Способ изготовления катушек высоковольтных электротехнических устройств

 

СООЗ COBETCHHX

СОцИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Н 01 Р g/06, 27/32, 41/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И О ПОКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

1 (21) 4760>04/07

1 (22) 21. 11.89 (46) 23. 06. 92. Бюл. И 23 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-технологический институт электроизоляционных материалов и фольгированных диэлектриков, Московский электромеханический завод им. Владимира Ильича и Институт. ядерной физики СО АН СССР (72) OЛ. Ыокальская, Т.A. Гуреева,.

Р.A. Салимов, Т.II, Владимирова и Д.Я. Черняк. (53) 621.318,44(088.8) (56) Патент ФРГ.Р 3212060, кл. Н 01.Р 5/06, 1983. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТУНЕК ВЫC0K0803bTHblX ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ

УСТРОЙСТВ

У

Изобрет ение от нос итс я к элект рот ех" нике, в частности к способам изготовления катушек высоковольтных электротехнических устройств, и может быть использовано при изготовлении трансформаторов, ускорителей электронов и т,п °

Известны способы изготовления катушек электротехнических изделий, основанные на поочередном наложении с натяжением слоев непропитанного изоляционного материала (бумаги, ткани) и слоев проводника (провода, металлической фольги). Намотанные указанным образом катушки подвергают затем сушке и пропитке Под вакуумом и давлением отвррндаемыми электроизоляционными. составами.

ÄÄSUÄÄ 1742870 А1

2 (Я) Использование: электротехника, I технология изготовления катушек высоковольтных электротехнических устройств. Сущность изобретения: ивготовление обмотки включает поочередную намотку с натяжением на каркас . или оправку слоев изоляционного материала, содернащего стеклоткань, слюдяную бумагу и неотвержденное эпоксиноволачное связующее с текучестью от 45 qo 554, и медного провода, при этом измеряют натя нение провода при намотке и перед намоткой провода производят нагрев намотанного изоляционного материала до температуры, определяемой по эмпирической формуле, С2

2 ил. 1 табл.

)вайа

Изготавливаемые таким образом ка" тушки обладают достаточно высокой монолитностью, механической,прочностью и теплопроводностью, однако процесс изготовления довольно сложен. Для его реализации требуются пропиточные ем- 4, кости, размеры которых соответствуют 4Р размерам пропитываемых катушек, и которые дол>нны выдерживать рабочее избыточное давление около 1-2 ИПа. Вследствие этого котлы для пропитки больших катушек становятся дорогими и тя-,В1 желыми. Перед пропиткой катушки дли- 1. тельное время сушат в вакууме при остаточном давлении около 10 мм рт.ст., 2 что требует использования высокопроизводительных вакуумных агрегатов.

Кроме того, термореактивные составы, 1 7428 70 используемые для пропит ки обмоток (по большей части, эпоксидные), являются токсичными. Ввиду ограниченной жизнеспособности используемых термореактивных компаундов необходимо либо максимально подгонять размеры и форму пропиточной емкости к размерам и форме пропитываемой катушки (что требует дополнительных затрат), либо регулярно разбавлять старящийся компаунд свежеприготовленным,, что не решает задачу устранения непроизводительного расхода компаунда при единичномпроизводстве катушек или при изготовлении небольши х 5 партий..

Известен способ изготовления катушек высоковольтных электротехнических устройств, в котором устранены непроизводительные расходы изоляционного материала и при реализации которого нет необходимости в использовании .оборудования для вакуум-нагнетательной пропитки . В этом способе для изготовления изоляции катушки, наматываемой из алюминиевой фольги, используется предва рительно пропитанный изоляционный материал - препрег, содержащьм пористую, подложку из стекловолокна, слюдяную бумагу и отверждаемый компаунд на основе эпоксидно-новолачной или циклоалифатической смолы, жидкой смолы и комплекса BF>.

Бла года ря испол ьзова нию указа нного материала упрощается процесс и зготовления катушек, так как после намотки 35 катушки требуется только ее запечка.

Однако сам процесс намотки в этом случае требует особого внимания, а указанный изоляционный материал должен обладать специфическими, свойствами ..

