и пленкой в суще-
ствующих горизонтальных обмоточных машинах иногда
применяются простые бумагообмотчики, с которых лента
непосредственно направляется на обматываемый провод
(рис. 9-23). Нетрудно убедиться, что в этом случае воз-
можен сдвиг ленты по длине обматываего провода. Как
видно из рис. 9-23, с уменьшением диаметра бумажного
ролика лента заметно изменяет свое положение. Поэто-
му у простых обмотчиков устраиваются направляющие
пальцы или ролики, через которые проходит бумажная
лента, направляясь далее к обматываемому проводу.
В этом случае изменение диаметра ролика не отража-
ется существенно на положении бумажной ленты на
проводе. В других конструкциях горизонтальных обмо-
точных машин применяются бумагообмотчики с располо-
Рнс. 9-23. Изменение положения ленты прн
сходе ее с ролика на простом бумагообмот-
чике.
жением роликов, как и у вертикальных машин, парал-
лельно оси обматываемого провода (см. рис. 9-20). Обыч-
но на обмотчике устанавливают два бумажных ролика,
Рис. 9-24. Центровой обмотчик гори-
зонтальной машины.
по одному с каждой стороны. Эти обмотчики также
имеют направляющие пальцы для сохранения постоянст-
ва характера наложения ленты на провод.
9-25. Пластинчатый
Рис.
тормоз.
1 — бумажный ролик; 2 — тор-
мозные пластины.
Ll
Находят применение также обмотчики, у которых об-
матываемый провод проходит через центр бумажного ро-
лика. Устройство таких обмотчиков показано на рис.
9-24. Натяжение ленты в этом обмотчике регулируется
поворотам шайбы, которая заставляет фланец прижи-
мать ролик с 'бумажной лен-
той. При узких лентах для
торможения ролика флан-
цем применяются дополни-
тельные прокладки. Для точ-
ной и плавной регулировки
линейной скорости движе-
ния провода и скорости вра-
щения обмотчика иногда
применяются вариаторы.
Бумажная лента прохо-
дит через несколько направ-
ляющих роликов, жестко
фиксирующих ее положение
вне зависимости^ от изменения диаметра ролика. Кроме
того, машина может автоматически останавливаться
в случае обрыва одной из бумажных лент. В натянутом
состоянии, как это видно из рис. 9-24, лента удерживает
в определенном положении валик, который в некоторых
пределах может поворачиваться вокруг оси, проходящей
через диск обмотчика. В случае обрыва бумажной ленты
пружина, находящаяся на задней стороне обмотчика, от-
тягивает валик вместе с электрическим контактом, ко-
торый замыкает цепь реле автоматической остановки
машины.
Во всех типах рассматриваемых обмотчиков тор-
можение бумажного ролика производится с помощью
пластинчатых тормозов различных форм, которые с не-
которым усилием Р прижимаются к бумажному ролику
(рис. 9-25).
Тормозной момент, приложенный к ролику,
= = а + <91)
где Rt — радиус втулки; г — радиус пластинчатого тор-
моза.
Если Rt сделать очень малым, то Mi=br. Натяжение
ленты при радиусе ролика R в этом случае равно
S==4—4- 0-2)
Обычно бумажные ролики имеют размеры, несколь-
ко большие, чем пластинчатые тормоза. Поэтому при
размотке ленты ее натяжение с уменьшением диаметра
ролика несколько увеличивается. Когда же бумажный
ролик начнет разматываться, находясь в пределах тор-
мозной пластины, заметного изменения натяжения лен-
ты, как это следует из последнего уравнения, не будет.
Схема двухходовых горизонтальных машин ста-
рых конструкций, которые еще находят некоторое при-
менение на наших кабельных заводах, дана на рис. 9-26.
Рис. 9-26. Схема одного хода горизонтальной двухходовой обмоточ-
ной машины.
В нижней части станины машины у каждого хода распо-
ложен коренной вал, приводимый во вращение электро-
двигателем через шестеренную передачу. На этот вал
насажены ступенчатые шкивы, число которых равно
числу обмотчиков. Вращение от коренного вала переда-
ется обмотчикам посредством гибких канатиков. Для
этого обмотчики имеют металлические конусообразные
втулки, на поверхности которых сделан ряд канавок.
Изменение скорости 'вращения обмотчиков достигается
путем перемещения гибких канатиков с одной ступени
шкива на другую. Ролики с кабельной бумагой укрепля-
ются на металлических держателях, которые в свою
очередь прочно прикреплены к вращающейся втулке.
На двухходовой горизонтальной машине бывает от
трех до пяти обмотчиков, на каждом из которых уста-
навливают по- два ролика с бумагой. Таким образом,
можно накладывать на проволоку сразу ют шести до де-
сяти слоев бумажной изоляции.
На рис. 9-27 представлена примерная схема двуххо-
довой комбинированной машины с центровыми бумагой
обмотчиками; такую же схему могут иметь машины и
I
Рис. 9-27. Примерная схема двухходовой горизонтальной обмоточной машины с центровыми обмотчиками.
/ __ электродвигатель; 2 — сменные шестерни; 3 — тяговая шайба; 4 — приемный барабан; 5 — прямильные вальцы; 6 — отдающий
барабан; 7—обмотчики пряжей; 8— бумагообмотчики.
с эксцентричными бумаго-
обмотчиками. Эти маши-
ны предназначены для
обмотки круглых прово-
дов диаметром 3,8—5,2 мм
и прямоугольных’ прово-
дов сечением 10—80 мм2.
Каждый ход имеет два
электродвигателя: один —
для привода приемного
устройства, другой — для
привода всей остальной
части машины. Наличие
самостоятельного элек-
тропривода приемного
устройства значительно
упрощает кинематическую
схему машины и прием-
ного устройства и повы-
шает надежность его ра-
боты. Привод обмотчиков
жесткий; скорость их вра-
щения регулируется с по-
мощью системы сменных
шестерен. Линейная ско-
рость движения провода
находится в пределах
5,6—11,2 м!мин при ско-
рости -вращения обмотчи-
ков 600—1000 об/мин.
В связи с развитием
высоковольтного транс-
форматоростроения уве-
личился выпуск обмоточ-
ных проводов с повышен-
ной толщиной -бумажной
изоляции.
На рис. 9-28 приведе-
на схема одноходовой го-
ризонтальной обмоточной
машины, проект которой
разработан ЦПКБ КО.
Эта машина предназнача-
ется для изготовления
прямоугольных оомоточныхпроводов с размерами
меньшей стороны в пределах 2,1—15,6 мм и большей сто-
роны 12,5—30 мм с изоляцией из телефонной или ка-
бельной бумаги или лавсановой пленки.
Машина состоит из безосевого (пинольного) отдаю-
щего устройства, прямильного роликового устройства,
шести бумагообмотчиков на восемь лент каждый, тяго-
вого гусеничного устройства, маркировочного прибора
для нанесения на провод отличительных обозначений,
приемного безосевого устройства с индивидуальным
электроприводом и приспособлением для подъема и
спуска барабанов с проводом и компрессорной уста-
новки.
Бумагообмотчики имеют механизмы для изменения
угла наложения лент на жилу и обеспечения постоянного
натяжения бумажных лент. Они приводятся во враще-
ние от главного вала машины через восьмиступенчатые
коробки скоростей. Бумагообмотчики имеют пневмати-
ческие дисковые тормоза, сблокированные с электро-
двигателем приводя машины для автоматического тормо-
жения обмотчиков при остановке машины и растормажи-
вания их при (включении электродвигателя. Прочие дан-
ные об этой машине приведены в табл. 9-3.
9-3. МАШИНЫ ДЛЯ СКРУТКИ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
ОБМОТОЧНЫХ ПРОВОДОВ
Высокочастотные обмоточные провода изготовляются
с токопроводящей жилой, скрученной из эмалированных
проволок (см. § 110-2). ’Когда количество этих проволок
в жиле не превышает <1'5, провода изготовляются с па-
раллельным расположением их ,в жиле. В этом случае
катушки с эмалированными проволоками устанавливают-
ся на отдающих рамках и обматываются на рассмотрен-
ных выше обмоточных машинах. Наличие обрывов от-
дельных эмалированных проволок в жиле в значительной
степени может быть устранено с помощью несложных
автоматов, в которых каждая эмалированная проволока
проходит через небольшой железный крючок и своим на-
тяжением его поднимает. В случае обрыва крючок пода-
ет, замыкает электрическую цепь и вызывает остановку
машины и появление светового сигнала-
Для скрутки много-проволочных жил применяются
крутильные машины, общий вид которых показан на рис.
9-29, а конструкция крутильной части—ma 'рис. 9-30.
С отдаюших катушек эмалированные проволоки прохо-
дят через распределительную розетку с фарфоровыми
глазками, которую хорошо видно на рис. 9-29 и 9-30.
Рис. 9-29. Машина для скрутки жил
высокочастотных обмоточных прово-
дов.
Пройдя направляющий ролик, пучок проволок посту-
пает на крутильную часть машины. Последняя представ-
ляет собой рамку, на которой укреплено тяговое устрой-
ство, состоящее из системы роликов, которая видна на
Рис. 9-30. Крутильная часть машины.
рис. 9-30. Рамка вместе с тяговым устройством вращает-
ся со скоростью около 1 500 об!мин и производит скрут-
ку жилы, которая поступает на приемную катушку.
Обычно в этих машинах за один о орот рамки произво-
дится двойное кручение. Машины изготовляются ъ одно-
и двухходовом исполнениях-„Перестановкой шестеренок
в тяговом устройстве можно изменить шаг крутки в пре-
делах 4,5—3'5 мм. Приемные катушки имеют диаметр
120 мм и расстояние между щеками в свету около
100 мм. Одноходовые станки .весят ‘120—135 кг, двуххо-
довые станки 165—180 кг. Потребная .мощность на каж-
дый ход составляет около 0,2 кет.
9-4. ОПЛЕТОЧНЫЕ МАШИНЫ
Конструкции оплеточных машин, применяемых на ка-
бельных .заводах, можно разделить на два типа: коклю-
шечные и карусельные (катушечные).
il. Коклюшечные машины принадлежат к числу
старейших конструкций оплеточных машин и до сих пор
широко применяются на ка-
бельных заводах. Каждый
ход такой машины (рис.
9-31) состоит из металличе-
ского стола с широким вну-
тренним отверстием. В столе
сделаны в двух направлени-
ях волнообразные замкнутые
прорези шириной 6-—10 мм
(рис. 9-32). В прорезях дви-
жутся челноки, на которые
надеты шпули со строщенной
пряжей. При работе машины
часть челноков движется по
волновой замкнутой кривой
по часовой стрелке, а дру-
гая часть—против нее, отче-
го и происходит переплете-
ние нитей. Движение челно-
ков осуществляется при по-
мощи системы шестерен, ко-
личество которых равно по-
ловине количества челноков.
Рис. 9-31. Схема одного хода
коклюшечной оплеточной ма-
шины.
Эти шестерни расположены
под столом оплеточной машины и каждая из них сцеп-
лена с соседней, вследствие чего вращение одной шестер-
ни вызывает вращение всех остальных. Шестерни снаб-
жены пластинками с гнездами (рис. 9-32), в которые
может входить выступ основания челнока. У одних 'шес-
терен эти пластинки расположены выше, чем у других,
что позволяет более низким пластинкам подходить под
Рис. 9-32. Стол и шестерни коклюшечной оплеточной машины.
более 'Высокие; когда при вращении гнезда соседних шес-
терен совпадают, челноки переходят от одной шестерни
к другой, вращаясь вместе с ними.
Пасмы волокнистых материалов, сходящие с бобин,
образуют при своем движении волнообразные коничес-
Рис. 9-33. Движение пасм на коклюшечных и шпульных оплеточных
машинах.
а— коклюшечные машины; б — шпульные машины; £>i и Б\ — челноки, иду-
щие в одном направлении; Бг и Б'2— то же в обратном направлении; Д/н
нижние шпули; — верхние шпули.
кие поверхности с вершиной в месте переплетения (рис.
9-33); при этом длина 'каждой пасмы ва время одного
полного оборота (пробега) челнока изменяется в до-
вольно широких пределах. Так, для 16-коклюшечной ма-
шины отношение максимальной и минимальной длин
Рис. 9-34. Кон-
струкция челнока.
пасмы от бобины до места переплетения равно 1,8:1.
Естественно, что такое изменение длины пасмы вызы-
вает и изменение 'Величины ее натяжения.
Одна из конструкций челноков, которая 'применяется
на отечественных коклюшечных машинах, 'Приведена на
рис. 9-34. В челноке имеются три
стойки. На одну из них насаживает-
ся полая ось, которая имеет в своем
основании диск с ребрами. На этой
оси помещается бобина со строщен-
ным волокнистым материалом. На
второй стойке помещается длинная
пружина, которая внизу упирается
в колодку, снабженную направляю-
щим крючком. На третьей стойке
помещается меньшая пружина, верх-
ним концом упирающаяся в направ-
ляющий крючок, а нижним — в шай-
бу, соединенную с обоймой. Обойма
с помощью крючка связана с коро-
мыслом, входящим своим концом
в промежуток между ребрами дис-
ка, находящегося под шпулей с пря-
жей (рис. 9-35). При заправке пас-
мы пропускаются последовательно
через средний, нижний и верхний
направляющие крючки. В зависимо-
сти от места нахождения челнока (и
длины пасмы до места переплете-
ния) натяжение пасмы, как указы-
валось выше, может изменяться.
Под действием натяжения нити и
большой пружины колодочка с ниж-
ним направляющим крючком то под-
нимается, то опускается и таким образом компенсирует
изменение длины пасмы и выравнивает ее натяжение. По
мере расходования волокна на оплетку натяжение нити
усиливается, малая пружина также сжимается и, дей-
ствуя с помощью стержня на коромысло, выводит его из
сцепления с ребрами диска и бобина с волокном пово-
рачивается. В случае обрыва или схода пасмы колодочка
с нижним крючком опускается в нижнее положение и
своим концом касается стопора, останавливающего ма-
шину.
Рис. 9-35. Другая
конструкция чел-
нока с пружин-
ным тормозом.
а рис. 9-35 приведен челвок другой конструкции,
в котором обе пружины помещены .на одной стойке.
С помощью 'нижней пружины коромысло удерживается
между ребрами диска. В процессе оплетки пасма своим
натяжением выводит коромысло из
зацепления и дает возможность вра-
щаться бобине с волокном.
В старых конструкциях оплеточ-
ных машин привод большого коли-
чества ходов осуществлялся от одно-
го электродвигателя и коренного ва-
ла, который располагался в нижней
части всего устройства. Сообщение
движения отдельным ходам осуще-
ствлялось с помощью ременной пе-
редачи. В современных конструкци-
ях оплеточных машин привод дела-
ется индивидуальным,, для чего на
каждый ход устанавливается неболь-
шой электродвигатель трехфазного
переменного тока с кнопочным
включением. Кинематическая схема
такой машины приведена на
рис. 9-36. Вместе с оплеточным
устройством от электродвигателя
приводятся во вращение тяговая
шайба и приемное устройство. На
тяговую шайбу оплетенный провод
должен поступать в строго опреде-
ленном месте, причем образовав-
шийся на тяговой шайбе виток дол-
жен постепенно сдвигаться и давать
место следующему. В оплеточных
машинах рассматриваемого типа это
достигается тем, что тяговая шайба делается конусооб-
разной и это обеспечивает сдвиг витков без применения
каких-либо отводящих устройств. Раскладочное устрой-
ство приводится в движение с помощью двустороннего
винта, (рис. 9-36), вращающегося в одном направлении.
Вдоль этого винта движется установленная на нем ка-
ретка с водилкой. Винт раскладки 'кинематически связан
со всем приемным устройством.
Несмотря на сравнительно малую производитель-
ность и .значительные расходы на ремонт большого >коли-
чества шестеренных- оцеплении; конструктивно- коклю-
шечные оплеточные машины просты и эксплуатация их
легче по сравнению с карусельными машинами. Поэтому
коклюшечные машины пока выпускаются как за ру-
бежом, так и в СССР. Отечественные машины (марки
Кинематиче-
оплеточной
9-36.
схема
Рис.
ская
машины с индивидуаль-
ным приводом.
1 — электродвигатель; 2 —
сменные шестерни; 3 — тя-
говая шайба; 4 — раскла-
дочное устройство; 5 — от-
; дающий барабан; 6 — прием-
ный барабан.
ОПК-16-Э, ОНК-24-Э, ОПК-24-Э) на 16 и 24 коклюшки
предназначаются для оплетки пряжей, медной проволо-
кой и пр.
2. Карусельные оплеточные машины.
В этих быстроходных оплеточных машинах одна поло-
вина катушек или шпуль движется по часовой стрелке,
а другая—против нее, при этом с помощью соответству-
ющих приспособлений происходит переплетение пасм
(прядей). В зависимости от конструктивного устройства
этих приспособлений 'Карусельные оплеточные машины
разделяются на поводковые и бесповодковые. В свою
очередь поводковые машины выполняются двух типов:
Рис. 9-37. Шпуледержатель
быстроходной оплеточной ма-
шины.
у одних машин (отечествен-
ная модель ОП-24-Э, модели
фирмы Горн 16G, 20G, 24G,
16:N и 24N) переплетающее
приспособление 'выполняет-
ся в виде рычагов, совер-
шающих колебательное дви-
жение, и так как эти рычаги
одновременно двигаются по
окружности, конец поводка
описывает сложную кривую
типа синусоиды. У других
оплеточных машин (машины
фирмы Горн моделей 12С,
18С и 24С) поводковое
устройство выполняется® ви-
де шестерен, причем пряди
проходят через ниппели, рас-
положенные вблизи зубьев
этих шестерен. Конец повод-
ка описывает сферическую
циклоиду, причем длина
нитей от места переплетения до конца поводка все вре-
мя остается неизменной. В бесповодковых оплеточных
машинах (машины фирмы Бардвелл, отечественные ма-
шины модели ОН-46-Э и др.) функцию поводковых при-
способлений выполняют направляющие, по которым
скользят переплетающиеся пасмы. Положение направ-
ляющих выбирается таким образом, чтобы изменение
длины пасм до места переплетения было минимальным
(обычно не более 5%).
На рис. 9-37 показан шпуледержатель (розетка) бы-
строходных оплеточных машин первого типа (модель
ОП-24-Э и др.). Пасма с катушки пропускается через
входной валик, потом через два ролика на шайбе, нерез
ролик на шпуледержателе и затем направляется к по-
водку. Во время работы пряжа расходуется на оплетку
и натяжение ее возрастает, что заставляет шайбу пово-
рачиваться в таком направлении, чтобы длина пасмы
между роликами на шпуледержателе уменьшалась. При
определенном положении шанса начинает действова1
на рычаг, который в свою очередь с помощью веном
гательных рычагов освобождает шпулю от действ!
тормозной ленты. Пасма начинает сходить со шпул
а шайба под действием спиральной пружины, распол
женной у оси вращения, поворачивается обратно и во
станавливает запас пасмы между 'валиками.
Конструкция шпуледержателя на поводковых опл
точных машинах второго типа показана на рис. 9-38. Н
Рис. 9-38. Шпуледержатель оплеточной
машины другой конструкции.
тяжение пасмы регулируется ленточным тормозом, дей-
ствующим на шкив на оси шпуледержателя. На шпуле-
держателе, кроме того, имеется валик с рамкой, которая
соединена со спиральной пружиной. При увеличении на-
тяжения рамка поворачивается в сторону движения пас-
мы и через валик и сидящий на нем эксцентрик осво-
бождает тормоз. При размотке пасмы со шпули рамка
под действием пружины поворачивается обратно, попол-
няет израсходованный запас пасмы и включает тормоз.
Конструкция верхнего шпуледержателя беоповодко-
вой оплеточной машины показана на рис. 9-30. Регули-
ровка натяжения пасмы .осуществляется установкой
у каждой шпули специальной пружинки. Один конец
ее прикрепляется к стойке, а другой — к рычагу; конец
последнего входит в храповое устройство, на котором
неподвижно сидит шпуля. Под действием натяжения пас-
Рис. 9-39. Конструкция верхнего шпуледержате-
ля бесповодковой оплеточной машины.
1, 2 и 3 — крючки; 4 — рычаг; 5 — пружина.
мы рычаг поворачивается и выходит из храпового сцеп-
ления и шпуля начинает разматываться.
Пасмы верхних катушек все время сохраняют неиз-
менное направление относительно оплетаемого провода,
а пасмы нижних катушек, скользя по направляющему
контуру, изменяют свой угол относительно оси провода.
Поэтому .механизм для поддержания равномерного натя-
жения пасм нижних катушек при использовании того
же принципа практически осуществлен с .небольшими
изменениями.
Все быстроходные оплеточные машины оборудуются
автоматами для остановки на случай обрыва пасм. Для
этой цели в оесповодковых оплеточных машинах исполь-
зуется рычаг для регулирования натяжения пасм, кото-
рый, отходя при обрыве в крайнее положение, дейст-
вует на автомат, останавливающий машину. В других
оплеточных машинах в каждом шпуледержателе имеют-
ся валики, которые под натяжением пасмы во время ра-
боты машины занимают определенное положение. При
обрыве .пасмы валик выходит из ©того положения и, дей-
ствуя через ряд других дополнительных механизмов, за-
ставляет срабатывать автомат, останавливающий ма-
шину.
Современные оплеточные машины оборудуются кон-
структивно простыми и удобными в эксплуатации прием-
но-отдающими устройствами. Установка и спуск бара-
бана осуществляются простым поворотом рычага; при
этом втулка, в которой помещается ось барабана, опус-
кается настолько, что последний достигает пола и затем
легко сходит с устройства. Установка нового барабана
производится в обратном порядке. Такие же приемно-
отдающие устройства применяются и в коклюшечных ма-
шинах последних конструкций. Из этих конструкций для
оплетки пряжей предпочтение следует отдать бесповод-
ковым оплеточным машинам, которые изготовляются
у нас на 42, 16 и 24 шпули. Эти машины могут работать
со скоростью до 165—180 пробегов шпули в минуту, не
требуют во время эксплуатации большого ремонта, дают
хорошее качество оплетки и создают меньший производ-
ственный шум. Для оплетки проволокой с успехом могут
быть использованы и другие конструкции оплеточных ма-
шин.
9-5. МАШИНЫ ДЛЯ НАЛОЖЕНИЯ ДЕЛЬТА-АСБЕСТОВОЙ
ИЗОЛЯЦИИ
Наложение асбестовых нитей на провод может произ-
водиться на рассмотренных выше обмоточных или опле-
точных машинах, которые должны быть соответственно
приспособлены с .особым учетом пониженных механиче-
ских свойств асбестовых нитей, хотя в состав последних,
так же как и в асбестовую ровницу, добавляется для
повышения разрывной прочности до 45—’20% хлопчато-
бумажной пряжи.
Качество асбестовых нитей и ровницы может быть
значительно повышено, если вместо хлопчатобумажной
Рис. 9-40. Схема дельта-асбестовой машины.
/ — изолированный провод; 2 — отдающее устройство; 3 — направляющий ролик; 4 — тяговые шайбы; 5 — электродвига-
тель; 6 — редуктор; 7 — устройство с прямнльными вальцами; 8 — ванна с подклеивающим лаком; 9 — кардное устройство;
70 — пластинчатые гладильки; 11— направляющие ролики; 12— ванна с пропитывающим лаком; 13 — калибры; 14 — электри-
ческие печи; 15 — поворотный ролик; 16 — ванна с тальком.
йряжи к .ним добавлять капроновые нити. При после-
дующем нагреве эти нити будут оплавляться и прочно
оклеивать наложенную асбестовую 'изоляцию.
В настоящее время у .нас изготовляются в некотором
количестве провода, на которые асбестовая изоляция на-
носится в предварительно расщепленном на отдельные
волоконца состоянии (отсюда и происходит название
«провода с дельта-асбестовой изоляцией»). Необходимые
механические и электрические характеристики этой изо-
ляции достигаются подклейкой асбестовых волокон
к проводу с последующими пропиткой и сушкой провода.
Для изготовления дельта-асбестовой изоляции приме-
няется так называемая асбестовая ровница (очень слабо
подкрученная ленточка из асбестового волокна). Ровни-
ца поступает на кабельные заводы в бобинах и перед
пуском в производство подвергается иногда сушке.
Для изготовления обмоточных проводов с дельта-
асбестовой изоляцией применяются машины горизон-
тального типа с последовательным расположением всех
рабочих .элементов. Машины оборудуются тремя-четырь-
мя горизонтальными сушильными печами длиной 1,5—
2,0 м каждая, которые автоматически раскрываются во
время остановки машины, что исключает пересушку и
повреждение изоляции того участка провода, который
в это время находится в печи (рис. 9-40).
Основной рабочий узел машины—кардер состоит из
одного большого кардного барабана длиной 300—350 мм
и .17 валиков меньших диаметром, но той же длины. Все
элементы этого устройства вращаются так, как это по-
казано на рис. 9-41, причем первые валики производят
предварительное выравнивание и расчет ровницы. По-
следующие валики благодаря разным окружным скоро-
стям распушают ровницу на отдельные волоконца и вы-
тягивают их в направлении вращения большого кардного
барабана, которым они постепенно переносятся к послед-
нему кардному валику. С этого валика тщательно рас-
чесанное и распушенное асбестовое волокно снимается
металлической гребенкой и накидывается со всех сторон
на провод, покрытый подклеивающим лаком. Гребенка
1 расположена .на расстоянии 0,3—0,4 мм, а провод на
расстоянии 9—1'0 мм от карды. Вдоль провода и послед-
него кардного валика расположен сильный постоянный
магнит 3, который улавливает случайно отскочившие
стальные иглы в момент изолирования провода асбесто-
вы,м волокном. Практика показывает достаточную на-
дежность работы этого устройства. Контрольной пере-
мотки проводов или какой-либо другой дополнительной
проверки отсутствия в асбестовой изоляции иглы от кар-
долент в этом случае не требуется.
В лаковой ванне имеется вращающееся черпачковое
устройство, которое непрерывно подает лак в направ-
ляющий желоб. Под желобом проходит провод и обте-
кается струей клеящего лака. Приемное устройство име-
Рис. 9-41. Схема кардно-
го устройства дельта-
асбестовой машины.
1 — гребенка; 2 — изолируе-
мый провод; 3 — постоянный
магнит.
ет самостоятельный электропривод, что значительно
упрощает кинематическую схему всей машины. В ука-
занных машинах температура в сушильных печах в зави-
симости от рецептуры подклеивающего и пропитывающе-
го лака поддерживается в пределах 1280—360 О,С. Линей-
ная скорость провода составляет около 5—6 м/мин, что
значительно выше, чем у машин более старых конструк-
ций. Машина имеет значительные габариты: каждый ход
занимает площадь 1,0—1,5X18 м, значительно большую,
чем у многоходовых вертикальных машин старых конст-
рукций.
Для изготовления проводов круглых сечений такие
машины иногда устраиваются двухходовыми. Кинема-
тическая схема кардного устройства в этом случае не-
сколько упрощается и состоит из основного и 12 кард-
ных барабанов (валиков) меньших размеров. Гребенка
в этих кардных устройствах располагается на расстоя-
нии 0,25—0,30 мм от карды, а провод — на расстоянии
8—13 мм. Снимаемое гребенкой с последнего кардного
валика асбестовое волокно с помощью струи воздуха по-
лучает завпхряющее движение вокруг провода и покры-
вает его равномерным слоем по всей поверхности. По-
стоянные магниты для улавливания стальных игл в этом
случае иногда не устанавливаются, так как асбестовое
волокно некоторое время находится в воздухе во взве-
шенном состоянии и стальные иглы в этот момент па-
дают вниз, где и собираются. Наличие сильных постоян-
ных магнитов, естественно, только повышает надежность
выявления и улавливания стальных игл. На этих маши-
нах обогрев .сушильных камер часто производится с по-
мощью горячего воздуха, поступающего из калорифера
с электрическим нагревом. Машины занимают меньшую
площадь '(1,5—2Х<8 м) и работают с .более высокими ли-
нейными скоростями (7,6—9,0 м/мин).
В ЦКПБ .КО разработано несколько типов машин
для обмотки токопроводящих жил асбестовой ровницей
с последующей пропиткой и сушкой изоляции. .Однако
практического применения ©тот способ наложения асбес-
товой изоляции у нас не нашел.
9-6. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРОВОДОВ
СО СТЕКЛОВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Наложению стекловолокнистой изоляции на провод
предшествует трощение стекловолокна, которое произво-
дится на обычных тростильных .машинах, рассмотренных
выше. Целесообразно из общего .парка тростильных ма-
шин выделять соответствующее количество ходов спе-
циально для трощения стекловолокна, так как отдель-
ные детали этих машин, которые соприкасаются со стек-
ловолокном (крючки, направляющие ролики и т. п.),
вследствие повышенной твердости стекловолокна тре-
буют более тщательного надзора и более частой смены
при наличии повреждений.
Основное отличие стеклообмоточных машин от ранее
рассмотренных машин для наложения волокнистой изо-
ляции других видов заключается в наличии лаковых
ванн, где на провод наносится подклеивающий и пропи-
тывающий лак, и сушильных печей, в которых происхо-
дит сушка пропитанной стекловолокнистой изоляции.
Кроме того, возможно также изготовление проводов
со стекловолокнистой изоляцией в две технологические
операции (раздельная технология): 1) обмотка прово-
дов стекловолокном с подклейкой; 2) пропитка и лаки-
ровка проводов с одновременной сушкой наложенной
изоляции и образованием наружной пленки на проводе.
При такой технологии для обмотки могут применяться
рассмотренные выше обычные обмоточные машины, ко-
Юрые должны быть только дооборудованы Лаковыми
ваннами. а
Для дополнительной пропитки и сушки изоляции
должны быть установлены специальные лаковые ванны
и сушильные печи. Кроме того, для этой цели может
быть использовано оборудование типа эмалировочных
станков, причем провод со стекловолокнистой изоляцией
может пропускаться через лаковые ванны, а также не-
сколько раз через сушильную печь, как и при эмалиро-
вании проводов.
Раздельная технология позволяет осуществлять орга-
низацию производства без применения специализирован-
ных стеклообмоточных машин. Кроме того, в этом слу-
чае обмотку стекловолокном 'можно производить при бо-
лее высоких линейных скоростях, чем на специализиро-
ванных стеклообмоточных машинах, где эти скорости
ограничиваются минимально необходимым временем пре-
бывания провода в сушильных печах и поэтому всег-
да меньше, чем при одной только обмотке стекло-
волокном.
Эта технология применима также в том случае, ког-
да для склеивания стекловолокнистой изоляции приме-
няется капроновое волокно, которое добавляется в ко-
личестве '20—26% в пасму с нормальным количеством ни-
тей стекловолокна. При прохождении через сушильную
печь капроновые волокна расплавляются, надежно под-
клеивают стекловолокнистую изоляцию к проволоке,
а также склеивают нити стекловолокна. В этом случае
целесообразно после первой .сушки покрыть провода ла-
ком и вновь пропустить их через печь (все за один про-
ход). На проводах при этом образуется тонкая лаковая
пленка, что улучшает внешний вид и качество прово-
дов.
Иногда обмотка проводов стекловолокном с подклей-
кой и пропиткой глифталевым лаком производится на
обычных обмоточных машинах, после чего провода, на-
мотанные на металлические барабаны или катушки, под-
вергаются сушке в сушильных шкафах. Качество про-
водов при этом очень часто получается неравномер-
ным, поэтому такая технология не может быть реко-
мендована для применения.
В отечественной практике обычно применяется один
и тот же лак (глифталевый, фенолформальдегидный
или кремнийорганический) как для подклейки, так и
Рис. 9-42. Ванночка с фетро-
выми обжимами для нанесения
лака на провод.
1 — неподвижная часть ванночки;
2 — подвижная часть; 3 — фетро-
вые обжимы; 4 — край, регулирую-
щий подачу лака.
ДЛЯ пропитки стекловолокйистои изоляции. В целях по-
вышения механической прочности и теплопроводности
стекловолокнистой изоляции в качестве пропиточного
лака (но не для поверхностной лакировки) .могут при-
меняться также пигментированные лаки, в особенности
если для сушки и запекания изоляции применяются от-
дельные специализированные .сушильные печи.
При пропитке изоляции проводов малых и средних
сечений применяются фетровые обжимы (рис. 9-42).
