10-8. ТРАНСПОНИРОВАННЫЕ ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА
При изготовлении обмоток мощных силовых трансформаторов и реакторов появляются серьезные затруднения при изгибании проводов крупных сечений для придания им нужной формы. Кроме того, в таких проводах возникают значительные дополнительные потери в результате поверхностного эффекта. Повышенная жесткость проводов больших сечений устраняется расщеплением их жилы на отдельные параллельно идущие проволоки прямоугольного сечения, а значительное снижение дополнительных потерь достигается изолированием проволок. Однако в этом случае вследствие различного расположения отдельных изолированных проволок в магнитном поле рассеяния в жиле возникают уравнительные токи и связанные с этим добавочные потери в обмотках, которые в проводах крупных сечений могут достигать 20% основных потерь в меди.
Поэтому при изготовлении мощных трансформаторов и реакторов применяют частичную транспозицию обмоток (перестановку параллельных ветвей). Однако это мероприятие лишь частично снижает потери от уравнительных токов. Чтобы транспозиция была полной, все проволоки должны быть равномерно транспонированы по всей длине обмотки, т. е. каждая из них должна располагаться равновероятно по сечению жилы. В этом случае каждая из составляющих провод проволок будет иметь одинаковое сцепление с магнитным потоком рассеяния трансформатора, и поэтому уравнительных токов в жиле не будет, так как разность потенциалов между идущими параллельно транспонированными проволоками теоретически должна быть равна нулю.
Производство транспонированных обмоточных проводов представляет собой сложный технологический процесс, требующий применения специального крутильного оборудования с транспонирующим устройством (см. § 9-7).
Работы по производству таких обмоточных проводов за рубежом начаты были примерно 25 лет назад. В частности, еще в конце 40-х годов в США были разработаны конструкции и изготовлены транспонированные провода, состоявшие вначале из 5 проволок; позднее фирма Дженерал Электрик стала выпускать многопроволочные транспонированные провода высокого качества на усовершенствованных транспонирующих машинах. Одна английская фирма в 1958 г. освоила выпуск транспонированных проволок из 27 проволок. Аналогичные работы ведутся во Франции и других странах.
В СССР для организации производства транспонированных проводов большую работу провели Армянский филиал ВНИИКП и ряд других организаций.
Экспериментальными и расчетными работами было установлено, что при соотношениях длин сторон прямоугольной медной проволоки b/а≥3 при частоте 50 Гц потери от поверхностного эффекта невелики. Были установлены также соотношения, позволяющие выбрать оптимальный шаг транспозиции, при котором потери от эффекта близости и электрическое сопротивление транспонированного провода становятся минимальными.
Наиболее целесообразно применение отдельных проволок с высокопрочной эмалевой изоляцией, так как бумажная изоляция проводов типа ПВ или ПБОО часто повреждается в процессе транспонирования. Кроме того, за счет значительного уменьшения толщины изоляции отдельных проволок можно соответственно увеличить толщину наружной бумажной изоляции провода при одновременном увеличении пробивного напряжения между параллельными проволоками с эмалевой изоляцией в 3—4 раза.
Учитывая одновременное «воздействие на эмалевую изоляцию трансформаторного масла и продуктов распада и экстрагирования кабельной бумаги, наиболее подходящей для изготовления транспонированных проводов следует считать высококачественную прямоугольную проволоку, эмалированную лаком металвин (см. § 6-1).
Транспонированные обмоточные провода изготовляются в СССР двух марок: ПТБ — провода транспонированные в общей изоляции из кабельной бумаги марки К и ПТБУ— то же, но с общей изоляцией из кабельной бумаги марки КВУ. Жила провода должна состоять из нечетного числа элементарных прямоугольных эмалированных проволок, преимущественно марки ПЭМ-2, общее количество которых может быть в пределах 5—35. Меньшая сторона сечения неизолированной медной проволоки может иметь размер в пределах 1,58—3,53 мм, большая — в пределах 4,4—10,8 мм. Эмалированные (проволоки должны быть расположены в два ряда; транспозиция должна осуществляться путем последовательной перестановки отдельных проволок по прямоугольному контуру.
