电工用铜线坯对漆包线耐压性能影响

2020-12-28胡延波杨国富罗波涛张婷香罗至勇李昌青

铜业工程 2020年6期

胡延波，余琪，杨国富，罗波涛，张婷香，罗至勇，李昌青

（江西铜业加工事业部，江西南昌 330096）

1 引言

漆包线是最基础的电工材料之一，主要制造方法包括连拉连包和单涂覆两种（暨高速连拉连包漆包机和低速多头漆包机两种漆包设备制造漆包线的生产工艺）［1］，目前漆包线制造业主要采用高速连拉连包生产工艺，其采用“铜杆→拉丝→清洗→退火→绝缘漆涂敷→烘烤→冷却吹干→在线检测→润滑→成卷收线”的生产工艺，生产流程长。漆包线被广泛应用于高铁、飞机、轮船、发电机及冰箱、空调等产品上，利用法拉第电磁感应定律，在磁场里切割磁力线，实现电能及动能的互相转化，因此，漆包线漆膜的绝缘能力直接影响到下游产品的质量和使用安全［2-3］。近年来随着高质量的发展及激烈的市场竞争，漆包线使用厂家除了表面、尺寸、耐刮、回弹角、剥离扭绞等性能外，对漆包线的耐压提出了更高的要求。

目前，国内多家漆包线生产企业为电机厂家提供的漆包线，易出现耐压不良的质量问题。经查阅，国内外学者对漆包线进行了大量而深入的研究。余琪［4］等指出铜杆的晶粒组织、次表层质量、扭转后表面质量、铜粉量影响漆包线的漆瘤。王湄［5］认为漆包线外观缺陷主要表现为粒子、黑斑和表面颜色不均匀。余琪［6］等提出了连拉连包生产线拉拔加工率对漆包线生产、能耗、漆瘤等影响进行了深入研究。龙香林［7］等研究了漆包线线硬的原因以及应对措施。但是对漆包线耐压技术方面的研究较少，其工艺技术尚无合适的资料可以参考借鉴。因此，对漆包线进行耐压实验，分析其耐压不良的影响因素，探究漆包线漆膜缺陷对耐压的影响规律，对于漆包线生产的稳定性及质量具有重要意义。

2 试验设备及方法

2.1 试验设备

目前耐压实验设备主要有交流和直流两种装置，用来检测经常发生的瞬态高压下变压器、电机、绝缘材料的绝缘能力实验，通过不同电压等级的泄漏电流变化情况判断绝缘状况，有助于及时发现绝缘缺陷、老化及受潮等［8］。常用的实验设备是台湾固纬GPT-9803 交流耐压/直流耐压/耐压实验仪，由升压、控制和显示电路三部分组成，具有手动/自动测试模式、便捷功能键、声光报警及控制指示灯等优点，本文以此型号耐压仪为实验设备，如图1 所示。

图1 耐压实验仪

2.2 试验方法

按试验标准，在耐压试验设备上设定所需电压、漏电流及检测漆包线表面所需的测试时间。把被测试漆包线产品试样一端除去漆膜约5cm，并与实验设备负极夹具连接，按压“开始”键，用紫铜丝或黄铜丝制作的刷子在漆包线表面移动，使刷头与漆包线表面接触角约为60°，并且刷头端部与漆包线表面充分接触，依次扫过试样表面，检测在实验高压下漆膜产生的漏电流与预置的判定漏电流进行对比，若漆膜产生的漏电流值小于判定预置值，则漆包线通过测试，按压“停止”键停止测试或至设置的测试时间结束，则合格灯亮自动停止测试；当检出的漆膜漏电流值大于判定预置值时，实验高压立即切断并发出警报声，从而判定被测漆包线产品耐压不合格，漆包线耐压测试示意图如图2 所示。选用测试为1000V、漏电电流为5mA 对Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包线进行耐压测试。

图2 漆包线耐压测试示意图

采用4XC-MIT 型三目倒置金相显微镜观察击穿处缺陷形貌和铜杆线的铜粉形貌，并采用扭转机检测铜杆铜粉量。

3 结果与分析

3.1 宏观形貌观察

图3 为采用台湾固纬GPT-9803 交流耐压/直流耐压/耐压实验仪对漆包线进行耐压检测出现击穿后的击穿点漆包线的缺陷形貌，通过4XC-MIT型三目倒置金相显微镜观察，发现耐压击穿点缺陷主要是漆瘤、针孔和线伤等。

图3 耐压击穿点典型宏观形貌

图4 为耐压击穿形貌的主要类型占比折线图，选取JTTY 漆包线生产线生产的MZ 客户Φ1.000mmQ(ZY/XY)-2/200 漆包线468 轴，共出现耐压击穿缺陷20 轴，不良率为4.27%，对20 轴缺陷样品进行形貌观察，其中12 轴为漆瘤，占总不良数的60%，5 轴为针孔缺陷，占总不良数的25%，3 轴为划伤，占总不良轴数的15%，由折线图可知，造成漆包线耐压不良的主要原因是漆包线表面存在漆瘤缺陷，使得耐压测试击穿。

图4 耐压击穿点形貌占比分析

3.2 连拉裸线表面质量对耐压的影响

图5 为耐压击穿点拉丝裸线表面形貌，采用脱漆剂去除实验击穿点试样的漆膜，观察针孔、漆瘤试样裸铜线表面缺陷主要有轻微毛刺、凹坑、连续划伤、粗糙四种。

图5 针孔、漆瘤试样典型裸铜线表面缺陷

3.3 对耐压的影响

图6 为不同铜粉含量的铜杆线对漆包线耐压的影响，采用扭转机检测漆包线铜原料-铜杆的铜粉含量，分别选用铜粉含量为3～8mg 共计13 种含量的铜杆，每种铜杆4t，在高速连拉连包漆包机上生产MZ 客户Φ1.000mmQ（ZY/XY）-2/200 漆包线，统计不同铜粉含量铜杆生产的漆包线耐压击穿次数，由曲线图可以看出，铜粉含量为3mg 时不良率为1.2%，而铜粉含量为8mg 时不良率为60%，同时可以看出，铜粉含量越高击穿比例越大，低于4mg 时击穿不良率总体平稳，当高于6mg 时不良率急剧上升。

图6 铜粉含量对耐压影响

铜杆对耐压的影响除铜粉含量之外，还与铜粉形貌有极大的关系，经在连拉出口处收集铜粉，在4XC-MIT 型三目倒置金相显微镜观察，如图7 所示，细小均匀的铜粉击穿不良率低，而粗大并且成片状剥离物的铜粉耐压击穿不良率高。

图7 铜粉形貌

3.4 分析讨论

高速连拉连包漆包线生产过程中，因铜杆拉拔后表面铜粉较多，粘附在裸线表面，经清洗水箱清洗后，无法彻底清洗干净，导致粘附在裸线表面的铜粉经退火形成氧化铜、氧化亚铜带入绝缘漆涂敷过程，金属、金属氧化物夹杂在裸线与绝缘漆之间，经耐压检测造成击穿。另外，因铜杆质量、拉拔工艺等因素的影响，使裸线表面拉拔后出现表面毛刺，无法消除，带有毛刺缺陷的裸线经过涂漆模，使得有毛刺缺陷的漆包线段漆膜涂敷少，或者造成表面漆瘤，耐压击穿性能受到影响。