1.1.4 产品的特性及应用
电动机、发电机和变压器等各类电器在运行时,因电磁场、机械运动、瞬时短路和涡流等的影响,会发热使整机温度升高。整机温度升高对金属材料的影响不大,但对绝缘材料的使用寿命影响很大。温度升高会增加绝缘材料分子的自由能,导致高分子链加速裂解,分子结构被破坏,降低各项性能,甚至导致绝缘损坏。所以作为电动机主要绝缘物质的电磁线也像其他绝缘物质一样以温度来确定等级。
1983年,我国颁布电磁线国家标准时使用“温度指数”这一概念,把电磁线长期使用时所允许的最高温度称为该品种的温度指数。而所谓的“最高允许的使用温度”是线材在该温度下应可靠工作2万小时以上。
按照国际电工委员会(IEC)的规定和国际上电气行业共同遵守的标准,电气绝缘材料的等级、温度指数及允许的最高工作温度如表1-5所示。
表1-5 电磁线绝缘等级与温度
温度指数为90的Y级电磁线是棉纱绕包线和纸包线,早在20世纪60年代就因技术指标落后而只剩下纸包线一种。
温度指数为105的A级电磁线以油性漆包线、浸油后的纸包线及天然蚕丝绕包线为代表品种。油性漆包线的漆膜是以桐油、亚麻仁油与甲酚甲醛树脂炼制的半干性油漆,再以煤油作为溶剂,经涂敷烘烤而成的。该漆包线具有极优良的耐潮性能,但因耐热等级低且要用其他绝缘物质补强,不能单独应用而不再发展。
纸包电磁线应用的历史有近一个世纪之久,虽然其耐热等级不高,但因为纸绝缘与变压器油的绝缘等级相同,又有良好的绝缘相容性,产品制造工艺简便,电工纸价格便宜,在油浸式变压器工业中仍被广泛采用,其产量约占我国电磁线总产量的8%。近年来,国内外中小型变压器工业大量发展干式变压器,干式变压器采用耐热等级高(155级或180级)的漆包线代替纸包线,纸包线的需求量有所下降。天然蚕丝绕包线主要用于仪器仪表,目前也渐渐被合成纤维所代替。但随着绝缘技术的不断发展,温度指数为120级的新型耐热绝缘纸和UL温度指数认可为220级的Nomex(芳香族聚酰胺纸)纸包线产品已得到越来越广泛的应用。
温度指数为120级的最典型的产品是聚乙烯醇缩醛漆包线,该产品漆膜具有极优良的机械强度和柔韧性,而且有独特的耐水解性,是油浸式变压器、互感器和电抗器中其他线材不能代替的专用绕组材料。
聚酯漆包线和双玻璃纤维包线是温度指数为130级的主要品种,其各项性能均衡。在电动机、发电机、电焊机、开关等电器中,从20世纪60年代开始应用,至今已有几十年的使用历史。发达国家的市场从20世纪70年代起,已为热等级更高的耐高温电磁线所代替,而我国这类电磁线还占有总量的近50%。这也是我国电磁线工业的技术水平与世界先进国家相比存在差距的标志之一。
随着电机、电器提高等级向高效率发展,要求整机体积缩小、重量减轻、抗瞬时短路能力强,所允许的最高工作温度也随之提高,对电磁线温度指数和等级的要求也相应提高。在原来温度指数130级的聚酯漆包线基础上出现了温度指数和等级更高的改性聚酯漆包线、聚酯亚胺漆包线、聚酰胺酰亚胺漆包线、聚酰亚胺漆包线等,以及温度指数为155级、180级、200级、220级及240级的耐高温漆包线。这些耐高温漆包线有良好的热冲击性能、软化击穿性能和较小的介电损耗。绕包线品种也有双玻璃纤维包铜线发展为漆包——玻璃纤维包线、薄膜(聚酯薄膜、亚胺薄膜)——玻璃纤维包线、合成纤维无纺布绕包线和粉云母带绕包线等更适合耐高温电器使用的绕组材料,同时对用于绕包线浸渍漆也相应出现了亚胺类、二苯醚类、马来酸酐类等耐高温的浸漆品种。
电磁线除向提高使用温度方面发展外,近年来同时开发出有特殊使用要求的绝缘线材,最主要的有:聚氨酯类的直焊性漆包线,用于绕制无骨架线圈用的自粘性漆包线,用于制造显像管回扫描变压器及音响元件线圈的各种微细漆包线及应用于高电压大容量变压器的换位导线、组合导线等。在交流变频电动机兴起后,又出现了对局部高电压放电具有屏蔽作用的耐电晕漆包线和耐电晕薄膜绕包线。
还有如耐冷冻、耐辐射、耐冷媒等漆包线,用于航空、航天和军事工业等尖端科技领域。
读者明了电磁线各品种的使用特点,便于以后分品种介绍其性能特征和制造进程的工艺要求。