Лак к этим обжимам подво-
дится по трубке из сосуда,
устанавливаемого в непо-
средственной близости от
них.
Конструкции открытых
лаковых ванн являются не-
удовлетворительными, так
как в этих ваннах быстро из-
меняется вязкость лака, в
собенности если учесть, что
для пропитывающих и под-
клеивающих лаков применя-
ются такие легко испаряющиеся растворители, как то-
луол, бензол и т. п. Кроме того, в открытых ваннах лак
может быстро загрязняться различными примесями. По-
этому заслуживает внимания такая конструкция лако-
вых ванн для вертикальных машин, в которых лак нахо-
дится в опрокинутом стеклянном сосуде и по трубке
стекает к небольшой ванночке или фетровым обжимам,
через которые проходит изолируемый провод. С по-
мощью такого устройства можно поддерживать опреде-
ленный уровень лака в ванночке 'или в пространстве
около фетровых обжимов, так как количество лака, вы-
текающее из сосуда, будет определяться вошедшим
в нее количеством воздуха. Поэтому лак в ванночку бу-
дет поступать только до тех пор, пока его уровень бу-
дет .ниже верхнего края отверстия крана, через которое
проходят как лак в ванну, так и воздух в сосуд.
Конструкция лаковых ванн, применяемых на многих
вертикальных и горизонтальных стеклообмоточных ма-
шинах, приведена на рис. 9-43. Иногда в ваннах гори-
зонтальных машин предусматривается колесо с черпач-
ками, которые, как и в дельта-асбестовых машинах по-
следних конструкций, захватывают лак и поливают им
провод сверху. Существенно .важным является регули-
рование .количества подклеивающего и пропитывающего
лака, которое должно подаваться на провод. Это регу-
лирование можно осуществлять
занной на рис. 9-43. В качестве
уплотняющих материалов при-
меняются резины различных
сортов. Лак к таким ваннам
может подаваться централизо-
ванно по трубам.
На заводе «Москабель» и
некоторых других кабельных
заводах сконструированы и
эксплуатируются стеклообмо-
точные машины, в которых су-
шильные печи имеют возмож-
ность в момент остановки про-
вода поворачиваться вокруг
своей оси на определенный
угол (машины СВ-8, СВ-6,
СВ-4 и т. п.). При повороте пе-
чи провод оказывается вне ра-
бочей камеры и, таким обра-
зом, не подвергается длительно-
му воздействию высокой темпе-
с помощью гайки, пока-
Рис. 9-43. Конструкция ла-
ковой ванны вертикальной
стеклообмоточной машины.
I — стакан; 2 — крышка; 3 —
гайка; 4— резиновые калибры
ратуры. Кроме того, в печах этой конструкции предусмо-
трено многократное прохождение провода через сушиль-
ную печь, причем с верхних направляющих роликов провод
идет к нижним направляющим роликам также через су-
шильную печь. В этом случае более рационально ис-
пользуются сушильные печи и поэтому имеется возмож-
ность сократить их длину. Однако вследствие больших
размеров верхних и нижних щелевых отверстий эти пе-
чи создают повышенный расход электроэнергии. Все
эти машины обладают рядом существенных недостатков
(громоздки, трудны в обслуживании, недостаточно высо-
ко .качество изготовляемых проводов и т. п.). Поэтому эти
машины не могут быть рекомендованы в качестве типо-
вого оборудования для отечественных кабельных заво-
дов. Между тем объем производства и ассортимент из-
готовляемых проводов со стекловолокнистой изоляцией
непрерывно и значительно расширяются, поэтому вопрос
создания конструкций типовых стеклообмоточных ма-
шин приобретает исключительно большое значение.
На основании .накопленного опыта изготовления про-
водов со стекловолокнистой изоляцией можно рекомен-
довать следующие типы стеклообмоточных машин:
4) 2—4-ходовые горизонтальные машины для изго-
товления проводов с одно- и двухслойной стекловолок-
нистой изоляцией диаметром 0,10—0,20 мм-,
2) 2- и 4-ходовые горизонтальные машины для изго-
товления проводов с одно- и двухслойной обмоткой диа-
метром 0,211—0,7 мм;
3) 6- и 8-ходовые машины вертикального типа для
изготовления проводов диаметром 0,7—2,0 мм;
4) 1- и 2-ходовые горизонтальные машины для из-
готовления прямоугольных обмоточных проводов сече-
нием до 10 лгл2 и круглых проводов диаметром более
2,0 мм и машины усиленной конструкции для прямо-
угольных проводов сечением до 35 мм2.
В будущем, возможно, потребуются горизонтальные
стеклообмоточные машины для изготовления прямо-
угольных проводов более крупных сечений.
Во всех конструкциях этих машин должны быть пре-
дусмотрены установка лаковых ванн для поверхностной
лакировки изготовляемых проводов и циркуляционная
подача лака во все ванны. Сушильные печи должны ав-
томатически откатываться при каждой остановке обмо-
точной машины, благодаря чему изолированный провод
оказывается вне зоны нагрева. Опыт эксплуатации от-
катных печей, накопленный на некоторых кабельных за-
водах, дал положительные результаты. В ЦПКБ КО
разработан проект двухходовой обмоточной машины
марки 2 СОГ-4, предназначенной для изготовления про-
водов диаметром 0,21—0,40 мм с подклейкой каждого
слоя стекловолокна и лакировкой поверхности за один —
три прохода через лаковую ванну, причем перед наложе-
нием первого лакового слоя провод может предваритель-
но подсушиваться в печи. Каждый ход имеет два цент-
рошпульных обмотчика («=7504-3 000 об) мин) \ при этом
предусмотрена возможность отключения одного обмот-
чика при наложении однослойной стекловолокнистой изо-
ляции. Машина имеет четыре лаковые ванны (две под-
клеивающие, одна пропиточная и одна лакировочная) и
двухкамерную горизонтальную сушильную печь длиной
1 м с мощностью нагревателей около 5 кет. Температура
в печи может регулироваться автоматически в пределах
300—600° С; шаг обмотки 0,6—1,8 мм\ линейная скорость
движения изолируемого провода ,6— , м/мин, причем
изменение этой скорости производится с помощью смен-
ных шестерен. Возможно, что такой тип стеклообмоточ-
ных машин удастся применить и для изготовления про-
водов несколько больших диаметров.
На рис. 9-44 дан общий вид другой двухходовой стек-
лообмоточной машины марки 2СОГ-1, предназначенной
для изготовления проводов со стекловолокнистой изоля-
цией диаметром 0,4—1,0 мм. Основное отличие этой
машины от машины 2СОГ-0.4 заключается в вертикаль-
ном расположении сушильных печей, что существенно
сокращает площадь, занимаемую машиной. В то же вре-
мя горизонтальное расположение обмотчиков существен-
но облегчает конструктивное устройство лаковых ванн,
так как здесь можно избежать сильного обжатия изо-
лируемого провода сальниковыми прокладками, препят-
ствующими вытеканию лака из ванн. Лаковая ванна в
этой машине расположена на значительном расстоянии
от сушильных печей, поэтому провод поступает в ванну
достаточно охлажденым.
Нагревательные обмотки состоят из отдельных сек-
ций, которые выполнены в виде открытых спиралей.
Часть секций находится постоянно под напряжением;
другая часть предназначена для поддержания опреде-
ленной температуры в печах и периодически включается
под напряжение терморегулятором.
Прочие технические характеристики этой машины:
скорость вращения обмотчиков в пределах 1 000—
3 000 об]мин-, шаг обмотки 0,9—3,0 мм\ линейная ско-
рость движения изолированного провода 1,0—6,6 м!мин\
температура в печи может быть установлена в пределах
250—500° С. Высота всей машины около 3 м, что допус-
кает ее установку в сравнительно невысоких производст-
венных помещениях. По-видимому, на этих машинах
также будут изготовляться провода диаметром, несколь-
ко большим 1 мм.
Машины обоих типов предназначены для групповой
установки, причем количество группируемых машин бу-
дет зависеть от производственной площади, выделяемой
под эти машины.
На рис. 9-45 приведен общий вид горизонтальной
стеклообмоточной машины марки СОГ-35, спроектиро-
ванной в ЦПКБ КО для изготовления прямоугольных
проводов сечением 10—35 мм2. Особенностью этой ма-
Рис. 9-44. Стеклооб-
моточная машина
марки 2СОГ-1 для
изготовления прово-
дов диаметром 0,4—
1,0 мм.
шины является послой-
ная сушка изоляции,
т. е. после наложения и
пропитки первого слоя
изоляции провод за
два прохода высушива-
ется в электрической
печи, затем поступает
в' лаковую ванну для
нанесения следующего
(подклеивающего) слоя
лака и т. д. Такая по-
слойная сушка повы-
шает электрическую и
в особенности механи-
ческую прочность стек-
ловолокнистой изоля-
ции, что особенно су-
щественно при приме-
нении для подклейки,
пропитки и лакировки
кремнийорганиче с к и х
лаков, пленки которых
обладают ограниченной
механической проч-
ностью. Конструктив-
ной особенностью этой
машины являются
двухъярусное располо-
жение обмотчиков и со-
ответствующая уста-
новка сушильных пе-
чей, что значительно
уменьшает занимаемую
площадь и облегчает
осуществление послой-
ной сушки изоляции.
Машина имеет цен-
трализованную подачу
лака в ванны и кали-
брующие устройства по
широкой стороне изго-
товляемого провода, а
также охлаждающее
Рис. 9-45. Общий вид стеклообмоточной машины марки СОГ-35, спроектированной ЦПКБ КО для изготовления
прямоугольных проводов сечением 10—35 мм2.
(вентиляционное) устройство для снижения в нуж-
ных местах температуры провода и направляющих
шкивов.
Прочие технические характеристики машины: обмот-
чики центрошпульные (п=700ч-2 900 об[минУ, шаг об-
мотки 2,6—7,0 мм\ линейная скорость движения изоли-
руемого провода 1,82—20,4 м!мин. Сушильное устрой-
ство состоит из трех двухсекционных камер длиной око-
ло 2 ж каждая. Время пребывания провода в печи от
5 до 18 мин.
9-7. МАШИНЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРАНСПОНИРОВАННЫХ
ПРОВОДОВ
Изготовление транспонированных обмоточных прово-
дов прямоугольного сечения, применяемых для мощных
трансформаторов, производится путем скрутки с открут-
кой элементарных прямоугольных эмалированных провод-
ников и последующей обмотки их бумажными лентами.
Отечественная транспонирующая машина марки
ТМ-1 показана на рис. 9-46. Основными узлами машины
являются фонарь, откручивающий механизм, транспони-
рующее устройство, бумагообмотчики, гусеничная тяга,
отдающее и приемное устройство, контрольное (контакт-
ное) устройство, подъемное устройство. Эмалированный
провод с катушки, установленной в фонаре, поступает
в распределительный механизм фонаря, обеспечиваю-
щий горизонтальное и параллельное расположение про-
вода в прямоугольных отверстиях розетки перед входом
в транспонирующую головку. Рычажные и кулачковые
формующие элементы головки поджимают проволоку
в определенном направлении и этим обеспечивают транс-
позицию в рамках прямоугольного контура. За полный
шаг транспонирования принимается расстояние, на про-
тяжении которого каждый из элементарных проводников,
составляющих провод, перемещается по всему общему
периметру провода и возвращается в свое первоначаль-
ное исходное положение, поочередно занимая одну и ту
же позицию в проводе в точках, расположенных на рав-
ных расстояниях по его длине. После транспонирующей
головки провод проходит через бумагообмотчики и гу-
сеничную тягу на приемный барабан. На приемном уст-
ройстве устанавливается контрольный прибор, проверя-
ющии наличие изоляции
между отдельными эмалиро-
ванными проводниками.
Крутильный фонарь ма-
шины ТМ-1 рассчитан на 36
катушек с диаметром флан-
ца 500 мм. Число транспо-
нируемых проволок соответ-
ственно составляет 9, 13, 21
и 35. Машина обеспечивает
линейную скорость движе-
ния провода при транспони-
ровании до 2,4 м!мин. Фо-
нарь снабжен откручиваю-
щим устройством для от-
крутки скручиваемых прово-
лок. Привод откручивающе-
го устройства фонаря пла-
нетарный.
Транспонирующая голов-
ка имеет корпус, в котором
на валиках расположены ку-
лачки, приводящие >в движе-
ние рычаги. Рычаги приво-
дят в действие толкатели
для горизонтального и вер-
тикального перемещений
проволок. На выходе прово-
да из транспонирующей го-
ловки имеется регулируемая
система калибрующих роли-
ков. Соприкосновение толка-
теля с плоскостью пакета
проволоки происходит за
счет трения качения, что
исключает повреждение эма-
левой изоляции. Измене-
но скорости вращения фо-
наря и транспонирующей
головки производится с по-
мощью сменных шестерен
в системе электропривода.
Машина ТМ-1 имеет тан-
генциальный обмотчик на 8
Рис. 9-46. Общий вид машины ТМ-1 для изготовления транспонированных проводов.
роликов с бумажной лентой. Диаметр ролика до 480 мм,
скорость вращения обмотчика до 425 об!мин. Прием
транспонированного провода производится на барабаны
с диаметром щеки 1 700—2 450 мм. Раскладка прово-
локи по ширине барабана осуществляется за счет попе-
речного перемещения барабана с регулировкой его дви-
жения. Гусеничное тяговое устройство рассчитано на
усилие протягивания провода 1 000 кгс и имеет направ-
ляющие ролики на входе в гусеницу и выходе из нее.
Машина ТМ-1 имеет автоматические устройства для тор-
можения при остановке или обрыве бумажной ленты и
срабатывании блокировки счетчика метража на задан-
ную длину провода, а также сигнальные устройства
контрольно-контактного искателя повреждения изоляции
транспонированного провода.
Машины подобного типа выпускаются и за рубежом.
Общий вид машины для изготовления транспонирован-
Рис. 9-47. Общий вид машины фирмы Картер для изготовления
•транспонированных проводов.
ных проводов английской фирмы Картер показан на
рис. 9-47. Машина имеет два крутильных фонаря, на
которые устанавливаются соответственно 15 и 16 кату-
шек с проводом. Поэтому машина может использоваться
для транспонирования 15 и 31 проводника. Между двумя
крутильными устройствами расположено приводимое в
действие от фонаря на 15 катушек специальное приспо-
собление для направления транспонируемых проводни-
ков через фонарь на 16 катушек к транспонирующей го-
ловке. Каждый фонарь снабжен пневматическими коло-
дочными тормозами для остановки.
Транспонирующая головка машины фирмы Картер
состоит из специального транспонирующего устройства
Рис. 9-48. Головка для наложения бумажных лент машины фирмы
Картер.
и ведущего механизма кулачкового типа; минимальное
количество транспонируемых проволок 5; размеры эле-
ментарных проводников от 3,05X1,02 до 11,4x3,05 мм.
Скорость транспонирования 100—120 перемещений в ми-
нуту.
Машина имеет два обмотчика, расположенных между
транспонирующей головкой и тяговым устройством. Мак-
симальный диаметр бумажного ролика 457 мм. Головка
для изолирования проводников после транспонирования
бумажными лентами показана на рис. 9-48. Каждая го-
ловка может приводиться во вращение в двух противо-
положных направлениях. Натяжение бумажной ленты
при изменении диаметра ролика поддерживается посто-
янным специальной системой регулировки. Максималь-
ная скорость вращения бумагообмотчиков 500—
600 обIмин. Тяговое устройство гусеничного типа. Оно
расположено обычно в углублении, так что его высота
составляет всего около 1 м. Приемное устройство рас-
считано на барабаны с диаметром фланца 2 290 мм.
Установка барабанов безосевая.
Глава десятая
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
10-1. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА с волокнистой ИЗОЛЯЦИЕЙ
СТАНДАРТНЫХ КОНСТРУКЦИИ
Ассортимент обмоточных проводов с волокнистой изо-
ляцией до последнего времени остается весьма широким,
так как, помимо таких давно. известных изоляционных
материалов, как хлопчатобумажная пряжа, кабельная и
телефонная бумага, натуральный шелк и т. п., применя-
ются также различные синтетические волокна и пленки,
специальные сорта стекловолокна, кварцевое волокно и
т. п. Существенно расширился ассортимент и за счет
создания ряда новых конструкций обмоточных проводов
этого типа.
В табл. 10-1 приведены классификация основных ти-
пов медных и алюминиевых обмоточных проводов с эма-
лево-волокнистой, бумажной и пленочной изоляцией,
диапазоны номинальных размеров токопроводящих жил
круглых и прямоугольных сечений, толщины изоляции
и классы нагревостойкости изоляции проводов.
Круглые медные провода с волокнистой изоляцией
изготовляются тех же диаметров, что и медные эмалиро-
ванные провода (табл. 6-2). Отдельные виды обмоточ-
ных проводов, кроме того, изготовляются диаметром 2,63;
2,83; 3,05; 3,28; 3,53; 3,8; 4,1; 4,5; 4,8 и 5,2 мм.
Номинальные размеры обмоточных проводов с волок-
нистой изоляцией с алюминиевыми токопроводящими
Таблица 10-1
Обмоточные провода с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи, натурального шелка, синтетических
волокон и пленок, кабельной и телефонной бумаг. Классификация и ассортимент основных типов
Наименования обмоточных проводов Марка провода Номинальные размеры токопроводящей жилы, мм Толщина изо- ляции, мм, для круглых про- водов (О—d} и прямоуголь- ных (В—Ь) Класс нагре- востой- кости Действующая техниче- ская документация
Медные провода Провод, изолированный двумя ПБД Круглые диаметром 0,22—0,33 А ГОСТ 6324-52
слоями обмотки из хлопчатобумаж- ной пряжи Провод, изолированный эмалью ПЭЛБО 0,38—5,2 Прямоугольные: а = 0,94-5,5 6 = 2,104-15,5 Круглые диаметром 0,27—0,44 0,17—0,21 А ГОСТ 6324-52
ва масляно-смоляной основе и одним слоем обмотки из хлопчатобумаж- ной пряжи Провод, изолированный эмалью ПЭЛШО, 0,38—2,10 Круглые диаметром 0,07—0,155 А ГОСТ 6324-52
на масляно-смоляной основе и одним слоем обмотки из натурального шелка или капронового или лавса- нового волокна Провод, изолированный высоко- пэлшко, пэлло пэвло, 0,05—2,10 Круглые диаметром 0,11—0,18 А МРТУ 2-017-17-63
прочной эмалью соответственно лаками винифлекс или метальвин, полиэфирным или полиуретановым и одним слоем обмотки из лавсаново- го волокна пэтло, пэпло 0,06—1,30
Наименования обмоточных проводов Марка провода
Провод, изолированный двумя слоями обмотки из лавсанового во- локна плд
Провод, изолированный несколь- кими слоями обмотки из телефонной или кабельной бумаги ПБ
Провод, изолированный несколь- кими слоями кабельной бумаги мар- ки кву ПБУ
Провод, изолированный несколь- кими слоями обмотки из кабельной или телефонной бумаги и открытой спиралью из хлопчатобумажной пряжи ПББО
Провод, изолированный тремя лавсановыми пленками и одним сло- ем обмотки из хлопчатобумажной пряжи: ППЛБО
Продолжение табл. 10-1
Номинальные размеры токопроводящей жилы, мм Толщина изо- ляции, ММ, ДЛЯ круглых про- водов (D—d) и прямоуголь- ных (В—Ь) Класс нагре- востой- кости Действующая техниче- ская документация
Круглые диаметром 0,18—0,20 Е МРТУ 2-017-17-63
0,39—1,30
Круглые: А МРТУ 2-017-17-63
диаметром 1,0—2,10 0,30—1,20 (новый I ОСТ)
диаметром 2,26—5,20 0,30—5,80
Прямоугольные
6 = 2,10=22,0
а = 0,9=1,95 0,55—2,95
<2 = 2,10=5,0 0,55—5,80
Прямоугольные А ТУКП 098-67 (новый
<2 = 2,44=5,5 1,36—4,4 ГОСТ)
Ь = 6,9=22,0
Прямоугольные А ГОСТ 6324-52
6 = 2,10=14,5
<2 = 0,90=1,95 0,45—2,95
<2 = 2,10=5,5 0,45—5,8
Прямоугольные В —6 = А ТУ 017-75-64
а = 0,9=5,5 =0,38=0,43
6 =2,10=14,5 А — а —
=0,48=0,53
Марка
провода
Наименования обмоточных проводов
Провод, изолированный двумя слоями триацетатной пленки, слоем телефонной бумаги и одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пря- жи ППТБО
Алюминиевые провода
Провод, изолированный двумя слоями обмотки из хлопчатобумаж- ной пряжи АПБД
Провод, изолированный несколь- кими слоями обмотки из телефонной или кабельной бумаги и дополни- тельной обмоткой открытой спи- ралью из хлопчатобумажной пряжи АПББО
Провод, изолированный несколь- кими слоями обмотки из телефонной или кабельной бумаги АПБ
Продолжение табл. 10-1
Номинальные размеры токопроводящей жилы, мм Толщина изо- ляции, мм, для круглых про- водов (D—d) и прямоуголь- ных (В—Ь) Класс нагре- востой- кости Действующая техниче- ская документация
а= 0,9=5,5 6 = 2,10=44,5 Круглые диаметром 0,45—0,5 А ТУК ОММ.505.05-54
1,35—8,0 Прямоугольные а = 1,81=7,0 6 = 4,1=18,0 Прямоугольные 0,27—0,35 0,27—0,47 А ГОСТ 9761-61
а = 1,81=7,0 6 = 4,10=18,0 Круглые диаметром 1,35—8,0 Прямоугольные В — Ь = =0,45=5,95 0,30—5,8 А ГОСТ 9761-61
а= 1,81=7,0 6 = 4,10=18,0 0,45—5,95 А ГОСТ 9761-61
жилами, которые находят у нас пока ограниченное при-
менение, приведены в ГОСТ 9761-61.
Алюминиевые провода с бумажной изоляцией в неда-
леком будущем должны найти широкое применение в
трансформаторостроении, при изготовлении реакторов и
во многих других случаях.
В табл. 10-1 не приводятся сведения о проводах мар-
ки ПВО с изоляцией из однослойной обмотки хлопча-
тобумажной пряжей. Эти провода, у которых толщина
изоляции примерно в 2 раза меньше, чем у проводов
марки ПБД, изготовляются в СССР в очень ограничен-
ном. количестве, так как изоляция таких проводов обла-
дает незначительной механической прочностью и неу-
стойчива на проводе.
В ГОСТ 6324-52 предусматривается изготовление
круглых проводов диаметром 0,2—2,10 мм марки ПЭЛ КО,
изолированных эмалью на масляно-смоляной основе
и одним слоем обмотки из утолщенного капронового во-
локна (диаметральная толщина изоляции D—d=0,125->
0,21 мм), а также выпуск круглых (диаметром 1,0—
5,2 мм) и прямоугольных проводов марки ПБОО, изоли-
рованных одним слоем обмотки и оплеткой из хлопчато-
бумажной пряжи. Толщина изоляции (D—d) круглых
проводов не более 0,85 мм, а прямоугольных не более
0,88 мм.
Последние два типа обмоточных проводов изготовля-
ются в очень ограниченном количестве, поэтому данные
о них также не приводятся.
Действующие межреспубликанские технические усло-
вия на обмоточные провода, изолированные волокном
лавсан, помимо конструкций проводов, приведенных в
табл. 10-1, предусматривают также изготовление круг-
лых (диаметром 0,38—5,2 мм) и прямоугольных прово-
дов марки ПЛБД, изолированных одним слоем обмотки
лавсановым волокном и затем одним' слоем обмотки из
хлопчатобумажной пряжи. Круглые провода должны
иметь толщину изоляции (D—d) в зависимости от сече-
ния провода не более 0,20—0,28 мм, а прямоугольные не
более 0,27—0,36 мм. Эти провода, которые по нагрево-
стойкости относятся к классу А, пока также изготовля-
ются в ограниченном количестве.
В ГОСТ 6324-52 предусматривается изготовление об-
моточных проводов, изолированных двумя слоями обмот-
ки натуральным шелком (марка ПШД) или капроновым
волокном (марка ПШКД), а также с изоляцией из
эмали и двух обмоток этими, же волокнистыми материа-
лами (марки ПЭЛШД и ПЭЛШКД).
Перечисленные конструкции обмоточных проводов
не являются прогрессивными, поэтому указанные про-
вода изготовляются в очень ограниченном количестве
для выполнения отдельных заказов. В новых ГОСТ про-
изводство этих проводов не предусматривается.
Обмоточные провода, необходимые при изготовлении
запоминающих устройств счетно-решающих машин, а
также для трансформаторов с ферритовыми сердечника-
ми и других приборов и машин, в которых облуживание
концов жил проводов нужно производить без зачистки
от волокнистой изоляции, изготовляются по особым тех-
ническим условиям с изоляцией из полиуретановой эма-
ли (провода марки ПЭВТЛ-1) с обмоткой волокном лав-
сан и последующей термообработкой. В результате
термообработки изоляция становится монолитной, но без
оплавления лавсановых волокон. Такие провода (марка
ПЭПЛОТ) изготовляются диаметром 0,08—0,51 мм. Они
имеют изоляцию сравнительно небольшой толщины
(D—d=0,11 4-0,16 мм) и их жила может обслуживаться
без зачистки от изоляции. Изоляция достаточно эластич-
на и механически прочна: выдерживает при испыта-
ниях в среднем не менее 60—100 ходов иглы (при мини-
мальном числе ходов не меньше 40—80). Пробивное
напряжение изоляции у скрученных образцов в за-
висимости от сечения жилы должно быть не менее
1 000—2 000 в.
Алюминиевые обмоточные провода с волокнистой
изоляцией изготовляются в ограниченном количестве,
так как применение их вызывает увеличение габаритов
электрических машин и аппаратов.
В отношении качества наложенной изоляции к алю-
миниевым проводом предъявляются те же требования,
что и к медным проводам. Действующий стандарт преду-
сматривает выпуск круглых алюминиевых проводов, на-
чиная с диаметра 1,35 мм, так как более тонкие провода
в процессе обмотки иногда получают значительную вы-
тяжку, причем круглые провода диаметром 1,35—
1,74 мм обычно изготовляются с применением твердой
алюминиевой проволоки марки АТ, а провода более
крупных сечений и все прямоугольные провода — из
проволоки марки AM.
У круглых проводов допускаются спайка и сварка
алюминиевой проволоки, причем в местах этих соеди-
нений допускается утолщение обмотки на длине не бо-
лее 100 мм; у проводов прямоугольных сечений места
сварки или спайки должны быть оголены.
По особым техническим условиям изготовляются гиб-
кие обмоточные провода прямоугольных сечений марок
ЛВОО и ЛВДО с сечением токопроводящих жил 3,6—
80,0 мм2. Жилы скручиваются из большого количества
тонких медных проволок, вальцуются и тщательно отжи-
гаются. Толщина изоляции провода ЛВОО (изоляция —
одна обмотка и оплетка хлопчатобумажной пряжей) рав-
на 0,65±0,05 мм, а проводов ЛВДО (изоляция — две
обмотки и оплетка хлопчатобумажной пряжей) 0,85±
±0,05 мм.
..Шаг скрутки проволок должен быть в пределах
трех-четырех периметров сечения провальцованных про-
водов. Размеры прямоугольных проводов рассчитывают-
ся, исходя из коэффициента заполнения ц=0,8. Таким
образом, сопротивление жилы постоянному току при
20 °C должно быть не более подсчитанного по уравнению
7? = 2L_ELi (10-1)
где q — номинальное сечение провода, мм2; а — коэффи-
циент, учитывающий укрутку и равный примерно 1,035;
р = 0,01724 ом-мм2/м; I — длина провода, м.
Для масляных трансформаторов преимущественное
применение находят провода с бумажной изоляцией ма-
рок ПБ и АПБ, а также транспонированные провода ма-
рок ПТБ и ПТБУ (см. § 10-8). Эти провода в зависимо-
сти от рабочих напряжений трансформаторов и усло-
вий их работы изготовляются с различной толщи-
ной изоляции (табл. 10-4). В дополнение к действующе-
му ГОСТ 632'4-52 следует отметить, что в последнее вре-
мя провода с одной бумажной изоляцией (марка ПБ)
изготовляются не только круглых, .но и прямоугольных
сечений. В соответствии с новым ГОСТ для трансформа-
торостроения начато изготовление проводов марки ПБУ,
изолированных несколькими слоями кабельной 'высоко-
вольтной бумаги марки КВУ (табл. Т0-1). Эти провода,
будучи пропитаны минеральным маслом, обладают по-
вышенной электрической прочностью изоляции.
В соответствии с требованиями стандарта обмотка
должна быть наложена на провод плотно и равномерно.
без’ ребрибтости, просветов оголенных мест) и утоЛще-
ний, за исключением- мест пайки или сварки .проволоки
диаметром 0,51—3,8 мм. В .этих местах, а также при
заправке пасмы допускается-утолщение на длине не бо-
лее 100 мм.
В соответствии со стандартом' двухслойная волокли1
стая изоляция не должна иметь-просветов .между'отдель-,
яыми нитками, а также разрывов; ниток-при-навивании
провода на стержень диаметром, равным- 5чкратноМу’
диаметру изолированного провода, но не менее 3-’ мм,’
.а в случае однослойной волокнистой изоляции прй-
павивании на стержень 10-кратного диаметра, но не
менее 6 мм.
Отсутствие точного определения понятия, что соб-
ственно следует считать просветом в изоляции, служит
иногда причиной -недоразумений и необоснованной бра-
ковки обмоточных .проводов. По мнению авторов, совер-
шенно недопустимы просветы до меди в проводах с двой-
ной обмоткой марки ПБД и т. п. Однако в проводах ма-
рок ПЭЛШО, ПЭЛШКО, ПЭЛЛО и т. п. единичные
мелкие просветы до эмали величиной менее радиальной
толщины однослойной обмотки не могут, как показы-
вают многократные исследования, заметно отражаться
на качестве этих проводов.
Изоляция прямоугольных обмоточных проводов
с двойной обмоткой волокнистыми -.материалами не дол-
жна иметь .просветов и разрывов отдельных ниток -при
изгибании провода широкой стороной на 180° вокруг
стержня диаметром, равным 5-кратному размеру мень-
шей стороны изолированного провода, но -не менее 8 мм.
У обмоточных проводов марки ПБД не должно -про-
исходить раскрывания наружного слоя и появления тре-
щин бумаги и оголенных от изоляции мест при изгиба-
нии -провода на 180° при соблюдении следующих условий
испытания:
а) изгибание широкой стороной, а также узкой сто-
роной для проводов марки ПББО с соотношением сторон
не более 1 :2 вокруг стержня диаметром 160 мм;
б) изгибание вокруг стержня диаметром 400 мм для
проводов марки ПБ всех-размеров.
Хотя новейшие конструкции обмоточных машин и
позволяют получать провода с гладкой поверхностью на-
ложенной изоляции, тем не менее в процессе обмотки
все же возможно -появление некоторых дефектов. По
действующему стандарту на каждую оухту или катушку
провода допускается не более пяти каждого вида сле-
дующих отклонений качества обмотки:
а) для проводов с двумя слоями обмотки—пропуск
одной или нескольких -ниток в обмотке на протяжении
не свыше 200 мм ’в каждом пропуске;
б) для проводов с одним слоем обмотки — местные
мелкие просветы, обусловленные пропуском одной или
нескольких .ниток или колебаниями -шага обмотки, или
номера пряжи на протяжении не свыше 200 мм;
в) для проводов с двумя слоями обмотки — местное
увеличение шага обмотки до 20 мм.
Электроизоляционные характеристики проводов с од-
ной лишь волокнистой изоляцией .невысоки. Пробивное
напряжение изоляции проводов марки .ПБД обуслов-
ливается электрической прочностью воздушных проме-
жутков в изоляции и составляет при испытании образ-
цов, навитых на .металлический стержень, 700—-800 в.
Примерно такую же электрическую прочность имеет и
изоляция проводов марок ПШД, ПЛД и ПШДК.
Изоляция проводов марки ПБД обладает к тому же
высокой гигроскопичностью. На рис. 10-1 показана при-
Мом-км
0,011
0,008\
юж
0,002\
0,001
0,0008
0,0006
0,0002
0,0001
L. I - - 1 - I - I ....... 1 ------L------J------J---------1-------1------5------
д 1 3 5 7 8 11 13 1S 17 18 21 ч
Рис. 10-1. Примерная зависимость сопротивле-
ния изоляции проводов марки ПБД от време-
ни пребывания в среде с 85%-ной относитель-
ной влажностью воздуха.
