Обмоточные и монтажные провода - Обмоточные провода с волокнистой изоляцией

Глава десятая
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
10-1. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ СТАНДАРТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Ассортимент обмоточных проводов с волокнистой изоляцией до последнего времени остается весьма широким, так как, помимо таких давно известных изоляционных материалов, как хлопчатобумажная пряжа, кабельная и телефонная бумага, натуральный шелк и т. п., применяются также различные синтетические волокна и пленки, специальные сорта стекловолокна, кварцевое волокно и т. п. Существенно расширился ассортимент и за счет создания ряда новых конструкций обмоточных проводов этого типа.
В табл. 10-1 приведены классификация основных типов медных и алюминиевых обмоточных проводов с эмалево-волокнистой, бумажной и пленочной изоляцией, диапазоны номинальных размеров токопроводящих жил круглых и прямоугольных сечений, толщины изоляции и классы нагревостойкости изоляции проводов.
Круглые медные провода с волокнистой изоляцией изготовляются тех же диаметров, что и медные эмалированные провода (табл. 6-2). Отдельные виды обмоточных проводов, кроме того, изготовляются диаметром 2,63; 2,83; 3,05; 3,28; 3,53; 3,8; 4,1; 4,5; 4,8 и 5,2 мм.

Таблица 10-1
Обмоточные провода с изоляцией из хлопчатобумажной пряжи, натурального шелка, синтетических волокон и пленок, кабельной и телефонной бумаг. Классификация и ассортимент основных типов

Продолжение табл. 10-1

Продолжение табл. 10-1

Номинальные размеры обмоточных проводов с волокнистой изоляцией с алюминиевыми токопроводящими жилами, которые находят у нас пока ограниченное применение, приведены в ГОСТ 9761-61.
Алюминиевые провода с бумажной изоляцией в недалеком будущем должны найти широкое применение в трансформаторостроении, при изготовлении реакторов и во многих других случаях.
В табл. 10-1 не приводятся сведения о проводах марки ПВО с изоляцией из однослойной обмотки хлопчатобумажной пряжей. Эти провода, у которых толщина изоляции примерно в 2 раза меньше, чем у проводов марки ПБД, изготовляются в СССР в очень ограниченном количестве, так как изоляция таких проводов обладает незначительной механической прочностью и неустойчива на проводе.
В ГОСТ 6324-52 предусматривается изготовление круглых проводов диаметром 0,2—2,10 мм марки ПЭЛКО, изолированных эмалью на масляно-смоляной основе и одним слоем обмотки из утолщенного капронового волокна (диаметральная толщина изоляции D—d = 0,125- 0,21 мм), а также выпуск круглых (диаметром 1,0—5,2 мм) и прямоугольных проводов марки ПБОО, изолированных одним слоем обмотки и оплеткой из хлопчатобумажной пряжи. Толщина изоляции (D—d) круглых проводов не более 0,85 мм, а прямоугольных не более 0,88 мм.
Последние два типа обмоточных проводов изготовляются в очень ограниченном количестве, поэтому данные о них также не приводятся.
Действующие межреспубликанские техническйе условия на обмоточные провода, изолированные волокном лавсан, помимо конструкций проводов, приведенных в табл. 10-1, предусматривают также изготовление круглых (диаметром 0,38—5,2 мм) и прямоугольных проводов марки ПЛБД, изолированных одним слоем обмотки лавсановым волокном и затем одним слоем обмотки из хлопчатобумажной пряжи. Круглые провода должны иметь толщину изоляции (D—d) в зависимости от сечения провода не более 0,20—0,28 мм, а прямоугольные не более 0,27—0,36 мм. Эти провода, которые по нагревостойкости относятся к классу А, пока также изготовляются в ограниченном количестве.
В ГОСТ 6324-52 предусматривается изготовление обмоточных проводов, изолированных двумя слоями обмотки натуральным шелком (марка ПШД) или капроновым волокном (марка ПШКД), а также с изоляцией из эмали и двух обмоток этими же волокнистыми материалами (марки ПЭЛШД и ПЭЛШКД).
Перечисленные конструкции обмоточных проводов не являются прогрессивными, поэтому указанные провода изготовляются в очень ограниченном количестве для выполнения отдельных заказов. В новых ГОСТ производство этих проводов не предусматривается.
Обмоточные провода, необходимые при изготовлении запоминающих устройств счетно-решающих машин, а также для трансформаторов с ферритовыми сердечниками и других приборов и машин, в которых облуживание концов жил проводов нужно производить без зачистки от волокнистой изоляции, изготовляются по особым техническим условиям с изоляцией из полиуретановой эмали (провода марки ПЭВТЛ-1) с обмоткой волокном лавсан и последующей термообработкой. В результате термообработки изоляция становится монолитной, но без оплавления лавсановых волокон. Такие провода (марка ПЭПЛОТ) изготовляются диаметром 0,08—0,51 мм. Они имеют изоляцию сравнительно небольшой толщины (D—d=0,11-0,16 мм) и их жила может обслуживаться без зачистки от изоляции. Изоляция достаточно эластична и механически прочна: выдерживает при испытаниях в среднем не менее 60—100 ходов иглы (при минимальном числе ходов не меньше 40—80). Пробивное напряжение изоляции у скрученных образцов в зависимости от сечения жилы должно быть не менее 1 000—2 000 в.
Алюминиевые обмоточные провода с волокнистой изоляцией изготовляются в ограниченном количестве, так как применение их вызывает увеличение габаритов электрических машин и аппаратов.
В отношении качества наложенной изоляции к алюминиевым проводом предъявляются те же требования, что и к медным проводам. Действующий стандарт предусматривает выпуск круглых алюминиевых проводов, начиная с диаметра 1,35 мм, так как более тонкие провода в процессе обмотки иногда получают значительную вытяжку, причем круглые провода диаметром 1,35—1,74 мм обычно изготовляются с применением твердой алюминиевой проволоки марки АТ, а провода более крупных сечений и все прямоугольные провода — из проволоки марки АМ.