Шаг транспозиции должен быть равномерным и находиться в пределах 100—200 мм. Между рядами эмалированных проволок должен прокладываться один слой кабельной бумаги толщиной 0,12 мм, как это показано на рис. 10-8.
Общая изоляция из кабельной бумаги должна быть наложена плотно и равномерно, без образования складок и других дефектов.
Рис. 10-8. Конструкция транспонированного обмоточного провода.
1 — медные прямоугольные проволоки с эмалевой изоляцией, 2—общая бумажная изоляция транспонированного провода, 3 — бумажная изоляция между рядами эмалированных проволок.
Номинальная толщина этой изоляции (на обе стороны) у проводов марки ПТБ может быть в зависимости от заказа в пределах 0,55—1,95 мм (положительные допуски в пределах 0,05—0,15 мм и отрицательные в пределах 0,10—0,25 мм). У проводов марки ПТБУ толщина бумажной изоляции нормирована в пределах 1,36—4,40 мм (положительные допуски 0,10— 0,25 мм и отрицательные в пределах 0,10—0,35 мм). Верхняя и нижняя бумажные ленты должны накладываться с перекрытием не менее 40% ширины бумажных лент, остальные ленты — с зазором 1—2 мм; направление повивов бумажных лент должно изменяться примерно через 8 слоев лент. Число совпадений зазоров соседних бумажных лент должно быть в зависимости от толщины изоляции не более 1—3. Провод должен допускать намотку узкой стороной без повреждения изоляции на цилиндр диаметром 400 мм. Эмалевая изоляция в готовом проводе, намотанном на барабан, должна выдерживать в течение 2 мин напряжение переменного тока величиной 100 в, причем во время испытания напряжение прикладывается между одной из прямоугольных проволок и всеми остальными, соединенными вместе. Кроме того, после 24 ч пребывания в трансформаторном масле при 100 ±5 °C провод должен после воздействия давления не менее 200 кгс/см2 выдерживать указанное выше испытание напряжением. Последнее испытание производится на коротких образцах транспонированных проводов.
10-9. ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА ДЛЯ ПОГРУЖНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
На смену обычным штанговым насосам, применяемым для добычи воды из артезианских скважин, нефти, перекачки нефтепродуктов и других жидких материалов, пришли погружные электронасосы, у которых обмотка двигателя непосредственно подвергается действию перекачиваемой жидкости.
Условия работы погружного электродвигателя в скважине небольшого диаметра (до 425 мм) привели к уменьшению диаметра электродвигателя, его удлинению и необходимости применения статора асинхронного электродвигателя с полностью закрытым пазом. Подобная конструкция паза статора электродвигателя требует изготовления обмотки методом многократной протяжки провода, поэтому изоляция провода должна иметь исключительно высокую механическую прочность.
Первые отечественные обмоточные провода для погружных электрических машин были разработаны ВНИИКП в 1948 г. Эти провода были предназначены для погружных электрических машин насосов для добычи воды из артезианских скважин с целью обеспечения водой сельского хозяйства.
В результате исследований была создана конструкция обмоточных проводов марки ПЭВВП, которая предусматривает применение однопроволочной или семипроволочной жилы, состоящей из медных эмалированных лаком винифлекс проводников (провод марки ПЭВ-2), поверх которой накладывается изоляционный поливинилхлоридный пластикат рецептуры 489 с радиальной толщиной 0,4—0,7 мм.
Провода марки ПЭВВП были разработаны с учетом возможности изготовления обмоток статоров погружных электрических машин методом протяжки и предназначены для работы непосредственно в воде при рабочем напряжении машины 380 в и рабочей температуре до + 70 °C.
Пробивное напряжение проводов марки ПЭВВП при испытании в воде составляет 3,5—4,0 кв. Относительно невысокая влагостойкость поливинилхлоридного пластиката не позволяет обеспечить высокое сопротивление изоляции обмоточных проводов марки ПЭВВП, поэтому техническими условиями на проводе предусмотрено снижение сопротивления изоляции при выдержке в воде при +70°C в течение 24 ч с 10 до 0,1 Мом на 1 км, т. е. в 100 раз.