мерная зависимость сопротивления изоляции этих про-
водов от времени пребывания в среде с '85% относитель-
ной влажностью воздуха, а на рис. 10-2 — аналогичная
зависимость для проводов марок ПШД и ПШДК (на на-
туральном шелке и капроне), но при 100%-ной относи-
тельной влажности воздуха. Нетрудно убедиться в том,
что в этом отношении свойства натурального шелка и
капронового волокна несколько лучше по сравнению с
хлопчатобумажной пряжей. Однако эти волокна также
обладают значительной гигроскопичностью и не могут
служить надежной изоляцией в условиях действия высо-
кой влажности в незащищенном от этого воздействия
виде.
Электрические характеристики проводов марок
ПЭЛБО, ПЭЛШО, ПЭЛЛО, ПЭВЛО, ПЭЛШКО и др.
определяются в значительной степени качеством эмале-
o,oooi-\.............................................
О «Д 80 120 ISO 200 2b0 280 ч
Рис. 10-2. Примерная зависимость сопротивле-
ния изоляции проводов марок ПШД и ПШДК
от времени пребывания в среде со 100%-ной
относительной влажностью воздуха.
1 — провод марки ПШДК, обмотанный блестящим
капроновым волокном; 2 и 3 — то же, но матирован-
ным капроновым волокном; 4 — провод марки ПШД.
вой изоляции и существенно лучше, чем у проводов с
одной волокнистой изоляцией. Пробивное напряжение
изоляции проводов марки ПЭЛБО диаметром 0,5 мм,
навитых на металлический стержень, составляет около
1 000 в, у проводов марки ПЭЛШО, ПЭЛЛО, ПЭЛШКО
и т. п. того же диаметра — около 700—900 в и не изме-
няется заметно после пребывания в бензине или в тер-
мостате при 100° С в течение 24 ч. У проводов этих марок
более крупных диаметров пробивное напряжение изоля-
ции будет еще выше за счет увеличения толщины эма-
левой изоляции. Сопротивление изоляции проводов ма-
рок ПЭЛШО и ПЭЛШКО диаметром 0,5 мм по резуль-
татам отдельных испытаний составляет в состоянии
поставки около 50 Мом-км (методику измерений см.
§ 5-14) и несколько снижается после пребывания образ-
цов в течение 24 ч в атмосфере 80%-ной относительной
влажности воздуха; у проводов марки ПЭЛБО диамет-
ром 0,7 мм сопротивление изоляции в подобных услови-
ях падает с 50—100 до 2,5—3,0 Мом-км.
Если сравнивать свойства обмоточных проводов, изо-
лированных натуральным шелком и волокнами лавсан
и капрон, то можно отметить следующие характерные
моменты:
1. В комнатных условиях пробивное напряжение изо-
ляции из этих волокнистых материалов примерно оди-
наково. Например, у проводов диаметром 0,25 мм с двух-
слойной обмоткой пробивное напряжение между прово-
дом и металлическим стержнем, на который провод
намотан, составляет 700—800 в и сравнительно мало из-
меняется после выдержки в течение 3 суток при темпера-
туре 200° С. Эта характеристика значительно уменьша-
ется (до 100—230 в) после выдержки в течение такого
же времени в условиях 100%-пой относительной влаж-
ности, причем лучшие результаты в этом случае показы-
вают провода с обмоткой лавсановым волокном.
2. Сопротивление изоляции в исходном состоянии у
проводов марок ПШД и ПЛД примерно одинаково и
несколько ниже у проводов марки ПШ1\Д. При воздей-
ствии повышенных температур (100—150° С) сопротивле-
ние изоляции у проводов ПШД и ПЛД некоторое время
даже повышается (за счет подсушки изоляции); далее
оно несколько снижается и после 25 суток воздействия
температуры 130° С составляет у этих проводов пример-
но 80 Мом • км, после такого же по длительности воздей-
ствия температуры 150°С—около 35—40 Мом-км.
У проводов с капроновой обмоткой сопротивление
изоляции в этом случае быстро (даже после 3 ч воздей-
ствия) и резко падает и составляет при более длитель-
ных воздействиях около 0,03—0,05 Мом-км.
3. В условиях высокой влажности сопротивление изо-
ляции у проводов всех марок с волокнистой изоляцией
весьма значительно снижается, причем резкое снижение
наблюдается также у проводов, изолированных волок-
ном лавсан.
Некоторое повышение сопротивления изоляции про-
водов с лавсановой или капроновой обмоткой в усло-
виях повышенной влажности может быть достигнуто,
если эти провода предварительно выдержать в течение
4—6 ч при 100—120° С. Более эффективное действие в
этом отношении оказывают высококачественная пропит-
ка и герметизация обмоток, выполненных из указанных
проводов.
4. В отношении величины диэлектрических потерь
при высоких частотах (в диапазоне 300 кгц—20 Мгц)
провода с изоляцией из натурального шелка и волокна
лавсан примерно равноценны и имеют tg6 в пределах
0,013—0,017, тогда как у капроновой изоляции tg6 со-
ставляет 0,02—0,09, причем меньшие значения относятся
к частоте 20 Мгц.
5. Если определение механической прочности волок-
нистой изоляции производить истиранием иглой с помо-
щью скребкового прибора, то значительно лучшие ре-
зультаты как в состоянии поставки, так и после выдерж-
ки в течение 24—48 ч при 105—150° С получаются при
испытании проводов, изолированных волокном капрон
(470—380 двойных ходов иглы). Провода с лавсановой
изоляцией выдерживают 120—100 двойных ходов, пре-
восходя в этом отношении провода, изолированные на-
туральным шелком (около 50 двойных ходов).
Таким образом, по механической прочности изоляции
и лавсан, и капрон являются полноценными замените-
лями натурального шелка.
6. Термопластичность лавсановой и капроновой изо-
ляции примерно одинакова и составляет при определе-
нии сжатием между пластинами при 155° С около 20%;
у натурального шелка она составляет примерно 6,5—7%,
а у проводов ПЭВ-2 при этой температуре — около 40%'-
При температуре выше 200° С волокна лавсан и кап-
рон сильно размягчаются и слегко деформируются. По-
этому провода, изолированные этими волокнами, следует
применять с особой осторожностью в тех электрических
машинах и аппаратах, где возможны перегревы до ука-
занной температуры.
Весьма важное значение имеют правильная упаковка
и маркировка обмоточных проводов.
Согласно стандарту круглые изолированные провода
всех марок диаметром до 0,8 мм должны поставляться
заказчику на деревянных катушках. Провода диаметром
0,83—2,10 мм могут поставляться в бухтах или на дере-
вянных катушках. Провода диаметром 2,26—5,2 жл!,
а также провода прямоугольных сечений поставляются
в бухтах или на барабанах.
По существующему стандарту количество отдельных
отрезков на катушках или в бухтах для проводов всех
марок должно быть:
При диаметре от 0,05 до 0,10 мм ... не более 4
. . » 0,11 „ 0,49 „ . . . „ „3
„ „ „ 0,51 „ и выше ... „ „2
Для проводов прямоугольного сечения . . „ „3
Стандартом установлены минимальная и максималь-
ная массы провода в бухтах, на катушках или бараба-
нах (для разных сечений в пределах 0,06—250 кг). Мас-
са отдельных отрезков должна быть не менее макси-
мально допустимой массы провода в бухте, на катушке
или барабане, деленной на допустимое количество от-
резков. Масса отрезка прямоугольного провода должна
быть в зависимости от его сечения не менее 5—25 кг.
Начало и конец каждого сечения провода, намотан-
ного на катушку, должны быть выведены и закреплены
на щеке катушки.
Провода на катушках или барабанах должны быть
тщательно обернуты упаковочной бумагой. Провода в
бухтах должны быть перевязаны, тщательно обернуты
мешковиной или другим равноценным материалом и
вновь перевязаны не менее чем в трех местах.
В настоящее время ГОСТ 6324-52 пересматривается
и в 1972 г. вместо него будут действовать три новых
ГОСТ.
ГОСТ 16513-70 будет распространяться на обмоточ-
ные провода круглых и прямоугольных сечений, изоли-
рованные двумя слоями хлопчатобумажной пряжи (мар-
ки ПБД и АПБД), примерно в том же ассортименте,
который указан в табл. 10-1. Таким образом, выпуск об-
моточных проводов марок ПВО, ПШД, ПЛД и ПБОО
далее не предусматривается. Отдельные размеры про-
водов марки ПШД и других аналогичных марок будут
выпускаться по утвержденным на них техническим ус-
ловиям.
ГОСТ 16507-70 предусматривает выпуск круглых про-
водов с эмалево-волокнистой изоляцией марок ПЭЛБО
(диаметром 0,38—2,10 мм), ПЭЛШО (диаметром 0,05—
1,56 мм), ПЭЛЛО и ПЭВЛО (диаметром 0,05—1,30 мм).
Другие марки проводов такой конструкции, а также при-
менение волокна капрон для этих целей не предусмат-
риваются.
Наконец, ГОСТ 16512-70 нормирует ассортимент и ка-
чество обмоточных проводов круглого и прямоугольного
сечений только с бумажной изоляцией (марки ПБ, АПБ
и АПБУ) примерно в том же ассортименте и с такими
толщинами изоляции, какие приведены в табл. 10-1.
Выпуск проводов марок ПББО и АПББО не преду-
сматривается. Провода по всем трем новым ГОСТ по
нагревостойкости изоляции в пропитанном виде относят-
ся к классу А. В этих стандартах вместо нормирования
качества изоляции в отношении просветов указывается,
что изоляция на проволоку должна быть наложена плот-
но, без утолщения и наличия оголенных мест до прово-
локи или эмали.
Для проводов с эмалево-волокнистой изоляцией нор-
мируется величина минимального пробивного напряже-
ния, которое при испытании образцов, навитых на ме-
таллический стержень определенной кратности по отно-
шению к диаметру провода, должно быть в зависимости
от номинального диаметра проволоки и типа эмалево-
волокнистой изоляции в пределах 250—1 800 в.
Дефо рмация тонких проводов с одно-
слойной волокнистой изол я ц ией и способы
ее устранения. Обмоточные провода диаметром 0,1 —
0,19 мм с изоляцией из натурального шелка, лавсаново-
го или капронового волокна при однослойной обмотке
часто получают осевую закрутку, которая впоследствии
при изготовлении обмоток электрических машин вызы-
вает образование петель или так называемых восьмерок.
Это явление затрудняет изготовление обмоток, а иногда
делает его вовсе невозможным, так как, во-первых, за-
трудняется укладка таких деформированных обмоток
в пазы, а, во-вторых, при выпрямлении появляются на
проводах «барашки» и крутые изгибы, отчего такая об-
мотка становится непригодной для дальнейшего исполь-
зования. Исследованиями установлено, что петлеобра-
зование происходит от затяжки проводов шелковой
пасмой.
В самом деле, наложенные па провод шелковые, лав-
сановые или капроновые нити находятся в натянутом
состоянии. Усилие натяжения при обмотке можно раз-
ложить на две составляющие: одна направлена вдоль
оси провода, а
Рие. 10-3. Состав-
ляющие усилия
натяжения пасмы
при обмотке.
другая — в плоскости его поперечного
сечения (рис. 10-3). Благодаря своим
упругим свойствам пасмы шелка или
синтетического волокна будут стре-
миться сжаться, закручивая при этом
провод вокруг своей оси, причем это
явление будет проявляться тем резче,
чем больше горизонтальная состав-
ляющая усилия - натяжения пасмы
при обмотке.
Устранения «восьмерок» при одно-
слойной обмотке капроновым и лавса-
новым волокнами нетрудно достиг-
нуть, если готовый провод, намотанный
на металлическую катушку, подверг-
нуть прогреву в течение 3—6 ч при 150—160° С. В этом
случае упругая деформация синтетических нитей от об-
мотки переходит в остаточную и никакого закручивания
провода не происходит.
При двухслойной обмотке, накладываемой в проти-
воположных направлениях, явления петлеобразования не
наблюдается.
10-2. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
Общие соображения. Высокочастотные обмо-
точные провода находят широкое применение в различ-
ных радиоустройствах и установках. Токопроводящие
жилы высокочастотных обмоточных проводов для ослаб-
ления поверхностного эффекта состоят из отдельных изо-
лированных (эмалированных) скрученных между собой
проволок.
При конструировании жилы высокочастотного прово-
да диаметр отдельных проволок целесообразно выби-
рать из условия
d<2a, (10-2)
где а= у —?___—глубина проникновения тока при час-
F
тоте f в металл с магнитной проницаемостью ц и удель-
ной проводимостью у. В этом случае поверхностный эф-
фект практически Отсутствует. Увеличение числа провО-
лок повышает потери от эффекта близости. При задан-
ных частоте, диаметре "отдельных проволок d и
наружном диаметре провода D коэффициент заполнения
и число проволок, при котором сопротивление
имеет минимальное значение, определяются из
щих соотношений:
4,87-10^2
7| ~ fDd ’
4,87-10-2
провода
следую-
(Ю-З)
(Ю-4)
высоко-
диамет-
В отечественной кабельной промышленности
частотные обмоточные провода изготовляются с
рами отдельных проволок 0,05; 0,07; 0,10 и 0,20 мм.
С учетом условия (10-2) максимальные частоты fMaKC, на
которых еще можно использовать высокочастотные про-
вода, изготовленные из эмалированных проволок ука-
занных диаметров, будут следующими:
d, мм 0,05 0,07 0,10 0,20
/макс> 1 500 800 500 100
При конструировании высокочастотных проводов, вы-
брав диаметр проволоки из условия (10-2), следует
выбрать систему скрутки этих проволок в жилу, исходя
из того, чтобы получить наибольший возможный коэф-
фициент заполнения, так как в большинстве случаев это
приводит к уменьшению сопротивления провода на вы-
соких частотах. Поэтому следует признать неправильным
стремление заменять общую, так называемую шнуровую
(дикую) скрутку проволок сложной скруткой, при кото-
рой вначале скручиваются отдельные группы проволок,
затем эти группы скручиваются между собой и т. д.
Последний способ рекомендуется с целью получения
правильной транспозиции проволок в жиле. Однако, как
показывают эксперименты, при небольших (до 1,5—
2,0 мм) наружных диаметрах проводов система скрутки
не влияет на величину сопротивления провода перемен-
ному току. Коэффициент заполнения при сложной скрут-
ке значительно меньше, чем при шнуровой скрутке.
Коэффициент заполнения можно увеличить, применяя
для изготовления высокочастотных проводов эмалиро-
ванные проволоки с утоньшенной изоляцией. За рубежом
для этих целей эмалированные провода изготовляются
с меньшей толщиной эмалевой изоляции, чем у нас.
Одним из наиболее рациональных способов увели-
чения коэффициента заполнения является применение
уплотнения жил проводов при их изготовлении. С помо-
щью уплотнения можно повысить коэффициент заполне-
ния на 15—20%, одновременно значительно уменьшив
наружный диаметр проводов.
Применяя уплотнение для проводов со сложной струк-
турой, можно создать конструкции проводов с большим
коэффициентом заполнения и правильной транспозици-
ей отдельных проволок, что важно для проводов боль-
ших диаметров. Для получения большего эффекта в
этом случае следует выбрать направления скрутки про-
волок в группы и отдельных групп одинаковыми, так
как тогда отдельные проволоки могут перемещаться, за-
полняя свободное пространство, без значительных де-
формаций.
Соответствующая доработка существующих конструк-
ций высокочастотных обмоточных проводов может су-
щественно улучшить их технические характеристики.
Характеристика существующих конст-
рукций. Высокочастотные обмоточные провода по от-
дельным техническим условиям изготовляются следую-
щих марок:
ЛЭШО — провод, изолированный эмалью (ГОСТ
2773-69) и одним слоем натурального шелка;
ЛЭШД— то же, но с двумя обмотками натуральным
шелком;
ЛЭЛО — то же, но с одной обмоткой волокном лав-
сан;
ЛЭЛД — то же, но с двумя обмотками волокном лав-
сан.-
Эти провода изготовляют из проволок всех указан-
ных выше диаметров, причем число проволок в этих
проводах различных конструкций колеблется от 7 до
1 100, а расчетное сечение — от 0,0196 до 4,2 жл2; подав-
ляющее большинство конструкций имеет расчетное се-
чение менее 1 лл2.
Кроме того, все большее применение начинают нахо-
дить высокочастотные обмоточные провода, скрученные
из медных проволок, эмалированных полиуретановым ла-
ком без дополнительной обмотки волокнистыми материа-
лами (марка ЛЭП) и с дополнительной обмоткой
капроновым (или лавсановым) волокном (марка
ЛЭПКО). Эти провода скручиваются из проволок диа-
метром 0,06—0,2 мм с числом проволок от 3 до 175. Рас-
четное сечение проводов колеблется в пределах 0,0085—
0,944 ли?2 и лишь одна конструкция, изготовляемая из
175 проволок диаметром 0,1 мм, имеет расчетное сечение
1,375 ммг.
У всех указанных выше проводов, кроме марки ЛЭП,
токопроводящие жилы с числом проволок до 15 должны
быть изготовлены из параллельно сложенных проволок;
у всех проводов марки ЛЭП, а у проводов других марок
в тех случаях, когда предусмотренное число проводов
больше 15, жилы должны быть скручены, причем пока
каких-либо особых требований к характеру скрутки не
предъявляется. Указывается только, что шаг скрутки про-
волок в стренгу (группу) или жилу не должен превы-
шать 30 диаметров стренги или жилы, а шаг скрутки
стренг в жилу— 15 диаметров жилы.
В технических условиях указываются также расчет-
ное электрическое сопротивление и максимально допус-
тимый наружный диаметр проводов. Обрывы отдельных
проволок допускаются при условии сохранения электри-
ческого сопротивления жилы в установленных пределах;
спайка проволок и стренг не допускается.
Волокнистая изоляция проводов не должна иметь за-
метных невооруженным глазом просветов и разрывов
отдельных нитей с оголением до эмали при навивании
провода 5—10 витками на стержень диаметром, равным
пятикратному диаметру провода, но не менее 3 мм.
Особыми техническими условиями предусматривает-
ся также выпуск высокочастотных обмоточных проводов
прямоугольного сечения для обмоток электрических ма-
шин и аппаратов, работающих при частотах до 4. 000,
10 000 и 22 000 гц.
Эти провода могут изготовляться двух марок:
ЛЭТЛОП — провод, отдельные проволоки которого
изолированы полиэфирной эмалью, скручены и оплетены
лавсановым волокном с последующей пропиткой крем-
нийорганическим лаком; эти провода по нагревостойко-
сти относятся к классу В;
ЛЭТСОП — провод, в котором медные никелирован-
ные эмалированные проволоки марок ПЭТ-155А или
ПНЭТ-имид скручены и оплетены стекловолокном' с по-
следующей пропиткой кремнийорганическим лаком; эти
провода по нагревостойкости относятся к классу F.
Эти провода изготовляются сечением 2,0—20,0 м2 и
скручиваются из 12—480 отдельных проволок. Прямо-
угольная форма проводов достигается уплотнением круг-
лых жил при помощи формующего устройства.
Удвоенная толщина изоляции (В — Ь) у проводов
марки ЛЭТЛОП должна быть не более 0,43 мм, а у про-
водов марки ЛЭТСОП — не более 0,53 мм.
Увеличение толщины изоляции на широкой стороне
за счет упругого вспучивания ((Л—а) — (В—6)] должно
быть не более 0,04 мм.
Допускаются обрывы и пайка отдельных оборванных
проволок при условии, что электрическое сопротивление
жилы будет в пределах установленных норм, а места
паек отдельных проволок будут располагаться на рас-
стоянии не менее 1,5—2,0 м одна от другой. При испы-
таниях в дроби провода должны выдерживать напряже-
ние переменного тока величиной 500 в в течение 1 мин.
Провода должны быть гибкими, эластичными и вы-
держивать как в состоянии поставки, так и после пребы-
вания соответственно при 150 + 2 и 175±2° С в течение
24 ч испытание изгибанием в трех местах на 180° как
широкой, так и узкой стороной провода вокруг гладкого
стержня, диаметр которого равен трехкратной длине ши-
рокой стороны сечения провода.
По существующим техническим условиям предприя-
тие-изготовитель может выбирать любую систему скрут-
ки, не изменяя лишь число проволок и их диаметр и не
допуская наличия внутри повива прямой (нескрученной^
проволоки.
10-3. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА ИЗ СПЛАВОВ СОПРОТИВЛЕНИЯ
Для изготовления измерительных приборов и элек-
трических аппаратов, помимо эмалированных проводов,
из сплавов сопротивления, в значительном количестве
выпускаются также обмоточные провода с волокнистой
изоляцией с жилами главным образом из манганина и
константана. В соответствии со стандартом провода ма-
рок ПЭШОК, ПЭШОММ, ПЭШОМТ, ПШДММ и
ПШДМТ, для обмотки которых должен применяться на-
туральныи шелк, должны изготовляться диаметром
0,05—1,00 мм, а марок ПЭЛ ОК, ПЭЛОММ, ПЛДК,
ПЛДММ, для обмотки которых должно применяться лав-
сановое волокно (шелк), — диаметром 0,20—1,0 мм.
По согласованию с потребителем в проводах послед-
них марок лавсановое волокно может заменяться капро-
новым.
Приведенная маркировка по структуре аналогична
маркировке медных обмоточных проводов с хлопчатобу-
мажной и шелковой изоляцией (табл. 10-1), только по-
следние буквы МТ обозначают манганиновую твердую,
буквы ММ—манганиновую мягкую проволоку, а буква
К — константовую проволоку. Отдельная маркировка
мягкой и твердой константановой проволоки не предусмат-
ривается, так как согласно стандарту вся константано-
вая проволока диаметром 0,18 мм и больше должна
быть мягкой, а диаметром 0,15 мм и менее — твердой.
От обмотки шелком (натуральным, лавсановым или
капроновым) требуется, чтобы она была наложена плот-
ными рядами, без ребристости, просветов, перекрутки
и утолщений. Кроме того, двухслойная волокнистая изо-
ляция не должна давать видимых невооруженным гла-
зом просветов при изгибании провода на 180° вокруг
стержня диаметром, равным пятикратному диаметру
изолированного провода, но не менее 3 мм. Для одно-
слойной обмотки аналогичные испытания производятся
изгибанием вокруг стержня десятикратного диаметра
по сравнению с изолированным проводом, но не менее
5 мм.
10-4. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА ДЛЯ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Для высоковольтных электрических машин наиболее
подходящими являются провода с пленочной изоляци-
ей. При наличии высококачественной триацетатной или
другой пленки из эфиров целлюлозы и отработанной
технологии обмотки у таких проводов можно получить
электрическую прочность до 50 кв)мм. Если учесть, что
при изготовлении обмоточных проводов диаметром 0,5—
2,0 мм с применением пленок вместо волокнистой изо-
ляции радиальная толщина изоляции будет составлять
примерно 0,075 мм, а .для проводов диаметром 2,0—
4,0 мм 0,1 мм, то получится, что новые провода бу-
дут иметь пробивные напряжения изоляции в несколько
раз большие, чем провода с хлопчатобумажной
изоляцией.
Пленочная изоляция обладает более высокой водо-
стойкостью в сравнении с волокнистой изоляцией. Так,
после 24 ч пребывания в воде бухт проводов большой
длины пробивное напряжение пленочной изоляции сос-
тавляет около 40—50% начального. Если к тому же
учесть, что эти провода обладают достаточной для многих
случаев применения теплостойкостью и могут выдержать
длительный нагрев при 100° С, то применение пленочной
изоляции в производстве обмоточных проводов представ-
ляет значительный практический интерес.
Для высоковольтных электрических машин продолжав
ют изготавливать круглые и прямоугольные обмоточные
провода с применением триацетатной пленки. Изоляция
круглых проводов (марка ПЭВПДК) состоит из утол-
щенного слоя высокопрочной эмали винифлекс, двух-
или трехслойной обмотки триацетатной пленкой толщи-
ной 0,025—0,030 мкм и двухслойной обмотки полиамид-
ным волокном капрон (или полиэфирным волокном лав-
сан) с подклейкой лаком. Эти провода имеют толщину
изоляции D—(/^0,6 мм и изготовляются диаметром
2,63—2,88 мм.
Кроме того, до последнего времени изготовляются
прямоугольные провода марки ППТБО (табл. 10-1).
Пробивное напряжение изоляции этих проводов состав-
ляет 6 кв при толщине изоляции В—6 = 0,45 мм при ис-
пытании образцов, сложенных вместе широкими сторо-
нами.
В процессе изготовления в триацетатную пленку до-
бавляют некоторое количество пластификатора. При воз-
действии повышенной температуры вследствие улетучи-
вания пластификатора и остатков растворителя пленка
теряет до 20% своей массы, при этом эластичность
пленки заметно снижается. То же самое явление, но в
значительно меньшей степени наблюдается и при хране-
нии пленки в естественных условиях. Кроме того, триа-
цетатная пленка имеет недостаточную механическую
прочность, что вызывает значительные затруднения при
наложении ее на провод вследствие частых обрывов.
Серьезные затруднения по этой причине встречаются и
у потребителей этих проводов.
Замена триацетатной пленки лавсановой значитель-
но повышает качество проводов и их надежность в ра-
боте.
Если исключить телефонную бумагу и хлопчатобу-
мажную пряжу, то при применении в качестве изоляции
одной лишь лавсановой пленки нагревостойкость обмо-
точных проводов может быть повышена до класса Е
(120°С), а в сочетании с обмоткой из стекловолокна —
до класса В (130°С).
Кабельная промышленность освоила выпуск прово-
дов прямоугольного сечения марок ППЛБО и ППЛО с
изоляцией из трехслойной обмотки лавсановой пленкой
и соответственно однослойной обмотки из хлопчатобу-
мажной пряжи или волокна лавсан.
Толщина изоляции проводов ППЛБО и ППЛО при-
ведена в табл. 10-2.
Т а блица 10-2
Марка провода Номинальный размер медной проволоки по меныпей стороне а, мм
0,9-3,8 4,1—5,5
Толщина изоляций» мм
в—ь А —а В—Ь А—а
ППЛБО, ППЛО 0,38 0,48 0,43 0,53
Лавсановую пленку на провод накладывают с пере-
крытием не менее 15%- Требования, предъявляемые к
обмотке хлопчатобумажной пряжей или лавсановым во-
локном, аналогичны требованиям, предъявляемым к об-
мотке проводов марок ПЭЛБО и ПБД. Обмотка волок-
ном накладывается в том же направлении, что и обмот-
ка пленкой.
Шаг обмотки пленкой должен быть не более 30 мм
для всех круглых проводов и прямоугольных проводовч
сечением до 50 мм2, для проводов сечением 50—75 лш2—
не более 50 мм.
Шаг обмотки волокном должен быть не более
4,5 мм для всех круглых проводов и прямоугольных про-
водов сечением до 15 лш2 и не более 7,5 мм для этих
проводов сечением свыше 15 мм2.
При изгибании проводов круглого сечения на 180°
вокруг гладкого цилиндрического стержня диаметром,
равным 10-кратному диаметру изолированного провода,
изоляция не должна иметь разрывов отдельных нитей и
пленки.
Среднее значение пробивного напряжения из трех ис-
пытаний проводов марок ППЛБО и ППЛО должно быть
не менее 8 кв при минимальном значении 5 кв (испыта-
ние двух образцов, сложенных широкими сторонами и
плотно стянутых резиновой или поливинилхлоридной
лентой).
10-5. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ДЕЛЬТА-АСБЕСТОВОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
1. Общая характеристика дельта-асбес-
товой изоляции. Асбестовая изоляция накладывает-
ся с подклейкой к медной проволоке с последующей про-
питкой и сушкой изоляции.
Для подклейки асбестовой изоляции применяется
глифталевый лак, а для пропитки долгое время приме-
нялся только битуминозный лак. Наличие в изоляции
пропитывающего битуминозного лака создавало труд-
ности при пайке таких обмоточных проводов, в особен-
ности при механизированной пайке коллекторов, так как
при нагревании этот лак вытекал из проводов и попадал
в ванны с припоем.
Попытки улучшить свойства дельта-асбестовых про-
водов путем доработки битуминозных пропитывающих
лаков (модификация их быстро сохнущими растительны-
ми маслами, канифолью и другими смолами) существен-
ных результатов не дали. Поэтому была проведена ис-
следовательская работа, в результате которой было уста-
новлено, что в качестве подклеивающего и пропитываю-
щего лаков более или менее удовлетворительные резуль-
таты дают модифицированные глифталевые лаки.
Исследования также показали, что механические ха-
рактеристики проводов с дельта-асбестовой изоляцией
несколько повышаются после дополнительной тепловой
обработки при 150° С. На величину пробивного напряже-
ния изоляции такая тепловая обработка существенно не
влияет, однако тепловая обработка вызывает некоторое
увеличение толщины изоляции.
2. Требования, предъявляемые к прово-
дам с дельта-асбестовой изоляцией. В соот-
ветствии со стандартом провода с дельта-асбестовой изо-
Ляцией (марка ПДА)) на отечественных кабельных за-
водах должны изготовляться: круглые — диаметром:
1,81—4,8 мм, прямоугольные — сечением 4—40 мм2'..
В конструктивном отношении провода должны - удовлет-
ворять требованиям, приведенным в табл. 10-3.
Таблица 10-3
Конструктивные данные проводов с дельта-асбестовой
изоляцией
Круглые провода Прямоугольные провода
Диаметр про- волоки, мм Толщина изо- ляции (£>—d), мм Меиьшая сто- рона сечения, мм Толщина изоля- ции иа широкой стороне (двойная), мм Толщина, изо- ляции на уз- кой стороне (двойная), мм
1,81—3.8 0,30 0,9—3,8 0,35 0,40
4,10—4,8 0,35 4,0—5,5 0,40 0,40
Пробивное напряжение изоляции этих проводов при
температуре 15—35° С, а также после 24 ч пребывания
при 150±5° С должно быть не менее 400 в, причем:
испытания производятся в металлических шариках диа-
метром 2—3 мм, являющихся вторым электродом.
Эластичность изоляции проверяется в состоянии по-
ставки навиванием или изгибанием (для прямоугольных
проводов) вокруг стержней, диаметр которых для круг-
лых проводов равен 8-кратному диаметру изолированно-
го провода, но не менее 6 мм, для прямоугольных про-
водов в зависимости от толщины жилы 20—70 мм. Изо-
ляция не должна при этих испытаниях отслаиваться
или образовывать трещины до меди. Механическая
прочность изоляции на проводе проверяется истиранием
иглой на скребковом приборе; при этом у круглых про-
водов среднее число двойных ходов не менее 40—70 и
минимальное не менее 25—45, а у прямоугольных — со-
ответственно не менее 150 и 100 ходов.
Провода марки ПДА по нагревостойкости относятся
к классу F. Это подтверждено длительными исследова-
ниями, которые в свое время были проведены во
ВНИИКП.
Если сравнивать толщину изоляции проводов раз-
личных конструкций, нетрудно убедиться, что для мно-
гих размеров жилы толщина изоляции проводов марки
ПДА несколько больше, чем у других типов проводов.
Учитывая, кроме того, невысокие электроизоляционные
характеристики изоляции этих проводов и значительную
вредность для окружающих в процессе их изготовления,
а также возможность во многих случаях замены этих
проводов проводами со стекловолокнистой изоляцией,
производство их постепенно сокращается. В частности,
в новом ГОСТ 1019-70 на нагревостойкие обмоточные
провода предусматривается, что круглые провода марки
ПДА должны изготовляться, только начиная с диамет-
ра 1,81 мм.
10-6. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА СО СТЕКЛОВОЛОКНИСТОЙ
ИЗОЛЯЦИЕЙ
Обмоточные провода со стекловолокнистой изоляци-
ей изготовляются с применением подклейки и пропитки
этой изоляции нагревостойкими лаками. Пропитка повы-
шает электрическую прочность стекловолокнистой изоля-
ции, так как, с одной стороны, при заполнении воздуш-
ных промежутков лаком повышается степень равномер-
ности электрического поля (так как ел> 1), а с другой—
электрическая прочность мест, заполненных этим лаком,
значительно выше, чем в случае наличия воздушных
промежутков.
