6-10. АЛЮМИНИЕВЫЕ ЭМАЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
До последнего времени выпуск алюминиевых эмалированных проводов у нас ограничивается потребностями производства отдельных типов электрических машин, приборов и аппаратов. В ряде стран алюминиевые эмалированные провода находят более широкое применение в электромашиностроении.
Ассортимент выпускаемых за рубежом алюминиевых эмалированных проводов довольно широк: круглые провода изготовляются диаметром 0,2—4 мм (а иногда и более крупных размеров), прямоугольные провода — различных сечений до 30—40 мм2.
Принципиально эмалирование алюминиевой проволоки производится теми же методами, которые применяются для эмалирования медной проволоки; при этом имеются некоторые специфические особенности, свойственные процессу эмалирования алюминиевой проволоки. К числу их относятся следующие:
- Эмалирование должно производиться при несколько 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 = aγC, (6-1) где а — коэффициент, зависящий от диаметра проволоки; γ — плотность металла; С — его теплоемкость.
Отношение этих величин для проволок из меди и алюминия одного и того же диаметра
(6-2)
Рис. 6-10. Примерные зависимости среднего срока службы эмалированных проводов от температуры. 1 и 2 — медные провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,72 и 1,35 мм; 3 и 4 — алюминиевые провода марки ПЭВА-2 диаметром 1,40 и 1,81 мм, 5 и 6 — медные провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72 и 1,24 мм.
- Температура отжига для алюминия, как известно, ниже, чем для меди. Поэтому алюминиевую проволоку малых и средних сечений (диаметром до 0,6— 0,7 мм) можно эмалировать без предварительного отжига, так как он осуществляется непосредственно в эмаль-печи.
в) Мягкая алюминиевая проволока имеет предел прочности при растяжении по крайней мере в 2—3 раза меньший, чем мягкая медная проволока. При эмалировании обрывность у алюминиевой проволоки малых сечений значительно выше, чем у медной проволоки. Поэтому особо тонкие эмалированные провода (диаметром 0,03—0,08 мм) обычно изготовляются из более прочных сплавов алюминия, а не из чистого металла.
Алюминиевые провода имеют более высокую нагревостойкость в сравнении с медными проводами, эмалированными одними и теми же лаками. Это убедительно доказано большой работой, проведенной в МЭИ одним из авторов и доц. В. М. Аникеенко. На рис. 6-10 по результатам этой работы приведена зависимость срока службы медных и алюминиевых проводов от температуры. Эта зависимость получена «при помощи методики ускоренных испытаний, рекомендованной МЭК. Согласно этим результатам, алюминиевые провода с поливинилацеталевой эмалью можно по нагревостойкости отнести к классу Е. На рис. 6-11 приведены результаты исследования зависимости изменения эластичности эмалевой изоляции от времени пребывания при температуре 180 °C. На алюминиевых проводах эластичность эмалевой изоляции сохраняется на более высоком уровне, чем на медных проводах.
Рис. 6-11. Изменение эластичности эмалевой изоляции в зависимости от времени при температуре 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 и 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 температуре 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 tg δ от времени воздействия температуры 160 °С, из которой следует, что tg δ у изоляции алюминиевых проводов несколько меньше, чем у проводов на лаке винифлекс, и значительно меньше, чем у проводов на лаке металвин.
Рис. 6-12. Изменение механической прочности эмалевой изоляции в зависимости от времени при температуре 160 °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 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
Рис. 6-13. Изменение tg δ эмалевой изоляции в зависимости от времени при температуре 160 °C.
1, 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 диаметром 0,53; 1,40 и 1,81 мм; 7 и 8 — медные провода марки ПЭМ-2 диаметром 0,72 и 1,24 мм.