Так как поливинилхлоридный пластикат рецептуры 489 недостаточно технологичен и учитывая к тому же пожелания изготовителей электродвигателей о повышении механической прочности изоляции проводов, целесообразна замена пластиката полиэтиленом низкого давления с низким индексом текучести расплава или его композициями, сочетающими высокую механическую прочность со стойкостью к растрескиванию в воде. Ввиду того что поливинилхлоридный пластикат по своим электроизоляционным характеристикам уступает полиэтилену низкого давления, при замене пластиката одновременно должны повыситься долговечность и надежность работы погружных электродвигателей. Обмоточные провода марки ППВП с двухслойной полиэтиленовой изоляцией предназначены для водопогружных электрических машин, эксплуатируемых при линейных напряжениях до 3 000 в. Эти провода применяются в обмотках электродвигателей мощностью 250 и 500 кВт. Рабочая температура обмоток достигает 80°С. Наружный диаметр этих двигателей составляет 320—375 мм.
Одной из основных характеристик электроизоляционного материала, применяемого для изготовления обмоточных проводов для водопогружных электродвигателей, является длительная стойкость к растрескиванию в горячей воде. В результате исследований было установлено, что наилучшей стойкостью к растрескиванию в воде обладают полиэтилен высокого давления, а также поливинилхлоридные пластикаты. Однако применение проводов с изоляцией из полиэтилена высокого давления для изготовления обмоток методом протяжки невозможно из-за недостаточной механической прочности их.
Поливинилхлоридные пластикаты хотя и обладают более высокой прочностью на истирание (особенно пластикат рецептуры 489), также не обеспечивают достаточно надежного выполнения протяжных обмоток. Кроме того, с течением времени в связи с вымыванием пластификаторов поливинилхлоридные пластикаты становятся хрупкими, что может привести к повреждению изоляции в результате вибрации при работе погружных насосов, а также в процессе ремонта и т. п. Поливинилхлоридные пластикаты и полиэтилен высокого давления имеют нагревостойкость до 70 °C, в то время как температура обмоток двигателей в скважинах с водой может достигать 80, а иногда и 85—90 °C.
Из исследованных материалов наилучшие механические характеристики в сочетании с достаточно высокой нагревостойкостью имеет полиэтилен низкого давления. Однако различные марки полиэтилена низкого давления обладают неодинаковой стойкостью к растрескиванию в горячей воде.
Рис. 10-9. Результаты испытаний пробивного напряжения обмоточных проводов для погружных электродвигателей после пребывания образцов проводов в воде при температуре 95±5°С в течение 100 суток.
1 — изоляция двухслойная полиэтилен высокого давления + поливинилхлоридный пластикат рецептуры 489; 2 — изоляция двухслойная полиэтилен высокого давления + полиэтилен низкого давления (грозненский); 3 — изоляция двухслойная, полиэтилен высокого давления + полиэтилен низкого давления марки «Хайзекс 5000А».
С целью выбора оптимальной конструкции были изготовлены образцы проводов с двухслойной и однослойной изоляцией.
В качестве изоляционных материалов были использованы полиэтилен высокого давления марки П2003 КА, полиэтилен низкого давления марок П4020 КТ «Хайзекс 5000А» (Япония) и марки П4007 ЭТА, а также поливинилхлоридный пластикат.
В результате испытаний было установлено, что наибольшей стойкостью к растрескиванию и достаточной механической прочностью обладают провода с двухслойной изоляцией из полиэтилена высокого давления (внутренний слой) и полиэтилена низкого давления типа П4007 ЭТА или поливинилхлоридного пластиката рецептуры 489 (наружный слой).
С точки зрения лучшей механической прочности и максимальной стойкости к растрескиванию изоляции в качестве полиэтилена высокого давления выбран полиэтилен с низким индексом текучести расплава марки 112003 КА.
Для оценки качества проводов исключительно важна также стабильность их электроизоляционных характеристик в процессе пребывания в горячей воде. В связи с этим было исследовано изменение величины пробивного напряжения изоляции обмоточных проводов в зависимости от времени выдержки в воде при 90±5 °C.
