换位导线用自粘性漆包扁线的粘合强度研究

2014-06-26曹永义王春红马晓明陈晓东陈爱兵

电线电缆 2014年2期

曹永义，王春红，马晓明，陈晓东，张斌，陈爱兵

(1.无锡锡洲电磁线有限公司，江苏无锡214028;2.上海电缆研究所，上海200093)

0 引言

20世纪60年代以来，美国、前苏联、意大利、日本等国家先后制定了特高压输电计划并相继建成了特高压输电试验室、试验场，对特高压输电进行了大量研究，取得了重要进展。前苏联已建成1 150 kV特高压输电线路2 362 km，日本已建成1 000 kV同杆并架线路427km。由于这些国家的经济增长速度比预期减缓，目前国外特高压工程的应用处于停滞状态，已建成的线路均降压至500 kV运行。目前特高压输电技术仍停留在上个世纪80年代以前，而现代制造水平和技术已有了很大提高，因此就需要在现代技术条件下完善特高压输变电技术。

在特高压输电技术前期研究方面我国已做了很多工作，虽然已解决了大部分重大技术问题，但有些技术还需深入地发展和试验，如特高压设备，包括变压器、电抗器、避雷器的尺寸及运输等问题。现在大型电力变压器的绕组采用换位导线，可以大幅降低负载损耗，降低绕组热点温升，提升绕组机械强度，使结构更加紧凑，并且线圈加工更加简便，因此特高压变压器的绕组首选换位导线。为了提高换位导线的整体性和机械强度，通常在制备换位导线时采用自粘性漆包扁线。自粘性漆包扁线的粘合强度保持温度对换位导线的影响随着500 kV以上超高压、特高压变压器的研究和应用越来越得到各方的关注。

1 实验方法

1.1 主要原材料

(1)自粘性漆包线漆

自粘性漆包线漆由国内知名的绝缘漆制造商提供，型号为N4或环氧自粘漆，固体含量20%以上，在30℃温度下用旋转粘度计检测粘度为1 000 mPa·s。

(2)自粘性漆包扁线

自粘性漆包扁线采用本公司生产的换位导线用漆包扁线，该漆包扁线的主要性能参数如下:漆包扁线型号为QQBN-2/120，规格为1.60 mm×5.55 mm，窄边外形尺寸为1.74～1.76 mm，宽边外形尺寸为5.70～5.72 mm，总漆膜厚度为0.15～0.17 mm，其中自粘层厚度为0.03～0.04 mm，附着性切割(拉伸20%)为1.0 mm。

1.2 自粘漆包扁线制备工艺参数及工艺流程

(1)漆包工艺参数

自粘性漆包扁线采用电辅助加热热风循环立式漆包扁线机生产，漆包工艺参数如下:退火炉温度为550℃，烘炉进口温度为180℃，烘炉下层温度为280℃，一次催化前温度为400℃，催化后补充加热温度为430℃，二次催化前温度≥400℃，循环风机转速为 1 000 r/min，下炉口吸出风机转速为6 00 r/min，排废风机转速为1 200 r/min，收线机牵引速度为9.5 m/min。

(2)漆包工艺流程

自粘性漆包扁线生产工艺流程如图1所示。

图1 自粘性漆包扁线生产工艺流程

1.3 试验设备

(1)烘箱

试样制备烘箱采用电加热强迫通风方式，烘箱型号为 DHG－9143BS-III，控温范围为室温～300℃，控温精度达到±0.5℃。

(2)拉力机

粘合强度试验采用伺服电脑式桌上型高温万能材料试验机，配备电加热烘箱，主要技术参数如下:拉力机型号为TH－8201S，机台容量1 000 kgf，荷重精度为±1%;测试速度为可调0.5～500 mm/min;传动控制方式为高精度梯形丝杆传动;采用测试软体电脑显示;解析度为1/200000;辅助控温烘箱控温范围为室温～300℃，控温精度达到±0.5℃。

1.4 试验过程

取长度约110 mm的平直试样两根，共5组，然后按图2所示将试样的宽边重叠，粘结区长度即重叠长度为25 mm，用专用夹具模夹重叠粘合区(试样粘合区压力为1 MPa)，将受压试样放入带有鼓风装置的烘箱中，待烘箱温度达到设定的热处理温度，稳定后热处理一定的时间，然后冷却至室温做拉力试验，拉伸速度不大于20 mm/min，记录试验结果。共做5次试验，取其平均值作为试验结果，计算截面积时应除去圆角。

图2 样品制备

2 结果与讨论

2.1 样品处理温度对粘合强度的影响

评价自粘漆在换位导线中应用好坏的一个重要指标是该自粘漆在涂覆于漆包扁线表面后，在多高的温度下即可实现自粘。对所制备的自粘性漆包扁线按图2所示制备样品，将样品在相同时间、不同温度下进行热处理，待样品冷却至室温做拉力试验，其粘合强度如表1所示。

表1 样品在不同处理温度下的粘合强度

由表1可见，自粘线的粘合强度主要取决于所用自粘漆的再软化温度。样品处理温度在一定范围内对粘合强度影响较大，超过这一范围，粘合强度没有明显提高，处理温度过高反而会降低粘合强度。当处理温度过低时粘合强度急剧下降，这点在换位导线用自粘漆的选用上需特别注意。从表2所列主要变压器制造厂家的加工参数可见，一般换位导线用自粘漆的热处理温度不能高于120℃。

表2 主要变压器制造企业的线圈及整机加工工艺

2.2 样品处理时间对粘合强度的影响

换位导线用自粘线热处理时间一般要求并不高，表3例举了在120℃下不同的处理时间对粘合强度的影响。从表3可见，当温度合适时自粘线热处理所需时间一般不超过30 min即有明显作用，延长处理时间对粘合强度的提高作用不明显。

表3 样品在120℃温度下不同处理时间后的粘合强度

2.3 粘合强度保持温度

评价自粘漆在换位导线中应用好坏的最为重要指标是该自粘漆在涂覆于漆包扁线表面后，在多高的温度下仍可保持粘合强度。样品处理温度为120℃，处理时间为30 min，冷却至室温。再对所制备的自粘性漆包扁线样品在不同试验温度下加热30 min后进行拉力试验，其粘合强度如表4、表5所示。

表4 样品在相同时间不同试验温度下的粘合强度

表5 样品在不同时间不同试验温度下的粘合强度

由表4可见，样品随着试验温度的提高，在105℃前粘合强度变化较小，但105℃后降低明显，这与500 kV以上超高压、特高压变压器对粘合强度保持温度的要求尚有差距。同时在一定的温度下粘合强度随着时间的变化不太明显，如表5所示。值得关注的是当温度达到130℃及以上时，样品粘合强度随着时间的延长反而有所提高，这与自粘漆中少量的交联组分有一定的关系。这也为如何提高现有自粘漆粘合强度保持温度提供了一个值得关注的方向，即采用低温固化体系来提高自粘漆的使用温度，这仍需要进行深入研究。