Примерно такой же характер зависимости и при других высоких температурах. Повышенную нагревостойкость алюминиевые эмалированные провода имеют и при применении полиэфирных лаков, в чем нетрудно убедиться из рис. 6-14, на котором приведено изменение эластичности полиэфирной изоляции в зависимости от времени пребывания проводов при температуре 200 °C. В то время как у медных проводов воздействие указанной температуры вызывает значительное уменьшение эластичности эмалевой изоляции, у алюминиевых проводов она практически не изменяется. Примерно такая же картина имеет место и при воздействии температур 220 и 240 °C.
Рис. 6-14. Изменение эластичности (D/d) полиэфирной эмалевой изоляции на медных и алюминиевых проводах в зависимости от времени при температуре 200 °C.
1 и 2 — медные провода марки ПЭТВ диаметром 0 8 и 1,04 мм; 3 — то же марки ПЭТВ-939 диаметром 1,56 мм; 4 — алюминиевый провод марки ПЭТВ-939 диаметром 1,62 мм.
Механическая прочность полиэфирной эмалевой изоляции у алюминиевых проводов при воздействии повышенной температуры также остаётся 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 δ у алюминиевых полиэфирных проводов также происходят в значительно 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 каталитическим действием меди и ее окислов при тепловом старении эмали. Эмалированные медные провода, у которых медная жила покрыта защитным слоем из олова или особенно из никеля, также обладают повышенной нагревостойкостью.
Коэффициенты линейного расширения металла и эмалевой пленки различны. Для меди он равен 16,7Х10-6 1/°С, для алюминия 25,5·10-6 1/°С, для эмалевых пленок (50-70)·106 1/°С. Поэтому при циклах нагрева и охлаждения в процессе теплового старения, когда эмалевые пленки в значительной степени теряют свою эластичность, у медных проводов внутренние напряжения в эмалевой изоляции могут быть несколько больше, чем у алюминиевых. Это может приводить к появлению мелких трещин в эмалевой изоляции. У алюминиевых эмалированных проводов тонкий слой ΑΙ2Ο3 должен способствовать повышению адгезионных свойств эмалевой изоляции. Кроме того, алюминий является в некоторой степени антиоксидантом и, имея большое сродство с кислородом, замедляет процесс окисления и старения эмалевой изоляции.
Рис. 6-15. Изменение механической прочности эмалевой изоляции на медных и алюминиевых проводах в зависимости от времени при температуре 200 °C.
1 и 2 — медные провода марки ПЭТВ диаметром 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.
Алюминиевые эмалированные провода изготовляются преимущественно с высокопрочной эмалевой изоляцией на поливинилацеталевых и частично полиамидно-резольных 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 дополнительной обмотки этих проводов волокнистыми материалами они практически становятся неприемлемыми для электромашино- и аппаратостроения.
В ГОСТ 14966-69 предусмотрен выпуск высокопрочных алюминиевых проводов диаметром 0,08—2,44 мм только с одной толщиной эмалевой изоляции, которая несколько меньше, чем у проводов марки ПЭВ-2, но больше, чем у проводов марки ПЭВ-1. Провода могут выпускаться двух марок: ПЭВАт — с неотоженной и ПЭВ А — с отожженной алюминиевой проволокой. К этим проводам диаметром 0,08—0,41 мм в отношении механической прочности, эластичности и нагревостойкости, а также величины минимального пробивного напряжения предъявляются примерно такие же требования, как и к проводам марки ПЭВ-1. Требования в отношении количества точечных повреждений и электрической прочности изоляции к проводам 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±5°С. По нагревостойкости провода на поливинилацеталевых и полиамидно-резольных лаках пока отнесены к классу А. Алюминиевые эмалированные провода на полиэфирных лаках, как и медные провода на этих лаках, изготовляются только с одной толщиной эмалевой изоляции (марка ПЭТВА) как с отожженной, так и с неотожженной жилой. К этим проводам предъявляется примерно такие же технические требования, как и к медным проводам марок ПЭТВ и ПЭТВ-939. По нагревостойкости алюминиевые полиэфирные эмалированные провода пока также относятся к классу В и допускают в течение 500 ч нагрев до 200 °C.