Образцы проводов, навитых в виде спирали с 10-кратным по отношению к изолированному проводу диаметром (что соответствует условиям работы провода в электродвигателях), помещались в бак с водой и через определенные промежутки времени испытывались напряжением. При этом визуальный осмотр состояния изоляции проводов производился ежедневно, а пробивное напряжение проводов определялось через 1, 10, 20—25, 50, 75 и 100 суток. Результаты испытаний образцов проводов различных конструкций приведены на рис. 10-9. Наиболее высокое и стабильное пробивное напряжение имеют обмоточные провода с изоляцией, выполненной из полиэтилена высокого давления марки П2003 КА (внутренний слой) и полиэтилена низкого давления -марки П4007 ЭТА (или поливинилхлоридного пластиката рецептуры 489) (наружный слой).
Сопротивление изоляции у этих проводов после 100-суточного пребывания в воде при 90±5 °C не изменилось по сравнению с исходной величиной (свыше1 200 Мом·км).
Рис. 10-10. «Кривые жизни» для оптимальной конструкции обмоточных приводов для погружных электродвигателей. 1 — изоляция двухслойная: полиэтилен высокого давления+поливинилхлоридный пластикат рецептуры 489; 2 — изоляция двухслойная: полиэтилен высокого давления+полиэтилен низкого давления (грозненский).
Для обмоточных проводов с двухслойной изоляцией из полиэтилена высокого давления и полиэтилена низкого давления, а также полиэтилена высокого давления и поливинилхлоридного пластиката были сняты «кривые жизни», которые приведены на рис. 10-10.
При испытании изоляции проводов различных типов на истирание было установлено, что механическая прочность на истирание у полиэтилена низкого давления примерно в 6 раз выше, чем у полиэтилена высокого давления, и в 3,5 раза выше, чем у поливинилхлоридного пластиката.
В настоящее время в качестве изоляции обмоточных проводов для водопогружных электродвигателей на рабочее напряжение 3 000 в используется двухслойная изоляция на основе полиэтилена высокого давления марки П2003 КА и полиэтилена низкого давления типа марки П4007 ЭТА. Общая толщина изоляции этих проводов составляет 1,3 мм (толщина внутреннего слоя 0,8 мм, наружного 0,5 мм). Провода могут изготовляться по Принятой на кабельных заводах технологии в два прохода, хотя оптимальным типом оборудования для их изготовления следует считать двухшнековые прессы.
Для погружных электродвигателей, полость которых заполняется во время работы трансформаторным маслом, до сих пор применялись обмоточные провода марки ПЭВПДК с комбинированной изоляцией на основе винифлексовой эмали, трех слоев триацетатной пленки и обмотки двумя слоями шелка капрон с подклейкой и пропиткой полиамидным лаком. Эти провода относятся по нагревостойкости к классу А. При разработке новой серии двигателей потребовалось повысить рабочую температуру обмотки до 120 °C, чего не может выдержать триацетатная пленка. Кроме того, эта пленка имеет невысокую прочность на продавливание, что затрудняет изготовление обмоток и не обеспечивает достаточной влагостойкости обмоток в случае аварийного попадания воды в полость электродвигателя, обычно заполняемую трансформаторным маслом.
Опыт эксплуатации проводов марки ПЭВПДК в течение более 10 лет показал, что погружные электродвигатели после непродолжительного периода работы выходят из строя в результате пробоя в обмотке статора. Одной из причин этого является то обстоятельство, что при протяжке провода при изготовлении статорной обмотки происходит смещение и нарушение целостности его поверхностного покрытия. Кроме того, при нагревании обмотки изоляция из триацетатной пленки растрескивается в местах изгиба провода. Так как изоляция проводов марки ПЭВПДК негерметична, то попадание пластовой жидкости в полость электродвигателя быстро приводит к короткому замыканию.
В качестве меры устранения этого недостатка большой интерес представляет использование для изоляции полиэтилентерефталатной пленки, обеспечивающей длительную работу проводов при 120 °C. Кроме того, потребовалась также замена применяемого для эмалирования поливинилацеталевого лака винифлекс более маслостойким полиэтилентерефталатным лаком ПЭ-943, который к тому же обладает более высокой электрической прочностью и нагревостойкостью.