У круглых проводов допускаются спайка и сварка алюминиевой проволоки, причем в местах этих соединений допускается утолщение обмотки на длине не более 100 мм; у проводов прямоугольных сечений места сварки или спайки должны быть оголены.
По особым техническим условиям изготовляются гибкие обмоточные провода прямоугольных сечений марок ЛВОО и ЛВДО с сечением токопроводящих жил 3,6— 80,0 мм². Жилы скручиваются из большого количества тонких медных проволок, вальцуются и тщательно отжигаются. Толщина изоляции провода ЛВОО (изоляция — одна обмотка и оплетка хлопчатобумажной пряжей) равна 0,65±0,05 мм, а проводов ЛВДО (изоляция — две обмотки и оплетка хлопчатобумажной пряжей) 0,85±0,05 мм.
Шаг скрутки проволок должен быть в пределах трех-четырех периметров сечения провальцованных проводов. Размеры прямоугольных проводов рассчитываются, исходя из коэффициента заполнения η = 0,8. Таким образом, сопротивление жилы постоянному току при 20 °C должно быть не более подсчитанного по уравнению
(10-1)
где q — номинальное сечение провода, мм²; α — коэффициент, учитывающий укрутку и равный примерно 1,035; р=0,01724 ом-мм²/м; l — длина провода, м.
Для масляных трансформаторов преимущественное применение находят провода с бумажной изоляцией марок ПВ и АПВ, а также транспонированные провода марок ПТБ и ПТБУ (см. § 10-8). Эти провода в зависимости от рабочих напряжений трансформаторов и условий их работы изготовляются с различной толщиной изоляции (табл. 10-4). В дополнение к действующему ГОСТ 6324-52 следует отметить, что в последнее время провода с одной бумажной изоляцией (марка ПБ) изготовляются не только круглых, но и прямоугольных сечений. В соответствии с новым ГОСТ для трансформаторостроения начато изготовление проводов марки ПБУ, изолированных несколькими слоями кабельной высоковольтной бумаги марки КВУ (табл. 10-1). Эти провода, будучи пропитаны минеральным маслом, обладают повышенной электрической прочностью изоляции.
В соответствии с требованиями стандарта обмотка должна быть наложена на провод плотно и равномерно, 

