纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线的研发

曹永义（无锡锡洲电磁线有限公司，江苏无锡214028）

纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线的研发

曹永义
（无锡锡洲电磁线有限公司，江苏无锡214028）

主要针对纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线，以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3为例，阐述了研发过程中，单面自粘缩醛漆包半硬漆包扁线的单面自粘涂覆工艺参数、高屈服强度的加工方法、试验方法及试验结果，总结出纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬导线的单面自粘涂覆工艺及装置、高强度低电阻率的加工工艺、工装设备的改进、过程质量控制点等，为后续产品质量的提升提供参考依据。

单面自粘缩醛漆包铜扁线；半硬强度；单面自粘；短路测试；质量控制点

0　引 言

近年来，随着我国超高压及特高压直流输电线路的建设，大型输变电电力变压器技术不断更新，电压等级逐步升高，最高达到1 000 kV，容量也不断增加，但大型输变电电力变压器因突发短路引起的绕组线损坏的事故也明显增多，为此普遍采用自粘性换位导线作为绕组。自粘性换位导线是由奇数根的自粘漆包扁线组成宽面相互接触的两列，按照要求在两列漆包扁线上沿窄面做同一方向换位并用绝缘材料紧密绕包的绕组线。该产品具有高强度、涡流损耗小的特点，但其有尺寸大、加工难、空间利用率低等缺点。为了克服上述缺点，我公司研发出了纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线，该产品具有体积小、机械强度高、电阻率低、空间利用率高，且加工制造工艺简单等特点，已经逐渐取代自粘性换位导线在大型电力变压器高压线圈中的应用，并取得了显著成效。

现以ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3为例，对研发过程的工艺参数、过程产品及成品专项试验及结果进行阐述，并总结出纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线的工艺、质量控制点。

1　产品设计

1.1性能与结构

ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3的产品结构如图1所示，部分技术要求参数见表1。

图1　纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线结构示意图

表1　ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3部分技术要求　　（单位：mm）

1.2主要原材料

（1）缩醛漆由国内知名的绝缘漆制造商提供，型号为1720，固体含量20%以上，在20℃温度下用4#杯粘度计检测粘度为1 800 s。

（2）环氧自粘漆由本公司自制，型号为17N4，固体含量为20%以上，在20℃温度下用4#杯粘度计检测粘度为800 s。

（3）无氧铜杆采用上引法工艺生产，由本公司自制，其20℃电阻率为1.705 0×10-2Ω·mm2/m。

2　工艺参数及流程

2.1半硬铜导体

半硬铜导体采用无氧铜杆经过TLJ300挤压机生产，配备主动压延半硬系统对铜导体进行半硬化处理，具体参数：进线直径12.5 mm，挤压主轴转速6.5 r/min，线速度22 m/min，腔体温度为450～480℃，挤压模具为Ⅱ型模具，产品冷却水温25～30℃。

半硬化处理前后铜导体技术指标如表2所示。

表2　半硬化处理前后铜导体技术指标对比表（单位：mm）

2.2单面自粘缩醛漆包半硬扁线

单面自粘缩醛漆包半硬扁线采用催化燃烧电辅助加热立式漆包机生产，具体参数：退火炉温度100℃，烘炉进口温度 180℃，烘炉下层温度280℃，烘炉中层温度380℃，烘炉上层温度420℃，一次催化前补充加热温度430℃，下炉口吸出风机转速600 r/min，排废风机转速1 200 r/min，收线机牵引速度6.5 m/min。涂漆方式为固定模具法，单面自粘采用专用工装进行涂覆。

单面自粘缩醛漆包半硬扁线生产工艺流程如图2所示。

图2　单面自粘缩醛漆包半硬扁线生产工艺流程示意图

2.3纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线

纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线采用三组合导线机一次成型生产，放线采用被动方式，在组合成型之前经过3个上下排列的绕包笼，再进入公共绝缘绕包笼进行绝缘绕包，在每个单根漆包扁线上涂覆适当的变压器油进行润滑。

具体参数为：如图1b所示的单面自粘缩醛漆包半硬扁线排列，公共绝缘选用芬兰耐热纸，型号FLT，厚度0.075mm，宽度20mm，绕包13层，共需4个绕包笼，前3个绕包笼配纸层数为4+4+3，绕包方式为同方向对缝绕包，最后一个绕包笼配纸层数为2，绕包方式为同方向自锁绕包。

纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线生产工艺流程如下：放线→单线涂变压器油→组合并绕包→检测→成品。

3　试验项目

3.1设备

（1）烘箱用于粘结强度试验试样的制备，采用电加热强迫通风方式，主要技术参数：烘箱型号为DHG-9143BS-Ⅲ，控温范围为室温至300℃之间，控温精度达到±0.5℃。

