Провод обмоточный терможаростойкий энергетических установок

Полезная модель относится к конструкции терможаростойких обмоточных проводов, предназначенных для использования в составе пропитанных или компаундированных обмоток электрических машин (МГД техники), аппаратуры управления АЭС и другого оборудования, эксплуатируемого при высоких температурах, например в ядерных энергетических установках.
Эксплуатация электротехнического оборудования, например электромагнитных насосов, в атомных реакторах и энергетических установках, связана с длительным воздействием температур в диапазоне 400-650°С, что, в свою очередь, приводит нагреву обмотки оборудования и материалов ее составляющих. В связи с этим первостепенным в задаче разработки конструкции обмоточных проводов является выбор материалов, устойчивых к длительному воздействию высоких температур и не ухудшающих своих свойств в процессе эксплуатации.
В технологии изготовления обмоточных проводов известны способы наложения изоляции обмоткой и оплеткой (Привезенцев В.А., Пешков И.Б. Обмоточные и монтажные провода. М.: Энергия, 1971. - 552 с.). Технология нанесения изоляции обмоткой отличается меньшими технологическими затратами, в то время как нанесение оплеткой более трудоемко. Тем не менее, провода с изоляцией в виде оплетки отличаются большей механической прочностью, что является важным преимуществом при их дальнейшей технологической обработке - изготовлении катушек обмоток, монтаже и др.
Из уровня техники известно, что в качестве изоляции жаростойких обмоточных проводов применяют неорганические волокна, подклеенные и пропитанные нагревостойкими составами (Аснович Э.З., Колганова В.А. Высоконагревостойкая электрическая изоляция. - М.: Энергоатомиздат, 1988).
2
Из уровня техники известны высокотемпературостойкие провода компаний 81ССЕТ(Италия), AnHui TianKang (Group)Shares Со. (Китай), токопроводящая жила которых выполнена из меди с гальваническим покрытием из никеля или из чистого никеля, а изоляция представляет собой послойно нанесенные стеклослюдоленту и оплетку, выполненную из стекловолокна. Такая изоляция обеспечивает устойчивость к воздействию высоких температур и огня, но имеет значительную толщину изоляции, что уменьшает коэффициент заполнения паза электродвигателя, что, следовательно, влияет на его рабочие характеристики. Кроме того, стеклослюдолента изготавливается на подложке из стеклосетки или стеклоткани, как правило, выполненной из стекла типа Е (59-60% SiO), прочность которых после воздействия температуры 450°С уменьшается на 34% по сравнению с исходным состоянием (Jenkins PG, Yang L, Liggat JJ, Thomason JL (2015) Investigation of the strength loss of glass fibre after thermal conditioning. J Mater Sci 50:1050-1057. doi: 10.1007/s10853-014-8661-x; Lund MD, Yue Y (2010) Impact of Drawing Stress on the Tensile Strength of Oxide Glass Fibers. J Am Ceram Soc 93:3236-3243. doi: 10.1111/j.1551-2916.2010.03879.x). К тому же, поскольку слюдяная составляющая слюдоленты нанесена на стеклянную подложку с помощью клеящих составов на основе кремнийорганических и фосфатсодержащих связующих, в которых при воздействии температур происходят процессы деструкции (в лаке кремнийорганическом при температурах выше 200°С происходят процессы горения органической составляющей - растворителей на основе ксилола, толуола; фосфатные связующие подвергаются процессам дегидратации) (Исследование термостойкости электроизоляционных материалов электрических машин при высокотемпературном воздействии. Витковский И.В., Комов К.А., Федеряева B.C. и др. // Перспективные материалы. 2017. №8 стр. 21-29), приводящие к отслоению слюдяной составляющей от стеклянной подложки, локальные отслоения, пористость могут являться причиной пробоя изоляции, что уменьшает ресурс изделия, снижает показатели надежности.
Известен принимаемый за прототип провод обмоточный жаростойкий (свидетельство на полезную модель РФ №33256 от 10.06.2003), содержащий токопроводяшую жилу, выполненную из медной проволоки с послойно гальванически нанесенным покрытием из железа и никеля, изолированную двумя слоями высокопрочных стеклонитей (волокон), послойно и поверхностно пропитанных органосиликатной композицией и лакированных кремнийорганическим лаком.