Применение подклеивающих и пропитывающих ла-
ков в производстве проводов со стекловолокнистой изо-
ляцией значительно повышает также механическую
прочность этой изоляции. В непропитанном виде стекло-
волокнистая изоляция имеет низкие механические харак-
теристики, что исключает применение таких проводов
для секционных обмоток.
В проводах с двухслойной обмоткой стекловолокном
применение пропитки после наложения первого слоя об-
мотки повышает механическую и электрическую проч-
ность изоляции проводов.
Наконец, качество проводов может быть значитель-
но повышено, если поверх обмотки стекловолокном бу-
дет нанесена тонкая пленка нагревостойкого лака. Нали-
чие такой пленки повышает электрическую и в еще боль-
шей степени механическую прочность всей изоляции про-
вода, а также улучшает санитарные условия при изго-
товлении обмоток электрических машин (отсутствует
«пыление» стекловолокна).
Для подклейки и пропитки стекловолокнистой изоля-
ции в СССР применяются глифталевые и кремнийорга-
нические лаки. За рубежом для этой цели используют
кремнийорганические, полиуретановые, эпоксидные и по-
лиэфирные лаки.
Существенное значение для качества проводов, имеет
характер взаимодействия пропитывающих лаков и за-
масливателя, которым покрыты элементарные волокна.
Очень важно, чтобы между ними образовывалась проч-
ная связь, что зависит от выбора химической природы
этих материалов.
Из числа глифталевых лаков для производства обмо-
точных проводов со стекловолокнистой изоляцией ис-
пользуются масляно-глифталевые лаки малой жирности
марок 6-К и 6-КМ, основу которых составляет глифта-
левая смола, модифицированная жирными кислотами
льняного масла. В качестве растворителя- этого лака
применяют этплцеллозольв или смесь ацетона (60%) и
уайт-спирита (40%).
Кремнийорганический лак К-47, также применяемый
для подклейки и пропитки изоляции таких проводов,
представляет собой раствор модифицированной полиор-
ганосилоксановой смолы в этилцеллозольве. Лак выпус-
кается химической промышленностью с содержанием
лаковой основы 60—70%. Сушка его должна происхо-
дить при 200° С около 15 мин.
Глифталевый лак марки 6-КМ, имеющий ряд недо-
статков, а именно: неоднородность, недостаточную тех-
нологичность, неравномерность механической прочности
пленки по длине провода, вытесняется глифталево-мас-
ляным лаком марки ФА-97, модифицированными термо-
реактивными смолами. Этот лак более технологичен,
стабилен по качеству, для запечки пленки требует мень-
шей температуры, чем лак марки-6-КМ, и обеспечивает
также лучший внешний вид готового провода.
Полиуретановый лак хотя и превосходит по нагрево-
стойкости глифталевые лаки, однако вследствие своей
дефицитности и высокой стоимости в СССР пока не на-
шел в производстве проводов со стекловолокнистой изо-
ляцией широкого применения.
Недостатком полиэтилентерефталатных лаков
(ПЭ-943, П-939) является их токсичность. В летучей
части этих лаков содержится трикрезол. Для широкого
использования этих лаков в производстве обмоточных
проводов необходима работа по замене трикрезола ме-
нее токсичным растворителем.
Пробивное напряжение изоляции проводов, при из-
готовлении которых применяются различные глифтале-
Рис. 10-4. Пробивное напряжение изоляции проводов ма-
рок ПСД и ПСДК при длительном пребывании их при тем-
пературе 180—200° С.
/ — ПСД, 1,68 мм (испытание в дроби); 2 — ПСД, 1,68 мм (испы-
тание в графите); 3— ПСДК, 1,68 мм (в дроби); 4 — ПСДК,
1,68 мм (в графите).
вые лаки, -примерно одинаково и не изменяется заметно
после пребывания проводов при 180—200° С в течение
1 500—2 000 ч (рис. 10-4), а также при длительном пре-
бывании в условиях повышенной влажности (рис. 10-5).
Рис. 10-5. Пробивное напряжение изоляции проводов марок
ПСД и ПСДК при длительном пребывании их в условиях
100%-ной относительной влжности воздуха.
1—ПСДК, 1,68 мм (испытание в дроби); 2 — ПСДК, 1,68 мм (испы-
тание в графите); 3— ПСД, 1,68 мм (в дроби); 4— ПСД, 1,68 мм
(в графите).
Механическая прочность стекловолокнистой изоля-
ции может быть повышена, если провода подвергнуть до-
полнительной тепловой обработке при 150—200° С, что
повышает степень запекания лака. Такая тепловая обра-
ботка проводов со стекловолокнистой изоляцией способ-
ствует улучшению качества этих проводов.
Нужно, однако, учитывать, что очень резкое повы-
шение механической прочности стекловолокнистой изо-
ляции одновременно значительно повышает жесткость
изолированного провода, что создает значительные за-
труднения при изготовлении секций обмоток электричес-
ких машин.
Повышенной пластичностью обладает медная прово-
лока из бескислородной меди (см. § 1-1). Поэтому сни-
жение жесткости проводов со стекловолокнистой изоля-
цией и вообще повышение их качества могут быть дос-
тигнуты за счет применения в производстве таких про-
водов проволоки из бескислородной меди. Кроме того,
жесткость изолированных проводов зависит от качества
отжига проволоки, технологический режим которого дол-
жен обеспечивать максимальную пластичность меди.
Во ВНИИКП- разработан также способ подклейки
стекловолокнистой изоляции с помощью капроновых или
лавсановых нитей, который применяется на некоторых
наших и зарубежных кабельных заводах. Механическая
прочность изоляции в этом случае получается весьма
высокой. Однако по характеру изменения сопротивления
изоляции в зависимости от времени пребывания при
180° С эти провода несколько уступают проводам на
глифталевом лаке. На некоторых заводах подклейка
с помощью указанных нитей применяется одновременно
с подклейкой и пропиткой глифталевым лаком. В этом
случае прочность подклейки стекловолокнистой изоля-
ции значительно повышается.
Для исследования механической прочности стекло-
волокнистой изоляции применяется истирание иглой на
специально приспособленном для этого приборе. Приме-
нение этого метода для проводов со стекловолокнистой
изоляцией является целесообразным по следующим со-
ображениям: исследования поведения обмоток в пазах
мощных электрических машин показывают, что вслед-
ствие различной степени нагрева проводников в пазу
возможно их перемещение и, следовательно, некоторое
взаимное трение. При плохих пропитке и подклейке
стекловолокнистой изоляции к проводу указанное явле-
ние может приводить к повреждению изоляции в резуль-
тате ее истирания.
Ассортимент и сво ства обмоточных про
Наименование обмоточно- го провода Марка провода Номинальные размеры токопроводящей жи- лы, мм Материалы, применя- емые для изготовле- ния провода
I. Медные провода
Провод, изолированный псд Круглые диаметром Стекловолокно марок
двухслойной обмоткой стекловолокном с подклей- кой и пропиткой каждого слоя иагревостойким лаком 0,31—5,2 Прямоугольные «=0,94-5,5 6=2,14-12,5 НС/150/2 и НС-170/2 (6 мкм) Глифталевый лак ФА-97 пли 6-КМ
Провод, изолированный двухслойной обмоткой стекловолокном с подклей- кой и пропиткой каждого слоя кремнийорганическим лаком псдк Круглые диаметром 0,31—5,2 Прямоугольные «=0,94-5,5 6=2,14-12,5 Стекловолокно марок НС-150/2 и НС-170/2 (6 мкм) Кре мнийоргани ческий лак К-47
Провод, изолированный двухслойной обмоткой утоньшенным стекловолок- ном с подклейкой и про- ПСДТ Круглые диаметром 0,31—2,1 Стекловолокно марки НС-300/2 (4 мкм) Глифталевый лак ФА-97 или 6-КМ
пяткой каждого слоя на- гревостойким лаком
Провод, изолированный двухслойной обмоткой псдкт Круглые диаметром 0,31—2,10 Стекловолокно марки НС-550/2 ( 3 мкм)
утоньшенным стекловолок-
иом с подклейкой и про- питкой каждого слоя крем- нийорганическим лаком Прямоугольные а=0,94-4.4 6=2,104-10,0 Кремнийоргани ческий лак К-47 Стекловолокно марки НС-300/2 (4 мкм)
Провод изолированный слоем кремний органической эмали и однослойной об- моткой утоны ценным стек- ловолокном и пропиткой кремнийорганическим ла- ком пэтксот Круглые диаметром 0,33—1,56 Прямоугольные «=0,834-1,45 6=2,14-4,7 Стекловолокно марки НС-550/2 (3 мкм) Эмальлак К-47 или К-62 Подклеивающий и пропиточный кремнийорганический лак К-47
Провод, изолированный слоем блокполи мерной кремни йоргани ческой эма- ли и однослойной обмоткой утоньшенным стекловолок- ном с подклейкой и про- питкой кремнийорганичес- ким лаком пнэтсо Круглые диаметром 0,2—1,56 Стекловолокно марки НС-550/2 (3 мкм) Эмальлак кремний - органический блок- полимерный марки К-62. Пропиточный и под- клеивающий кремний- оргаиический лак К-47
II. Алюминиевые провода
Провод с алюминиевой жилой, изолированный двухслойной обмоткой стекловолокном с подклей- кой и пропиткой каждого слоя нагревостойким лаком АПСД Круглые диаметром 1,62—5,2 Прямоугольные о=2,104-5,5 6=4,14-14,5 Стекловолокно марок НС-150/2 и НС-170/2 (6 мкм) Подклеивающий н пропиточный глифта- левый лак ФА-97 или 6-КМ
Таблица 10-4
водов со [стекловолокнистой изоляцией
Толщина изоля- ции, мм Про- бивное напря- же- ние, в Механическая прочность изоляции при испытании истиранием иглой Класс на- гревостой- кости про- вода Действующая тех- ническая докумен- тация на провод
£>-</=0,234-0,33 В—6=0,274-0,4 550 550 70—150 двойных ходов иглы под нагрузкой 180— 350 гс 250 двойных ходов иглы под нагрузкой 300—600 гс Класс F (155° С) ГОСТ 7019-70
£Х—</=0,234-0,33 550 50—70 двойных ходов иг- Класс Н ГОСТ 7019 70
В—6=0,274-0,4 550 лы под нагрузкой 180— 350 ас 150 двойных ходов иглы под нагрузкой 300—600 гс (180° С)
£>—rf=0,184-0,23 450 50—Ц0 двойных ходов иглы под нагрузкой 180— 300 гс Класс F (155° С) ГОСТ 7019-70
£>-</=0,144-0,22 В—6=0,22 <4—0=0,264-32 450 450 8—10 двойных ходов иг- лы под нагрузкой 180— 300 гс 200 двойных ходов иглы под нагрузкой 300 гс Класс Н (180° С) ГОСТ 7019-70
£>—</=0,144-0,16 350 8 двойных ходов нглы под нагрузкой 300 гс Класс Н (180° С) ТУКП-19-58
А—0=0.204-0,22 В—6=0.184-0,20 350 200 двойных ходов иглы по нагрузкой 300 гс ТУКП-96-60
О—</=0,1154-0,18 350— 400 6—10 двойных ходов иг- лы под нагрузкой 100— 250 ее 200° С в течение 10 000 ч при допу- щении кратковре- менного (до 50 ч) нагрева дс 300° С ТУК.П-113-60
£>—</=0,274-0,33 В—6=0,334-0,40 550 70—150 двойных ходов иглы под нагрузкой 180— 350 гс 250 двойных ходов иглы под нагрузкой 300—600 гс Класс Н (155е С) ТУКП-33-58
Исследованиями также установлено, что механиче-
ская прочность и лакостойкость стекловолокниотой изо-
ляции .проводов на кремнийорганических лаках несколь-
ко ниже, чем на глифталевых. В частности, после дли-
тельного пребывания проводов марок ПСД и ПСДКпри
130—150 °C в различных кремнийорганических жидко-
стях, минеральных маслах и подобных им средах во
всех случаях механическая прочность стекловолокнистой
изоляции у проводов марки ПСД остается на значитель-
но более высоком уровне, чем у проводов мар-
ки ПСДК-
Классификация и характеристики обмо-
точных проводов со стекловолокнистой
изоляцией. Ассортимент, маркировка, пределы номи-
нальных сечений токопроводящих жил, классы нагрево-
стойкосги, материалы, применяемые для изготовления
проводов, и основные требования, предъявляемые к про-
водам, приведены в та'бл. 10-4. Провода марок ПСДТ и
ПСДКТ отличаются от проводов марок ПСД и ПСДК
значительно меньшей толщиной изоляции, что достига-
ется применением стекловолокна с меньшим диаметром
элементарного волокна (табл. 10-4).
В дополнение к приведенному в табл. 10-4 ассорти-
менту ГОСТ 7019-70 предусматривают выпуск обмоточ-
ных проводов со стекловолокнистой изоляцией ПСД-Л,
ПСДК-Л, ПСДТ-Л и ПСДКТ-Л того же ассортимента,
что и провода марок ПСД, ПСДК, ПСДТ и ПСДКТ. Ос-
новное отличие проводов с дополнительной маркировкой
буквой Л от обычных проводов заключается в дополни-
тельной лакировке наложенной стекловолокнистой изо-
ляции. Вследствие этого допустимые толщины изоляции
D—d и соответственно В—b увеличиваются примерно на
0,02 мм, провод становится более технологичным, имеет
значительно лучший товарный вид и приобретает боль-
шую стойкость при испытании изоляции истиранием.
В отношении электрической прочности к этим, переводам
предъявляются те же требования, что и к проводам
обычных конструкций.
Пробивное напряжение изоляции проводов с эмале-
во-стекловолокнистой изоляцией несколько выше, чем
у проводов с одной двухслойной стекловолокнистой
изоляцией, однако по эксплуатационной надежно-
сти преимущественно принадлежит проводам послед-
него вида.
164. особо тонкие провода (микрр вода)
В СПЛОШНОЙ СТЕКЛЯННОЙ изоляции
Микро-
печь
3 вчг
Производство микропроводов связано с именем
проф. А. В. Улитовского—одного из создателей отече-
ственной микрометаллургии. Основной принцип изготов-
ления этих проводов заключается в следующем. Неболь-
шой кусок металла М (массой
в несколько граммов) помещают
в нижний конец стеклянной ам-
пулы или трубки (рис. 10-6) вну-
три контура высокочастотного ге-
нератора ВЧГ. С помощью по-
следнего создается очень сильное
электромагнитное поле. Возника-
ющие в металле токи быстро его
расплавляют. Стекло также на-
гревается, становится мягким и
тягучим. Если к раскаленному
концу стеклянной трубки подне-
сти стеклянную палочку, то бы-
Металл
стрым движением можно вытя-
нуть стеклянную нить, внутри ко-
торой будет находиться очень
тонкий волосок из металла. Вы-
тянутая стеклянная нить охла-
ждается струей воды и наматы-
вается на приемный металличе-
ский (алюминиевый) барабан-
чик. Этим методом можно так-
Вода
Рис. 10-6. Первоначаль-
ная технологическая
схема изготовления ми-
кропроводов.
же получить 'указанные микропровода из манганина, ме-
ди, золота и даже чугуна диаметром 3—100 мкм и длиной
до нескольких сотен метров. Важно и то, что (вытянутая
нить благодаря очень большому поверхностному натяже-
нию расплавленного металла имеет исключительно ров-
ную и блестящую поверхность, которую невозможно
получить при волочении металлической проволоки через
алмазную фильеру.
За последние годы производство мпаропроводов зна-
чительно усовершенствовано и частично автоматизиро-
вано. Если изготовление их производить так, как это
схематически показано на рис. 10-6, то с течением време-
ни объем куска металла значительно уменьшится и
технологический режим существенно изменится. Поэтому
в усовершенствованных установках металлический пру-
ток и стеклянная трубка
автоматически непрерывно
подаются к индукционной
;печи (рис. 10-7). Кроме того,
усовершенствованы прием-
ные устройства; сами уста-
новки могут изготовляться
двухходовыми и т. д.
По аналогичной техноло-
гии производство микропро-
водов в последнее время ор-
ганизовано и за рубежом,
в частности в Англии.
Естественно, провода в
сплошной стеклянной изоля-
ции весьма хрупки, особенно
при большом диаметре ме-
таллической нити. Поэтому
если микропровода с диаме-
тром металлической нити
6—12 мкм удается использо-
вать (наматывать) обыч-
ным способом, то в других
случаях целесообразна горя-
чая намотка (при 400—
600°C), когда стекло стано-
вится пластичным и гибким.
Вначале было освоено
производство тончайших ман-
ганиновых проводов (диа-
метр токопроводящей жилы
примерно 6—12 мкм), на
которые распространяются
технические условия ТУК ОММ.505.204-56. Так как опре-
деление размеров такой тонкой манганиновой проволоки
крайне трудно, эти провода (марки ПССМ) классифици-
руются в зависимости от величины электрического сопро-
тивления жилы. В связи с этим провода маркируются
с указанием величины электрического сопротивления 1 м
провода (например: ПССМ, 15000). Классификация, до-
пустимые отклонения величины электрического сопро-
тивления манганиновой проволоки, максимально допу-
стимый наружный диаметр и минимальная прочность на
разрыв этих проводов приведены в табл. 10-5.
Рис. 10-7. Схема современной
установки для производства
микропроводов в сплошной
стеклянной изоляции.
1 — стеклянная трубка; 2 — метал-
лический пруток; 3 — механизм
автоматической подачи металла;
4 — механизм автоматической пода-
чи стекла; 5 — индукционная вы-
сокочастотная печь; 6 — расплав-
ленный металл; 7 — охлаждение во-
дой, 8 — приемное устройство.
Благодаря повышен-
ной гладкости поверхно-
сти манганиновой жилы
тонкая стеклянная изоля-
ция обладает хороши-
ми электроизоляционны-
ми свойствами (отсутст-
вие точечных поврежде-
ний, пробивное напряже-
ние не менее 1 000 в).
Естественно, сплошная
стеклянная изоляция име-
ет значительно большую
хрупкость, чем волокни-
стая. В связи с этим про-
вода поставляются, буду-
чи намотанными отрезка-
ми каждый массой не ме-
нее 0,5 а, на алюминиевые
Т а б л и ц а 10-5
Ассортимент и основные
характеристики тончайших
манганиновых проводов
в стеклянной изоляции
гильзы диаметром 25—30 мм.
Для 20%' общей длины проводов допускается минималь-
ная масса отрезка 0,2 г.
Учитывая технологические трудности применения про-
водов у различных потребителей, заводом-изготовителем
их организована намотка различных изделий (резисто-
ров) непосредственно у себя.
Для манганиновых проводов существенное значение
имеет величина температурного коэффициента удельного
электрического сопротивления а. Эта величина 'в интер-
вале температур 20—80°С должна быть в пределах +ЗХ
X IO-5ч—5 -IO'5 1/°С. Разработана технология произ-
водства медных проводов в сплошной стеклянной изо-
ляции (марки ПМС). Ассортимент и основные характе-
ристики этих проводов приведены в табл. 10-6. Сплошная
стеклянная изоляция должна, кроме того, выдерживать
навивание на стержень, диаметр которого в 200 раз
больше, чем у токопроводящей жилы (натяжение в про-
цессе намотки при 20 °C составляет 1 кгс/ммъ). При по-
вышенной температуре (до 500 °C) пробивное напряже-
ние изоляции проводов должно быть не менее 350 в.
10-8. ТРАНСПОНИРОВАННЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
При изготовлении обмоток мощных силовых транс-
форматоров и реакторов появляются серьезные затруд-
нения при изгибании проводов крупных сечений для при-
Размеры и основные свойства 1 а б л и ц а 1-Ъ иедных микропроводов
Максима- Допускаемые откло-
Номинал ь- лыю до- пустимый нения ММ Временное сопротивле- Пробивное Минималь-
ный диа- наружный иие разры- напряже- ная длина
диаметр пхя. наруж- ву прн ра- ние изол я- отрезка
нзолиро- для мед- него диа- стяжении, ции, в провода, м
ной жилы метра изо-
провода, лированной •
мм жилы
0,005 0,0075 +0,002 +0,003 15 2 000 1 000
0,01 0,018 +0,002 +0,003 18 2 000 1 000
0,02 0,040 +0,002 +0,003 22 2 000 1 000
0,03 0,044 + 0,002 +0,003 25 2 000 1 000
0,04 0,055 +0,003 +0,007 45 3 000 800
0,05 0,068 +0,003 +0,007 60 3 000 500
0,06 0,080 +0,003 +0,007 80 3 000 500
0,07 0,094 +0,003 +0,007 100 3 000 500
0,08 0,110 +0,005 +0.010 120 3 500 500
0,09 0,124 +0,005 +0,010 130 3 500 500
0,10 0,140 +0,005 +0,010 150 3 500 300
0,11 0,150 +0,010 +0,020 170 4 000 300 .
0,12 0,165 +0,010 +0,020 200 4 000 200
0,13 0,175 +0,010 +0,020 240 4 000 200
0,14 0,185 +0,010 +0,020 290 4 000 150
0,15 0,200 +0,010 +0,020 320 4 000 150
0,16 0,210 +0,015 +0,025 350 4 500 120
0,17 ' 0,225 +0,015 +0,025 400 4 500 120
0,18 0,235 +0,015 +0,025 480 4 500 120
0,19 0,255 +0,015 +0,025 550 4 500 100
0,20 0,270 +0,015 +0,025 620 4 500 100
Дания им нужной формы. Кроме того, в таких проводах
возникают .значительные дополнительные потери в ре-
зультате 'поверхностного эффекта. Повышенная жест-
кость проводов больших сечений устраняется расщепле-
нием их жилы на отдельные параллельно идущие прово-
локи прямоугольного сечения, а значительное снижение
дополнительных потерь достигается изолированием про-
волок. Однако в этом случае вследствие различного рас-
положения отдельных изолированных проволок в маг-
нитном .поле рассеяния в жиле возникают уравнительные
токи и связанные с этим добавочные потери в обмотках,
которые в проводах крупных сечений могут достигать
20% основных потерь в меди.
Поэто-му при изготовлении мощных трансформаторов
и реакторов применяют частичную транспозицию обмо-
ток (перестановку параллельных ветвей). Однако это
мероприятие лишь частично снижает потери от уравни-
тельных токов. Чтобы транспозиция, .была полной, .все
проволоки должны 'быть равномерно транспонированы по
воей длине обмотки, т. е. каждая из них должна распо-
лагаться равновероятно по сечению жилы. В этом слу-
чае каждая из составляющих провод проволок 'будет
иметь одинаковое сцепление с магнитным потоком рас-
сеяния трансформатора, и поэтому уравнительных токов
в жиле не будет, так как разность потенциалов между
идущими параллельно транспонированными проволока-
ми теоретически должна быть равна нулю.
Производство транспонированных обмоточных прово-
дов представляет собой сложный технологический про-
цесс, требующий применения специального крутильного
оборудования с транспонирующим устройством (см.
§ 9-7).
Работы по производству таких обмоточных проводов
за рубежом начаты были примерно 25 лет назад. В ча-
стности, еще !в конце 40-х годов в США были разработа-
ны конструкции и изготовлены транспонированные про-
вода, состоявшие вначале из 5 проволок; позднее фирма
Дженерал Электрик стала выпускать 1многопроволочные
транспонированные провода высокого качества на усо-
вершенствованных транспонирующих машинах. Одна
английская фирма в 1958 г. освоила выпуск транспони-
рованных проволок из 27 проволок. Аналогичные рабо-
ты ведутся во Франции и других странах.
В СССР для организации производства транспониро-
ванных проводов большую работу провели Армянский
филиал ВНИИКП и ряд других организаций.
Экспериментальными и расчетными работами было
установлено, что при соотношениях длин сторон прямо-
угольной медной проволоки b/а^З при частоте 50 гц
потери от поверхностного эффекта невелики. Были уста-
новлены также соотношения, позволяющие выбрать оп-
тимальный шаг транспозиции, при котором потери от
эффекта близости и электрическое сопротивление транс-
понированного провода -становятся минимальными.
Наиболее целесообразно применение отдельных про-
волок с высокопрочной эмалевой изоляцией, так как бу-
мажная изоляция проводов типа ПБ или ПБОО часто
повреждается ,в процессе транспонирования. Кроме того,
за счет значительного уменьшения толщины изолящии
отдельных проволок можно соотвётственно увеличить
толщину наружной бумажной изоляции провода при
одновременном увеличении про ивного напряжения меж-
ду параллельными проволоками с эмалевой изоляцией
в 3—4 раза.
Учитывая одновременное воздействие на эмалевую
изоляцию трансформаторного масла и продуктов распа-
да и экстрагирования кабельной бумаги, наиболее под-
ходящей для изготовления транспонированных про-
водов следует считать высококачественную прямоуголь-
ную проволоку, эмалированную лаком металвин (см.
§ 6-1).
Транспонированные обмоточные провода изготовля-
ются. в СССР двух марок: ПТБ — провода транспониро-
ванные в общей изоляции из кабельной 'бумаги марки
К и ПТБУ — то же, но с общей изоляцией из кабельной
бумаги марки КВУ. Жила провода должна состоять из
нечетного числа элементарных прямоугольных эмалиро-
ванных проволок, преимущественно марки ПЭМ-2, об-
щее количество которых может быть в пределах 5—35.
Меньшая сторона сечения неизолированной медной про-
волоки может иметь размер в пределах 1,58—3,53 мм,
большая —в пределах 4,4—10,8 мм. Эмалированные про-
волоки должны быть расположены в два ряда; транспо-
зиция должна осуществляться, '.путем последовательной
перестановки отдельных проволок по прямоугольному
контуру.
Шаг транспозиции должен быть равномерным и на-
ходиться в пределах 100—200 мм. Между рядами эма-
лированных проволок должен прокладываться один слой
кабельной бумаги толщиной 0,12 мм, как это показано
на рис. 10-8.
Общая изоляция из кабельной бумаги должна быть
наложена плотно и равномерно, без образования скла-
док и других дефектов. Номинальная толщина этой изо-
ляции (на обе стороны) у проводов марки ПТБ может
быть в зависимости от заказа в пределах 0,55—1,95 мм
(положительные допуски в пределах 0,05—0,15 мм и от-
рицательные в пределах 0,10—0,25 мм). У проводов мар-
ки ПТБУ толщина бумажной изоляции нормирована
в пределах 1,36—4,40 мм (положительные допуски 0,10—
0,25 мм и отрицательные в пределах 0,10—0,35 мм).
Верхняя; и нижняя бумажные ленты должны наклады-
ваться с перекрытием не -менее 40%' ширины бумажных
лент, остальные ленты — с зазором 1—2 мм; направление
повивов бумажных лент должно изменяться примерно
Рис. 10-8. Конструкция транспонированно-
го обмоточного провода.
1 — медные прямоугольные проволоки с эмалевой
изоляцией; 2 — общая бумажная изоляция транс-
понированного провода; 3 — бумажная изоляция
между рядами эмалированных проволок.
через 8 слоев лент. Число совпадений зазоров соседних
бумажных лент должно быть (В зависимости от толщины
изоляции не более 1—3. Провод должен допускать на-
мотку узкой стороной без (повреждения изоляции на ци-
линдр диаметром 400 мм. Эмалевая изоляция ib гото-
вом проводе, намотанном на барабан, должна выдержи-
вать в течение 2 мин напряжение переменного тока (ве-
личиной 100 в, причем во время испытания напряжение
прикладываетсЯ| между одной из прямоугольных прово-
лок. и всеми остальными, соединенными вместе. Кроме
того, после 24 ч пребывания в трансформаторном масле
при 100 ±5 °C провод должен после воздействия давле-
ния не менее 200 кгс/см2 выдерживать указанное выше
испытание напряжением. Последнее испытание произво-
дится на коротких образцах транспонированных проводов.
10-9. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
На смену обычным штанговым насосам, применяе-
мым для' добычи воды из артезианских скважин, нефти,
перекачки нефтепродуктов и других жидких материалов,
пришли погружные электронасосы, у которых обмотка
двигателя непосредственно подвергается действию пере-
качиваемой жидкости.
Условия работы погружного электродвигателя в сква-
жине небольшого диаметра (до 425 мм) привели к умень-
шению диаметра электродвигателя, его удлинению
и необходимости применения, статора асинхронного элек-
тродвигателя с полностью закрытым пазом. Подобная
конструкция таза статора электродвигателя требует из-
готовления -обмотки методом многократной протяжки
провода, поэтому изоляция провода должна иметь
исключительно высокую механическую прочность.
Первые -отечественные обмоточные провода для по-
гружных электрических машин были разработаны
ВНИИКП в 1948 г. Эти провода были предназначены
для погружных электрических машин насосов для до-
бычи воды из артезианских скважин с целью обеспече-
ния водой сельского хозяйства.
В результате исследований была создана конструкция
обмоточных проводов марки ПЭВВП, которая предусма-
тривает -применение однопроволочной или семипроволоч-
ной жилы, состоящей из медных эмалированных лаком
винифлекс проводников (провод марки ПЭВ-2), поверх
которой накладывается изоляционный поливинилхлорид-
ный пластикат рецептуры 489 с радиальной -толщиной
0,4—0,7 мм.
Провода марки ПЭВВП были разработаны с учетом
возможности изготовления обмоток статоров погружных
электрических машин методом протяжки и предназначе-
ны для работы непосредственно в воде при рабочем на-
пряжении машины 380 в и рабочей температуре до
+ 70 °C.
Пробивное напряжение проводов -марки ПЭВВП при
испытании в воде составляет -3,5—4,0 кв. Относительно
невысокая влагостойкость поливинилхлоридного пласти-
ката не позволяет обеспечить высокое сопротивление
изоля|ции обмоточных проводов марки ПЭВВП, поэтому
техническими условиями на проводе предусмотрено сни-
жение сопротивления изоляции при выдержке в воде
при +70°С !в течение 24 ч с 10 до 0,1 Мом на 1 км, т. е.
в 100 раз.
Так как поливинилхлоридный пластикат рецептуры
489 недостаточно технологичен и учитывая к тому же
пожелания изготовителей электродвигателей о повыше-
нии механической прочности изоляции проводов, целесо-
образна замена пластиката полиэтиленом низкого давле-
ния с низким индексом -текучести расплава или его ком-
позициями, сочетающими высокую механическую проч-
ность со стойкостью к растрескиванию в - воде. Ввиду
того что поливинилхлоридный'пластикат по своим элек-
троизоляционным характеристикам уступает полиэтиле-
ну низкого давления, при замене пластиката одновремен-
но должны повыситься долговечность и надежность ра-
боты погружных электродвигателей. Обмоточные про-
вода марки ППВП с двухслойной полиэтиленовой изоля-
цией предназначены для водопогружных электрических
машин, эксплуатируемых при линейных напряжениях до
3 000 в. Эти провода применяются в обмотках электро-
двигателей мощностью 250 и 500 кет. Рабочая темпера-
тура обмоток достигает. 80°С. Наружный диаметр этих
двигателей составляет 320—375 мм.
Одной из основных характеристик электроизоляцион-
ного материала, применяемого для изготовления обмо-
точных проводов для водопогружных электродвигателей,
является длительная стойкость к растрескиванию в го-
рячей воде. В результате исследований было установле-
но, что наилучшей стойкостью к растрескиванию в воде
обладают полиэтилен высокого давления, а также поли-
винилхлоридные лластикаты. Однако применение прово-
дов с изоляцией из полиэтилена высокого давления для
изготовления обмоток методом протяжки невозможно из-
за недостаточной .механической прочности их.
Поливинилхлоридные пластикаты хотя и обладают
более высокой прочностью на истирание (особенно пла-
стикат рецептуры 489), также не обеспечивают достаточ-
но надежного выполнения протяжных обмоток. Кроме
того, с течением времени в связи с вымыванием пласти-
фикаторов поливинилхлоридные пластикаты становятся
хрупкими, что может привести к повреждению изоляции
в результате вибрации при работе погружных насосов,
а также в процессе ремонта и т. п. Поливинилхлоридные
пластикаты и полиэтилен высокого давления имеют на-
гревостойкость до 70°C, в. то время как температура
обмоток двигателей в скважинах с водой может до-
стигать 80, а иногда и 85—90 °C.
Из исследованных материалов наилучшие механиче-
ские характеристики в сочетании с достаточно высокой
натревостойкостью имеет полиэтилен низкого давления.