Поскольку катушка после намотки не подвергается дополнительной пропитке, необходимая монолит ност ь ка тушки должна достигаться в процессе ее намотки, т.е. при намотке проводникового мате- 45 риала долн<но обеспечиват ься отсутствие пустот между поверхностями проводника и изоляции, так как эти пустоты ухуд" шают теплоотвод, уменьшают механическую прочность катушки и электрическую прочность изоляции и являются очагами разрушения. Отсутствие пустот при намотке катушки в известном способе обеспечивается использованием в качестве проводникового материала алюми-55 ниевой фольги, а в качестве изоляционного материала - описанного выше прейре га, Благодаря наличию в соста ве препрега жидкой смолы он достаточно легко формуется при приложении внешне-, го давления; этой способности препрега к формуемости в сочетании с плоской поверхностью алюминиевой фольги оказывается достаточно для обеспечения плотного контакта фольги и препрега при давлениях, создающихся вследствие натяжения фольги при намотке катушки, Ьлзгодаря тому, что алюминиевая фольга и препрег имеют плоские поверхности, отсутствие газовых включений в обмотке обеспечивается сравнительно просто при незначительном выдавлива нии излишков связующего из препрега.

Однако при использовании известного способа для изготовления катушек из медного провода (например, катушек ускорителей электронов) необходимая мо" нолитность катушки не достигается.

Объясняется этом тем, что при намотке катушки из медного провода (как круглого, так и прямоугольного) возрастает контактное давление провода на препрег. Увеличение контактного давления при этом связано с увеличением кривизны поверхности проводникового материала и с увеличением )несткости и прочности меди (в сравнении с проводником из алюминиевой фольги). Уменьшить контактное давление при намотке путем уменьшения натя>нения провода в данном случае не представляется возможным, так как изоляционный материал (пре-. прег) необходимо деформировать настолько, чтобы заполнить им промежутки между проводами соседних витков в ка" тушке. Однако увеличение контактного давления на изоляционный материал при намотке провода приводит к черезмерному вытеканию связующего, содержащего жидкую смолу, что приводит к уменьшению монолитности катушки.

Целью изобретения является повышение качества катушек путем обеспече" ния монолитности при использовании проводников из медного провода.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу изготовления ка" тушек высоковольтных электротехнических устройств, включающему поочередную намотку с натяжением на каркас или. оправку изоляционного материала, содержащего стеклоткань, слюдяную бумагу и неот вержденное эпоксиноволачное связующее, и слоев проводника и последующее отверждение связующего, используют изоляционный материал с текучестью связующего от 45 до 553, измеряют натяжение провода при намотке

5 17428 и перед намоткой провода производят нагрев наматываемого изоляционного материала до температуры, значение которой определяют из соотношения

)де с„ г " значение температуры на..поверхности изоля ционного 10 материала,о С;, d - значение диаметра или ширины провода, см;

D - значение среднего диаметра катушки, см;

F - значение натяжения провода, кгс.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа; на фиг. 2 - изготавливаемая катушка, сечение.

На оправку 1 наматывают с натяжением (О, 8-1, 5 кгс/см ширины ленты) несколь ко слов в 2 и золя ционного материала, содержащего стеклоткань„слюдяную бумагу и неотвержденное эпокси-. новолачное связующее с текучестью

Ч5 - 553. Поверх этого материала наматывают с натяжением F изолированный медный провод 3 диаметром d, при этом с Помощью датчика Ч натяжения (совме- 30 щенного с устройством натяжения провода) измеряют натяжением F провода .при намотке (при настройке натяжного устройства следят за тем, чтобы усилие натяжения провода не пРевышало преде" ла- упругих деформаций и составляло

0,4-0,5 значения этого предела, а также за тем, чтобы усилие натяжения провода при его намотке изменялось не более чем на 5-103). По значениям из- 40 мере нного натяжения и ровода F, заданного значения среднего диаметра I) катушки и диаметра (или ширины) провода d и приведенному выше соотношению определяют задаваемое значение температуры t p на поверхности изоляционного материала 2, которое должно быть достигнуто перед наложением обмотанного провода. Указанный нагрев может быть обеспечен например, обдувом нагретымм воздухом, инфра кра с ными излучаТелями, ВЧ-нагревом и т.п. На практике наиболее удобным является нагрев инфракрасным излучателем 5 (фиг. 1).

После намотки слоя проводников на него наносят один или несколько слоев

55 ,того we, что и на оправку, изоляционного материала 2. Повторяются операции нанесения проводников описанным

70 выше способом. После нанесения слоя проводников операции повторяются до за вершения намот ки катушки, после чего 1 производится термообработка катушки для отверждения свя;зующего.

Пример. Изготовление катушек ускорителей электронов.

8 таблице приведены значения характеристик.

8 качестве изоляционного материала во всех случаях используется стек лослюдяной материал марки ЛС-ЭН-526-Т

ТУ16-503.191-79, состоящий из стеклоткани толщиной ЧО мкм марки Э4-46 или ЭЧ/1-46П и слюдяной бумаги СЬ-65 или СЬ-85, пропитанных эпоксиноволач >ым лаком ЭП-9150 ТУ16-504.054-8Ч. Содержание связующего в материале 35454.