На основе полиэтилентерефталатной пленки, шелка лавсан и эмалированных нагревостойких проводов ВНИИКП были разработаны конструкций проводов дли погружных электродвигателей, которым присвоены марки ПЭТВПДЛ-3 и ПЭТВПДЛ-4. Для подклейки полиэтилентерефталатной пленки и шелка лавсан применена полиэфирная смола ТФ-60, растворимая в метиленхлориде (8 частей смолы на 92 части метиленхлорида). Провода типа ПЭТВПДЛ поверх слоя полиэтилентерефталатной эмали имеют в зависимости от марки три или четыре лавсановые пленки и два слоя шелка лавсан, подклеенные лаком на основе смолы ТФ-60. Провода марок ПЭТВПДЛ-3 и ПЭТВПДЛ-4 выпускаются диаметром в диапазоне 1,74—2,26 мм. Удвоенная номинальная толщина изоляции для проводов марки ПЭТВПДЛ-З составляет 0,56 мм, а марки ПЭТВПДЛ-40,66 мм. Пленка накладывается на эмалированный провод с положительным перекрытием не менее 15%. Для придания герметичности изоляции и испарения метиленхлорида применяется тепловая обработка провода в печах стеклообмоточных машин. Обычно наложение пленочной и волокнистой изоляции производится на горизонтальной изолировочной машине типа ОГ-2Э, а тепловая обработка — на горизонтальной стеклообмоточной машине при 180— 200 °C.
Электрическая прочность проводов с толщиной изоляции (по диаметру) около 0,6 мм практически не изменяется в течение 4 080 ч пребывания при 105—130°С.
Вследствие подклейки и пропитки изоляции проводов марки ПЭТВПДЛ они сохраняют достаточно высокие диэлектрические характеристики и после пребывания в воде. Например, после 1 200 ч выдержки в подсоленной воде пробивное напряжение составляет около 14 кв, что мало отличается от исходного значения хотя сопротивление изоляции резко уменьшается. При испытании на пробой в воде с содержанием 5% поваренной соли испытательное напряжение прикладывают между зачищенным от изоляции и выведенным из воды на расстояние не менее 150 мм концом провода и медным электродом, помещенным в воду. После 4 000 ч пребывания в воде сопротивление изоляции провода марки ПЭТВПДЛ-3 остается на уровне, достаточном для эксплуатации машины до момента ликвидации аварии и повторного заполнения полости электродвигателя маслом.
В некоторых горнорудных бассейнах в глубоких и сверхглубоких скважинах температура откачиваемой воды, пластовой жидкости и нефти достигает 80—130°C при давлениях до 100—200 ат. В этом случае обмотки электродвигателей могут нагреваться до 155—180 °C.
Принимая во внимание, что полиэтиленовая изоляция не может надежно работать при 80—90 °C и выше, и то, что ранее для изоляции обмоточных проводов не применялись материалы, способные работать при непосредственном воздействии горячей пластовой жидкости, пришлось герметизировать электродвигатели, заполнять их полость маслом и применять обмоточные провода, предназначенные для работы в масле. Но применяемые для таких двигателей провода с комбинированной эмалевопленочной изоляцией удовлетворительно работают только до тех пор, пока в полость электродвигателя не попала вода или пластовая жидкость. При увлажнении же масла более 5—8% сопротивление обмоток через некоторое время недопустимо снижается.
Более надежные результаты могут быть получены при применении изоляции обмоточных проводов на основе фторопластов.
Так как провода могут работать не только в масле, но и в масловодяной эмульсии, фторопластовая изоляция обязательно должна быть монолитной.
В ОКБ кабельной промышленности для статорных обмоток погружных электродвигателей с номинальным линейным напряжением 1 100 в переменного тока разработаны обмоточные провода с монолитной изоляцией из фторопласта-40111. Провода предназначены для работы при 150°C. Допускаются кратковременные перегревы провода до 200 °C, причем длительность пребывания провода при 200 °C не должна превышать в сумме 10 ч. Этим проводам присвоена марка ПФО.