Однако .различные марки полиэтилена низкого давления
обладают неодинаковой стойкостью к растрескиванию
в горячей воде.
С целью выбора оптимальной конструкции о ли и -
'готовлены образцы проводов с двухслойной и однослой-
ной изоляцией.
В качестве изоляционных материалов были исполь-
зованы полиэтилен высокого давления марки П2003 КА,
полиэтилен низкого давления марок П4020 КТ «Хай-
зекс 5000А» (Япония) и марки П4007 ЭТА, а также
поливинилхлоридный пластикат.
В результате испытаний было установлено, что наи-
большей стойкостью к растрескиванию и достаточной ме-
ханической прочностью обладают провода с двухслойной
изоляцией из полиэтилена .высокого давления (внутрен-
ний слой) и полиэтилена низкого давления типа П4007
ЭТА или поливинилхлоридного пластиката рецептуры
489 (наружный слой).
С точки зрения лучшей механической прочности и
максимальной стойкости к растрескиванию изоляции
в качестве полиэтилена высокого давления выбран поли-
Рис. 10-9. Результаты испытаний
пробивного напряжения обмоточ-
ных проводов для погружных
электродвигателей после пребыва-
ния образцов проводов в воде при
температуре 95±5°С в течение
100 суток.
1 — изоляция двухслойная: полиэтилен
высокого да вления+поливинилхлорид-
ный пластикат рецептуры 489; 2 — изо-
ляция двухслойная: полиэтилен высо-
кого давления-ь полиэтилен низкого
давления (грозненский); 3—изоляция
двухслойная: полиэтилен высокого дав-
ления-Ьполиэтилен низкого давления
марки <Хайзекс 5000А».
этилен -с низким -индексом
текучести расплава марки
П2003 КА.
Для оценки качества
проводов исключительно
важна также стабиль-
ность их 'электроизоляци-
онных характеристик в
процессе пребывания в го-
рячей воде. В связи с этим
было исследовано измене-
ние величины пробивного
напряжения изоляции об-
моточных (проводов в за-
висимости от времени вы-
держки в воде при 90 ±
±5 °C.
Образцы проводов, на-
витых в виде спирали
с 10-кратным по отноше-
нию к изолированному
проводу диаметром (что
соответствует условиям
работы провода в элек-
тровигателях), помеща-
лись В бак с водой и через
определенные промежутки времени испытывались .напря-
жением. При этом визуальный, осмотр состояния изоля-
ции проводов производился ежедневно, а пробивное на-
пряжение проводов определялось черев 1, 10, 20—25, 50,
75 и 100 суток. Результаты испытаний образцов проводов
различных конструкций приведены на рис. 10-9. Наибо-
лее .высокое и стабильное пробивное напряжение имеют
обмоточные провода с изоляцией, выполненной из поли-
этилена высокого давления марки П2003 КА (.внутрен-
ний слой) и полиэтилена низкого давления марки
П4007 ЭТА (или поливинилхлоридного пластиката ре-
цептуры 489) (наружный слой).
Сопротивление изоляции у этих проводов после
100-суточного пребывания в воде при 90±5 °C не измени-
лось по сравнению с ис-
ходной величиной (свыше'
200 Мом-км).
Для обмоточных про-
водов с двухслойной изо-
ляцией из полиэтилена
высокого давления и по-
лиэтилена низкого давле-
ния, а также полиэтилена
высокого давления и по-
ливинилхлоридного пла-
стиката были сняты «кри-
вые жизни», которые при-
Рис. 10-10. «Кривые жизни» для
оптимальной конструкции обмо-
точных приводов для погружных
электродвигателей.
1 — изоляция двухслойная: полиэтилен
высокого давления 4-поливинилхлорид-
ный пластикат рецептуры 489; 2 — изо-
ляция двухслойная: полиэтилен высо-
ведены на рис. 10-10.
При испытании изоля-
ции проводов различных
типов на истирание было
установлено, что механи-
ческая прочность на исти-
рание у полиэтилена низ-
кого давления+полиэтилен низкого
давления (грозненский).
кого давления примерно
в 6 раз выше, чем у полиэтилена высокого давления, и
в 3,5 раза выше, чем у поливинилхлоридного пластиката.
В настоящее время <в качестве изоляции обмоточных
проводов для водопогружных электродвигателей на ра-
бочее напряжение 3 000 в используется двухслойная изо-
ляция на основе полиэтилена высокого давления марки
П2003КА и полиэтилена низкого давления типа марки
П4007 ЭТА. Общая толщина изоляции этих проводов со-
ставляет 1,3 мм (толщина внутреннего слоя 0,8 мм, на-
ружного ,мм). Провода могут изготовляться по при-
нятой на кабельных заводах технологии в два прохода,
хотя оптимальным типом оборудования для их изготов-
ления следует считать двухшнековые прессы.
Для погружных электродвигателей, полость которых
заполняется во время работы трансформаторным ма-
слом, до сих пор применялись обмоточные провода мар-
ки ПЭВПДК с комбинированной изоляцией на основе
винифлексовой эмали, трех слоев триацетатной пленки и
обмотки двумя слоями шелка капрон с подклейкой и
пропиткой полиамидным лаком. Эти провода относятся
по нагревостойкости к классу А. При разработке новой
серии двигателей потребовалось повысить рабочую тем-
пературу обмотки до 120 °C, чего не может выдержать
триацетатная пленка. Кроме того, эта пленка имеет не-
высокую прочность на продавливание, что затрудняет
изготовление обмоток и не обеспечивает достаточной вла-
гостойкости обмоток в случае аварийного попадания во-
ды в полость электродвигателя,, обычно .заполняемую
трансформаторным маслом.
'Опыт эксплуатации проводов марки ПЭВПДК в тече-
ние более 10 лет показал, что погружные электродвига-
тели после непродолжительного периода работы .выходят
из строя в результате пробоя в обмотке статора. Одной
из причин этого является то обстоятельство, что при про-
тяжке провода при изготовлении статорной обмотки про-
исходит смещение и нарушение целостности его поверх-
ностного покрытия. Кроме того, при нагревании обмотки
изоляция из триацетатной пленки растрескивается в ме-
стах изгиба провода. Так как изоляция проводов марки
ПЭВПДК негерметична, то попадание пластовой жидко-
сти в полость 'электродвигателя быстро приводит к ко-
роткому замыканию.
В качестве меры устранения этого недостатка боль-
шой интерес представляет использование для изоляции
полиэтилентерефталатной пленки, обеспечивающей дли-
тельную работу проводов при 120 °C. Кроме того, потре-
бовалась также замена применяемого для. эмалирования
поливинилацеталевого лака винифлекс более маслостой-
ким полиэтилентерефталатным лаком ПЭ-943, который
к тому же обладает более высокой электрической проч-
ностью и нагревостойкостью.
На основе полиэтиле'нтерефталатной пленки, шелка
лавсан и эмалированных нагревостойких проводов
ВНИИКП были разработаны конструкции проводов для
погружных электродвигателей, которым присвоены мар-
ки ПЭТВПДЛ-З и ПЭТВПДЛ-4. Для подклейки поли-
этилентерефталатной пленки и шелка лавсан применена
полиэфирная смола ТФ-60, растворимая в метиленхло-
риде (8 частей смолы на 92 части метиленхлорида).
Провода типа ПЭТВПДЛ поверх слоя полиэтилентереф-
талатной эмали имеют в зависимости от марки три или
четыре лавсановые пленки и два слоя шелка лавсан,
подклеенные лаком на основе смолы ТФ-60. Провода ма-
рок ПЭТВПДЛ-З и ПЭТВПДЛ-4 выпускаются диаме-
тром в диапазоне 1,74—2,26 мм. Удвоенная номинальная
толщина изоляции для проводов марки ПЭТВПДЛ-З со-
ставляет 0,56 мм, а марки ПЭТВПДЛ-40,66 мм. Пленка
накладывается на эмалированный провод с положитель-
ным перекрытием не менее 15%. Для1 придания герме-
тичности изоляции и испарения метиленхлорида приме-
няется тепловая обработка провода в печах стеклообмо-
точных машин. Обычно наложение пленочной и волокни-
стой изоляции производится на горизонтальной изолиро-
вочной машине типа ОГ-2Э, а тепловая обработка—на
горизонтальной стеклообмоточной машине при 180—
200 °C.
Электрическая прочность проводов с толщиной изоля-
ции (пО диаметру) около 0,6 мм практически не изменя-
ется в течение 4 080 ч пребывания при 105—130°С.
Вследствие подклейки и пропитки изоляции проводов
марки ПЭТВПДЛ они сохраняют достаточно высокие
диэлектрические характеристики и после пребывания
в воде. Например, после 1 200 ч выдержки в подсоленной
воде пробивное напряжение составляет около 14 кв, что
мало отличается от исходного значения, хотя сопротив-
ление изоляции резко уменьшается. При испытании
на пробой в воде с содержанием 5%1 поваренной соли
испытательное напряжение прикладывают между зачи-
щенным от изоляции и выведенным из воды на расстоя-
ние не менее 150 мм концом .провода и медным электро-
дом, помещенным в воду. После 4 000 ч пребывания в во-
де сопротивление изоляции провода марки ПЭТВПДЛ-З
остается на уровне, достаточном для эксплуатации ма-
шины до момента ликвидации аварии и повторного за-
полнения полости электродвигателя маслом.
В некоторых горнорудных бассейнах в глубоких и
сверхглубоких скважинах температура откачиваемой во-
Ды, 'пластовой жидкости й Нефти достигает 80—130 иС
при давлениях до 100—200 ат. В этом случае обмотки
электродвигателей могут нагреваться до 155—180 °C.
Принимая во внимание, что полиэтиленовая изоляция
не может надежно работать при 80—90°C и выше, и то,
что ранее для изоляции обмоточных проводов не приме-
нялись материалы, способные работать при непосредст-
венном воздействии горячей пластовой жидкости, .при-
шлось герметизировать электродвигатели, .заполнять их
полость маслом и применять обмоточные провода, пред-
назначенные для работы в масле. Но применяемые для
таких двигателей провода с комбинированной эмалево-
пленочной изоляцией удовлетворительно работают только
до тех пор, пока в полость электродвигателя не попала
вода или пластовая жидкость. При увлажнении же ма-
сла более 5—8%: сопротивление обмоток через некоторое
время недопустимо снижается.
Более надежные результаты могут быть получены при
применении изоляции обмоточных проводов на основе
фторопластов.
Так как провода могут работать не только в масле,
но и в масло-водяной эмульсии, фторопластовая изоля-
ция обязательно должна быть монолитной.
В ОКБ кабельной промышленности для статорных
обмоток погружных электродвигателей с номинальным
линейным напряжением 1 100 в переменного тока разра-
ботаны обмоточные провода с монолитной изоляцией из
фторопласта-40Ш. Провода предназначены для работы
при 150 °C. Допускаются кратковременные перегревы
провода до 200 °C, причем длительность пребывания про-
вода при 200 °C не должна превышать в сумме 10 ч. Этим
проводам присвоена марка ПФО.
Провода марки ПФО допускают 50-кратную протяж-
ку в электродвигателе длиной до 8 м с радиусом изгиба
при намотке, равным 5-кратному диаметру провода. Про-
вода выпускаются с жилой диаметром не более 1,95 мм.
Толщина изоляции из фторопласта-40111 не менее 0,4 мм.
Провод должен выдерживать испытательное напряже-
ние 5 кв переменного тока частотой 50 гц в течение 1 мин.
Сопротивление изоляции провода в нормальных услови-
ях должно быть не менее 100 Мом на 1 км длины. Испы-
тания напряжением производят после пребывания про-
вода в воде при 10—25 °C в течение 6 ч; измерения со-
противления изоляции производят через 2 ч.
Испытания на натревостойкость производят на образ-
дах провода, навитых тремя витками на стержень, диа-
метр которого равен 10-кратному диаметру провода. По-
сле 2 ч пребывания в термостате при + 150±5°С и по-
следующей выдержки в течение 30 мин на воздухе об-
раз.ец распрямляют и подвергают испытанию напряже-
нием 5 кв переменного тока в течение 1 мин.
Для испытания «а водо- и маслостойкость образны
проводов (с выведенными концами) .погружают в воду
ори 90±5°С на 2 ч, а затем переносят их в трансфор-
лгаторное масло (120±5°C), после чего производится ис-
пытание напряжением.
Фторопласт-40111, применяемый для изоляции прово-
дов марки ПФО, представляет собой мелкодисперсный
порошок белого цвета. Поэтому предварительно он гра-
нулируется на прессах-грануляторах с отношением дли-
йи L к диаметру шнека D, равным 15—20, и компрес-
сией 1 :4. Наложение фторопласта-40111 на медную жилу
производится на червячных прессах, применяемых в ка-
бельной промышленности для переработки полиэтилена.
Диаметр шнека составляет 25 и 40 мм.
По результатам технологических исследований, вы-
полненных ОКБ КП, для переработки фторопласта-40111
оптимальная величина отношения L/D должна состав-
лять 15—25; шнек должен иметь постоянный шаг и ком-
прессию около 2,5. Пресс должен иметь пять регулируе-
мых зон подогрева. Так как температурная область пе-
реработки сополимера близка к температуре его разло-
жения, точность поддержания постоянства технологиче-
ского режима имеет первостепенное значение. Поэтому
зсе зоны пресса должны иметь контрольно-регулирую-
ацие приборы высокой точности. Головка, решетка и ин-
струмент пресса должны иметь плавные внутренние пе-
реходы, исключающие застаивание и разложение перера-
батываемого материала. Обязательным технологическим
элементом при изготовлении проводов марки ПФО явля-
ется также подогрев жилы до оптимальной температуры.
Для получения гладкой и блестящей поверхности прово-
да температура матрицы, имеющей электрический подо-
грев, должна на 20—60 °C превышать температуру голов-
ки. Охлаждение проводов с изоляцией из фоторопла-
ста-40Ш воздушное. В связи с тем что при переработке
фторопласта-40111 выделяются токсичные газы, необхо-
дима усиленная приточно-вытяжная вентиляция.
Интенсивные исследовательские работы помогут
создать обмоточны провода для погружных электродви-
гателей на рабочие температуры порядка 180 °C и
выше.
Из известных водостойких материалов, надежно ра-
ботающих при 180 °C и выше, может быть рекомендован
только фторопласт-4. Различные сополимеры фторопла-
ста, как правило, имеют более низкую нагревостойкость
по сравнению с фторопластом-4 и меньшую водостойкость.
Отечественной промышленностью выпускаются провода
с монолитной изоляцией из шприцуемого фторопласта-4.
Однако максимальный диаметр по жиле таких проводов
составляет 1,5—1,8 мм, а строительные длины их крайне
ограничены. Для .погружных электродвигателей, имею-
щих, как правило, мощность более 20 кет, применяются
провода с однопроволочной жилой диаметром 1,63—
3,5 мм, многопроволочной жилой диаметром до 5 мм и
выводные концы сечением до 25 мм2 и выше.. Радиаль-
ная толщина изоляции колеблется в пределах 0,4^
1,5 мм. Изготовление таких проводов с монолитной 'изо-
ляцией из фторопласта-4 на плунжерных и шнековых
прессах представляет значительные трудности и до сих
пор не освоено. Провода с прессованной фторопластовой
изоляцией не’могут длительно- работать в воде, так как
при приложении электрического напряжения изоляция
проводов растрескивается. Очевидно, в данном случае
играют роль значительные внутренние напряжения в изо-
ляции, возникающие в процессе прессования.
Монолитная изоляция может быть получена также из
пленок фторопласта-4. При этом для достижения моно-
литности изоляции используется свойство неориентиро-
ванных пленок фторопласта свариваться при нагреве до
400 °C. Строганая пленка фторопласта-4 нашла широ-
кое применение при изолировании монтажных проводов,
а также в качестве защитных оболочек радиочастотных
кабелей как в СССР, так и за рубежом. Пленка обычно
накладывается на изделие методом обмотки с перекры-
тием. Пленочная изоляция позволяет получать изделия
с жилой сечением 0,3—100 мм2 практически неограничен-
ной длины. Недостатком пленочной изоляции считаются
плохая влагостойкость, а также то, что при разделке
концов провода в .процессе монтажа пленочная изоляция
легко разматывается. Для устранения размотки изоля-
цию провода часто подвергают специальной тепловой об-
работке в печах или расплавленном металле. В .процессе
тепловой обработки происходит усадка пленки, изоля-
ция уплотняется и пленка теряет способность самопро-
извольно разматываться. Одйако полное спекание и мо-
нолитность изоляции при такой обработке ,не обеспечи-
ваются, провода не могут эксплуатироваться в воде при
повышенных давлениях и температурах. Поэтому идет
поиск конструкций проводов с пленочной изоляцией,
имеющих более высокую степень спекания. Предложен
ряд вариантов изоляции, представляющих собой различ-
ные комбинации из ориентированных, неориентирован-
ных, частично ориентированных и сырых каландриро-
ванных (давленых) пленок 'фторопласта-4.
Лучшее спекание получается при использовании дав-
леной пленки. Изоляция провода имеет гладкую поверх-
ность и монолитную структуру. Многие авторы считают
этот метод изолирования фторопластом-4 наиболее пер-
спекти-вным для кабельной промышленности, хотя об-
мотка сырой каландрированной пленкой вследствие ее
очень низкой .механической прочности предъявляет жест-
кие требования к обмоточному оборудованию. Кратность
снижения сопротивления изоляции при 500 кгс!см2 и
250 °C составляет 3,6 • 104 для давленой пленки Ф-4Д и
5- 102 для пленок Ф-4. На некоторых образцах с изоля-
цией из пленки Ф-4Д при 400 кгс!см2 происходило ко-
роткое замыкание. При этом оказалось, что причиной
проникновения.влаги в изоляцию является значительная
диффузия воды, а не технологические дефекты.
Строганая пленка Ф-4 имеет лучшие диэлектрические
свойства, однако недостатком таких пленок является
плохая способность свариваться. Фторопласт-4 хорошо
сваривается при 370—410 °C и при обеспечении плотного
контакта между свариваемыми поверхностями, т. е. под
давлением. Для спекания фторопласта в виде пленок как
материала, ранее уже подвергшегося спеканию, необхо-
дим очень плотный контакт между слоями пленки. В ка-
бельных изделиях это достигается за счет применения
в наружном повиве полностью ориентированной пленки.
При нагреве до 327 °C эта пленка дает значительную
усадку и сдавливает внутренние слои из .неориентирован-
ной или частично ориентированной пленки. Максимально
допустимой температурой тепловой обработки для ори-
ентированной пленки является 360—370 °C, так как при
более .высокой температуре такая пленка растрескива-
ется. Принимая во внимание эти показатели, интересно'
сравнить распределение температуры по толщине изоля-
ции при нагреве провода снаружи и изнутри (со стороны
жилы). На рис. 10-11 показано распределение темпера-
туры по толщине изоляции при нагреве как снаружи, тах
и изнутри. В обоих случаях температура на поверхность
изоляции является предельно допустимой для ориенти-
рованной пленки, т. е. составляет 360—370°C. Есл.г
учесть, что теплопроводность фторопласта низка и что
при толщине 0,5—1 мм перепад температур в изоляцию
может составлять 20—40 °C (при нагреве снаружи
тем больше, чем больше сечение жилы), то температура
Рис. 10-11. Распределение температуры по толщине изоляции прово-
да при нагреве снаружи (6) и со стороны жилы (о).
внутренних слоев пленки (у жилы) в первом случае со-
ставит 320—330 °C, а во втором 360—400 °C. Отсюда сле-
дует, что при нагреве со стороны жилы все слои пленки
имеют температуру, достаточную для хорошего спекания
изоляции, а при нагреве снаружи многие слои пленка
имеют более низкую температуру, чем нужно для удов-
летворительного' спекания. Поэтому для изготовленпч
обмоточных проводов для погружных электрических ма-
шин с длительной рабочей температурой 180 °C с целью
обеспечения спекания пленок Ф-4 применяется нагрет
изоляции со стороны жилы током высокой частоты.
Глава одиннадцатая
НАГРЕВОСТОЙКИЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
11-1. ПРОВОДА СО СТЕКЛОВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
ПОВЫШЕННОЙ НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
По уровню электроизоляционных СВОЙСТВ при ПОВ'Ы-
шейных температурах лучшими являются .кремнеземные
и кварцевые волокна. Кремнеземное волокно получается
в результате выщелачивания легкоплавких окислов из
волокон стекла промышленного состава, в том числе
алюмоборосиликатного. Обработка производится различ-
ными кислотами. Кремнеземное волокно содержит 96—
98% SiO2. Вследстствие микропористой структуры меха-
нические свойства его понижены. Тем не менее кремне-
земное волокно может применяться для изготовления не-
которых типов проводов, эксплуатируемых при высоких
температурах, но при отсутствии вибраций, ударных на-
грузок и подобных им воздействий.
Особый интерес для производства электрической изо-
ляции обмоточных проводов представляет кварцевое во-
локно (100%' SiO2/ получаемое из кварцевого стекла.
Температура плавления .кварцевого стекла равна
1 720°C; рабочие температуры при эксплуатации дости-
гают 1200'°C. Диэлектрическая проницаемость при ча-
стоте 10е гц в интервале 0—700 °C находится в пределах
3—4, tg б—около 1,5 -10“4. По величине сопротивления
изоляции при 700'“С кварцевое волокно превосходит все
другие виды стеклянных волокон.
Тонкие кварцевые нити обладают высокой механиче-
ской прочностью. Предел прочности при растяже-
нии кварцевого волокна диаметром 6—7 мкм составляет
150 кгс/мм2. Это несколько ниже, чем у стандартного
бесщелочного алюмоборосиликатного стекловолокна, и
объясняется прежде всего условиями формования, так
как при выработке из штабиков волокно испытывает
большие натяжения, чем в случае применения менее вяз-
кого расплава, который используется при производстве
обычного стекловолокна. Кроме того, иптабиковый способ
получения кварцевого1 волокна связан с повторным на-
греванием прозрачного кварцевого стекла, вызывающим
его кристаллизацию.
Основная, трудность заключается в получении квар-
цевых нитей с диаметром элементарного волокна 6—
1 мкм, пригодного для производства изоляции обмоточ-
ных проводов. Более толстые волокна при изгибе вокруг
проволоки ломаются, изоляция «ершится». Это явление
усиливается, если одновременно производятся подклейка
и пропитка изоляции каким-либо лаком. Задача про-
мышленного получения гибких кварцевых нитей с диа-
метром элементарных волокон порядка 7 мкм и ниже
является одной из первоочередных в общей проблеме
создания обмоточных проводов на рабочие температуры
свыше 500 °C.
В будущем не исключена возможность применения
для изолирования обмоточных проводов керамических
нитей, которые пока могут быть получены только в виде
штапеля. Так, например, керамическое каолиновое во-
локно, содержащее примерно 50%' А12О3 и 50% SiOg,
имеет температуру плавления 1 750° С и может исполь-
зоваться при 1 100 °C. Каолиновое волокно получается из
расплава технического глинозема и кварцевого песка
или синтетической смеси тугоплавких окислов.
Провода марок ПСДК и ПСДКТ со стекловолокни-
стой изоляцией могут эксплуатироваться при темпера-
турах до 400 °C, но срок службы их в этом случае край-
не ограничен. Так, работа круглых проводов марки
ПСДКТ при 400 °C ограничена сроком 25, а прямоуголь-
ных— 50 ч.
Нагревостойкость проводов подобного типа повыша-
ется, если поверхность медного проводника защищается
от окисления гальванически нанесенным слоем никеля
толщиной 3—5 мкм (.марки ПНСДК и ПНСДКТ).
Значительное увеличение срока службы проводов ма-
рок ПНСДК и ПНСДКТ в сравнении с проводами марок
ПСДК и ПСДКТ объясняется еще и тем, что при воздей-
ствии указанных температур на поверхности токопрово-
дящей жилы происходит образование пористого слоя
окислов никеля, который увеличивает адгезию стекло-
волокнистой изоляции к поверхности проволоки.
При оценке сроков службы обмоточных проводов не-
обходимо учитывать, что они зависят также от конструк-
ции и технологии изготовления оборудования, в котором
применяются провода, условий эксплуатации проводов
и т. :п. Поэтому фактические сроки эксплуатации, опре-
делимые конструктором изделия, могут несколько отли-
чаться от рекомендуемых в ту или иную сторону.
Бесщелочное алюмоборосиликатное стекловолокно на
Специальных замасливателях применяется для изоляции
отечественных проводов марки ПОЖ, предназначенных
для длительной эксплуатации при 300 °C и (в течение
ограниченного времени при 500—600 °C.
В (качестве цементирующих стекловолокнистую изоля-
цию составов применяются органосиликатные составы,
образующиеся в результате химического взаимодействия
органических или элементоорганических соединений с си-
ликатами. Составы, применяемые для цементации сте-
кловолокнистой изоляции обмоточных проводов, пред-
ставляют собой суспензии полимера с наполнителями
в толуоле. В 'качестве неорганических компонентов орга-
носиликатных материалов могут служить хризолитовый
асбест, обработанный при 300—400 °C для удаления ад-
сорбционной воды, слюда, тальк, окислы и карбиды неко-
торых элементов. Применяемые кремнийорганические
полимеры имеют соотношение алкильных и арильных ра-
дикалов 1 : 1 и соотношение радикалов и кремния 1,8: 1.
В системах полиорганосилоксан — силикат окисел
в интервале 150—300 °C при наличии реакционноспособ-
ных атомов или групп у полимеров и силикатов проис-
ходит химическое .взаимодействие, в результате которого
образуется пространственная структура, в которой сило-
ксановый каркас полимера связан с неорганическими
компонентами не только силами физического взаимодей-
ствия, но и прочными химическими связями. Окислы,
с одной стороны, катализируют взаимодействие функцио-
нальных групп полимера и силикатов, а с другой — сами
вступают в реакцию с полимером с образованием метал-
лосилоксановых звеньев в цепях полимера. При 700 °C
происходит постепенное разрушение органического об-
рамления молекул полимера. Роль связующего постепен-
но переходит к кремнекислородному каркасу, лишенному
органической части. В этом интервале теператур хими-
ческие процессы, по-видимому, осуществляются за счет
реакционноспособных центров у атомов кремния, полу-
ченных при разрыве связи кремний — углерод. При вы-
соких температурах целостность покрытия, его электро-
изоляционные и другие свойства не ухудшаются, а в ря-
де случаев даже улучшаются.
При температурах порядка 700°C и выше структура
системы становится сходной со структурами обычных ке-
рамических материалов. Ее состав должен определяться
композицией полиорганосилоксан — силикат — окисел.
Рис. 11-1. Увеличение электриче-
ского сопротивления обмоточных
проводов марок ПОЖ и ПНСДК
в процессе пребывания при 400—
600 °C.
1 — ПОЖ, 500 °C; 2 — ПНСДК, 500 °C;
3- ПОЖ, 600 “С; 4 — ПНСДК. 600 °C;
5—ПНСДК, 400 °C; 6 — ПОЖ, 400 °C.
Рис. 11-2. Зависимость пробивного
напряжения обмоточных проводов
со стекловолокнистой изоляцией
от времени при 500 и 600 °C.
1 — ПНСДК, 500 °C; 2 — ПОЖ. 500 °C;
3 — ПНСДК, 600 °C; 4 — ПОЖ, 600 °C.
Цементирующие соста-
вы для стекловолокнистой
изоляции обмоточных про-
водов после отверждения
приобретают достаточно
высокие электрические
характеристики. Удельное
объемное сопротивление
их при комнатной темпе-
ратуре составляет 1012—
ГО15 ом-см, при темпера-
туре 400 °C IO10—1012
ом-см, при 700 °C 107—
106 ом-см-, tgб=0,0024-
0,05; электрическая проч-
ность 10—30 кв!мм. Со-
ставы устойчивы к дей-
ствию вибрации, радиа-
ции, влаги, растворов ки-
слот, щелочей, солей, об-
ладают хорошей адге-
зией к стеклу, керами-
ке, металлам. Плотность
после отверждения 1,3—
2,0 гс!см?.
Провода марки ПОЖ
имеют медную жилу, за-
щищенную от окисления
•слоем никеля, нанесенным
гальваническим способом.
Комбинированное за-
щитное действие слоя ни-
келя, стекловолокна и ор-
ганосиликатных материа-
лов существенно замед-
ляет окисление поверх-
ности медной проволо-
ки до 600 °C включительно (рис. 11-1). Небольшое уве-
личение сопротивления проводов марки ПОЖ уже в те-
чение первых суток пребывания при повышенных темпе-
ратурах указывает на .возможность доступа кислорода
воздуха к жиле провода, что, по-видимому, связано с из-
менением структуры органосиликатного материала и за-
масливателя под действием температур выше 400 °C. Для
сравнения на рис. 11-1-приводится изменение электриче-
ского сопротивления провода марки ПНСДК, имею-
щего никелированную медную жилу и изоляцию из
стекловолокна, пропитанного кремнийорганическим ла-
ком К-44.
Электрические характеристики изоляции провода мар-
ки ПОЖ достаточно высоки. Из данных рис. 11-2 сле-
дует, что пробивное напряжение изоляции после .пребы-
вания при 500°C составляет примерно 900 в, существен-
но не изменяясь при выдержке в течение 500 ч, после че-
го наблюдается некоторое снижение его. Воздействие
температуры (600°C) снижает величину пробивного на-
пряжения до 500 в. У проводов марки ПНСДК изоляция
полностью разрушается уже после 240 ч пребывания
при 500 °C.
Температурная зависимость пробивного напряжения
проводов марки ПОЖ приведена на рис. 11-3. При500°С
пробивное напряжение
проводов составляет
450—550 в на одинар-
ную толщину изоляции
(на сторону).
Исключительно важ-
ными характеристика-
ми для обмоточного
провода являются ме-
ханические свойства
изоляции — эластич-
ность и прочность ее на
истирание. По эластич-
Рис. 11-3. Зависимость пробивного
напряжения проводов марки ПОЖ
от температуры.
ности изоляции в исходном состоянии провод мар-
ки ПОЖ соответствует требованиям, предъявляемым
к серийным проводам, а после пребывания при 500 °C
в течение 700 ч провод допускает навивание на стержень,
диаметр которого равен 15 диаметрам провода. На та-
кой же стержень провод навивается без растрескивания
изоляции и после 170 ч пребывания при 600 °C
(рис. 11-4).
В исходном состоянии механическая прочность изо-
ляции проводов марки ПОЖ на истирание ниже, чем
у проводов марки ПСДК или ПНСДК, однако в процес-
се выдержки при 500—600 °C она снижается в значитель-
но меньшей степени, чем у проводов с обычной стекло-
волокнистой изоляцией.
Изготовление проводов марки ПОЖ имеет некоторые
технологические особенности. При нанесении изоляции
линейная скорость движения провода ниже, чем прово-
дов типа ПСДК. Обязательным.условием получения про-
вода ПОЖ высокого качества и в первую очередь проч-
ности изоляции на истирание является послойная запеч-
Рис. 11-4. Зависимость эластично-
сти изоляции проводов марок
ПОЖ и ПНСДК от времени при
400—600 °C.
7 — ПНСДК, 400 °C; 2—ПОЖ, 600 °C;
3 — ПНСДК, 600 °C; 4 — ПНСДК,
500 °C; 5—ПОЖ, 500 °C; 6 — ПОЖ.
400 °C.
ка изоляции при изготов-
лении проводов на стекло-
обмоточных машинах. Не-
обходимо также непре-
рывное перемешивание су-
спензии органосиликатно-
го материала в ванночках
с целью обеспечения рав-
номерного распределения
составных частей по объ-
ему. Специфической труд-
ностью при изготовлении
проводов марки ПОЖ яв-
ляются быстрое испаре-
ние растворителя органо-
силикатных материалов .и
вызываемое этим повыше-
Рис. 11-5. Термограмма образца I
жаростойкого пропитывающего
состава для обмоточных проводов
со стекловолокнистой изоляцией.
ние вязкости суспензии.
Для устранения быстрого
загустевания материала
необходимо создание си-
стемы автоматического
поддержания вязкости ор-
ганосиликатного материа-
ла с тепловым экраниро-
ванием ванночек. Воз-
можно также применение
менее летучих раствори-
телей.