Текучесть связующего в материале

45 - 553. Этот показатель определяется по ГОСТ 26103-84 путем кратковремен-. ного горячего прессования стопки материала между нагретыми до 160+3ОC плитами пресса в течение 5-0 мин при давлении 1,0 ИПа. После прессования образец охла>ндают до температуры окружающей среды, освобождают от вытекшей смолы и взвешивают. Текучесть Т связующего в процентах определяют по формуле тп - тп Ф

T = -- — — — ° 10

m c где»>< и»>< - масса образца соответственно до и после прессования, г; с - массовая доля связующего в материале, Натя>нение изоляционного материала при намотке 0,8-1,5 кгс/см ширины, Ие>нду слоями витков наносили .3-4 слоя материала. Далее на изоляционный материал наматывали ряд витков из изолированного медного провода ПЭТВ-2 диаметром 0,355 мм с натяжением F, равным 0,7-0,1 6Ч кгс. При этом перед нала>нением провода поверхность изоляционного материала нагревали инфракрасным излучателем . Намотанную катуш-. ку банда;нировали технологической термоусаживающейся тканой лентой 6 из лавсанового волокна для уплотнения слоев изоляционного материала 2, расположенного над последним (верхним) слоем провода 3. Нежду. наружными слоями изоляционного материала 2 и термо- уса>нивающейся лентой 6 могут быть разdD

t „ „= (4,Я,. ) —, D

У 174287 мещены эластичные прокладки 7, йапрймер, из кремнийорганической резины, Затем катушку подвергают нагреву в течение 1-2 ч до 150-160 С и выдержио взют при этой температуре 8-10 ч. После охлаждения катушки до 50-60 С о производят; разборку технологической оснастки и снимают технологическую термоусаживающуюся ленту 6 и прокладки 7. !

По каждому варианту технологическо го режима изготавливалось не менее трех катушек; монолитность оценива" лась по значениям электрической проч-. ности изоляции катушек. Значения электрической прочности изоляции ка- . тушек определяли путем приложения к катушкам испытательного синусоидального напряжения с частотой 400 Гц ступенями с выдержкой на каждой ступени в течение определенного времени.

Кроме того, качество катушек может быть оценено по значениям -потерь на резонансной частоте. Результаты изготовления катушек ускорителей элект ронов показывают,что при изготовлении катушек вытекание связующего из изоляции незначительно, а монолитЗО ность катушек высока. Благодаря этому катушки обладают высокими эксплуатационными свойствами.

0 8

Формула изобретения

Способ изготовления катушек высоковольтных электротехнических устройств, включающий поочередную намотку с .натяжением на каркас или оправку слоев изоляционного материала, содержащего стеклоткань, слюдяную бумагу и неот" вержденное эпоксиноволачное связующее, и слоев проводника и последующее отверждение связующего, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества катушек путем оебспечения монолитности при использовании проводников из медного йровода, используют изоляционный материал с текучестью связующего от 4 до g)i,измеряют натяжение провода при намотке и перед намоткой провода производят нагрев наматываемого изоляционного материала до температуры, значение которой определяют из соотношения значение температуры на по" о верхности материала, С; значение диаметра или !!ири" ны провода, см;, значение среднего диаметра катушки, см; значение натяжения провода,. кгс.

3 742870

1 I

1 1

1 I

I 1

1 (л) 1

) л»

I . 1

1 1

1 .1

I 1 ! 1

)- 1

1 1

1 t

1 1 ! 1 ! 1

lA л м

С)

C) 1л

ОЪ О л бГ\ м

CD

C) CV

С)

О

1

I

CA

М \ м

CD

C) бл

CV л

О л

))\

С) бл

1 « I

1 1

1.1 I

) 1 1

1 О1 t

)л бл м

CD

С) л л

C) 1Л л

ОЪ О

О . М\ м

I I

1 I

I !

1

1

I.

Г

1

1

1 э

X а

I 1

I 1

1 л ъО

«, О бл

)л

Мб

C)

С) с б с

)X э с э

1 е

6) I CO 1

1 . 1

l 1

I 1

I 1

I . 1

I I

1 )

1 . I л

I 1

1 1 бл

)Л м

C) л

С) .С4

О бл

CA ъО

Y о с

Ck

z э ь

I 1

) I

1

1 I

I лО 1

I 1

I 1.