（2）拉力机用于粘结强度试验及半硬强度测试，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：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：高精度梯形丝杆传动；显示方式：测试软体电脑显示；解析度：1/200000。

（3）电磁线击穿电压试验采用DCX-Ⅲ型电磁线电压试验仪，主要技术参数：电压档别为0～15 kV，使用范围为 2.5～15 kV，升压速度为500 V/s，试验电压在击穿时的电压降在使用范围内且击穿电流为5 mA时不大于2%。

（4）绝缘电阻表用于短路检测，主要技术参数：绝缘电阻表型号为ZC25-4型绝缘电阻表，电压1 000 V，绝缘电阻0～1 000 MΩ。

3.2方法

（1）粘结强度试验

取长度约为110 mm的平直试样2根，共5组，然后按图3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（120±3）℃时将试样放置在烘箱内处理24 h后，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，计算截面积是以实测自粘层宽度与重叠长度相乘为计算结果。

图3　样品

（2）半硬强度RP0.2试验

取长度约为200 mm的平直试样5根，使用万能材料试验机进行测试，拉伸速度不大于20 mm/min，微伸仪的测量范围一般为100 mm。取5次试验的平均值作为试验结果。

导体截面积应去除绝缘，按称重法进行检测并计算。

（3）电阻率试验

取长度约为1.4 m的平直试样5根，当试样为漆包扁线时，两端各0.3 m用去漆剂去除漆膜并校直，在试验环境中稳定2 h以上，并记录温度值，将线样夹入夹头，线样应保持平直。电流密度为0.5～1.0 A/mm2。平衡电桥，记录数据。将电阻测量值换算为20℃的电阻值，并根据实测截面积计算20℃电阻率。取5次试验的平均值作为试验结果。

导体截面积应去除绝缘，按称重法进行检测并计算。

（4）耐直流电压试验

在整盘纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线的一端，相邻的漆包扁线之间施加1 000 V直流电压，时间不少于5 s，线间应不发生击穿。按上述方法一次检测相邻的两根漆包扁线，直至全部漆包扁线测量完毕。全部测量结束无击穿现象为合格。当击穿电流大于等于20 mA时，应指示击穿，小于或等于标准值为合格。

（5）漆包扁线击穿电压试验

取长度为350 mm的试样5根，若试样厚度不大于2.5 mm，采用25 mm的试棒a边弯曲，否则采用50 mm的试棒弯曲。将弯好的试样埋入接地的2 mm钢珠内，埋入深度为100 mm。导体接试验电压。启动试验仪升压（2级采用500 V/min）。记录击穿时的试验电压值作为试验数值。5根试样的试验数值应不低于2 000 V为合格。

（6）单面自粘厚度及宽度试验

取纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线长度约1 m的试样，去除外包绝缘纸，每根单线试样长度约500 mm，在相隔至少100 mm的三个位置上测量产品的厚度及自粘层的宽度，并记录相应测量结果；再用丙酮擦拭漆包扁线表面去除自粘层，再按照上述方法测量产品的厚度，并记录相应的测量结果。测量结果取3次测量的平均值。

4　试验结果分析

4.1单面自粘层厚度、宽度和四面自粘层的粘结强度

单面自粘在纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线中应用好坏的一个重要指标是该单面自粘涂层按图3所示样品，进行室温粘结强度试验，其粘结强度应不小于5 N/mm2。为了验证单面自粘技术的稳定性与可行性，以及自粘层的宽度和厚度对粘结强度的影响，本次试验针对不同自粘层厚度和宽度的单面自粘缩醛漆包扁线在相同制样环境下进行试验对比，其粘结强度见表3。

表3　不同自粘层厚度、宽度的样品在相同处理温度的室温下的粘合强度

由表3可见，单面自粘的粘合强度与自粘层的厚度与宽度有很大关系，其最佳单面自粘层厚度为0.02～0.04 mm，宽度为1/2至3/4导体宽度，其平均粘结强度为8.09 N/mm2，高于行业标准粘结强度为5 N/mm2的标准要求，而四面涂覆自粘层的粘结强度平均值为8.30 N/mm2，两者相差不大。当单面自粘层厚度超过0.04 mm时，其粘合强度反而下降，并且严重影响单面自粘特性。

4.2半硬强度Rp0.2与电阻率

半硬强度是高压及特高压变压器绕组线的一个重要指标，其对变压器的抗突发短路能力有很大影响，采用新的半硬加工方法在有利于提高半硬强度的同时，保证了导体尺寸的均匀性和稳定性，对铜导体电阻率的影响不大。本次试验针对ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3的整个加工过程中的半硬强度及电阻率的检测结果进行试验对比，其半硬强度与电阻率见表4。