Провода марки ПОЖ
могут выпускаться также
с биметаллической жилой
медь — никель с нанесе-
нием слоя никеля мето-
случае срок эксплуатации
дом плакирования. В этом
проводов марки ПОЖБ несколько возрастает.
Если провода марки ПОЖ выпускаются для эксплуа-
тации в вакууме, то в качестве материала жилы исполь-
зуются жаропрочные 'медные сплавы. На жилу при этом
наносится гальваническим способом покрытие из никеля
или биметаллическое покрытие железо — никель. Пропи-
тывающие составы также несколько модифицируются.
Их высокая нагревостойкость подтверждается исследо-
ваниями, выполненными
мического (ДТА) и
термогравиметрическо-
го анализа. Исследова-
ния одного из составов
оптимальной рецеп-
туры проводились в
диапазоне температур
20—750 °C при скоро-
сти подъема темпера-
туры около 6 градусов
в минуту. Состав иссле-
довали дважды: после
прогрева при 200 °C в
течение 10 ч (обра-
зец I) и после прогре-
ва при 650 °C в тече-
ние 24 ч (образец II).
При нагревании образ-
методом дифференциально-тер-
Рис. 11-6. Термограмма образца II
жаростойкого пропитывающего со-
става для обмоточных проводов со
стекловолокнистой изоляцией.
ца I на термограмме зафиксированы экзотермические эф-
фекты с максимумами при температурах 289,367 и в интер-
вале 400—592 °C (рис. 11-5). Можно предположить, что
первый эффект связан с процессом структурирования по-
лимера, начавшимся во время термической обработки
при 200 °C, тогда как второй и третий эффекты обуслов-
лены отрывом метильных групп полимера, заканчиваю-
щимся при 600 °C. В интервале температур 650—750°C
никаких термических превращений уже не наблюдается.
Потери массы Р по результатам термогравиметрического
анализа составляют в конце испытаний около 8,3%. При
нагревании образца II (рис. 11-6) на дифференциальной
кривой нет четко выраженных пиков, а наблюдаемые от-
клонения от базовой линии вызваны, очевидно, измене-
нием теплопроводности.
На основании полученных данных можно полагать,
что все процессы структурирования и отщепления обрам-
ляющих метильных радикалов происходят при термооб-
работке при 650°C. Потери массы по результатам тер-
могравиметрического анализа при этой температуре.со-
ставляют около 3%, причем если образец непосред-
ственно перед испытанием был выдержан при 200 °C
в течение 4 ч, то потеря массы уменьшается до 1%.
Поведение изоляции таких проводов в процессе дли-
тельного старения при 600, 650 и 700°С при остаточном
давлении 10-5—10 ~6 мм рт. ст. характеризуется данными
табл. 11-1.
Исследование проводилось на проводе диаме-
тром 0,51 мм, подвергнутом тепловой обработке в на-
мотанном на катушку состоянии при 200 °C в течение
10 ч и при 350 °C в течение 4 ч.
Таблица 11-1
Изменение пробивного напряжения жаростойких проводов
в процессе теплового старения при остаточном
давлении 10“5—10-6 мм pm. cm.
Темпера- тура ста- рения, °C Темпера- тура испы- тания, °C Пробивное напряжение, в
Продолжительность старения, ч
0 500 I 000 I 500 2 000 4 000 6 000
600 20 1 310 980 1 460 1 030
600 710 — — 260 — 840 720
650 20 1 310 — 1 160 — 890 Разрушение про-
600 710 — 670 — 610 водов
700 20 600 1 310 710 1 830 1 108 1 150 627 1 670 800 1 480 555 То же
Из табл. 11-1 видно, что после старения при 600°C
в вакууме ,в течение 6 000 ч величина пробивного напря-
жения изоляции проводов остается на высоком уровне.
После более длительного старения эти показатели опре-
делить не удалось, так как проводник из медного сплава
становится очень хрупким. При 650 и 700 °C разрушение
проводника наблюдается значительно раньше.
В качестве цементирующих составов для стекло-
волокна могут применяться также составы на фосфат-
ной основе. Американской фирмой Вестингауз Электрик
предложен для пропитки слоистой изоляции состав, со-
держащий 10—40% фосфата алюминия, 10—40%' фос-
форной кислоты и воды и 10—80% неорганических мел-
кодисперсных наполнителей (окиси, гидроокиси и сили-
каты металлов Са, Ba, Mg, Cd, Al, Zn, Pb и Ti). Обра-
зующееся (покрытие эластично, если после прогрева при
50—400°C содержание воды составляет 5—20%. После-
дующая запечка при 350—500° С приводит к получению
твердой негибкой электрической изоляции. Скорость от-
верждения состава прямо пропорциональна дисперсно-
сти наполнителя и его количеству. Провода на таких
связующих имеют высокую стойкость изоляции к исти-
ранию и предназначены для эксплуатации при
500 °C.
Известны также отечественные нагревостой|кие компо-
зиции на основе фосфатов, например полиалюмофосфа-
та и других родственных ему неорганических полимеров.
Первой стадией синтеза полиалюмофосфата, цепи моле-
кул которого состоят из чередующихся атомов алюми-
ния, кислорода и фосфора, является растворение в орто-
фосфорной кислоте алюминия или его соединений, взя-
тых в определенных соотношениях. Водный раствор ки-
слого фосфата способен химически взаимодействовать
со многими минеральными наполнителями, образуя проч-
ные неорганические материалы, которые имеют высокие
механические свойства (пределы прочности при сжатии
500—'650 кгс/см2 при 20°С и 900—990 кгс/сж2,при 600°C),
но электрические свойства их при 600 °C невысоки
С?109 ом-см; tg 6=0,7= 1,0).
Принципиально возможно применение цементирую-
щих составов на основе других неорганических материа-
лов. Американская фирма Реа Магнет Вайер предложи-
ла ряд конструкций нагревостойких проводов со стекло-
волокнистой изоляцией для работы при 500 °C. В этом
случае рекомендуется применять алюмоборосиликатное
стекловолокно, которое может накладываться в виде ни-
тей или лент, причем изолирование может производить-
ся как обмоткой, так и оплеткой. Стекловолокно пропи-
тывается составом из смолы и порошка стекла. Приме-
няемая смола должна деполимеризоваться при повышен-
ных температурах и испаряться без образования угле-
родистых остатков. В частности, предлагается состав из
60% порошка легкоплавкого стекла и 40% раствора этой
смолы в метилизобутилкетоне. Провод покрывает-
ся указанным составом и пропускается через печь, в ко-
торой при 115°С происходит испарение растворителя и
полимеризация смолы. Затем в бухтах или на керамиче-
ских катушках провод выдерживается 1 ч при 350—*
400 °C с целью деполимеризации и испарения смолы, по*
еле чего 'производится нагрев провода до 750°C для спе-
кания порошкообразного стекла и прочного соединения
его со стекловолокном. В одном из вариантов конструк-
ции .на провод может накладываться дополнительная на-
ружная обмотка из стекловолокна следующего состава:
45—55% SiO2, 8—12% Ыа2О + КгО, 9—13% CaO + MgO,
18—22% РЬО, 5—8% А12О3. При высокотемпературной
обработке слой такого стекловолокна оплавляется ж об-
разует тонкую защитную пленку. Низкая темпера-
тура размягчения стекловолокна наружного слоя
(620—650 °C) обусловлена присутствием в нем окиси
свинца.
Фирма Авенс Корнинг Файбергласс (США) запатен-
товала стекловолокнистую электрическую изоляцию
обмоточных проводов без органического связующего для
эксплуатации при 510 °C и составы применяемых в этом
случае боросиликатных 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 характе-
ристики. Стекла, применяемые для изготовления волок-
на, имеют коэффициент теплового расширения, близкий
по величине к коэффициенту расширения меди. Легко-
плавкое стекловолокно содержит 75%)'РЬО и плавится
при 420—450°C. Фирма предлагает несколько вариан-
тов применения изобретения. Во-первых, провод может
обматываться в один слой стекловолокном с низкой тем-
пературой плавления с последующим оплавлением при
термообработке и образованием герметичного монолит-
ного покрытия. Во-вторых, провод может обматываться
в один слой стекловолокном с высокой температурой
плавления. Затем провод погружается в водную суспен-
зию легкоплавкого стеклопорошка и после сушки под-
вергается нагреву, при котором стеклопорошок плавится
и скрепляет витки стекловолокна. Кроме того, как уже
указывалось выше, возможно применение проводов
с двухслойной стекловолокнистой изоляцией, когда на-
ружный слой изготовляется из стекловолокна, оплавляю-
щегося при термообработке. В этом случае если в каче-
стве проводника применяется медь, во избежание
ее окисления термообработка должна производиться
в инертной среде, например в атмосфере азота.
11-2. ПРОВОДА С ГИБКОМ КЕРАМИЧЕСКОМ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Многие керамические материалы, стекла и стекло-
эмали обладают .высокими 'электроизоляционными свой-
ствами, значительно превосходя! при этом обычные орга-
нические материалы по нагревостойкости. Однако ис-
пользование их для изоляции обмоточных проводов за-
труднено, так как эти материалы хрупки и не имеют до-
статочной эластичности, в то время как высокая гибкость
покрытия является одним из основных требований,
предъявляемых к обмоточным проводам. Отдельные не-
органические покрытия приобретают некоторую эластич-
ность в тонких слоях, что обусловливает принципиаль-
ную возможность их применения в производстве обмо-
точных проводов.
Разработка специальных составов керамических ма-
териалов, стекол и стеклоэмалей, соответствующая под-
готовка металла жилы и. специальная технология
нанесения покрытия дают возможность получения
стеклоэмалевых или керамических покрытий, обла-
дающих хорошей адгезией к металлу и приемлемой
эластичностью.
Керамическая изоляция обмоточных проводов обычно
представляет собой композиции, состоящие из огнеупор-
ных материалов, наполнителей и модификаторов. В ка-
честве огнеупорных материалов используются глинозем,
кварц, слюда, тальк, двуокись циркония, двуокись тита-
на, окись хрома, огнеупорная глина, бентонит и другие
высокотемпературные материалы. Эти материалы явля-
ются составной частью керамического покрытия, обеспе-
чивающей его высокую нагревостойкость.
В состав керамического покрытия вводятся уплотните-
ли, обеспечивающие получение однородной, плотной, ме-
ханически прочной изоляции. Для этой цели использу-
ются аз основном электролиты с одновалентными катио-
нами и многовалентными анионами. Такие составляющие
компоненты также способствуют получению максималь-
ного дзета-потенциала взвешенных частичек суспензии,
что весьма важно итри на а /ении покрытий на проволоку
методом электрофореза.
Модификаторы увеличивают гибкость и механическую
прочность покрытия. Такими веществами являются слю-
да, окись цинка, некоторые растворимые силикаты, лег-
коплавкие силикатные флюсы и другие материалы. Неко-
торые компоненты керамического покрытия могут одно-
временно выполнять функции как огнеупорных материа-
лов, так и модификаторов.
В состав легкоплавких силикатных эмалей обычно
входит значительное количество флюсующих материалов,
в качестве которых широкое применение .находят щелоч-
ные окислы. Известно, что удельное электрическое со-
противление стекол определяется их составом. Электро-
проводность стекол имеет обычно ионный характер и воз-
растает с увеличением содержания в них подвижных
ионов, в частности ионов щелочных металлов: лития,
натрия, калия. Особое влияние на электрические свой-
ства керамики и стекол оказывают ионы лития и натрия,
обладающие меньшими ионными радиусами. Ионы калия
менее подвижны.
С повышением температуры происходит упорядоче-
ние структуры стекла и одновременно увеличивается ко-
личество свободных заряженных частиц. Этим обуслов-
лено возрастание электропроводности стекол при нагре-
вании, особенно интенсивное у щелочных стекол.
Поэтому в большинстве рецептур стеклоэмалевых по-
крытий 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
SiO2—РЬО—В2О3 (или близкую к ней). Окись свинца
способствует повышению электроизоляционных свойств
покрытия и увеличению его эластичности. Являясь хоро-
шим флюсующим материалом, окись бора оказывает
влияние на температуру размягчения эмалевого покры-
тия, его поверхностное натяжение и процессы, происхо-
дящие при формировании покрытия. В боросодержащих
эмалях реже встречаются дефекты и они более слабо
выражены, чем в эмалях, не содержащих бора. В боро-
содержащих покрытиях создаются условия, благопри-
ятные 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 со-
держащих окисел бора расплавов облегчают заплавле-
ние мест прорыва мелких газовых пузырьков в слое эма-
ли 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 вто-
рой группы оказывают значительное влияние на поверх-
ностное натяжение, вязкость и другие свойства эмалей.
С увеличением ионного радиуса катиона снижаются вяз-
кость и поверхностное натяжение силикатного расплава,
улучшается его способность растекаться и понижается
интенсивность окисления металла жилы в процессе эма-
лирования, а эмалевое покрытие становится более высо-
кокачественным, не имеющим дефектов.
Отечественной промышленностью выпускаются обмо-
точные провода с тонкослойной стеклоэмалевой изоля-
цией, имеющей поверхностную лакировку органосили-
катным составом. Провода имеют биметаллическую
медно-никелевую жилу (никель наносится методом пла-
кирования) и предназначены для длительной эксплуа-
тации при 400° С, а также для работы при 500° С в те-
чение 2 000 ч. Марка проводов ПЭЖБ.
В качестве основной жаростойкой изоляции этих про-
водов используется борносвинцовая силикатная эмаль,
имеющая величину pv порядка 1016 ом • см при комнат-
ной температуре и 107 ом-см при 500е С. Радиальная
толщина стеклоэмале-
вого покрытия сос-
тавляет 3—7 мкм. Об-
щая диаметральная
толщина изоляции со-
ставляет 0,03—0,07 мм
в зависимости от диа-
метра провода. В ис-
ходном состоянии про-
вод может без растре-
скивания изоляции на-
матываться на стер-
жень диаметром (7-=-
10) d, где d — диаметр
жилы испытываемого
провода. Пробивное
напряжение изоляции
в расчете на одинар-
Рис. 11-7. Зависимость пробивного
напряжения и эластичности изоляции
проводов марки ПЭЖБ от времени
при 500—600 °C.
D—диаметр испытательного стержня; d —
диаметр проводника испытываемого прово-
да; ———-— пробивное напряжение;
— ----- эластичность изоляции.
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
затем остается на неизменном уровне около 200—250 в
«на сторону» (рис. 11-7).
Эластичность изоляции проводов марки ПЭЖБ, как
11-7, снижается в процессе тепло-
видно из данных рис.
Рис. 11-8. Зависимость пробив-
ного напряжения изоляции
проводов марки ПЭЖБ от тем-
пературы.
вого старения при 500° С за
900 ч до Dld=2b и резко
ухудшается после пребыва-
ния при 600° С. Последнее
обстоятельство ограничи-
вает применение таких про-
водов при 600° С и выше.
Температурная зависи-
мость пробивного напряже-
ния изоляции в интервале
300—600° С выражена отно-
сительно слабо (рис. 11-8).
Пробивное напряжение
между двумя слоями со-
ставляет примерно 400 в.
Такой характер зависимо-
сти пробивного напряже-
кремний-
ния от температуры определяется в основном
органическим составом, так как толщина стеклоэмале-
вого покрытия мала.
Зависимость сопротивления изоляции провода марки
ПЭЖБ от температуры показана на рис. 11-9. Сопротив-
ление изоляции определялось на схеме сравнения между
отрезками провода длиной по 1 м, навитыми в два слоя
па фарфоровый цилиндр.
При подъеме температуры до 400° С из-за частичного
выгорания кремнийорганического полимера сопротивле-
ние изоляции уменьшается. В результате образуется
пространственно сшитое -изоляционное покрытие, состоя-
щее из высоконагревостойких неорганических частиц,
сопротивление изоляции которого в диапазоне 400—
600° С остается почти неизменным.
Провода марки ПЭЖБ обладают характерной для
всех типов обмоточных проводов зависимостью сопро-
тивления изоляции от времени пребывания в воздушной
среде повышенной влажности. Для предохранения от
воздействий влаги изделия с обмотками из проводбй
марки ПЭЖБ должны быть компаундированы или гер-
метизированы.
Начато производство проводов подобного типа, кото-
рые могут длительно эксплуатироваться при 500° С.-
Провода имеют марку ПЭЖБ-700; в течение 2 000 ч они
могут работать при 600°С
и в течение 500 ч при
700° С.
В качестве токоведу-
щей жилы для проводов
марки ПЭЖБ-700 исполь-
зуется биметаллическая
проволка серебро — ни-
кель.
Керамическое покры-
тие имеет достаточно вы-
сокие электроизоляцион-
ные характеристики и
прочное сцепление с ни-
келевой поверхностью
жилы. Зависимость со-
Рис. 11-9. Зависимость сопротив-
ления изоляции проводов марки
ПЭЖБ от температуры.
противления изоляции керамического г. крытия от тем-
пературы представлена на рис. 11-10. Пробивная напря-
женность изоляции в нормальных условиях составляет
30 кв/мм.
Нанесение такого керамическою покрытия на прово-
локу производится окунанием или методом электрофоре-
за с последующей тепловой обработкой. Покрытие
образует на проволоке равномерный слой толщиной
7—10 мкм.
Пробивное напряжение керамического покрытия на
проволоке составляет 400—450 в при нормальной тем-
пературе и 350 в при 600° С при испытании образцов
провода, навитых восьмеркой на цилиндры. Провод с
указанной изоляцией может навиваться на сердечник,
диаметр которого в 35 раз больше диаметра проволоки,
без разрушения изоляционного слоя.
Сочетание керамических покрытий с покрытиями из
органосиликатных материалов дает возможность повы-
сить эластичность и улучшить электрические характе-
ристики тонкослойной изоляции провода.
Провода с керамической изоляцией с поверхностным
покрытием органосиликатным составом могут нави-
ваться на стержень, диаметр которого равен 10 диамет-
рам провода, без разрушения изоляционного покрытия
и ухудшения характеристик провода. Изоляционное по-
крытие на основе органосиликатного состава имеет хо-
рошую .прочность на истирание и придает поверхности
провода достаточную гладкость. Органосиликатный со-
став обладает также хорошей адгезией к керамическому
покрытию. Зависимость пробивного напряжения от тем-
пературы, снятая на скрученных
Рис. 11-10. Зависимость сопротивле-
ния изоляции провода марки
ПЭЖБ-700 от температуры.
образцах провода, по-
казана на рис. 11-11.
Анализ состояния про-
водов в процессе их
длительного пребыва-
ния при высокой тем-
пературе показывает,
что в первый период
старения наблюдается
значительное сниже-
ние эластичности изо-
ляции провода с по-
следующей ее стабили-
зацией.
Термин «керамиче-
ская изоляция» в ряде
случаев употребляется
условно в соответствии
с установившейся меж-
дународной практикой.
В 1963 г. в Японии
запатентован жаро-
стойкий электроизоля-
ционный материал сле-
дующего состава: фос-
фат алюминия—100 частей, КРО3—20, Н3РО4—30, поро-
шок слюды—150, вода—400. Вместо КРО3 допускается ис-
пользование Na2HPO4. Изоляция наносится двукратным
покрытием жилы (никелированная медь), нагретой до
50—80° С; сушка каждого слоя производится при 100° С.
Затем на покрытие наносится нагревостойкий лак и изо-
ляцию сушат в печи при 200° С в течение 4 ч. Оконча-
тельное спекание изоляции происходит при нагреве обмо-
ток в течение 4 ч при 500° С. Длительная рабочая темпе-
ратура проводов с такой изоляцией составляет 400—
500° С.
Для тех же длительно допустимых ра очих темпера-
тур предлагается другой электроизоляционный состав,
также накладываемый на никелированную медь. Этот
материал получают смешиванием 20—70 частей 2—40% -
ного силикагеля, 30—95 частей измельченного кварцево-
го песка, асбеста, слюды и талька (размер частиц от 5
до 150 мкм) и 10—100 частей В2О3, MgO, РЬО2, СаО или
другого окисла. Примерная рецептура одной из компози-
ций материала (в частях):
порошок слюды (степень
измельчения 250 меш)—87,
В2О3—17,4; 40%-ный рас-
твор силикагеля — 70. Режим
сушки покрытия: 12 ч—
при комнатной температу-
ре, 2 ч— при 100° С, 2 ч—
при 300° С и 2 ч — при
600° С. Покрытие имеет
электрическую прочность
3,3—6 кв/мм.
Американская фирма
Фелпс Додж Коппер Про-
дакте с целью получения на-
гревостойких проводов пред-
лагает наносить на проволо-
ку двух- или многослойную
Рис. 11-11. Зависимость про-
бивного напряжения проводов
марки ПЭЖБ-700 от темпера-
туры.
изоляцию, состоящую из смеси аморфной и кристалличе-
ской фаз неорганического материала, поверх которой на-
кладывается полимерный материал, не дающий электро-
проводящего остатка при обжиге. В состав керамической
изоляции входят бораты, боросиликаты или силикаты
свинца, боросиликаты бария и подобные им материалы
и кристаллические окислы — окись хрома и двуокись ти-
тана. Керамическая изоляция наносится из суспензии
слоем толщиной 1,2—6 мкм и спекается в окислитель-
ной атмосфере при 700—1 040° С в течение 27—180 сек.
Окислы, образующиеся на поверхности проводника, ра-
створяясь в аморфной составляющей керамической изо-
ляции, обеспечивают высокую адгезию слоя изоляции к
проводнику. Керамическое покрытие наносится в не-
сколько слоев до получения общей толщины изоляции
после спекания порядка 4—12 мкм. Толщина внешней
полимерной пленки составляет 1—6 мкм. После того как
из провода изготовлена катушка, последняя нагревается
и полимерная пленка, задачей которой являлось сохра-
нение целостности керамической изоляции при намотке
изделия, выжигается при 370° С. Провода с керамичес-
кой изоляцией, запатентованные фирмой, допускают на-
вивание на стержень, диаметр которого равен' 2—6 диа-
метрам провода. Изоляция проводов выдерживает на-
пряжение 330 в при 400° С, 300 в при 500° С и 180 в
при 600° С.
Глава двенадцатая
МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА
12-1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИЯХ МОНТАЖНЫХ
ПРОВОДОВ
Монтажные провода применяются для осуществле-
ния электрических соединений в приборах и аппаратах
и других электротехнических устройствах, радиотехни-
ческих и иных схемах. Потребность в этих проводах
различных конструкций особенно резко возрасла в связи
с бурным развитием радиоэлектроники, вычислительной
техники, автоматики, телемеханики и других отраслей
техники. Во всех указанных устройствах монтажные про-
вода применяются в весьма значительных количествах;
от них зависит надежная работа многих ответственных
агрегатов, и поэтому монтажные провода являются су-
щественной частью этих устройств.
В результате огромного роста ассортимента и объ-
ема производства монтажные провода представляют со-
бой самостоятельную группу кабельных изделий.
Основным материалом для изготовления токопрово-
дящих жил монтажных проводов является мягкая мед-
ная проволока (марка ММ, ГОСТ 2112-62, см. § 1-2).
Для монтажных проводов, предназначенных для работы
при повышенных температурах, целесообразно примене-
ние бескислородной меди, обладающей в этих услови-
ях большой устойчивостью (см. § 1-1).
В особых случаях, когда от токопроводящих жил,
преимущественно малых сечений, требуется повышенная
прочность при действии растягивающих усилий, принима-
ются следующие меры:
1. Изготовление токопроводящих жил из сплавов на
основе меди, обладающих повышенной механической
прочностью. Проволока из таких сплавов, по данным
фирмы Сильвания Электрик Продакте (США), имеет
электропроводимость, составляющую 30—40%' электро-
проводимости стандартной электролитической меди; раз-
рывная прочность у отожженной проволоки составляет
31—43, а у твердой 60—77 кге/мм2.
2. Применение жилы с сердечником из проволоки,
изготовленной из особо прочных сплавов. Вокруг сердеч-
ника накладываются повивы из обычной медной прово-
локи. В этом случае увеличение.электрического сопро-
тивления жилы незначительно и обычно не превышает
15%. При растяжении распределение напряжений в уп-
рочняющем сердечнике и повивах из медной проволоки
будет пропорциональным их модулю упругости, так что
напряжение растяжения в медных проволоках будет
значительно меньшим, чем в упрочняющей части жилы.
Это необходимо учитывать при расчете механической
прочности токопроводящих жил монтажных проводов.
В процессе монтажа количество паек, приходящихся
на каждый метр длины провода, получается довольно
большим, в особенности при монтаже малогабаритных
радиоэлектронных приборов, систем автоматики, элек-
тронно-вычислительных устройств и т. п. Пайки в отно-
шении надежности обычно являются наиболее слабыми
местами. Поэтому для повышения качества соединений
и облегчения выполнения пайки большая часть медной
проволоки, которая предназначается для изготовления
жил монтажных проводов, покрывается соответствую-
щими металлами или сплавами. Обычно для этой цели
применяется горячее лужение проволоки чистым оловом
или свинцово-оловянистым сплавом с содержанием оло-
ва не менее 40% (ПОС-40 и т. п.). Помимо повышения
качества пайки, полуда предохраняет медную проволо-
ку от окисления при хранении и во время эксплуатации,
в особенности при повышенных температурах.
При температурах эксплуатации выше 200° С необхо-
дима надежная защита медной проволоки от окисления.
В этом случае для жил монтажных проводов применя-
ются обычно покрытия серебром, никелем и — реже —
нержавеющей сталью. Характеристика качества таких
покрытий приведена выше (см. § 1-5). Защитные покры-
тия из никеля обладают значительным преимуществом
в сравнении с серебром, наносимым на медную проволо-
ку гальваническим способом.
Весьма существенное значение для практики имеет
гибкость токопроводящих жил и конструкций монтаж-
ных проводов в целом.
Если гибкость проволоки F характеризовать усилием,
которое необходимо для изгиба ее по окружности опре-
деленного радиуса, то она может быть выражена следу-
ющим образом:
F = 1/кгс-мм2,
В EJ '
(12-1)
где В — жесткость проволоки; Е — модуль упругости, ко-
торый для мягкой медной проволоки при 20° С может
быть принят равным 11 700 кгс/мм2; при 200° С его ве-
личина составляет примерно 11 000 кгс]мм2, а при 250—
300° С 10 200 кгс/мм2', J — момент инерции сечения про-
волоки.
Для круглой проволоки диаметром d
J=^rr'l^0,05di-
4 ’
(12-2)
Таким образом, гибкость токопроводящих однопрово-
лочных жил резко уменьшается с увеличением их диа-
метра. Поэтому в тех случаях, когда от монтажных про-
водов требуется повышенная гибкость, применяются
жилы, скрученные из тонкой проволоки. Чем меньше ди-
аметр отдельных проволок (т. е. чем больше их число
при одном и том же сечении жилы), тем больше гибкость
провода. Это нетрудно показать и расчетным путем.
Возьмем жилу, составленную из п параллельно распо-
ложенных проволок, и сравним ее с однопроволочной
жилой диаметром D равновеликого сечения. В этом слу-
чае
Гибкость п параллельно расположенных проволок
0,05nd4£
0,05D4£
откуда следует, что скрученная жила будет иметь гиб-
кость, в п раз большую в сравнении с однопроволочной
жилой.
Гибкость скрученных мйогопроволочйых жил будет
значительно большей, так как отдельные проволоки при
изгибе будут иметь возможность перемещаться одна
относительно другой. Кроме того, у расположенной по
винтовой линии проволоки при изгибе один участок про-
волоки будет растягиваться, а следующий за ним (через
половину шага скрутки) —сжиматься, что также будет
способствовать повышению гибкости скрученных жил по
сравнению с однопроволочными.
Различают два основных вида скрутки круглой про-
волоки в жилу: правильную и шнуровую. При правиль-
ной скрутке вокруг одной или нескольких центральных
проволок концентрично накладывается один или не-
сколько повивов остальных проволок. При шнуровой
скрутке все проволоки, неупорядоченно расположенные
одна относительно другой, скручиваются в одну сторо-
ну-
При применении правильной скрутки в центре жилы
обычно располагается одна или (реже) три проволоки.
Наружные диаметры таких скрученных жил на основа-
нии элементарных геометрических соотношений выра-
жаются следующими уравнениями:
/)1 = (2/гп 1 (12-3)
Ds = (2«n + 0,15)d, I '
где rf —диаметр скручиваемых проволок; пп — число по-
вивов, причем центральные проволоки считаются первым
повивом.
Общие количества проволок в этих жилах будут со-
ставлять:
S1 = 3«n(«n 1)4~1; | Л9.4А
Ss = 3«2. I
3 и /
При скрутке многопроволочных жил существенное
значение имеет шаг скрутки, т. е. расстояние по длине
скручиваемой жилы, которое соответствует полному обо-
роту вокруг нее отдельной проволоки. Обычно шаг
скрутки характеризуют коэффициентом т, определяе-
мым на практике часто как отношение длины шага
скрутки к наружному диаметру данного повива DB, т. е.
m=h!Dn. (12-5)
Рис, 12-1. Поло-
жение отдельной
проволоки в по-
виве.
в том, что длина
Точнее, какэтобудетпоказано
ниже, этот коэффициент должен опре-
деляться как отношение шага скрут-
ки к диаметру окружности, проведен-
ной через центры сечений проволок
данного повива.
При правильной скрутке число
проволок от повива к повиву, как из-
вестно, увеличивается обычно на 6.
Однако при коэффициенте скрутки
менее 10 это увеличение числа про-
волок 'будет уже меньшим. Дело в
том, что каждая проволока в повиве
представляет собой винтовую линию
и ее сечение плоскостью, перпендику-
лярной оси жилы, будет эллипсо-
видным.
• Из рис. 12-1 нетрудно убедиться
большой оси эллипса сЦ зависит от
угла скрутки а, а именно:
dt = — = d j/1 -ф- etg2 а
1 sin а ’ 1 °
d (1 -ф- cig2 d (1 -ф- k).
Таким образом, разность между dt и d характеризуется
величиной
^ = -^-ctg2a = l/2tg2a.
Из рис. 12-1 следует, что
tg а
mD
nD
и, следовательно,
(12-6)
Очевидно, что при малых шагах скрутки величина
коэффициента k значительно возрастает, что и приводит
к j меныпению числа проволок в повиве.
При скрутке токопроводящих жил
монтажных проводов существенное
значение имеет так называемая укрут -
ка, т. е. приращение длины скручи-
ваемых проволок по сравнению с дли-
ной скрученной жилы.
Если сделать развертку любой из
скрученных проволок повива на пло-
скость, то она изобразится гипотену-
зой прямоугольного треугольника А
(рис. 12-2), большой катет которого
будет равен длине шага, а малый —
длине окружности диаметром £>ср, проведенной через
центры сечений проволок данного повива, т. е.
lt=V’ k2D2 A-m2D2 ;
так как h = mDcv, пользуясь последним соотношением,
получим далее:
Рис. 12-2. Разверт-
ка одного шага
проволоки.
Отсюда укрутка (относительное приращение длины)
AZ =/, — ft;
Д/ =
(12-7)
Таким образом, укрутка равна величине коэффициен-
та k. К этому выводу можно прийти сразу, если рассмот-
реть подобие треугольников 1 и 2 (см. рис. 12-1).
Как указывалось выше, па практике коэффициент т
часто определяют как отношение шага скрутки к наруж-
ному диаметру жилы £>н- Вычисление величины укрутки
с помощью уравнения (12-7) по полученному таким об-
разом значению т может привести к существенной по-
грешности. Если считать m=h!Dn, то для получения точ-
ного результата и в этом случае необходимо пользо-
ваться соотношением
<.=К «Ч + = '«с. ]/| + «
1
1 (Dg-d)2'
2 ‘ т2 л2
II
откуда укрутка будет равна:
А/
1 п2 /. d V
~ 2 ' /и2 Г DB J ‘
(12-8)
В частности, для семипроволочных жил, для которых
Da - - 3d,
а » 2 л2
Ы — "о------2
9 т2
(12-9)
л Ч \р
\ Гтшш I I I I I 1 *
Рис. 12-3. Принципиальная схема
определения гибкости монтажного
провода.
Как показывают проведенные исследования, система
скрутки не сказывается существенно на гибкости мон-
тажных проводов. При
обоих видах скрутки жил
одинаковых сечений по-
лучаются близкие резуль-
таты, если определение
гибкости производить из-
мерением прогиба образ-
ца по схеме, показанной
на рис. 12-3. Характери-
стикой гибкости здесь яв-
ляется стрела прогиба,
величина которой при
5олыпе, чем меньше жест-
кость конструкции В.
