換位導(dǎo)線用自粘性漆包扁線的粘合強(qiáng)度研究

曹永義， 王春紅， 馬曉明， 陳曉東， 張 斌， 陳愛(ài)兵

(1.無(wú)錫錫洲電磁線有限公司，江蘇 無(wú)錫214028;2.上海電纜研究所，上海200093)

0 引言

20世紀(jì)60年代以來(lái)，美國(guó)、前蘇聯(lián)、意大利、日本等國(guó)家先后制定了特高壓輸電計(jì)劃并相繼建成了特高壓輸電試驗(yàn)室、試驗(yàn)場(chǎng)，對(duì)特高壓輸電進(jìn)行了大量研究，取得了重要進(jìn)展。前蘇聯(lián)已建成1 150 kV特高壓輸電線路2 362 km，日本已建成1 000 kV同桿并架線路427km。由于這些國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度比預(yù)期減緩，目前國(guó)外特高壓工程的應(yīng)用處于停滯狀態(tài)，已建成的線路均降壓至500 kV運(yùn)行。目前特高壓輸電技術(shù)仍停留在上個(gè)世紀(jì)80年代以前，而現(xiàn)代制造水平和技術(shù)已有了很大提高，因此就需要在現(xiàn)代技術(shù)條件下完善特高壓輸變電技術(shù)。

在特高壓輸電技術(shù)前期研究方面我國(guó)已做了很多工作，雖然已解決了大部分重大技術(shù)問(wèn)題，但有些技術(shù)還需深入地發(fā)展和試驗(yàn)，如特高壓設(shè)備，包括變壓器、電抗器、避雷器的尺寸及運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。現(xiàn)在大型電力變壓器的繞組采用換位導(dǎo)線，可以大幅降低負(fù)載損耗，降低繞組熱點(diǎn)溫升，提升繞組機(jī)械強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且線圈加工更加簡(jiǎn)便，因此特高壓變壓器的繞組首選換位導(dǎo)線。為了提高換位導(dǎo)線的整體性和機(jī)械強(qiáng)度，通常在制備換位導(dǎo)線時(shí)采用自粘性漆包扁線。自粘性漆包扁線的粘合強(qiáng)度保持溫度對(duì)換位導(dǎo)線的影響隨著500 kV以上超高壓、特高壓變壓器的研究和應(yīng)用越來(lái)越得到各方的關(guān)注。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要原材料

(1)自粘性漆包線漆

自粘性漆包線漆由國(guó)內(nèi)知名的絕緣漆制造商提供，型號(hào)為N4或環(huán)氧自粘漆，固體含量20%以上，在30℃溫度下用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)檢測(cè)粘度為1 000 mPa·s。

(2)自粘性漆包扁線

自粘性漆包扁線采用本公司生產(chǎn)的換位導(dǎo)線用漆包扁線，該漆包扁線的主要性能參數(shù)如下:漆包扁線型號(hào)為QQBN-2/120，規(guī)格為1.60 mm×5.55 mm，窄邊外形尺寸為1.74～1.76 mm，寬邊外形尺寸為5.70～5.72 mm，總漆膜厚度為0.15～0.17 mm，其中自粘層厚度為0.03～0.04 mm，附著性切割(拉伸20%)為1.0 mm。

1.2 自粘漆包扁線制備工藝參數(shù)及工藝流程

(1)漆包工藝參數(shù)

自粘性漆包扁線采用電輔助加熱熱風(fēng)循環(huán)立式漆包扁線機(jī)生產(chǎn)，漆包工藝參數(shù)如下:退火爐溫度為550℃，烘爐進(jìn)口溫度為180℃，烘爐下層溫度為280℃，一次催化前溫度為400℃，催化后補(bǔ)充加熱溫度為430℃，二次催化前溫度≥400℃，循環(huán)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 1 000 r/min，下?tīng)t口吸出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為6 00 r/min，排廢風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，收線機(jī)牽引速度為9.5 m/min。

(2)漆包工藝流程

自粘性漆包扁線生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 自粘性漆包扁線生產(chǎn)工藝流程

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

(1)烘箱

試樣制備烘箱采用電加熱強(qiáng)迫通風(fēng)方式，烘箱型號(hào)為 DHG－9143BS-III，控溫范圍為室溫～300℃，控溫精度達(dá)到±0.5℃。

(2)拉力機(jī)

粘合強(qiáng)度試驗(yàn)采用伺服電腦式桌上型高溫萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，配備電加熱烘箱，主要技術(shù)參數(shù)如下:拉力機(jī)型號(hào)為T(mén)H－8201S，機(jī)臺(tái)容量1 000 kgf，荷重精度為±1%;測(cè)試速度為可調(diào)0.5～500 mm/min;傳動(dòng)控制方式為高精度梯形絲桿傳動(dòng);采用測(cè)試軟體電腦顯示;解析度為1/200000;輔助控溫烘箱控溫范圍為室溫～300℃，控溫精度達(dá)到±0.5℃。

1.4 試驗(yàn)過(guò)程

取長(zhǎng)度約110 mm的平直試樣兩根，共5組，然后按圖2所示將試樣的寬邊重疊，粘結(jié)區(qū)長(zhǎng)度即重疊長(zhǎng)度為25 mm，用專用夾具模夾重疊粘合區(qū)(試樣粘合區(qū)壓力為1 MPa)，將受壓試樣放入帶有鼓風(fēng)裝置的烘箱中，待烘箱溫度達(dá)到設(shè)定的熱處理溫度，穩(wěn)定后熱處理一定的時(shí)間，然后冷卻至室溫做拉力試驗(yàn)，拉伸速度不大于20 mm/min，記錄試驗(yàn)結(jié)果。共做5次試驗(yàn)，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算截面積時(shí)應(yīng)除去圓角。