без ребристости, просветов (оголенных мест) и утолщений, за исключением мест пайки или сварки проволоки диаметром 0,51—3,8 мм. В этих местах, а также при заправке пасмы допускается утолщение на длине не более 100 мм.
В соответствии со стандартом двухслойная волокнистая изоляция не должна иметь просветов между отдельными нитками, а также разрывов ниток при навивании провода на стержень диаметром, равным 5-кратному диаметру изолированного провода, но не менее 3 мм, а в случае однослойной волокнистой изоляции — при навивании на стержень 10-кратного диаметра, но не менее 6 мм.
Отсутствие точного определения понятия, что собственно следует считать просветом в изоляции, служит иногда причиной недоразумений и необоснованной браковки обмоточных проводов. По мнению авторов, совершенно недопустимы просветы до меди в проводах с двойной обмоткой марки ПБД и т. п. Однако в проводах марок ПЭЛШО, ПЭЛШКО, ПЭЛЛО и т. п. единичные мелкие просветы до эмали величиной менее радиальной толщины однослойной обмотки не могут, как показывают многократные исследования, заметно отражаться на качестве этих проводов.
Изоляция прямоугольных обмоточных проводов с двойной обмоткой волокнистыми материалами не должна иметь просветов и разрывов отдельных ниток при изгибании провода широкой стороной на 180° вокруг стержня диаметром, равным 5-кратному размеру меньшей стороны изолированного провода, но не менее 8 мм.
У обмоточных проводов марки ПБД не должно происходить раскрывания наружного слоя и появления трещин бумаги и оголенных от изоляции мест при изгибании провода на 180° при соблюдении следующих условий испытания:

1. изгибание широкой стороной, а также узкой стороной для проводов марки ПББО с соотношением сторон не более 1:2 вокруг стержня диаметром 160 мм;
2. изгибание вокруг стержня диаметром 100 мм для проводов марки ПБ всех размеров.

Хотя новейшие конструкции обмоточных машин и позволяют получать провода с гладкой поверхностью наложенной изоляции, тем не менее в процессе обмотки все же возможно появление некоторых дефектов. По действующему стандарту на каждую бухту или катушку провода допускается не более пяти каждого вида следующих отклонений качества обмотки:

1. для проводов с двумя слоями обмотки—пропуск одной или нескольких ниток в обмотке на протяжении не свыше 200 мм в каждом пропуске;
2. для проводов с одним слоем обмотки — местные мелкие просветы, обусловленные пропуском одной или нескольких ниток или колебаниями шага обмотки, или номера пряжи на протяжении не свыше 200 мм;
3. для проводов с двумя слоями обмотки — местное увеличение шага обмотки до 20 мм.

Электроизоляционные характеристики проводов с одной лишь волокнистой изоляцией невысоки. Пробивное напряжение изоляции проводов марки ПБД обусловливается электрической прочностью воздушных промежутков в изоляции и составляет при испытании образцов, навитых на металлический стержень, 700—800 в. Примерно такую же электрическую прочность имеет и изоляция проводов марок ПШД, ПЛД и ПШДК.

Рис. 10-1. Примерная зависимость сопротивления изоляции проводов марки ПБД от времени пребывания в среде с 85 %-ной относительной влажностью воздуха.

Изоляция проводов марки ПБД обладает к тому же высокой гигроскопичностью. На рис. 10-1 показана примерная зависимость сопротивления изоляции этих проводов от времени пребывания в среде с 85% относительной влажностью воздуха, а на рис. 10-2 — аналогичная зависимость для проводов марок ПШД и ПШДК (на натуральном шелке и капроне), но при 100%-ной относительной влажности воздуха. Нетрудно убедиться в том, что в этом отношении свойства натурального шелка и капронового волокна несколько лучше по сравнению с хлопчатобумажной пряжей. Однако эти волокна также обладают значительной гигроскопичностью и не могут служить надежной изоляцией в условиях действия высокой влажности в незащищенном от этого воздействия виде.

Рис. 10-2. Примерная зависимость сопротивления изоляции проводов марок ПШД и ПШДК от времени пребывания в среде со 100%-ной относительной влажностью воздуха.
1 — провод марки ПШДК, обмотанный блестящим капроновым волокном, 2 и 3 — то же, но матированным капроновым волокном; 4 — провод марки ПШД.

Электрические характеристики проводов марок ПЭЛБО, ПЭЛШО, ПЭЛЛО, ПЭВЛО, ПЭЛШКО и др. определяются в значительной степени качеством эмалевой изоляции и существенно лучше, чем у проводов с одной волокнистой изоляцией. Пробивное напряжение изоляции проводов марки ПЭЛБО диаметром 0,5 мм, навитых на металлический стержень, составляет около 1 000 в, у проводов марки ПЭЛШО, ПЭЛЛО, ПЭЛШКО и т. п. того же диаметра — около 700—900 в и не изменяется заметно после пребывания в бензине или в  термостате при 100° С в течение 24 ч. У проводов этих марок более крупных диаметров пробивное напряжение изоляции будет еще выше за счет увеличения толщины эмалевой изоляции. Сопротивление изоляции проводов марок ПЭЛШО и ПЭЛШКО диаметром 0,5 мм по результатам отдельных испытаний составляет в состоянии поставки около 50 Мом-км (методику измерений см. § 5-14) и несколько снижается после пребывания образцов в течение 24 ч в атмосфере 80%-ной относительной влажности воздуха; у проводов марки ПЭЛБО диаметром 0,7 мм сопротивление изоляции в подобных условиях падает с 50—100 до 2,5—3,0 Мом-км.
Если сравнивать свойства обмоточных проводов, изолированных натуральным шелком и волокнами лавсан и капрон, то можно отметить следующие характерные моменты:

1. В комнатных условиях пробивное напряжение изоляции из этих волокнистых материалов примерно одинаково. Например, у проводов диаметром 0,25 мм с двухслойной обмоткой пробивное напряжение между проводом и металлическим стержнем, на который провод намотан, составляет 700—800 в и сравнительно мало изменяется после выдержки в течение 3 суток при температуре 200° С. Эта характеристика значительно уменьшается (до 100—230 в) после выдержки в течение такого же времени в условиях 100%-ной относительной влажности, причем лучшие результаты в этом случае показывают провода с обмоткой лавсановым волокном.
2. Сопротивление изоляции в исходном состоянии у проводов марок ПШД и ПЛД примерно одинаково и несколько ниже у проводов марки ПШКД. При воздействии повышенных температур (100—150° С) сопротивление изоляции у проводов ПШД и ПЛД некоторое время даже повышается (за счет подсушки изоляции); далее оно несколько снижается и после 25 суток воздействия температуры 130° С составляет у этих проводов примерно 80 Мом·км, после такого же по длительности воздействия температуры 150° С—около 35—40 Мом-км.

У проводов с капроновой обмоткой сопротивление изоляции в этом случае быстро (даже после 3 ч воздействия) и резко падает и составляет при более длительных воздействиях около 0,03—0,05 Мом -км.

1. В условиях высокой влажности сопротивление изоляции у проводов всех марок с волокнистой изоляцией весьма значительно снижается, причем резкое снижение наблюдается также у проводов, изолированных волокном лавсан.

Некоторое повышение сопротивления изоляции проводов с лавсановой или капроновой обмоткой в условиях повышенной влажности может быть достигнуто, если эти провода предварительно выдержать в течение 4—6 ч при 100—120° С. Более эффективное действие в этом отношении оказывают высококачественная пропитка и герметизация обмоток, выполненных из указанных проводов.

1. В отношении величины диэлектрических потерь при высоких частотах (в диапазоне 300 кгц — 20 Мгц) провода с изоляцией из натурального шелка и волокна лавсан примерно равноценны и имеют tg δ в пределах 0,013—0,017, тогда как у капроновой изоляции tg δ составляет 0,02—0,09, причем меньшие значения относятся к частоте 20 Мгц.
2. Если определение механической прочности волокнистой изоляции производить истиранием иглой с помощью скребкового прибора, то значительно лучшие результаты как в состоянии поставки, так и после выдержки в течение 24—48 ч при 105—150° С получаются при испытании проводов, изолированных волокном капрон (470—380 двойных ходов иглы). Провода с лавсановой изоляцией выдерживают 120—100 двойных ходов, превосходя в этом отношении провода, изолированные натуральным шелком (около 50 двойных ходов).

Таким образом, по механической прочности изоляции и лавсан, и капрон являются полноценными заменителями натурального шелка.

1. Термопластичность лавсановой и капроновой изоляции примерно одинакова и составляет при определении сжатием между пластинами при 155° С около 20%; у натурального шелка она составляет примерно 6,5—7%, а у проводов ПЭВ-2 при этой температуре — около 40%.

При температуре выше 200° С волокна лавсан и капрон сильно размягчаются и слегка деформируются. Поэтому провода, изолированные этими волокнами, следует применять с особой осторожностью в тех электрических машинах и аппаратах, где возможны перегревы до указанной температуры.
Весьма важное значение имеют правильная упаковка и маркировка обмоточных проводов.
Согласно стандарту, круглые изолированные провода всех марок диаметром до 0,8 мм должны поставляться заказчику на деревянных катушках. Провода диаметром 0,83—2,10 мм могут поставляться в бухтах или на деревянных катушках. Провода диаметром 2,26—5,2 мм, а также провода прямоугольных сечений поставляются в бухтах или на барабанах.
По существующему стандарту количество отдельных отрезков на катушках или в бухтах для проводов всех марок должно быть:

Стандартом установлены минимальная и максимальная массы провода в бухтах, на катушках или барабанах (для разных сечений в пределах 0,06—250 кг). Масса отдельных отрезков должна быть не менее максимально допустимой массы провода в бухте, на катушке или барабане, деленной на допустимое количество отрезков. Масса отрезка прямоугольного провода должна быть в зависимости от его сечения не менее 5—25 кг.
Начало и конец каждого сечения провода, намотанного на катушку, должны быть выведены и закреплены на щеке катушки.
Провода на катушках или барабанах должны быть тщательно обернуты упаковочной бумагой. Провода в бухтах должны быть перевязаны, тщательно обернуты мешковиной или другим равноценным материалом и вновь перевязаны не менее чем в трех местах.
В настоящее время ГОСТ 6324-52 пересматривается и в 1972 г. вместо него будут действовать три новых ГОСТ.
ГОСТ 16513-70 будет распространяться на обмоточные провода круглых и прямоугольных сечений, изолированные двумя слоями хлопчатобумажной пряжи (марки ПБД и АПБД), примерно в том же ассортименте, который указан в табл. 10-1. Таким образом, выпуск обмоточных проводов марок ПБО, ПШД, ПЛД и ПБОО далее не предусматривается. Отдельные размеры проводов марки ПШД и других аналогичных марок будут выпускаться по утвержденным на них техническим условиям.
ГОСТ 16507-70 предусматривает выпуск круглых проводов с эмалево-волокнистой изоляцией марок ПЭЛБО (диаметром 0,38—2,10 мм), ПЭЛШО (диаметром 0,05— 1,56 мм), ПЭЛЛО и ПЭВЛО (диаметром 0,05—1,30мм). Другие марки проводов такой конструкции, а также применение волокна капрон для этих целей не предусматриваются.
Наконец, ГОСТ 16512-70 нормирует ассортимент и качество обмоточных проводов круглого и прямоугольного сечений только с бумажной изоляцией (марки ПБ, АПВ и АПБУ) примерно в том же ассортименте и с такими толщинами изоляции, какие приведены в табл. 10-1.
Выпуск проводов марок ПББО и АПББО не предусматривается. Провода по всем трем новым ГОСТ по нагревостойкости изоляции в пропитанном виде относятся к классу А. В этих стандартах вместо нормирования качества изоляции в отношении просветов указывается, что изоляция на проволоку должна быть наложена плотно, без утолщения и наличия оголенных мест до проволоки или эмали.
Для проводов с эмалево-волокнистой изоляцией нормируется величина минимального пробивного напряжения, которое при испытании образцов, навитых на металлический стержень определенной кратности по отношению к диаметру провода, должно быть в зависимости от номинального диаметра проволоки и типа эмалевоволокнистой изоляции в пределах 250—1 800 в.

Деформация тонких проводов с однослойной волокнистой изоляцией и способы ее устранения.

Обмоточные провода диаметром 0,1 — 0,19 мм с изоляцией из натурального шелка, лавсанового или капронового волокна при однослойной обмотке часто получают осевую закрутку, которая впоследствии при изготовлении обмоток электрических машин вызывает образование петель или так называемых восьмерок. Это явление затрудняет изготовление обмоток, а иногда делает его вовсе невозможным, так как, во-первых, затрудняется укладка таких деформированных обмоток в пазы, а, во-вторых, при выпрямлении появляются на проводах «барашки» и крутые изгибы, отчего такая обмотка становится непригодной для дальнейшего использования. Исследованиями установлено, что петлеобразование происходит от затяжки проводов шелковой пасмой.

 В самом деле, наложенные на провод шелковые, лавсановые или капроновые нити находятся в натянутом состоянии. Усилие натяжения при обмотке можно разложить на две составляющие: одна направлена вдоль другая — в плоскости его поперечного сечения (рис. 10-3). Благодаря своим упругим свойствам пасмы шелка или синтетического волокна будут стремиться сжаться, закручивая при этом провод вокруг своей оси, причем это явление будет проявляться тем резче, чем больше горизонтальная составляющая усилия натяжения пасмы при обмотке.
Устранения «восьмерок» при однослойной обмотке капроновым и лавсановым волокнами нетрудно достигнуть, если готовый провод, намотанный на металлическую катушку, подвергнуть прогреву в течение 3—6 ч при 150—160° С. В этом случае упругая деформация синтетических нитей от обмотки переходит в остаточные и никакие закручивания провода не происходит.
При двухслойной обмотке, накладываемой в противоположных направлениях, явления петлеобразования не наблюдается.

Рис. 10-3. Составляющие усилия натяжения пасмы при обмотке.