1 I

l I бл бл м

О

С) л бл)

С) бл бл

43 . Д

С)

)л Я б л м

CD л

С) )лл л

О л

Г)1

"О

I I л а. ф

I 1

1 М\ 1

t 1

1 I

1 I

1 1

I I

I I ! 1

1 1

1 4Г I

1 . I б 1

3 7 )

I 1

I I

I 1

I 1

I I

1 1

1 М 1

)

1 1

1 I

1 1

I 1

I 1

1 I

1 )л) 1

l 1

I I

1 I

3 Ч

1 l

I I

1 1

1 t

)Л Г\ м

С)

C) -э сО

C) Г\ бл м

О

С) -Г\

01 О! л л м

С)

С)!

-4 1

Л)

+1CV

О1 .Л) О! бл

М\ м

C) л

CD л л

С) С) CV

I 1

1 I

1 1 бл м

IL

C X

О а

6) Q

1

I

1

I !

1

I

1

К и.

1 о о

ФВФ а с о

Г- Э C!)

F.й э ло. K б) э

К б-)Ф е CQ

v z z а

lэ

X

)3.

1Х»Х с о о а

z o

0 )z о

t» е

Z 1э и

D O о х

К с о сЕ х1 о

C)! аб

+1) б

jl

tDi

I1 и

С) К

z э ь э и е

X а

X и Я о *

I1» и

E и :Й о о а

C с э

К

Ctt еМ Й о и э и с е е

>Х

z

СС э

О. (З

Y

=!

Л

1»

Э б О

ЛУХ

ХЯ0

Э Л X

f- (9 о. ь

)Л )Л. О О

-4 м О л

1Л )Л О О

° м )Л б.

C). 1:. у u 1- И ио

e ..OC) X

a z -с иЛХеx а 4 хеэеа

am x)«э оаэ

О,ССЭ

X I-e е э е е-к

cCI- z т.cS

1

I

I

:.,I

I

I .

1

1

I I

1

C 3

I е ) l

z,t

1.О

1 э

» !

X 1

1 а !

I о

Ф 1

l 1

Э 1

03

I о

tX !

l

I

, I

I

1

1!

1 (I

I б. б

X I х

И I

Л I

I» 1

Е 1

Y 1

1742Р,70

LA

an м о о

1Л л

01 О

М\ .

>л

an .л м о л

С7 аА

М\ м о л о аА

an м

CD о

МЪ л м

CD л о л

М\

>л аА м о л о л. л

0Ъ О л л м о л о л.о

° 1 о

М\

ЫЪ

an . >л м о л о

-4

>.О

tl л о

«)

>л

>л м о

CD л л сЧ л а о

"4 л аА м о л о о

М\ л> и м о л о

>л -«)1 3 г м.

1 ч

3 I,!

I ч !

3;!

33) ф I

3- !.

9

I р I ц I

C l аа

i ! .,

1 !

1

I

t !

t

1

1

I. !

1 !

1

f

1

1

I

1

1 !

1

1

l

I

I

I

1

1

1

1

I

1

I

1

I

1

I

В

3 !

1 3

«Ф I

I сЧ ! 1 !

«У 1 !! а! 3

I I

I H I

I )Ч !

1 1 t

1 !! !

3 I! 1! ач 1

° I )Ч I

X ф !

o. ) Ф е»

X C4 I а ) С 3!

I I

c !

I !

>Z 1 Ы ф 1 СЧ 3

5 I I

0-! 3

>С3

C>) 1 1

Ф I 3 1

c i а 1

Й !

? 1

Э,l

Р 3

С5 т 3<)О а>) - !! !

1 !

° 1

1 !

1 1

l !

t !

1 ал!

1 I

3 I

l 3

l !

) !

I I

I I

t !

) О !

1 I

1 1

I I I

1 МЪ I т» I

1 1

I I

1 !

I 1

I !! I

1 I.! I

I 4) 1

1 - !

1 I

1 I.3

-б О а о о

=г

С4

>л о CD

-Ф О л е4 л и С> о

-4 л л

)л о о

-4 сЧ

-а. О а о о м 3 «

CV .л о о м О л

СЧ л л о о м Х\ л ! л о о м 3Ч! л

СЧ л о о ф л

3>, о . >л с> CD

|л - ) СЧ!!

I!

1

), 3 °

3.!

I !

I

I

l.3

I! а

СС> 3

I! д !! ц !

I, >33 3!

3 !

С). 1!

О 1

I ф I

1.0

1 ф I

l ц 3

I ф 1. о ) I

:, 1

I!

1

1.

1.

1!

1)42870 ./

Составитель Т. Гуреева

Техред JI.0лийнык Корректор A. ОЬруцар

° ВЮ ° ФЮ

Тираж Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Редактор 8. Петраш

Заказ 2288

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101