ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОВОД

Изобретение относится к кабельной технике, в частности к конструкциям монтажных проводов, предназначенных для работы в условиях большого перепада температур и повышенной радиации.
В кабельной технике широко применяются провода, содержащие токопроводящую жилу и изоляцию, которую в зависимости от того, в каких целях используют провод, выполняют из различных материалов. Как правило, для изоляции, это должны быть термоустойчивые, эластичные материалы с высокой изолирующей способностью. Для токопроводящей жилы, как правило, используют медь с различными покрытиями в зависимости от условий эксплуатации.
В качестве изоляции для проводов космического применения наиболее интересным материалом является полиимид. Известно, что изоляция из полиимида имеет высокие радиационную стойкость, механическую прочность и твердость, не размягчается вплоть до температуры разложения (400°С). Из-за высокой механической прочности полиимид может использоваться для изоляции проводов в виде очень тонких слоев (0,05-0,1 мм), благодаря чему провода имеют небольшие габариты и массу, что особенно ценно для космической и авиационной техники. Для повышения стойкости к пиролизу и повышения технологичности разделки изоляцию выполняют комбинированной: внутренний слой - из фторопласта; внешний слой из полиимида (патенты №№2154867, 61057).
Наиболее перспективным для применения в авиакосмической технике в качестве токопроводящей жилы с целью снижения веса является проволока из алюминиевого сплава 01417 (основные характеристики в таблице 1) по следующим причинам:
- по механическим свойствам проволока из алюминиевого сплава близка к свойствам проволоки из меди, а по электрическим свойствам и весу близка к алюминию;
- максимальная рабочая температура проволоки из алюминиевого сплава - до +250°С.
Таблица 1
Марка проволоки
Описание проволоки
Номинальный диаметр проволоки, мм
Временное сопротивление разрыву, Н/мм<sup>2</sup>
Относительное удлинение при разрыве, %
Удельное электрическое сопротивление, Ом·м 10<sup>-6</sup>
Расчетная масса, кг/км
ММ
Проволока медная мягкая
0,100
200-284
16
0,017
0,070
AT
Проволока алюминиевая твердая
0,100
98
0,5
0,028
0,021
А1 сплав 01417
Проволока из AL сплава
0,12
156,8
8
0,032
0,032
Известен электрический провод (патент России №2154867, опубл. 20.08.2000), содержащий токопроводящую жилу и изоляцию в виде нанесенного на жилу слоя на полиимидной основе, которая дополнительно содержит внутренний слой, предварительно сформированный на токопроводящей жиле при пропускании ее через водную суспензию фторопласта с последующей термообработкой. Дополнительный внутренний слой улучшает технологичность зачистки изоляции, но требует применения специально разработанного инструмента для зачистки и удаления остатков фторопластовой суспензии.
Известен электрический провод, содержащий токопроводящую жилу и изоляцию, внешний слой которой выполнен в виде слоя на полиимидной основе, внутренний слой фторопластовой изоляции, который предварительно сформирован на токопроводящей жиле в виде обмотки фторопластовой лентой (патент РФ на полезную модель №61057, опубл. 10.04.2006). Применение в качестве внутреннего слоя фторопластовой ленты значительно улучшает технологичность разделки и позволяет осуществлять зачистку стандартным инструментом, при этом нет необходимости удалять остатки фторопластовой суспензии.
Известен электрический провод, (патент РФ на полезную модель №70041, опубл. 10.01.2008), содержащий токопроводящую жилу в оболочке, изоляционную оболочку с полиимидным и фторопластовым компонентом. Токопроводящая жила выполнена из алюминиевого сплава и плакирована серебром. К недостаткам этой конструкции можно отнести большие наружные размеры и недостатки, присущие алюминию и его сплавам по сравнению с медью (механические свойства) при термической обработке. Процесс плакирования алюминиевой проволоки происходит при условиях (высокие температуры и давления) ухудшающих свойства алюминия, и алюминиевого сплава 01417 в частности (для алюминиевого сплава 01417 крайне нежелателен нагрев свыше 400°С).
Для устранения вышеуказанных недостатков предлагается следующее техническое решение: выполнение токопроводящей жилы из алюминиевого сплава 01417, поверхность которого предварительно покрыта слоем цинка и последующим защитным гальваническим покрытием из серебра.