Недостатком такого провода является то, что при воздействии высоких температур 400-650°С разрушается изоляция провода, выполненная из высокомодульного стекловолокна, имеющего температуру начала деформации 670°С, оголяется поверхность токопроводящей жилы, происходит разрушение гальванически нанесенных железоникелевых слоев и основного материала проводника, а также диффузионное проникновение продуктов деструкции электроизоляционных покрытий в металл и разрушение контактной поверхности металл-изоляция (Аснович Э.З., Колганова В.А. Высоконагревостойкая электрическая изоляция. - М.: Энергоатомиздат, 1988), что в конечном итоге приводит к существенному снижению его электрофизических показателей и ресурса как обмоточного провода, так и изделия в целом.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности провода при воздействии высоких температур 400-650°С путем применения термостойких материалов, используемых в конструкции провода.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в проводе обмоточном терможаростойком энергетических установок, содержащем токопроводящую жилу, изолированную слоями изоляции послойно и поверхностно пропитанных электроизоляционной композицией, токопроводящая жила выполнена с защитной оболочкой из стали аустенитного класса, а изоляция выполнена в виде оплетки из кварцевых нитей.
2
2
2
Действительно, совокупность указанных признаков позволит повысить надежность провода при высокотемпературной эксплуатации поскольку наличие оболочки из стали аустенитного класса (например, 12Х18Н10Т) позволит защитить медную жилу или жилу из хромниобиевой бронзы от образования оксидов CuO, CuO, CuO и разрушения контактной поверхности металл-изоляция вследствие диффузионного проникновения продуктов деструкции {Аснович Э.З., Колганова В. А. Высоконагревостойкая электрическая изоляция. - М.: Энергоатомиздат, 1988). Кварцевое волокно содержит более 99% SiO, его длительная рабочая температура эксплуатации до 1200°С (Привезенцев В.А., Пешков И.Б. Обмоточные и монтажные провода. М.: Энергия, 1971. - 552 с.), поэтому изготовление изоляции из кварцевого волокна позволит предотвратить разрушение изоляции и повысить ее электроизоляционные свойства при высоких температурах.
В подтверждение вышеупомянутого в таблице приведены экспериментальные исследования провода (ПМ) по настоящему техническому решению после воздействия температур 450 и 650°С в течение 200 ч и 1000 ч соответственно, а также приведены характеристики сравниваемого провода ПОЖ-700 с теми же геометрическими параметрами. Провод представляет собой медную токопроводящую жилу, выполненную в оболочке из стали марки 12Х18Н10Т, изоляция выполнена в виде двуслойной оплетки из кварцевых нитей, послойно пропитанной и подклеенной к жиле органосиликатной композицией.
Следует отметить, в данном примере приведен один из возможных вариантов осуществления изготовления провода по заявляемой полезной модели. Поскольку в качестве электроизоляционной композиции может быть выбран другой термостойкий состав, в том числе и из неорганических компонентов.
Из представленных в таблице 1 данных видно, что изоляция провода по заявляемому техническому решению (ПМ) обладает лучшими диэлектрическими свойствами при высоких температурах до 650°С, что подтверждает заявленный технический результат.
На фиг. приведен пример конструкции провода обмоточного терможаростойкого энергетических установок, который наглядно демонстрирует возможность достижения заявляемого технического результата. Провод обмоточный терможаростойкий энергетических установок образован медной токопроводящей жилой 1, имеющей оболочку 2, выполненную из стали марки 12Х18Н10Т, к которой электроизоляционным составом 3 подклеен первый слой изоляции 4, выполненный из кварцевых нитей в виде оплетки с последующим нанесением электроизоляционной композиции 5, на которую нанесен второй слой изоляции 6 из кварцевых нитей с последующим нанесением электроизоляционной композиции 7.
При изготовлении провода обмоточного терможаростойкого для энергетических установок могут быть использованы материалы:
- проволока биметаллическая марки ПБММ АС (ТУ 16.К03-64-2020);
- проволока из сплава БрХНб 0,4-0,25 (сплав 204) или БрХНб 0,2-0,1 (сплав 204 А) (ТУ 24.44.23.000-12574667731-2017);
- стеклянная нить марки КС (ТУ 5952-196-05786904-2009);
- органосиликатная композиция марки ОС-82-05 (ТУ 84-725-78).
Провод изготавливают по традиционной технологии и на оборудовании, используемом в производстве обмоточных проводов со стекловолокнистой изоляцией.
На токопроводящую жилу 1, имеющую оболочку 2, наносят слой электроизоляционного состава 3. Затем происходит наложение первого слоя изоляции 4, выполненного из кварцевых нитей в виде оплетки, на стеклообмоточной горизонтальной машине. После наложения первого слоя изоляции 4 на медную токопроводящую жилу 1, имеющую оболочку 2, наносят слой электроизоляционной композиции 5. Далее поверх слоя электроизоляционной композиции 5 наносят второй слой изоляции 6 из кварцевых нитей с последующей пропиткой электроизоляционной композицией 7. После наложения первого 4 и второго 6 слоев изоляции и пропитки электроизоляционным составом 3 и электроизоляционной композицией 5, 7 проводят сушку провода в сушильной печи.