表4　各过程产品的半硬强度与电阻率对比

由表4可见，通过TLJ300连续挤压工艺，再经过主动压延半硬装置生产半硬铜导体，最后经过漆包工序生产单面自粘缩醛漆包半硬铜扁线，其半硬强度RP0.2完全可以满足240 N/mm2以上要求，且20℃电阻率不大于1.7241×10-2Ω·mm2/m，远远低于国家标准要求的20℃电阻率不大于1.7544× 10-2Ω·mm2/m，且表面无毛刺、压痕等缺陷，并且半硬强度均匀稳定。

4.3漆包扁线击穿电压与组合导线耐直流电压

漆包扁线击穿电压的高低说明漆包扁线漆膜的涂漆均匀性，以及导体的表面质量，直接影响到最终产品的耐直流电压试验结果，以及整个变压器线圈的匝间绝缘性能。漆包扁线击穿电压的高低受漆膜厚度和均匀性的影响比较大，应避免出现严重的漆膜偏心现象，提高整个导线漆膜的均匀性，而且要避免存在铜导体的损伤、异物等表面缺陷，漆包扁线击穿电压才能够稳定，从而提高了最终产品的耐直流电压性能。本次试验针对ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80× 12.50/3的漆包和组合绕包加工过程中的产品分别进行了击穿电压试验和耐直流电压试验，如表5所示。

表5　漆包扁线击穿电压及纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线耐直流电压试验结果

由表5可见，通过TLJ300连续挤压工艺，再经过主动压延半硬装置生产半硬铜导体，最后经过漆包工序生产单面自粘缩醛漆包半硬铜扁线，其导体尺寸均匀，无毛刺、雀皮等影响击穿电压的缺陷，漆包扁线涂漆均匀，漆膜厚度波动较小，漆包扁线击穿电压均匀稳定，纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线可以满足耐直流1 000 V电压，确保变压器线圈匝间绝缘性能。

5　结 论

（1）纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线性能完全满足最终产品的要求，可以替代传统的自粘性换位导线在电力变压器中使用。

（2）铜连续挤压与主动压延配合加工半硬铜导体的工艺方法是可行的，并且最终产品的电阻率与软铜扁线相差不大，远远低于国家标准要求；半硬铜导体下压量与半硬强度的关系需进一步研究。

（3）半硬铜导体加工过程中应对无氧铜杆、挤压模具、导体下压量进行控制。无氧铜杆20℃电阻率小于1.710×10-2Ω·mm2/m；挤压模具r角尺寸应比最终产品导体r角大0.10 mm以上。

（4）单面自粘缩醛漆包铜扁线的粘结强度可以满足最终产品的要求，单面自粘层厚度控制在0.02～0.04 mm，自粘层宽度控制在1/2至3/4导体宽度，粘结强度与散热效果最佳。

（5）纸绝缘单面自粘缩醛漆包半硬组合导线应对相邻漆包扁线进行润滑，避免绝缘受损影响产品的耐直流电压性能。

（6）后续应对高半硬强度的加工工艺、单面自粘缩醛漆包铜扁线的加工工艺进一步研究和完善，建立相应的标准，并进行推广。

［1］ GB/T 4074—2008 绕组线试验方法［S］.

［2］ GB/T 7095—2008 漆包铜扁绕组线［S］.

［3］ JB/T 6758—2007 换位导线［S］.

［4］ GB/T 7673—2008 纸包绕组线［S］.

［5］ GB/T 228—2002 金属材料-室温拉伸实验方法［S］.

Development of Paper Covered Semi-Rigid Combined Conductor With Single-Side Bonding Layer

CAO Yong-yi
（Wuxi Xizhou MagnetWires Co.，Ltd.，Wuxi214028，China）

The technological Parameters，testmethods and results of the develoPment and trial-Produce of the PaPer covered semi-rigid combined conductorwith single-side bonding layer，was described in this PaPer，which exemPlified the tyPe ZZQN1C3-1.95-0.15 1.80×12.50/3.The Process selection，imProvement of technological equiPment and quality control Points of Process about the PaPer covered sem i-rigid conductor with single-side bonding layer，were subsequently summed uP to give a basis to Promote the quality of following Product.

single-side self-bonding Polyvinyl acetal enameled rectangular coPPerwire；semi-rigid intensity；singleside self-bonding；short circuit test；quality control Point

TM245.1

A

1672-6901（2016）02-0033-05

2015-06-15

曹永义（1977-），男，高级工程师.

作者地址：江苏无锡市新区城南路231-5号［214028］.