Преимуществами гальванического способа нанесения серебра по сравнению с плакированием являются возможность нанесения более тонкого покрытия (до 1 мкм толщиной) и отсутствие воздействий (температура и давление) ухудшающих свойства сплава 01417. Необходимость цинкатной обработки вызвана тем, что на воздухе поверхность алюминия покрыта трудно растворимой оксидной пленкой. При нанесении покрытия поверх такой пленки, металлопокрытие не будет иметь достаточной адгезии. Обрабатывая проволоку в цинкатном активаторе, удаляется оксидный слой и одновременно наносится на нее слой цинка, который полностью покрывает алюминиевую поверхность. Затем гальваническим способом наносится защитное покрытие из серебра.
Применение предлагаемого технического решения позволяет снизить массу провода при сохранении всех остальных положительных свойств проводов, включая удобство разделки, радиационную стойкость и механическую прочность. При необходимости, для защиты от электромагнитных помех на внешнюю изоляцию наносится экран в виде оплетки или обмотки из медных или медных посеребренных или медных никелированных или медных луженных проволок или проволок алюминиевого сплава (с серебренным или никелевым или оловянным покрытием) или спиральных медных или спиральных медных посеребренных или спиральных медных никелированных или спиральных медных луженных проволок или мишурных нитей. Тип экрана и материал экрана определяется в зависимости от необходимой эффективности экранирования, условий эксплуатации и допустимой массы экрана разработчиком аппаратуры, в которой применяется провод. Например, исходя из экспериментальных значений эффективности экранирования (диапазон частот 0,1-10 МГц) различных экранов приведенных в таблице 1.
Тип экрана
Оплетка из спиральных медных посеребренных проволок диаметром 0,05 мм
Оплетка из мишурных нитей
Оплетка из медных проволок диаметром 0,05 мм
Оплетка из медных луженных проволок диаметром 0,06 мм
Оплетка из медных луженных проволок диаметром 0,12 мм
Диаметр экранируемого провода, мм
4-6
4-6
4-5
4-5
4-5
Расчетная масса 1 км экрана, кг
2,10
2,45
3,66
4,82
8,80
Переходное поверхностное сопротивление Zт, мОм/м
0,10
0,20
0,04-0,08
0,07
0,08
Эффективность экранирования S<sub>E</sub>,<sub>дБ</sub>
60
55
65-70
65
65
При необходимости, поверх экрана или скрученных изолированных токопроводящих жил накладывается оболочка на полиимидной основе для дополнительной защиты от внешних воздействующих факторов (истирание, влага и т.д.).
При этом итоговая масса (без экрана, с экраном и оболочкой или только с экраном) предлагаемого провода меньше массы других проводов аналогичного исполнения (без экрана, с экраном и оболочкой или только с экраном) за счет меньшей массы токопроводящих жил.
На чертеже изображен предлагаемый электрический провод, где 1 - токопроводящая жила, 2 - внутренний слой изоляции, 3 - внешний слой изоляции, 4 - экран из проволок, 5 - оболочка.
Для изготовления электрического провода используют промышленно выпускаемые материалы, соответствующие нормативной документации на них. Токопроводящую жилу скручивают на станках типа SRN из проволоки из сплава 01417 ТУ 1-809-1038-96 покрытой гальваническим способом серебром по ГОСТ 6836-80 с предварительным покрытием цинком ГОСТ 3640-94. Токопроводящую жилу обматывают лентой СКЛФ-4Д ТУ 301-05-49-90 на обмоточной машине типа МО. После термообработки на ее поверхность наносят слой на полимерной основе, например, лак электроизоляционный полиимидный марки АД-9103 по ТУ 6-19.283-85. Экран, в зависимости от типа, изготавливают на экранировочных (обмотка) или оплеточных (оплетка) машинах из медных луженных проволок по ТУ 16-505.850-75 или медных посеребренных проволок по ТУ 17 РСФСР 30-3763-87 или медных никелированных проволок по ТУ 16-505.939-76 или из проволок из алюминиевого сплава 01417 ТУ 1-809-1038-96 с различными покрытиями. Оболочку изготавливают на обмоточных машина из полиимидно-фторопластовой ленты ПМФ ТУ 2255-036-05807999-2004 или ТУ 2255-033-05807999-2003.