換位導線用自粘性漆包扁線的粘合強度研究

曹永義， 王春紅， 馬曉明， 陳曉東， 張 斌， 陳愛兵

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

0 引言

20世紀60年代以來，美國、前蘇聯(lián)、意大利、日本等國家先后制定了特高壓輸電計劃并相繼建成了特高壓輸電試驗室、試驗場，對特高壓輸電進行了大量研究，取得了重要進展。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。由于這些國家的經(jīng)濟增長速度比預期減緩，目前國外特高壓工程的應用處于停滯狀態(tài)，已建成的線路均降壓至500 kV運行。目前特高壓輸電技術仍停留在上個世紀80年代以前，而現(xiàn)代制造水平和技術已有了很大提高，因此就需要在現(xiàn)代技術條件下完善特高壓輸變電技術。

在特高壓輸電技術前期研究方面我國已做了很多工作，雖然已解決了大部分重大技術問題，但有些技術還需深入地發(fā)展和試驗，如特高壓設備，包括變壓器、電抗器、避雷器的尺寸及運輸?shù)葐栴}?，F(xiàn)在大型電力變壓器的繞組采用換位導線，可以大幅降低負載損耗，降低繞組熱點溫升，提升繞組機械強度，使結構更加緊湊，并且線圈加工更加簡便，因此特高壓變壓器的繞組首選換位導線。為了提高換位導線的整體性和機械強度，通常在制備換位導線時采用自粘性漆包扁線。自粘性漆包扁線的粘合強度保持溫度對換位導線的影響隨著500 kV以上超高壓、特高壓變壓器的研究和應用越來越得到各方的關注。

1 實驗方法

1.1 主要原材料

(1)自粘性漆包線漆

自粘性漆包線漆由國內知名的絕緣漆制造商提供，型號為N4或環(huán)氧自粘漆，固體含量20%以上，在30℃溫度下用旋轉粘度計檢測粘度為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循環(huán)立式漆包扁線機生產(chǎn)，漆包工藝參數(shù)如下:退火爐溫度為550℃，烘爐進口溫度為180℃，烘爐下層溫度為280℃，一次催化前溫度為400℃，催化后補充加熱溫度為430℃，二次催化前溫度≥400℃，循環(huán)風機轉速為 1 000 r/min，下爐口吸出風機轉速為6 00 r/min，排廢風機轉速為1 200 r/min，收線機牽引速度為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 試驗設備

(1)烘箱

試樣制備烘箱采用電加熱強迫通風方式，烘箱型號為 DHG－9143BS-III，控溫范圍為室溫～300℃，控溫精度達到±0.5℃。

(2)拉力機

粘合強度試驗采用伺服電腦式桌上型高溫萬能材料試驗機，配備電加熱烘箱，主要技術參數(shù)如下:拉力機型號為TH－8201S，機臺容量1 000 kgf，荷重精度為±1%;測試速度為可調0.5～500 mm/min;傳動控制方式為高精度梯形絲桿傳動;采用測試軟體電腦顯示;解析度為1/200000;輔助控溫烘箱控溫范圍為室溫～300℃，控溫精度達到±0.5℃。

1.4 試驗過程

取長度約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，粘結區(qū)長度即重疊長度為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裝置的烘箱中，待烘箱溫度達到設定的熱處理溫度，穩(wěn)定后熱處理一定的時間，然后冷卻至室溫做拉力試驗，拉伸速度不大于20 mm/min，記錄試驗結果。共做5次試驗，取其平均值作為試驗結果，計算截面積時應除去圓角。

圖2 樣品制備

2 結果與討論

2.1 樣品處理溫度對粘合強度的影響

評價自粘漆在換位導線中應用好壞的一個重要指標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現(xiàn)自粘。對所制備的自粘性漆包扁線按圖2所示制備樣品，將樣品在相同時間、不同溫度下進行熱處理，待樣品冷卻至室溫做拉力試驗，其粘合強度如表1所示。

表1 樣品在不同處理溫度下的粘合強度

由表1可見，自粘線的粘合強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對粘合強度影響較大，超過這一范圍，粘合強度沒有明顯提高，處理溫度過高反而會降低粘合強度。當處理溫度過低時粘合強度急劇下降，這點在換位導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，一般換位導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)的線圈及整機加工工藝

2.2 樣品處理時間對粘合強度的影響

換位導線用自粘線熱處理時間一般要求并不高，表3例舉了在120℃下不同的處理時間對粘合強度的影響。從表3可見，當溫度合適時自粘線熱處理所需時間一般不超過30 min即有明顯作用，延長處理時間對粘合強度的提高作用不明顯。

表3 樣品在120℃溫度下不同處理時間后的粘合強度

2.3 粘合強度保持溫度

評價自粘漆在換位導線中應用好壞的最為重要指標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度。樣品處理溫度為120℃，處理時間為30 min，冷卻至室溫。再對所制備的自粘性漆包扁線樣品在不同試驗溫度下加熱30 min后進行拉力試驗，其粘合強度如表4、表5所示。

表4 樣品在相同時間不同試驗溫度下的粘合強度

表5 樣品在不同時間不同試驗溫度下的粘合強度

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

3 結論

(1)自粘線的粘合強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對粘合強度影響較大，超過這一范圍，粘合強度沒有明顯提高，處理溫度過高反而會降低粘合強度。

(2)當溫度合適時自粘線熱處理所需時間一般不超過30 min即有明顯作用，延長處理時間對粘合強度的提高作用不明顯。

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

(4)目前常見自粘漆仍無法達到500 kV以上超高壓、特高壓變壓器對粘合強度保持溫度的要求，即低溫自粘，相對高溫下保持粘合強度。

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

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

［3］JB/T 6758—2007 換位導線［S］.

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

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