Система скрутки также заметно не влияет и на ре-
зультаты испытаний монтажных проводов на перегибы
с помощью прибора, схематически показанного на
рис. 12-4.
Для большинства конструкций монтажных проводов
прочих равных условиях тем
существенное значение имеет длительная прочность токо-
проводящих жил в местах их пайки к элементам элект-
рических схем, так как
очень часто отказы
в работе многих
устройств происходят
именно вследствие об-
рыва монтажных про-
водов в этих местах.
Особенно часто такие
явления имеют место
в аппаратуре и схемах,
зодвергающихся дейст-
вию вибрации.
Рис. 12-4. Схема установки для испы-
тания жилы монтажных проводов на
перегибы.
1 — груз; 2 — жила; 3 — валики.
Исследования в ОКБ КП показали, что, помимо ко-
личества проволок в жиле, .длительная прочность их в
местах пайки зависит от проникновения припоя (при
пайке) вдоль жилы провода, так как в этом месте об-
разуется затвердевший участок жилы, способствующий
ускоренному ее разрушению при вибрации. Шнуровая
скрутка в этом отношении существенно уступает пра-
вильной скрутке, так как при пайке жил, скрученных
шнуровой скруткой, припой распространяется на зна-
чительно большую длину, чем при пайке жил, скручен-
ных правильной скруткой.
Гибкость изолированных монтажных проводов зави-
сит также от гибкости наложенной изоляции. Жесткость
конструкции изолированного провода в целом можно
считать равной сумме жесткостей жилы и изоляции, т. е.
^пр — 4"
Следовательно, гибкость изолированного провода
(12-10)
Момент инерции сечения изоляционного слоя для
круглых проводов можно определить с помощью уравне-
ния
=0,05 (//-<),
где £>„ — наружный диаметр провода; dm — диаметр то-
копроводящей жилы.
Зная модуль упругости электроизоляционного мате-
риала, нетрудно рассчитать гибкость изоляции Fm. Если
резиновая изоляция имеет модуль упругости в пределах
50—60 кгс/см2, поливинилхлоридный пластикат около
200 кгс]см2, то у полиэтилена высокого давления он ра-
вен около 1 500 кгс!см2, а у полиэтилена низкого давле-
ния и политетрафторэтилена модуль упругости может
быть равен до 7 000 кгс[см2.
На основании изложенного можно считать, что гиб-
кость изолированного провода с однопроволочной жи-
лой определяется в основном гибкостью самой жилы, а
у изолированных проводов с многопроволочной жилой
на гибкость провода существенное влияние оказывает
также гибкость изоляционного слоя.
Шнуровую скрутку токопроводящих жил можно при-
менять для монтажных проводов, которые в эксплуата-
ции не подвергаются вибрационным воздействиям; в
противном случае целесоооразно применение токопрово-
дящих жил, скрученных правильной скруткой.
В зависимости от предъявляемых требований и ус-
ловий эксплуатации монтажные провода изготовляются
с различными видами изоляции. Монтажные провода
нормальной нагревостойкости можно разделить на две
основные группы: 1) провода с волокнистой и пленоч-
ной изоляцией; 2) провода с пластмассовой изоляцией.
Монтажные провода повышенной нагревостойкости
пока изготовляются преимущественно с изоляцией из
фторопласта различных марок, а также с комбиниро-
ванной изоляцией из стекловолокна, фторопласта и т. п.
Ввиду многочисленности конструкций ниже дается
характеристика только основных типов монтажных про-
водов.
К монтажным проводам, применяемым в радиоэлек-
тронной аппаратуре, современных электронно-счетных
машинах и т. п., предъявляется ряд дополнительных
требований в отношении наружных размеров, гибкости
и т. п. Эта группа .монтажных проводов ниже рассмот-
рена особо.
12-2. МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ
и пленочной изоляцией
.На монтажные провода с волокнистой и пленочной
изоляцией распространяется ГОСТ 10349-63.
Наименование, маркировка, вид изоляции и допу-
стимое рабочее напряжение переменного тока в соот-
ветствии с указанным стандартом приведены для этих
проводов в табл. 12-1, а ассортимент и максимально до-
пустимые наружные диаметры—в табл. 12-2.
В качестве изоляционного материала предусматри-
вается применение полиамидного волокна капрон. В
лакированных монтажных проводах марок МШДЛ,
МЭШДЛ и МГШДЛ вместо полиамидного волокна до-
пускается применение полиэфирного волокна лавсан,
отчего качество этих проводов должно только повы-
шаться. В этом нетрудно убедиться, если сравнить элек-
троизоляционные и физико-механические свойства ука-
занных волокон (см. § 8-9). Авторы считают целесооб-
разным по этой причине применение волокна лавсан и
при изготовлении монтажных проводов с волокнистой
Таблица 12-1
Маркировка, наименование и номинальное рабочее
напряжение монтажных проводов с волокнистой и
пленочной изоляцией
Марка провода Наименование провода и характеристика изоляции Номинальное рабочее напря- жение, в
мшдл Однопроволочный с двойной обмоткой из полиамидного шелка, лакирован- ный 220
МЭШДЛ Однопроволочный эмалированный с двойной обмоткой из полиамидного шелка, лакированный Многопроволочный в оплетке из поли- амидного шелка 220
МГШ 24
МГШД Многопроволочный с двойной обмот- кой из полиамидного шелка 60
МГШДО Многопроволочный с двойной обмоткой и оплеткой из полиамидного шелка 127
мгшдоп Многопроволочный с двойной обмоткой и подклеенной оплеткой из полиа- мидного шелка 127
мгшдл Многопроволочный с двойной обмоткой из полиамидного шелка, лакирован- ный 220
мгцшп Миогопроволочный с пленочной изоля- цией с двойной обмоткой и подкле- енной оплеткой из полиамидного шелка 220
мгсл Многопроволочный в обмотке и оплет- ке из стекловолокна, лакированный 127
мгслэ То же, экранированный Многопроволочный с пленочной изо- ляцией в обмотке и оплетке из стек- ловолокна , лакированный 127
мгцсл 220
мгцслэ То же, экранированный 220
изоляцией других конструкций, приведенных в табл.
12-1.
Номинальные диаметры и число проволок в токо-
проводящих жилах, а также максимально допустимое
сопротивление постоянному току последних приведены
для рассматриваемого типа проводов в табл. 12-3. Мед-
ная проволока, предназначаемая для экранировки и
изготовления токопроводящих жил монтажных прово-
дов всех конструкций за исключением марок МЭШДЛ
и МГШ, должна быть покрыта (облужена) свиицово-
оловянистым сплавом с содержанием олова не менее
t а б лиц a 12-2
Максимальный наружный диаметр монтажных
проводов с волокнистой и пленочной изоляцией
0,05 0,6 0,7 1,0 1,0 0,8
0,07 — — 0,7 0,8 1,1 1,1 0,9 —- .—
0,10 0,9 0,9 0,8 0,9 1,2 1,2 1,0 — —
0,20 1,1 1,1 .—. 1,0 1,3 1,3 1,3 1,7 1,6
0,35 1,3 1,3 .— 1,2 1,5 1,5 1,4 1,9 1,8
0,50 1,4 1,4 -—. 1,3 1,6 1,6 1,5 2,2 1,9
0,75 1,6 1,6 — — 1,8 1,8 -— 2,5 2,1
1,0 — — — — 1,9. 1,9 —— 2,7 2,3
1,5 — — — 2,3 2,3 -— 2,9 2,6
2,5 — — — — 2,7 2,7 .—- 3,3 —
4,0 -— 4,1 —
6,0 .. . " i — — — — -— — — 4,7 —
— — —
2,2 — —
2,4 2,1 2,7
2,5 2,3 2,9
2,7 2,6 3,2
2,9 2,7 3,3
3,2 3,0 3,6
-— 3,5 4,1
— 4,4 5,0
— — —
40 % • Жилы монтажных проводов марок МЭШДЛ и
МГШ изготовляются из нелуженой проволоки.
Шаг скрутки внутренних повивов должен быть не
более 25 dn, а наружного повива—не более 16 dn
(здесь dv — наружный диаметр соответствующего по-
вива).
Из табл. 12-3 видно, что электрическое сопротивле-
ние многопроволочных жил сечением 0,10—0,5 мм2 на
12—3% больше, чем однопроволочных жил тех же но-
минальных сечений. Здесь сказываются укрутка, а так-
же большее влияние на величину электропроводимости
отрицательных допусков у проволок малых сечений, чем
у проволок бол»е крупных диаметров.
При изготовлении многопроволочных токопроводя-
щих жил допускается пайка или сварка отдельных
проволок на расстоянии между местами паек не менее
1 м. Пайка или сварка всей жилы в одном месте не
допускается.
Обмотка волокном должна производиться равномер-
но в противоположных направлениях, причем верхняя
обмотка должна иметь правое направление. До послед-
него времени при изготовлении монтажных проводов
марок МГЦШЛ, МГЦСЛ и МГЦСЛЭ применяется
Т аблица 12-3 Конструкции токопроводящих жил монтажных проводов с волокнистой и пленочной изоляцией
Номинальное сечение жи« лы, Однопроволочная жила Многопроволочная жила
Номинальный диаметр про- волоки, мм Сопротивление постоянному то- ку прн 20° С, ом]нм, ие более Число проволок Номиналь- ный диа- метр про- волоки, мм Сопротивление постоянному току при 20° С, ом/км, не бо’ лее
0,05 0,07 0,10 0,20 0,35 0,50 0,75 1,0 1,5 2,5 4,0 6,0 0,05 0,07 0,10 Для г 0,37 0,52 0,68 0,79 0,97 роводов всех ма 184 92 53 37 25 Для проводов л рок., к рол 7 9 13 26 20 16 24 32 19 35 49 49 парка МГ 40 26 20 te МГШ 0,10 0,10 0,10 0,10 0,Т5 0,20 0,20 0,20 0,32 0,30 0,32 0,39 Ш 0,04 0,06 0,08 390 275 195 98 56 38 25 18,4 13,8 8,0 5,0 3,3 450 300 210
триацетатная пленка толщиной 0,02—0,025 мм, кото-
рая должна накладываться с перекрытием. Применение
для указанной цели полиэфирной пленки лавсан дол-
жно значительно повысить качество монтажных прово-
дов.
Оплетка волокнистыми материалами, а также экра-
нирующая оплетка из медных луженых проволок диа-
метром 0,10—0,15 мм должны быть наложены без утол-
щений; при обрыве нитей или проволок концы их дол-
жны быть коротко подстрижены. Плотность оплетки
волокнистыми материалами должна быть не менее 90%,
а экранирующих оплеток — не менее 85%•
Лакировка поверхности проводов повышает их элек-
троизоляционные свойства; кроме того, она предохра-
няет обмотку от распускания и сползания с концов
провода. С этой же целью, а также для предупрежде-
ния скольжения оплеток по проводу производится под-
клейка последних у проводов марок МГШДОП и
МГЦЩП.
ля лакировки проводов обычно применяется этил-
целлюлозный лак, который дает достаточно эластич-
ную, малогорючую и стойкую при воздействии нагрева
(до 100—105° С) и охлаждения (до минус 60° С) плен-
ку. Кроме того, процесс пленкообразования у этилцел-
люлозного лака происходит при невысоких температу-
рам (70—:85° С).
Сопротивление изоляции образцов монтажных про-
водов длиной 4,5 м, навитых на металлический цилиндр
диаметром 20 мм, после 24 ч пребывания в атмосфере
с относительной влажностью, указанной в табл. 12-4,
должно быть после пересчета на 1 м длины не менее
величин, приведенных в табл. 12-4. Сопротивление изо-
ляции экранированных проводов измеряется между
жилой и экранирующей оплеткой.
Таблица 12-4
Сопротивление изоляции ^образцов монтажных проводов
с волокнистой и пленочной изоляцией (на 1 м длины)
Марка провода Относительная влажность возду- ха, % Сопротивле- ние изоляции, Мом, не менее
МЭШДЛ 95+3 1 000
мшдл, мгшдл, мгцшп 300
мгцсл, мгцслэ 80+3 200
мгсл, мгслэ 10
мгшд, мгшдо, мгшдоп 65+3 100
Напряжение переменного тока, которое монтажные
провода рассматриваемого типа должны выдерживать
в течение 1 мин, должно быть не менее величин, указан-
ных в табл. 12-5, причем это испытание обычно произво-
дится на тех же образцах, у которых предварительно
определялось сопротивление изоляции.
Таблица 12-5
Испытательные напряжения изоляции образцов
монтажных проводов с волокнистой и пленочной изоляцией
Марки провода Напряжение пе- ременного тока, в
мшдл, МЭШДЛ, мгшдл, мгцшп, мгцсл, 1 000
мгцслэ
мгшдо, мгшдоп, мгсл, мгслэ 500
мгшд 300
МГШ 100
Рассматриваемые монтажные провода могут изготов-
ляться с различными как сплошными, так и комбиниро-
ванными расцветками. Сплошная расцветка достигается
применением соответствующих цветных волокон или по-
кровного лака, а комбинированная — введением пряди
цветных волокон «а белом фоне.
12-3. МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА С ПЛАСТМАССОВОЙ
И РЕЗИНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Монтажные провода с такой изоляцией можно приме-
нять для эксплуатации при повышенной влажности окру-
жающей среды и возможности конденсации водяных па-
ров, но при более низких допустимых температурах
(обычно в пределах от минус 50 до плюс 70—85°C).
В различных приборах и устройствах сильных токов
пока преимущественное применение находят монтажные
провода с поливинилхлоридной изоляцией, обладающей
хорошими механическими характеристиками, негорюче-
стью, достаточной масло- и влагостойкостью и т. п. Кро-
ме того, поливинилхлоридный пластикат имеет значи-
тельно меньший модуль упругости в сравнении с поли-
этиленом. Последний, правда, обладает более высокими
электроизоляционными свойствами, однако он несколько
оплавляется при пайке и дает при этом значительную
усадку изоляции. Эти явления можно в значительной ме-
ре устранить, если предварительно токопроводящую
жилу обмотать волокнистым материалом (волокном лав-
сан, стекловолокном и т. п.).
Для фиксированного внутри- и межприборного мон-
тажа электротехнических устройств напряжением пере-
менного тока до 380 в частотой до 2 000 гц или 1 500 в
напряжения постоянного тока при сечении жилы 0,08—
0,14 мм2 и до 1 000 в переменного тока при сечении жи-
лы 0,20—1,5 мм2 широкое применение находят провода
с волокнисто-пластмассовой изоляцией. Указанные про-
вода могут применяться при воздействии вибрационных
нагрузок в диапазоне частот ГО—2'000 гц с ускорением
до 15 g, многократных ударов (до 10 000) с ускорением
до 50 g и одиночных ударов с ускорением до 2 000 g.
Рассматриваемые провода можно разделить на две
основные группы.
Первую группу составляют монтажные провода
с однопроволочной и многопроволочной жилами с обмот-
кои триацетатным волокном й поливинилхлоридной
изоляцией (марки МШВ и МГШВ), экранирован-
ные (МГШВЭ) и экранированные в защитной поливи-
нилхлоридной оболочке (марка МГШВЭВ).
Вторую группу составляют провода с изоляцией из
полиэтилена высокого давления с предварительной об-
моткой одно- или многопроволочной жилы триацетатным
шелком или волокном лавсан, или стекловолокном (мар-
ки проводов соответственно МШП, МГШП, МГШПЭ,
МГСП и МГСПЭ).
Таблица 12-6
Сортамент и допустимые наружные диаметры монтажных
проводов с волокнисто-пластмассовой изоляцией
Наружный диаметр проводов, мм
МШв,
МШП
МГШВ,
мгшп
МГСП
МГШВЭ,
МГШПЭ
МГСПЭ МГШВЭВ
не более
"не бо-
лее
не более
0,08
0,12
0,14
0,20
0,35
0,5
0,75
1,0
1,5
2X0,35
2X0,5
2X0,75
3X0,35
3X0,5
3X0,75
1.1
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
1,0
1,6
1,9
2,0
2,3
2,6
2,7
0,9
0,9
1,2
1,4
1,7
2,0
2,2
2,4
1,3
1,4
1,6
1,9
2,2
2,5
2,8
3,0
1,1 1,45
1,4
1,5
1,7
2,0
1,8
2,0
2,1
2,4
1,9
2,0
2,2
2,5
2,8
3,3
4,6
5,2
5,8
4,9
5,4
6,8
2,4
2,6
3,0
4,6
4,9
5,1
2,9
3,0
3,5
Сортамент и допустимые наружные диаметры указан-
ных проводов обеих групп приведены в табл. 12-6. Мно-
гопроволочные токопроводящие жилы сечением 0,14 мм2
должны скручиваться из медных проволок диаметром
3,10 мм, сечением 0,12 и 0,20 мм2 — соответствовать ти-
пу II, а остальных сечений —типу III ГОСТ 1956-64, ко-
торый распространяется на круглые медные жилы кабе-
лей и проводов с резиновой и пластмассовой изоляцией.
Токопроводящие жилы указанных проводов должны
изготовляться из медной проволоки, луженой свинцово-
оловянистым сплавом марки не ниже ПОС-61.
В монтажных проводах марок МГСП и МГСПЭ
(с изоляцией из стекловолокна и полиэтилена низкого
давления) токопроводящая жила механически усили-
вается расположенной в центре луженой биметалличе-
ской сталемедной проволокой диаметром 0,15—0,26 мм
(в зависимости отсечения жилы).
Волокнистая изоляция должна состоять из двух слоев
обмоток, накладываемых на жилу в «противоположных
направлениях. Наружный пластмассовый слой у прово-
дов всех указанных выше марок может быть как нату-
рального цвета, так и окрашен в различные цвета. Экран
должен изготовляться из луженой проволоки диаметром
0,15 мм и иметь плотность для провода марки МГСПЭ
не менее 60%, а для других экранированных проводов—
не менее 70%.
У многожильных проводов две жилы перед экраниро-
ванием располагаются параллельно, а три скручиваются
между собой.
До наложения экрана изолированные жилы должны
быть испытаны на аппарате для сухого испытания на-
пряжением переменного тока 4 000 в (для проводов се-
чением 0,08—0,20 мм?) или 7 000 в (для сечений 0,35 мм2
и более). Неэкранированные провода после пребывания
в течение 1 ч в воде должны выдержать в течение 1 мин
испытание напряжением 800 в переменного тока (для се-
чений 0,08—0,20 мм2) и 2 000 в (для более крупных сече-
ний). Экранированные провода подвергаются тем же
испытаниям, но без погружения в воду.
Сопротивление изоляции 1 м провода при 20 °C долж-
но быть у проводов с волокнисто-поливинилхлоридной
изоляцией не менее 20 000 Мом и с волокнисто-полиэтиле-
новой не менее 200000 Мом, а при 50 ±5 °C (после 6 ч
выдержки при этой температуре) соответственно не ме-
нее 1 000 и 10 000 Мом.. Провода марки МГСП при 250+
+ 5 °C (после ГО мин выдержки при этой температуре)
должны иметь сопротивление изоляции на длине 1 м. не
менее 100 Мом.
Провода подвергаются также пяти-шести цикличе-
ским воздействиям температуры, изменяющейся в пре-
делах от —-50 до + 100 °C (в случае поливинилхлорид-
ной изоляции) и от —60 до +100 °C (для изоляции из
полиэтилена). После таких циклических воздействий тем-
пературы сопротивление изоляции 1 м провода должно
быть не менее 10 000 Мом, а пробивное напряжение пере-
менного тока — не менее 800 в (для сечений 0,08—
0,20 мм2) и 1 500 в (для остальных сечений).
Для общепромышленного применения наибольшее
распространение получили монтажные провода с одной
поливинилхлоридной и частично с полиэтиленовой изо-
ляцией. В соответствии с проектом ГОСТ провода с поли-
винилхлоридной изоляцией могут изготовляться для ра-
боты при номинальных напряжениях 500 и 1 000 в и час-
тоте до 5 000 гц или соответственно 700 и 1 400 в
постоянного тока при температурах от —40 до +70°C.
Указанные провода могут изготовляться только с поли-
винилхлоридной изоляцией, а также с наложением экра-
на поверх этой изоляции (марки соответственно ПВ-500,
ПВ-1000, ПВЭ-500 и ПВЭ-1000). Кроме того, аналогич-
ные провода с поливинилхлоридной изоляцией изготов-
ляются с дополнительной защитной оболочкой из капрона
(марки соответственно ПВК-500, ПВКЭ-500, ПВК1000
и ПВКЭ-1000).
Провода с полиэтиленовой изоляцией пока изготов-
ляются только для рабочих напряжений 500 в перемен-
ного тока (или 700 в постоянного тока) и эксплуатации
в температурном интервале от —40 до +85°C с одной
пластмассовой изоляцией, а также с экранировкой и за-
щитной капроновой оболочкой (марки соответственно
ПП-500, ППЭ-500 и ППКЭ-500). Провода обоих типов
могут изготовляться одножильными с сечением токо-
проводящих жил в интервале 0,08—2,5 мм2 (экраниро-
ванные—сечением 0,12—2,5 мм2), а также двух- и трех-
жильными с сечением жил 0,12—1,00 мм2. Конструкции
токопроводящих жил должны соответствовать в зави-
симости от величин сечений типам I и II ГОСТ 1956-64.
По особому соглашению между заказчиком и постав-
щиком допускается изготовление проводов с токопрово-
дящими жилами тип III ГОСТ 1956-64.
Номинальная толщина изоляции этих монтажных
проводов на рабочее напряжение 500 в переменного тока
составляет 0,35мм (минимальная толщина 0,20мм), и на
1000в —0,45мм (минимальная толщина 0,35мм), кап-
роновой оболочки —0, Юлглг (минимальная толщина
0,07лш). Изоляция проводов может иметь сплошную ок-
раску семи различных цветов. Провода стойки против
воздействия повышенной влажности, бензина и масла;
они должны быть грибоустойчивыми и сохранять в оп-
редеденной степени эластичность при минус 40 °C. Они
могут также выдерживать вибрационные нагрузки часто-
той 600 гц с ускорением до 10 g и ударные нагрузки
(до 7 g). Экранированные провода должны выдерживать
в течение 1 мин испытание напряжениями переменного
тока 2000 и 3 000в (соответственно для рабочих напря-
жений 500 и 1000 в), а неэкранированные провода ис-
пытываются на аппаратах сухого испытания напряжения-
ми 5000 и 7 000 в. Примерные величины наружных диа-
метров монтажных проводов указанной группы приведе-
ны в табл. 1'2-7.
Монтажные провода изготовляются также с полиэти-
леновой изоляцией, подвергнутой специальному облуче-
нию (марки МПО и МПОЭ). Такие провода изготовля-
ются с сечением жил 0,15—6,0 мм2 и толщиной изоляции
0,3—0,45 мм.. Они имеют сопротивление изоляции 20 °C
не менее 50 000 Мом. • м и при 100 °C не менее 1 000 Мом. • м.
Испытательное напряжение изоляции 2 000—3 000 в.
Для работы в температурном интервале от —60 до
+ 150 °C облученная полиэтиленовая изоляция проводов
комбинируется с дополнительной обмоткой волокном
лавсан (провода марки МЛТП), а также с дополнитель-
ной оплеткой из стекловолокна (МСТПС). Провода с
комбинированной облученной полиэтиленовой и волок-
нистой изоляцией могут работать при 150 °C в течение
10 000 ч и допускают нагрев в течение 3 ч до 200 °C.
В небольшом количестве изготовляются монтажные
провода с резиновой изоляцией в хлопчатобумажной оп-
летке, пропитанной парафином (МР, МРП, МРГПЭ и
др), а также в оплетке, лакированной нитроцеллюлоз-
ным лаком (МРЛ, МРЛГ). Эти провода изготовляются
сечением жил 0,35—2,5 мм2 и имеют толщину резиновой
изоляции около 0,6 мм. Наружная оплетка у экранизиро-
ванных проводов, как и у проводов других типов, выпол-
няется из медной луженой проволоки диаметром 0,15—
0,20 мм.
Большую группу составляют малогабаритные мон-
тажные провода, применяемые в радиоэлектронной ап-
паратуре, а также для других межприборных соедине-
ний. Так)ие провода нормальной нагревостойкости изго-
товляются преимущественно с полиэтиленовой изоляцией
и в несколько меньшем объеме с поливинилхлоридной изо-
ляцией.
Ассортимент и наружные диаметры монтажных
Сечение токопрово- дящей жи- лы, мм^ Наружные диаметры проводов.
ПВ-500; ПП-500 ПВЭ-500; ППЭ-500 ПВК-500; П ПК-500 ПВКЭ-500; ППКЭ-500
Число жил Число жил
1 ; 2 Й.З 1 2 3
0,08 0,12 0,20 0,35 0,50 0,75 1,0 1,5 2,5 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,1 2,2 2,5 3,2 1,8 2,0 2,2 2,3 2,7 2,8 3,1 3,8 3,2 3,6 3,8 4,2 4,8 5,0 3,4 3,8 4,1 4,5 5,1 5,3 1,5 1,6 1,8 1,9 2,1 2,3 2,4 2,8 3,4 2,1 2,3 2,5 2,7 2,9 3,0 3,4 4,0 3,8 4,2 4,4 4,8 5,2 5,4 4,1 4,5 4,7 5,1 5,6 5,8
Малогабаритные монтажные провода с полиэтиленовой
изоляцией предназначаются для фиксированного и гиб-
кого монтажа ;и работы при напряжении 250 в перемен-
ного тока частотой до 2 000 гц, относительной влажнос-
ти воздуха до'98%! (при температуре 40 °C) и остаточном
давлении до 10~6 мм. рт.ст. Они изготовляются с токопро-
водящей жилой из медных луженых проволок с одной
лишь полиэтиленовой изоляцией (марки МПМ и МПМЭ),
а также в капроновой оболочке толщиной около ОДОльм,
накладываемой поверх полиэтиленовой изоляции
(МПКМ и МПКМЭ). Кроме того, провода таких же
конструкций изготовляются с медными токопроводящи-
ми жилами, усиленными сталемедными лужеными про-
волоками (МПМУ, МПМУЭ, МПКМУ и МПКМУЭ).
В табл. 12-8 и 12-9 для малогабаритных монтажных
проводов приведены ассортимент, конструкции токопро-
водящих жил, расчетная толщина полиэтиленовой изо-
ляции, максимально допустимый наружный диаметр и
расчетная масса провода.
Для изоляции указанных проводов обычно применя-
ется полиэтилен низкого давления, поэтому рабочая
температура для них устанавливается в пределах от
—‘50 до +85'°С, причем провода с одной лишь полиэти-
леновой изоляцией могут эксплуатироваться также при
100 °C в течение 500 ч, а провода в капроновой оболоч-
ке — в течение 1 000 ч.
Таблица 12-7
проводов с одной пластмассовой изоляцией
мм, не более (для марок)
ПВ-1000 ПВЭ-1000 ПВК 1000 ПВКЭ-1000
Число жил Число жил
1 2 3 1 2 3
1,4 1,7
1,5 2,0 3,6 3,8 1,8 2,3 4,2 4,5
1,7 2,2 4,0 4,3 1,9 2,4 4,4 4,7
1,8 2,4 4,2 4,5 2,1 2,7 4,8 5,1
2,0 2,5 4,6 4,9 2,2 2,8 5,0 5,3
2,3 2,9 5,2 5,6 2,5 3,1 5,6 6,0
2,4 3,0 5,4 5,8 2,6 3,2 5,8 6,2
2,7 3,3 — — 3,0 3,6 '—. —
3,4 4,0 — — 3,6 4,2 — —
Экранирующая оплетка плотностью 70—85% у них
выполняется из луженых медных проволок диаметром
не более 0,12 мм.
\ В готовом виде изоляция указанных проводов долж-
на выдерживать в течение 1 мин напряжение перемен-
ного тока величиной 1 500 в и иметь сопротивление при
20С|С не менее 50 000 Мом на длине 1 м.
Провода аналогичных конструкций выпускаются так-
же с поливинилхлоридной изоляцией толщиной не ме-
нее 0,2 мм и сечением токопроводящих жил в пределах
0,12—2,5 мм2. Кроме того, предусматривается выпуск
подобных проводов, у которых поверх капроновой обо-
лочки и экрана предусматривается вторая (наружная)
капроновая или поливинилхлоридная оболочка толщи-
ной соответственно около 0,4 и 0,25 мм.
Наружный диаметр монтажных проводов с поливи-
нилхлоридной изоляцией примерно на 0,05—0,2 мм
меньше, чем у проводов с полиэтиленовой изоляцией
аналогичных конструкций (см. табл. 12-7 и 12-8).
Монтажные провода с поливинилхлоридной изоляци-
ей могут, как и провода с полиэтиленовой изоляцией,
эксплуатироваться при высокой относительной влажно-
сти (при +40 °C), а также при разрежении до
10~в мм рт. ст. Они предназначаются для работы при
напряжении до 250 в переменного тока частотой до
500 гц и 100 в при частотах до 2 000 гц в интервале
Таблица 12-8 Малогабаритные монтажные провода с полиэтиленовой изоляцией
Сечение жилы, мм2 Число и диа- метр проволок, мм Сопротив- ление жи- лы, ом! км, не более Толщина изоляции, мм, не ме- нее мпм мпмэ мпкм мпкмэ
Наружный Диаметр провода, мм, не бо- лее Расчетная масса про- вода, кг! км Наружный диаметр провода, мм, не бо- лее Расчетная масса про- вода, кг] км Наружный диаметр провода, мм, не более Расчетная масса про- вода, кг (км Наружный диаметр провода, мм, не более Расчетная масса провода, кг/км
0,12 0,20 0,35 0,5 0,75 1,0 1,5 Ма 7X0,15 7X0,20 7X0,26 19X0,18 19X0,23 19X0,26 • 19X0,32 логабаритны 155 86 58 41 30 20,5 13 е монтаж 0,20 0,20 0,20 0,20 0,25 0,25 0,25 ные пров 1,0 1,15 1,4 1,5 1,9 2,1 2,4 ода с пол 1,8 2,8 4,5 5,7 9,1 11,5 16,7 иэтилено 1,5 1,7 1,9 2,0 2,4 2,6 2,9 зой и ка 5,8 7,0 9,1 11,4 15,1 18,1 24,6 проновой 1,2 1,35 1,6 1,7 2,1 2,3 2,6 изоляцие 2,2 3,3 5,1 6,2 9,0 12,3 17,6 Й С УСИЛ( 1,7 1,9 2,1 2,2 2,6 2,8 3,1 Таблиц )ННОЙ жги 6,2 7,4 9,6 11,9 15,8 18,9 25,5 а 12-9 той
Сечеиие жи- лы, мм2 Число и диаметр про- волок, мм Сопротив- ление жи- лы, OMfKM, ие более Толщина изо- ляции, мм, не менее МПМУ МПМУЭ МПКМУ МПКМУЭ
Наружный диаметр провода, мм, не бо- лее Расчетная масса про- вода, кг!км Наружный диаметр провода, мм, не бо- лее к о го а. х с t Л - 5* ~ <-> 03 v о О й 2 о tu Си 2 га Наружный диаметр провода, мм, не бо- лее Расчетная масса про- вода, кг! км Наружный диаметр провода, мм, не бо- лее К о го о- X Е ф ГО - 3* =- О го с о У « F О CU 2 га
медных сталемед- ных
0,12 0,20 0,35 6X0,15 6X0,20 6X0,26 1X0,15 1X0,20 1X0,25 170 105 62 0,20 0,20 0,20 1,0 1,15 1,4 1,8 2,8 4,4 1,5 1,7 1,9 5,8 6,9 9,8 1,2 1,35 1,6 2,2 3,2 4,9 1,7 1,9 2,1 6,2 7,3 9,5
температур от —50 до + 70° С. В готовом виде
изоляция проводов должна выдерживать в течение
1 мин испытание напряжением переменного тока вели-
чиной 1 500 в и иметь сопротивление при 20 °C не менее
1 000 Мом на длине 1 м, а после пребывания в условиях
98% относительной влажности при 40° С — не менее
100 Мом.