Провода марки ПФО допускают 50-кратную протяжку в электродвигателе длиной до 8 м с радиусом изгиба при намотке, равным 5-кратному диаметру провода. Провода выпускаются с жилой диаметром не более 1,95 мм. Толщина изоляции из фторопласта-40111 не менее 0,4 мм. Провод должен выдерживать испытательное напряжение 5 кв переменного тока частотой 50 Гц в течение 1 мин. Сопротивление изоляции провода в нормальных условиях должно быть не менее 100 Мом на 1 км длины. Испытания напряжением производят после пребывания провода в воде при 10—25 °C в течение 6 ч; измерения сопротивления изоляции производят через 2 ч.
Испытания на нагревостойкость производят на образцах провода, навитых тремя витками на стержень, диаметр которого равен 10-кратному диаметру провода. После 2 ч пребывания в термостате при +150±5°С и последующей выдержки в течение 30 мин на воздухе образец распрямляют и подвергают испытанию напряжением 5 кв переменного тока в течение 1 мин.
Для испытания на водо- и маслостойкость образцы проводов (с выведенными концами) погружают в воду при 90±5 °C на 2 ч, а затем переносят их в трансформаторное масло (120±5°С), после чего производится испытание напряжением.
Фторопласт-40111, применяемый для изоляции проводов марки ПФО, представляет собой мелкодисперсный порошок белого цвета. Поэтому предварительно он гранулируется на прессах-грануляторах с отношением длины L к диаметру шнека D, равным 15—20, и компрессией 1:4. Наложение фторопласта-40111 на медную жилу производится на червячных прессах, применяемых в кабельной промышленности для переработки полиэтилена. Диаметр шнека составляет 25 и 40 мм.
По результатам технологических исследований, выполненных ОКБ КП, для переработки фторопласта-40111 оптимальная величина отношения L/D должна составлять 15—25; шнек должен иметь постоянный шаг и компрессию около 2,5. Пресс должен иметь пять регулируемых зон подогрева. Так как температурная область переработки сополимера близка к температуре его разложения, точность поддержания постоянства технологического режима имеет первостепенное значение. Поэтому все зоны пресса должны иметь контрольно-регулирующие приборы высокой точности. Головка, решетка и инструмент пресса должны иметь плавные внутренние переходы, исключающие застаивание и разложение перерабатываемого материала. Обязательным технологическим элементом при изготовлении проводов марки ПФО является также подогрев жилы до оптимальной температуры. Для получения гладкой и блестящей поверхности провода температура матрицы, имеющей электрический подогрев, должна на 20—60 °C превышать температуру головки. Охлаждение проводов с изоляцией из фоторопласта-40Ш воздушное. В связи с тем, что при переработке фторопласта-40111 выделяются токсичные газы, необходима усиленная приточно-вытяжная вентиляция.
Интенсивные исследовательские работы помогут создать обмоточные провода для погружных электродвигателей на рабочие температуры порядка 180 °C и выше.
Из известных водостойких материалов, надежно работающих при 180 °C и выше, может быть рекомендован только фторопласт-4. Различные сополимеры фторопласта, как правило, имеют более низкую нагревостойкость по сравнению с фторопластом-4 и меньшую водостойкость. Отечественной промышленностью выпускаются провода с монолитной изоляцией из шприцуемого фторопласта-4. Однако максимальный диаметр по жиле таких проводов составляет 1,5—1,8 мм, а строительные длины их крайне ограничены. Для погружных электродвигателей, имеющих, как правило, мощность более 20 кВт, применяются провода с однопроволочной жилой диаметром 1,63— 3,5 мм, многопроволочной жилой диаметром до 5 мм и выводные концы сечением до 25 мм2 и выше. Радиальная толщина изоляции колеблется в пределах 0,4—1,5 мм. Изготовление таких проводов с монолитной изоляцией из фторопласта-4 на плунжерных и шнековых прессах представляет значительные трудности и до сих пор не освоено. Провода с прессованной фторопластовой изоляцией не могут длительно работать в воде, так как при приложении электрического напряжения изоляция проводов растрескивается. Очевидно, в данном случае играют роль значительные внутренние напряжения в изоляции, возникающие в процессе прессования.