圖2 樣品制備

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理溫度對(duì)粘合強(qiáng)度的影響

評(píng)價(jià)自粘漆在換位導(dǎo)線中應(yīng)用好壞的一個(gè)重要指標(biāo)是該自粘漆在涂覆于漆包扁線表面后，在多高的溫度下即可實(shí)現(xiàn)自粘。對(duì)所制備的自粘性漆包扁線按圖2所示制備樣品，將樣品在相同時(shí)間、不同溫度下進(jìn)行熱處理，待樣品冷卻至室溫做拉力試驗(yàn)，其粘合強(qiáng)度如表1所示。

表1 樣品在不同處理溫度下的粘合強(qiáng)度

由表1可見(jiàn)，自粘線的粘合強(qiáng)度主要取決于所用自粘漆的再軟化溫度。樣品處理溫度在一定范圍內(nèi)對(duì)粘合強(qiáng)度影響較大，超過(guò)這一范圍，粘合強(qiáng)度沒(méi)有明顯提高，處理溫度過(guò)高反而會(huì)降低粘合強(qiáng)度。當(dāng)處理溫度過(guò)低時(shí)粘合強(qiáng)度急劇下降，這點(diǎn)在換位導(dǎo)線用自粘漆的選用上需特別注意。從表2所列主要變壓器制造廠家的加工參數(shù)可見(jiàn)，一般換位導(dǎo)線用自粘漆的熱處理溫度不能高于120℃。

表2 主要變壓器制造企業(yè)的線圈及整機(jī)加工工藝

2.2 樣品處理時(shí)間對(duì)粘合強(qiáng)度的影響

換位導(dǎo)線用自粘線熱處理時(shí)間一般要求并不高，表3例舉了在120℃下不同的處理時(shí)間對(duì)粘合強(qiáng)度的影響。從表3可見(jiàn)，當(dāng)溫度合適時(shí)自粘線熱處理所需時(shí)間一般不超過(guò)30 min即有明顯作用，延長(zhǎng)處理時(shí)間對(duì)粘合強(qiáng)度的提高作用不明顯。

表3 樣品在120℃溫度下不同處理時(shí)間后的粘合強(qiáng)度

2.3 粘合強(qiáng)度保持溫度

評(píng)價(jià)自粘漆在換位導(dǎo)線中應(yīng)用好壞的最為重要指標(biāo)是該自粘漆在涂覆于漆包扁線表面后，在多高的溫度下仍可保持粘合強(qiáng)度。樣品處理溫度為120℃，處理時(shí)間為30 min，冷卻至室溫。再對(duì)所制備的自粘性漆包扁線樣品在不同試驗(yàn)溫度下加熱30 min后進(jìn)行拉力試驗(yàn)，其粘合強(qiáng)度如表4、表5所示。

表4 樣品在相同時(shí)間不同試驗(yàn)溫度下的粘合強(qiáng)度

表5 樣品在不同時(shí)間不同試驗(yàn)溫度下的粘合強(qiáng)度

由表4可見(jiàn)，樣品隨著試驗(yàn)溫度的提高，在105℃前粘合強(qiáng)度變化較小，但105℃后降低明顯，這與500 kV以上超高壓、特高壓變壓器對(duì)粘合強(qiáng)度保持溫度的要求尚有差距。同時(shí)在一定的溫度下粘合強(qiáng)度隨著時(shí)間的變化不太明顯，如表5所示。值得關(guān)注的是當(dāng)溫度達(dá)到130℃及以上時(shí)，樣品粘合強(qiáng)度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)反而有所提高，這與自粘漆中少量的交聯(lián)組分有一定的關(guān)系。這也為如何提高現(xiàn)有自粘漆粘合強(qiáng)度保持溫度提供了一個(gè)值得關(guān)注的方向，即采用低溫固化體系來(lái)提高自粘漆的使用溫度，這仍需要進(jìn)行深入研究。

3 結(jié)論

(1)自粘線的粘合強(qiáng)度主要取決于所用自粘漆的再軟化溫度，樣品處理溫度在一定范圍內(nèi)對(duì)粘合強(qiáng)度影響較大，超過(guò)這一范圍，粘合強(qiáng)度沒(méi)有明顯提高，處理溫度過(guò)高反而會(huì)降低粘合強(qiáng)度。

(2)當(dāng)溫度合適時(shí)自粘線熱處理所需時(shí)間一般不超過(guò)30 min即有明顯作用，延長(zhǎng)處理時(shí)間對(duì)粘合強(qiáng)度的提高作用不明顯。

(3)熱熔型自粘漆的粘合強(qiáng)度隨著溫度的提高下降明顯，當(dāng)溫度高于自粘漆的再軟化溫度，自粘層失效。

(4)目前常見(jiàn)自粘漆仍無(wú)法達(dá)到500 kV以上超高壓、特高壓變壓器對(duì)粘合強(qiáng)度保持溫度的要求，即低溫自粘，相對(duì)高溫下保持粘合強(qiáng)度。

［1］謝毓城，胡啟凡，董志剛.電力變壓器手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］北京科技大學(xué)，東北大學(xué).工程力學(xué)(材料力學(xué))［M］.北京:高等教育出版社，1997.

［3］JB/T 6758—2007 換位導(dǎo)線［S］.

［4］李福輝，高素霞.熱粘合換位導(dǎo)線的研究［J］.變壓器，2008(9):18-22.

［5］高素霞，康 京.換位導(dǎo)線的應(yīng)用［J］.變壓器，2006(3):26-29.