12-4. МОНТАЖНЫЕ ПРОВОДА ПОВЫШЕННОЙ
НАГРЕВОСТОЙКОСТИ
Эти провода изготовляют преимущественно с изоля-
цией из фторопласта различных типов (фторопласт-4,
4Д, 40Ш и т. п.), который допускает эксплуатацию про-
водов в температурном интервале от —'90 до +200—
250° С. Часть таких проводов изготовляется обмоткой
медных никелированных или посеребренных жил лента-
ми из фторопласта-4 с последующей термообработкой,
а затем оплеткой стекловолокном с пропиткой кремний-
органическим лаком (провода марки ТМ-250 сечением
0,35—6,0 мм2) или лавсановым волокном (провода мар-
ки ПТЛУ-200 и др. сечением 0,35—1,5 мм2).
В качестве монтажных проводов с увеличенным сече-
нием токопроводящих жил (0,75—6,0 мм2) могут быть
использованы также провода с изоляцией из кремний-
органической резины, которые допускают длительный
нагрев до 180° С (марка РКГМ).
Малогабаритные монтажные провода марки ФД (не-
экранированные) к соответствии с МРТУ 16-505.040-01
изготовляются только с одной изоляцией из каландри-
рованных лент из фторопласта-4Д общей толщиной
0,10—0,14 мм с сечением токопроводящих жил 0,02—
0,5 мм2. Для этих проводов .предусматривается изготов-
ление токопроводящих жил из медной посеребренной
проволоки, а также из посеребренной проволоки повы-
шенной механической прочности, изготовленной из спла-
ва ХОТ, и посеребренной сталемедной проволоки диамет-
ром 0,06—0,20 мм. Максимально допустимый наружный
диаметр этих проводов должен быть в пределах 0,56—
1,37 мм, минимальный 0,38—1,18 мм. Экранированные
провода марки ФДЭ в соответствии с МРТУ 16-505.040-02
изготовляются с той же толщиной фторопластовой
изоляции и сечением токопроводящих жил 0,08—0,5 мм2.
Экранирующая оплетка этих проводов изютовляется из
медных посеребренных проволок диаметром 0,10—
0,12 мм. Максимально допустимый диаметр этих прово-
дов должен быть в пределах 1,14—1,87 мм, минимальный
0,94—1,65 мм.
Фторопластовая изоляция может иметь натуральный
цвет, а также может изготовляться с различной цветной
окраской.
Малогабаритные провода этого типа предназнача-
ются для эксплуатации при напряжении до 100 в пере-
менного тока частотой до 5 000 гц или 150 в постоянного
тока. Изоляция их должна выдерживать в течение 1 мин
напряжение переменного тока величиной 1 500 в и иметь
сопротивление в нормальных условиях не менее
106 Мом-м. Провода предназначаются для работы в тем-
пературном интервале от —60 до +200° С. Они должны
быть стойкими к многократным изгибам. Провода обла-
дают высокой прочностью против действия вибрационных
и ударных нагрузок и выдерживают такие испытания
с ускорениями соответственно до 20 g и 150 g. Эти про-
вода негорючи, имеют высокую стойкость против воз-
действия масла, бензина, морского тумана и могут опре-
деленное время работать при пониженном атмосферном
давлении (до 10~5 мм рт. ст.).
Для работы при более высоких температурах можно
рекомендовать монтажные провода специальных конст-
рукций с изоляцией в виде нескольких слоев обмотки из
нагревостойкого стекловолокна (марки ВП и т. п.) или
из кварцевого волокна в комбинации с нагревостойким
стекловолокном с подклейкой и пропиткой составами
высокой нагревостойкости (на органосиликатной основе).'
Такой монтажный провод, разработанный и исследован-
ный в МЭИ, с изоляцией, состоящей из шести слоев об-
мотки стекловолокном марки ВП, с пропиткой и наруж-
ной лакировкой специальным нагревостойким составом
Т-11 при общей толщине изоляции D — d—Q,9 мм имеет
пробивное напряжение изоляции, в пределах 1,5—1,7 кв
и сопротивление изоляции в нормальных условиях не
менее 2-105 Мом-м. В условиях повышенной влажности
сопротивление изоляции несколько снижается, но все же
остается на достаточно высоком уровне.
В состоянии поставки, а также после пребывания
24—48 ч при 600° С образцы проводов выдерживают без
пробоя в течение 1 мин напряжение переменного тока
величиной 500—1 000 в и испытание эластичности изоля-
ции навиванием на стержни диаметром 4—7 мм.
Такие провода пригодны при наличии соответствую-
щих жаростойких токопроводящих жил для эксплуата-
ции в течение нескольких сотен часов при 500—600° С
в условиях строго фиксированного монтажа и при отсут-
ствии длительного воздействия высокой влажности.
В противном случае необходима дополнительная соот-
ветствующая защитная оболочка.
Надежные результаты в этом отношении дает приме-
нение тонкой сплошной оболочки из нержавеющей стали.
Однако в этом случае провода приобретают очень боль-
шую жесткость и затрудняется разделка концов при мон-
таже, когда на определенной длине необходимо снять
стальную оболочку без повреждения стекловолокнистой
изоляции и тщательно удалить стальные заусенцы и дру-
гие заостренные места.
В ряде случаев возможна замена сплошной стальной
оболочки плотной оплеткой проволокой из металла повы-
шенной жаростойкости, i
Иногда в качестве монтажных проводов могут быть
применены кабели с магнезиальной изоляцией в тонкой
сплошной оболочке из нержавеющей стали. Такие кабе-
ли в соответствии с ТУ-16-06-467-69 могут изготовляться
со стальными, никелевыми и нихромовыми однопроволоч-
ными токопроводящими жилами диаметром 0,07—1,13 мм
марок соответственно КНМС (с), КНМС (н) и КНМС
(нх). Кроме того, кабели марки КНМС (н) могут изго-
товляться с токопроводящей жилой, состоящей из че-
тырех никелевых проволок диаметром 0,7 мм. Все эти
кабели при радиальной толщине магнезиальной изоля-
ции 1,2—1,5 мм предназначаются для длительной работы
при температурах до 600° С и напряжении переменного
тока до 380 в.
Недостатком описанных кабелей являются трудности
при разделке во время монтажа концов кабеля в сплош-
ной стальной оболочке. Кроме того, следует учитывать,
что магнезиальная изоляция обладает повышенной гиг-
роскопичностью.’ Поэтому при эксплуатации при повы-
шенной влажности необходима надежная герметизация
разделанных концов кабеля жаростойкими материалами.
1. п е ш к о в И. Б„ П р ив езенцев В. А. Обмоточные прово-
да особо высокой нагревостойкости, «Итоги науки и техники. Элек-
тротехнические материалы, электрические конденсаторы, провода и
кабели», ВИНИТИ, 1066.
2. ;П е ш к о в И. Б. Прогресс в области нагревостойких обмоточ-
ных проводов, Информэлектро, 1968.
3. Pendleton W. W., S a u m s Н. L., С о г n е 11 R. D. High-
temperature conductor (Anaconda Wire and Cable Co.). Пат. США,
кл. 29-194, № 3238025, 1966.
4. E й л ь м а н Л. С. Особенности технологии производства и
свойства высокотемпературных проводниковых изделий. Диссерта-
ция. Московский институт стали и сплавов, 1967.
'5. Т а д а т о с и Тода, К а б у е н к и К а й с и, X и т а т и С э ft-
сак у с ё. Яп. патент, кл. 10, 15, № 22462, 1963.
6. Hill Е. J. Н., Riley С. С., Wilson Н. D. VI — recent de-
velopment in electrical conductor materials. — Engl. Electr. J.
7. M c D о n a 1 d A. S. A dispersion hardened copper for electri-
cal uses. — Metal Progr., 1967, № 22.
8. Я м а м и т и К., И о с и д э Д., М о р и т а Г. Яп. патент, кл. 10,
15, № 3257, 1958.
9. П р и в е з е н ц е в В. А., А и и к е е н к о В. М. К определению
нагревостойкости эмалированных проводов. — «Кабельная техника»,
вып. 42, 1966.
10. И к ис у Т а р о. Когё дзайрё. — Engng Mater., 1964, 12, № 6.
11. Mink F. Y., Fusehillo N. Flow melpar fabricates flexible
2000F insulated conductors. — Insulation, 1967, '№ 4.
12. C i m p 1 M. L., Fusehillo N., Z w i 1 s k у К- High-tempera-
ture conductor materials development for aerospace application. —
IEEE Trans. Aerospace, 1965, № 2.
13. C e m p 1 M. L., Fusehillo N. Which electrical conductor
for 2 500 °F? — Mater. Design Engng, '1'964, 59, № 2.
14. Г ерцрике н £. Д., Д e x т я p И. Я. Диффузия в металлах
и сплавах в твердой фазе, Физматгиз, 1960.
1'5 . 3 а й т В. Диффузия в металлах, Изд-во иностр, лит., 1948.
16. Шв а р ц б у р д Е. Я. Некоторые вопросы теории и техноло-
гии производства эмалированных проводов. Диссертация, ВЭ'И, 1965
17. Шварц-бурд Е. Я. Определение толщины жидкой пленки
при эмалировании круглой проволоки с помощью калибров. — «Ка-
бельная техника», вып. 6, 1963.
18. Шорин С. Н. Теплопередача, Госстройиздат, 1952.
,19 . Ицх а кин В. Н., Me ржеевс к ий А. Н., Фролов А. В.
Измерение температуры проволоки в процессе эмалирования, '«Труды
НИИ'КП», вып. IV, 19'59.
20. ЛаринаЭ. Т, Холодный С. Д. Влияние температуры
проволоки в эмальпечи на скорость эмалирования. — «Кабельная
техника», вып. 45, 1967.
21. Майофис И. М., Дол идо вич А. Б., Калир Г. Н.,
Ерухим ович С. 3. Новый метод изготовления проводов с тон-
кими изоляционными покрытиями (из расплавов), «Труды НИ'ИК’П»,
вып. III, 1958.
22. Майофис И. М., Г р у н в а л ьд А. Н. Эмальпровода с по-
лиэфирной изоляцией, нанесенной без применения растворителей. —
«Кабельная техника», вып. 59—60, 1969.
23. 'П е ш к о в И. Б., Ш в а р ц б у р д Е. Я. Эмальстаиок для
изготовления тончайших эмальпроводов. — «Кабельная техника»,
вып. 54, 1968.
24. Шорохов Н. М., Хорев К. С. Многоточечный автомати-
ческий регулятор температуры типа МАРТ-48. — «Кабельная техни-
ка», вып. 37, 1965.
25. Безносов Б. Л., Злацин Е. Н., Кож арин А. С.,
Рахлин Э. Л. Автоматизация и механизация производства кабель-
ных изделий, изд-во «Энергия», 1967.
26. Басов Н. А., Лубоцкий Ю. Б., .Пешков И. Б.,
Шварцбурд Е. Я. Установка для наложения на проволоку гиб-
кой минеральной изоляции. — «Кабельная техника», 1963, Ne 6.
27. Шварцбурд Е. Я.' Тепловые процессы в эмальпечах,
«Труды НИИКП», вып. VIII, 1963.
28. Кольцова 3. Н., Пешков И. Б., Степанова Г. И.
Метод испытания эмальпроводов на стойкость к воздействию холо-
дильных агентов. — «Кабельная техника», вып. 44, 1967.
у 29. Зарина Н. А., Пешков И. Б. Новые методы испытаний
эмальпроводов. — «Кабельная техника», вып. 56, 1969.
30. Анисимов А. А., Пешков И. Б. Определение е и tgfi
изоляции обмоточных проводов. — «Кабельная техника», вып. 29,
1964.
31. Филимонов Н. М. Анализ работы прибора для контроля
диаметральной толщины изоляции эмальпроводов с применением во-
ды в качестве токопроводяшей жидкости емкостного датчика. «Авто-
матизация контроля и регулирования в кабельной промышленности»,
вып. 3, Кишинев, 1968.
32. Б а р т о в с к и й Ю. А., Зайцев Е. В., Самосудов П. А.
Прибор РКТ для контроля радиальной толщины изоляции медных
эмалированных проводов диаметром от 0,41 до 2,44 мм. «Автомати-
зация контроля и регулирования в кабельной промышленности»,
вып. 3, Кишинев, 1968.
33. С а м о с у д о в П. А. Контроль толщины изоляции медных
эмалированных проводов прямоугольного сечения в процессе произ-
водства. «Автоматизация контроля и регулирования в кабельной
промышленности», вып. 3, Кишинев, 1968.
34. Устройства для контроля качества эмальпроводов. Каталог
19.09.03-69, -Информэлектро, 1969.
V 35. К е р н и ц к и й Л. П., Самосудов П. А., Смирнов С. И.,
Г а к а с о в В. Н., Ц а й р е ф К. М., Ф л ейшм ан А. М. Малогаба-
ритная установка АКТП-12 для автоматического контроля точечных
повреждений изоляции эмальпроводов. «Автоматизация контроля и
регулирования в кабельной промышленности», вып. 3, Кишинев, 1968.
36. Н ес т е р о в с-к и й И. А. Станция автоматического контро-
ля, регулирования и сигнализации типа КРС-2.—«Кабельная техни-
ка», вып. 38, 1965.
37. Г ан т ц В. Л., Пешков И. Б., Т р о ф и л е е в а Г. К. Но-
вые обмоточные провода для водопогружных электрических ма-
шин.— «Кабельная техника», вып. 46, 1967.
38. Г у р м а н Р. М., Пешков И. Б., Пр ив езенцев В. А.
Обмоточные провода с лавсановой изоляцией, Отделение ВНИИЭМ,
1965.
39. С м и р н о в а Г. М. Фторопласт-40,Ш, особенности переработ-
ки, применение в кабельной технике. — В кн.: «Применение пласт-
масс в. кабельной промышленности», Отделение ВНИИЭМ, 1964.
40. Г а н т ц В. Л., Мещанов Г. И., Пешков И. Б. Обмоточ-
ные провода с монолитной изоляцией из ленточного фторопласта-4.—
«Кабельная техника», вып. 45, 1967.
41. К р а и и х ф е л ь д Л. М. и др. Политетрафторэтилен в ка-
бельной промышленности, Спецотделение ВНИИЭМ, 1966.
42. Асланова М. С. Высокотемпературные неорганические
волокна и их свойства. — «Стекло и керамика», 1960, № 9.
43. Белинская Г. В., П е ш к о в И. Б., Харитонов Н. П.
Жаростойкая изоляция обмоточных проводов, изд-во «Наука», 1965.
44. X а р и т о н о в Н. П. Органосиликатные материалы и их
применение. — В кн.: «Жаростойкие покрытия», изд-во «Наука»,
1965.
45. Кабыстина Г. Ф., Пешков И. Б., Привезен-
ц е в В. А., Т р о ф и л е е в а Г. К., Харитонов Н. П. Новый обмо-
точный провод со стекловолокнистой изоляцией для эксплуатации
при температуре 500—600 °C. — «Кабельная техника», вып. 2, 1963.
46. Казакова А. А., Андрианов К- А., 3 а б ы р и и а К. И.,
К а л и т в я и с к и й В. И. Изоляционные составы для обмоточных
проводов со стекловолокнистой изоляцией, Спецотделение ВНИИЭМ,
1969.
47. Westervelt D. С., Vondracc К- С. Н., HoffmanC.F.
Пат. США, кл. 174-110, № 3059046, 1962.
48. В а р де н б у р г А. К-, Курочкина И. Н., Г а в о р-
кин Э. Т. Жаростойкие электроизоляционные материалы на основе
фосфатов. — «Электротехника», 1967, № 2.
49. Т i е d е R. L. High-temperature insulation for electrical con-
dutors. Пат. США, кл. 174-120, 3179739, 1965.
50. П ешков И. Б., Зарина Н. А., Белинская Г. В., X а-
р ит оно в Н. П., Чекмарева 3. Ф. Нагревостойкий обмоточный
провод с тонкослойной неорганической изоляцией. — «'Кабельная -тех-
ника», вып. 35, 1965.
51. Белинская Г. В., Зарина Н. А., Пешков И. Б., Ха-
ритонов Н. II. Жаростойкая изоляция обмоточных проводов.—-
В сб. «Жаростойкие покрытия», изд-во «Наука», 1969,
52. Saunders H. S„ Gehri ng R. W. Ceramic-coated electri-
cally-conductive wire and method of making same Пат США
кл. 117-218,'№ 3’222219, 1965.
53. П p и в ез e и ц e в В. А Обмоточные провода с эмалевой и
волокнистой изоляцией, Госэнергоиздат, 1959.
54. М а й о ф и с И. М. Основы химии диэлектриков, изд-во
«Высшая школа», 1963.
55. П р и в ез ен ц е в В. А., Магидсон А. О. Искусственные
и синтетические волокна и пленки для электрической изоляции, Гос-
энергоиздат, 1962.
56. К а б ы с т и и а Г. Ф. Обмоточные провода с волокнистой
изоляцией, изд-во «Энергия», 1968.
57. П р и в ез ен ц е в В. А. Обмоточные провода с эмалевой и
волокнистой изоляцией, ЦИИТИ Приборэлектропром, 1962.
58. П р и в ез е н ц е в В. А., Гантц В. Л., Зарина Н. А.,
Кабыстина Г. Ф. Обмоточные провода высокой нагревостойко-
сти с эмалевой и волокнистой изоляцией, ЦИНТИ Приборэлектро-
пром, 1960.
59. Оборудование для кабельной промышленности. Каталог 2, 3,
Информстандаргэлектро, 1965 и 1968.
60. П р и в е з е н ц е в В. А., Г у р м а и В. М. Обмоточные и мон-
тажные провода с капроновой изоляцией, ЦБТИ НИИ 'электропро-
мышленности, 1959.
61. Гурман Р. М., Пешков И. Б., Привезенцев В. А.
Обмоточные провода с лавсановой изоляцией, Информстандартэлек-
тро, 1965.
62. Кабели, провода, шнуры электрические и вспомогательные
материалы. Сборник стандартов, Изд-во Комитета стандартов, 1971.
63. Кабели, провода и шнуры электрические. Технические усло-
вия, ч. 1—VI, Информ'стандартэлектро, 1966—1967.
64. А н и к е ен к о В. М. Исследование электроизоляционных и
физико-механических свойств эмальпроводов. Диссертация, МЭИ,
1965.
65. 1П р и в е з е н ц е в В. А., Аникеенко В. М. Нагревостой-
кость медных и алюминиевых высокопрочных эмалированных про-
водов. — «Электротехника», 1964, № 9.
66. П р и в е з ен ц е в В. А., Аникеенко В. М. Нагревостой-
кость эмалированных проводов в нейтральной и окислительной сре-
дах.— «Электротехника», 1968, № 6.
67. Аникеенко В. М., Привезенцев В. А. Водостойкость
эмалированных проводов.—«Кабельная техника», вып. 4, 1963.
68. К о л ь ц о в а 3. Н., Пешков И. Б., Степанова Г. И.
О маслостойкости эмалированных проводов. — «Кабельная техника»,
вып. 48, 1967.
АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Адгезия 91, 224
Аппарат Сокслета 222
Ацеталь 69
Ацетальдегид 69, 70
Ацетон 54, 59
Бензин 54, 55
Бензол 54, 57
Бобина 392, 395
Бумагообмотчик простой 420
— центровой 396, 420
Бутир аль 72
Ванна лаковая открытая 147
— с лаконаносящими валика-
ми .147
---трубками 147
Вентиляция 175
Винифлекс 71, 261
Вискозиметр автоматический
174
Включения ферромагнитные
278
Волокно ацетатное 361, 363
— ацетобутиратцеллюлозное
362
— гетероцепное 358
— гидратцеллюлозное 359
— искусственное 358
— карбоцепное 359
— кварцевое 501
— кремнеземное 501
— лавсан 367
— медно-аммиачное 360
— нитрон 368
— полиамидное 363, 364, 365
— полиэфирное 367, 368
— синтетическое 358, 359
— триацетатное 361, 362
— штапельное 359
Глицериды 60
Глицерин 61
Геометрический параметр ка-
либра 109
Двигатель погружной 489
Деструкция 63
Диффузия 26
Дихлорэтан 54
Дозирующее устройство 135
Закон Фика 42
Затвор (воздушный) 192
Изоляция (керамическая) 179
— стеклоэмалевая 512
— электрическое сопротивле-
ние 14, 15, 20
Интеграл ошибок Гаусса 43
Калибр с победитовыми встав-
ками 97
— универсальный 103
Капилляр 92, 96
Капрон 72, 73
Кардер 438
Катализатор 135
Керосин 54, 55, 67
Кислота линолевая 61
— линоленовая 61
— олеиновая 61
— терефталевая 78
— элеостеариновая 61
Класс нагревостойкости 227
Когезия 91
Количество покрытий 105
Константан 22
Контакт влажный 241
Контейнер 160
Копал ксиленольный 66
Коэффициент конвекции 113
— лучеиспускания 185
— облученности 185
— сужения струи 192
— теплотдачи 185, 189
— теплопроводности 194
— черноты 113
Критерий Грасгофа 188
— Прапдтля 188
— Иуссельта 187, 188
Крутка 308, 309, 310
Кручение нити 311, 312
Лавсан 367, 368
Лента бумажная 337, 338
— наложение 336, 420
Лигроин 54
Манганин 22, 24
Маршрут калибров 105
Масло льняное 60, 67
— тунговое 60, 67
Машина обмоточная 403, 404,
405 и т. д.
— дельта-асбестовая 437
— для обмотки стекловолок-
ном 441, 443, 444, 445
— — скрутки жил 426
— карусельная 431
— оплеточная коклюшечная
427
— тростильная 392
Микропровода со стеклянной
изоляцией 483, 484
Моноволокно 359
Морозостойкость (эмали) 293
Мост (типа Р-525) 242
Найлон 72
Натяжение поверхностное 90
Ниппель 400
Нихром 22
Номер пряжи, шелка 352, 353
Обжим фетровый 97
Обмотчик быстроходных ма-
шин 398, 399
— вертикальной машины 401
— горизонтальной машины 420
— для бумаги 416
— с алюминиевым стаканом
397
— центровой 402
— эксцентричный 396
Отверстие (щелевое) 191
Пайка 524
Перлон 72
Печь отжига 134
Пластикат поливинилхлорид-
ный 490
Пластификаторы 53
Пленки гидратцеллюлозные
370, 373
— изоляционные 371
— «Каптон» 391
— классификация 371
— полиамидные 379
— полиимидные 390, 391
— поликарбонатные 381, 382,
383
— полистирольные 380
— полиэфирные 377
— свойства 366
— фторопластовые неориенти-
рованные 499
Пленки давленные 499
— строганные 499
— эфироцеллюлозные 361
Повреждения (точечные) 237
Покрытия (погружением) 97
— количество 105
Поливинилформальэтилаль 71
Полиэтилен высокого давления
492
— низкого давления 491
Полиэтилентерефталат 78, 79
Постоянная Больцмана 117
Провода монтажные (основ-
ные сведения) 578
----малогабаритные 536, 538,
540
---- нагревостойкие 539, 540
---- с волокнистой изоляцией
526, 527
------- пластмассовой изоля-
цией 539, 540
— обмоточные высокочастот-
ные 466, 467 и т. д.
-----для погружных электро-
двигателей 489, 492, 493
и т. д.
----- из сплавов сопротивле-
ния 470
-----с бумажной изоляцией
458, 465
-------- дельта-асбест о в о й
изоляцией 474, 475
------- изоляцией капроном
453, 465
— --------шелком 453
— ----пленочной изоляцией
454, 471
-------хлопчатобумаж ной
изоляцией 453, 464
----эмалированные алюми-
ниевые 287
------- из сплавов сопротив-
ления 283
-------классификация и ас-
сортимент 254, 255, 256
-------малых размеров 277
------- нагревостойкие 280,
281
-------прямоугольные 285
---- транспонированные 458
Проволока алюминиевая 19, 20,
21
— биметаллическая 21
— константановая 21, 22
Проволока манганиновая 22, 23
— медная 13, 14, 15 и т. д.
— нихромовая 24, 25.
— триметаллическая 28
Прочность стекловолокнистой
изоляции
— механическая 480, 481
— электрическая 481
Пряжа хлопчатобумажная 349,
350, 351
---лощеная 336, 346
---— прочность 352
Развертка обмотки 326
Расплав 125
Расплющивание ниток 331
Растворители 51
Растворы истинные 52
— коллоидые 52
Резинат кальция 65
— марганца 65
Светостойкость 293
Система циркуляционная 172
— подачи лака 147, 172
Скипидар
Скорость эмалирования 105
Смолы полиэфирные 127
— термопластичные 66
— термореактивные 66
— фенолальдегидные 70, 71
Соль АГ 73
Сортамент обмоточных прово-
дов 452, 453, 454, 455
— проводов со стекловолокни-
стой изоляцией 480, 481
Спирт метиловый 54
— этиловый 54
Сплавы сопротивления 22, 23
Старение эмалевой изоляции
63
Стекловолокно алюмоборосили-
катное 357, 358, 501
Схемы машин 407,. 410, 413
Температуры испытаний обмо-
точных проводов 462, 463
Теория обмотки 308
— оплетки 340
Теребек 273
Терилен 372
Термопара 22
Термопластичность эмали 207
Термопластичные вещества 66
Термореактивпые вещества 66
Толуол 54, 57
Толщина бумажной изоляции
454, 455
— волокнистой изоляции 453,
454
— жидкой пленки 109
— обмотки 335
— оплетки 336
— эмалевой изоляции 254, 255
Угол обмотки 327, 339
— оплетки 341
Фенол 52, 59
Фильтрация 122
Фитили 100, 101
Формальдегид 69, 70
Формование волокна 359
Формула Стефана — Больцма-
на 184
Фторопласт 496
Хлорбензол 54, 58, 59
Четыреххлористый углерод 54
Шаг обмотки 327, 328, 329
— распределение 329
Ширина нити 335
— пасмы 335
Шпуледержатель 432, 433, 434
Эксцентрик 393
Эмалирование погружением 97
— с помощью калибров 97
— 2--фитилей 96
-------фетровых обжимов 97
Эмальлаки винифлекс 71
— кремнийорганические 82
— масляные 65, 66, 67
— металвин 70
— полиамидные 73
— полиимидные 85
— полиуретановые 74, 75, 76
— полиэфирные 78, 79, 80
и т. д.
— эпоксидные 74
Эмальстанки (агрегаты) гори-
зонтальные 132, 134, 135,
140, 141 и т. д.
— многоходовые 144, 145
и т. д.
— характеристики технические
154
Эн ант 72
Энергия активации 166
— поверхности свободная 91
Этилацетат 54
Этиленгликоль 56
Этилцеллозольв 54, 56
Шпиндель приемник сдвоен-
ный 142
В. А. Привезенцев,
И. Б. Пешков
ОБМОТОЧНЫЕ
И МОНТАЖНЫЕ
ПРОВОДА
Издание четвертое,
переработанное
и дополненное
Допущено Министерством высшего и сред-
него специального образования СССР
в качестве учебного пособия для студен-
тов вузов, обучающихся по специальности
«Электроизоляционная и кабельная тех-
ника».
«Э Н Е Р Г И Я»
МОСКВА 1971
6П2.1.06
П 75
621.315.3(075)
Привезенцев В. А. и Пешков И. Б.
П 75 Обмоточные и монтажные провода. Изд. 4-е, пе-
реработ. и доп. М., «Энергия», 1971.
552 с. с илл.
В книге подробно изложены основы современной технологии про-
изводства обмоточных и монтажных проводов с эмалевой и волокни-
стой изоляцией и даны описание и характеристика применяемого тех-
нологического оборудования.
Приведены основные сведения о современных эмальлаках, волок-
нистых н пленочных материалах, применяемых в производстве обмо-
точных и монтажных проводов, и описаны методы контрольных испы-
таний и лабораторных исследований этих изделий. Дана подробная
характеристика различных свойств обмоточных и монтажных проводов
с эмалевой, волокнистой, пленочной и пластмассовой изоляцией.
Книга может быть полезна студентам и слушателям факультетов
усовершенствования очного и заочного обучения, а также инженерно-
техническим работникам кабельной промышленности, а также инжене-
рам электромашиностроительных, приборостроительных, аппаратных и
других заводов, применяющих обмоточные и монтажные провода
в своем производстве.
3-3-10
6П2.1.06
Владимир Алексеевич Привезенцев.
Изяслав Борисович Пешков
Обмоточные и монтажные провода
Редактор А. П. Гете
Редактор издательства М. И. Николаева
Переплет художника А. М. Кувшинникова
Технический редактор R. В Зеркаченкоаа
Корректор Г. Г. Желтова
Сдано в набор 31/V 1971 г.
Подписано к печати 24/IX 1971 г. Т-14394
Формат 84XlO81/sa Бумага типографская № 2
Усл. печ. л. 28,98 Уч.-изд. л. 32,28
Тираж 20 000 экз. Цена 1 р. 34 к. Зак. 2>7
Издательство „Энергия*. Москва, М-114.
Шлюзовая наб., 10.
Московская типография № 10 Главполиграфпоома
Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Шлюзовая наб., 10.
В соответствии с решениями XXIV съезда КПСС осо-
бое развитие получат отечественное электромашине- и
аппаратостроение и ряд других специальных отраслей
нашей промышленности. В связи с этим производство
обмоточных и монтажных проводов у нас также приоб-
рело исключительно большое значение. Помимо весьма
значительного расширения объема производства этого
вида кабельной продукции, существенно важным яви-
лось создание ряда новых типов проводов (провода
повышенной нагревостойкости, провода для погружных
электродвигателей, провода с тонкослойной изоляцией
и повышенной электрической прочностью, специальные
обмоточные провода для электроприборостроения и ра-
диоэлектроники, малогабаритные и нагревостойкие мон-
тажные провода и др.).
Особенно большие задачи стоят перед изготовителя-
ми обмоточных проводов с эмалевой и стекловолокни-
стой изоляцией: наряду со значительным увеличением
объема производства этих проводов насущной задачей
являются освоение производства новых видов этих изде-
лий с улучшенными электроизоляционными и физико-ме-
ханическими характеристиками, а также совершенство-
вание технологии производства, реконструкция техноло-
гического оборудования действующих цехов и т. п. Все
это требует повышения уровня подготовки квалифици-
рованных кадров, способных успешно решать поставлен-
ные перед ними задачи.
Настоящая книга в основном предназначается в ка-
честве учебного пособия для студентов электроизоляци-
онной и кабельной специализаций энергетических и
электротехнических вузов очного и заочного обучения, а
также для слушателей факультетов и курсов усовершен-
ствования энергетических, электротехнических и индуст-
риальных вузов.
Книга составлена в сответствии с программой, ут-
вержденной MiB и ОСО ССОР для одноименного курса,
читаемого в ряде вузов. Кроме того, она должна быть
полезна инженерно-техническим работникам, занятым на
производстве и в научно-исследовательских организаци-
ях кабельной промышленности, а также на предприя-
тиях, применяющих обмоточные и монтажные провода.
Со времени опубликования предыдущего издания кни-
ги «Обмоточные провода с эмалевой и волокнистой изо-
ляцией», написанной В. А. Привезенцевым, прошло бо-
лее 12 лет. За истекшее время в области производства
обмоточных проводов произошли значительные измене-
ния, создан ряд новых видов проводов, существенной мо-
дернизации подверглось производство обмоточных про-
водов с эмалевой изоляцией, большое развитие получило
производство монтажных проводов различных конст-
рукций и т. п.
Авторы стремились отразить в этой книге современ-
ные достижения отечественной и зарубежной кабельной
техники.
Введение, гл. 1, 2, 6—10 и 12, за исключением § 1-5,
9-7 и 10-9, написаны В. А. Привезенцевым; гл. 3—5 и 11
(за исключением параграфов, указанных ниже), а также
§ 1-5, 9-7 и 10-9 написаны И. Б. Пешковым; § 3-1, 3-6,
4-5, 4-6, 4-7, 4-9, 5-6, 5-12, 5-13, 5-14 и 5-15 написаны
авторами совместно.
Авторы приносят большую благодарность рецензен-
там рукописи доцентам Харьковского политехнического
института кандидатам техн, наук Ю. В. Багалею' и
Б. Л. Безносову, а также редактору книги канд. техн,
наук, доц. А. П. Геппе, выполнившему исключительно
тщательное редактирование книги, за ряд ценных указа-
ний и советов, которые были использованы авторами.
Авторы будут признательны за все пожелания по со-
держанию книги, которые следует направлять по адресу:
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10, издательство «Энер-
гия».