Монолитная изоляция может быть получена также из пленок фторопласта-4. При этом для достижения монолитности изоляции используется свойство неориентированных пленок фторопласта свариваться при нагреве до 400 °C. Строганая пленка фторопласта-4 нашла широкое применение при изолировании монтажных проводов, а также в качестве защитных оболочек радиочастотных кабелей как в СССР, так и за рубежом. Пленка обычно накладывается на изделие методом обмотки с перекрытием. Пленочная изоляция позволяет получать изделия с жилой сечением 0,3—100 мм2 практически неограниченной длины. Недостатком пленочной изоляции считаются плохая влагостойкость, а также то, что при разделке концов провода в процессе монтажа пленочная изоляция легко разматывается. Для устранения размотки Изоляцию провода часто подвергают специальной тепловой обработке в печах или расплавленном металле. В процессе тепловой обработки происходит усадка пленки, изоляция уплотняется и пленка теряет способность самопроизвольно разматываться. Однако полное спекание и монолитность изоляции при такой обработке не обеспечиваются, провода не могут эксплуатироваться в воде при повышенных давлениях и температурах. Поэтому идет поиск конструкций проводов с пленочной изоляцией, имеющих более высокую степень спекания. Предложен ряд вариантов изоляции, представляющих собой различные комбинации из ориентированных, неориентированных, частично ориентированных и сырых каландрированных (давленых) пленок фторопласта-4.
Лучшее спекание получается при использовании давленой пленки. Изоляция провода имеет гладкую поверхность и монолитную структуру. Многие авторы считают этот метод изолирования фторопластом-4 наиболее перспективным для кабельной' промышленности, хотя обмотка сырой каландрированной пленкой вследствие ее очень низкой механической прочности предъявляет жесткие требования к обмоточному оборудованию. Кратность снижения сопротивления изоляции при 500 кгс/см2 и 250 °C составляет 3,6·104 для давленой пленки Ф-4Д и 5· 102 для пленок Ф-4. На некоторых образцах с изоляцией из пленки Ф-4Д при 400 кгс/см2 происходило короткое замыкание. При этом оказалось, что причиной проникновения влаги в изоляцию является значительная диффузия воды, а не технологические дефекты.
Строганая пленка Ф-4 имеет лучшие диэлектрические свойства, однако недостатком таких пленок является плохая способность свариваться. Фторопласт-4 хорошо сваривается при 370—410 °C и при обеспечении плотного контакта между свариваемыми поверхностями, т. е. под давлением. Для спекания фторопласта в виде пленок как материала, ранее уже подвергшегося спеканию, необходим очень плотный контакт между слоями пленки. В кабельных изделиях это достигается за счет применения в наружном повиве полностью ориентированной пленки. При нагреве до 327 °C эта пленка дает значительную усадку и сдавливает внутренние слои из неориентированной или частично ориентированной пленки. Максимально допустимой температурой тепловой обработки для ориентированной пленки является 360—370 °C, так как при более высокой температуре такая пленка растрескивается. Принимая во внимание эти показатели, интересно сравнить распределение температуры по толщине изоляции при нагреве провода снаружи и изнутри (со стороны жилы). На рис. 10-11 показано распределение температуры по толщине изоляции при нагреве как снаружи, так и изнутри.
Рис. 10-11. Распределение температуры по толщине изоляции провода при нагреве снаружи (б) и со стороны жилы (а).
В обоих случаях температура на поверхности изоляции является предельно допустимой для ориентированной пленки, т. е. составляет 360—370°С. Если учесть, что теплопроводность фторопласта низка и что при толщине 0,5—1 мм перепад температур в изоляции может составлять 20—40 °C (при нагреве снаружи он тем больше, чем больше сечение жилы), то температура внутренних слоев пленки (у жилы) в первом случае составит 320—330 °C, а во втором 360—400 °C. Отсюда следует, что при нагреве со стороны жилы все слои пленки имеют температуру, достаточную для хорошего спекания изоляции, а при нагреве снаружи многие слои пленки имеют более низкую температуру, чем нужно для удовлетворительного опекания. Поэтому для изготовления обмоточных проводов для погружных электрических машин с длительной рабочей температурой 180 °C с целью обеспечения спекания пленок Ф-4 применяется нагрев изоляции со стороны жилы током высокой частоты.
