Хронология разработки проводов для авиационной технике

 Хронология разработки проводов, периоды их применения в авиационной технике и основные свойства.

1966-1992 гг. Провода с изоляцией из полиимида (aromatic polyimide - PI) в соответствии со стандартами MIL-W-81381 и BMS 13-51 (Boeing). Преимущества: сверхлёгкий вес, теплостойкость (+ 200оС), устойчивость к истиранию, высокая температура воспламеняемости, низкая токсичность и низкое дымообразование. Безопасность: высокий показатель влагопоглощения, неустойчивость к воздействию электрической дуги. В России в настоящее время изготавливаются провода марок МС(Э) 16-15 и широко применяются в ракетно-космической технике, в авиационной технике не используется. 

Провод MIL-DTL-81381/17 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤6,07 кг/км , диаметр ≤1,24 мм. 1968-1983 гг. Провода с изоляцией из фторопласта-4 (polytetrafluoroethylene – PTFE) в соответствии со стандартом MIL-W-22759. Преимущества: теплостойкость (+ 200оС), устойчивость к воздействию агрессивных сред, негорючесть (кислородный индекс 95-98%), устойчивость к воздействию электрической дуги. Безопасность: неустойчивость к продавливанию. В России в настоящее время изготавливаются провода марок МС 26-13, МС 36-11 и МП 37-12 и ограниченно применяются в авиационной технике. Провод MIL-W-16878/21 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤9,19 кг/км , диаметр ≤ 1,82мм.

1968-1977 гг. Провода с изоляцией из модифицированного полиэтилена и фторпласта-2М (poly-alkene и PVDF) в соответствии со стандартами MIL-W-81044, BMS13-38 (Boeing), DSP-26 и SPEC44. Преимущества: теплостойкость (+ 150оС), устойчивость к воздействию агрессивных сред, устойчивость к истиранию, отсутствие хладотекучести, негорючесть (кислородный индекс 95-98%), устойчивость к воздействию электрической дуги. Безопасность: высокая токсичность продуктов горения и высокое образование дыма. Особенность: наибольшие показатели по весу и диаметру, длительный ресурс работы. С 1974 года провода изготавливаются в России под маркой БПДО. До 2010 года провода применялись в транспортном машиностроении наряду с проводами с ПВХ изоляцией. В настоящее время провода применяются отечественной авиационной отраслью с ограничением максимальной температуры до 105 оС . Провод MIL-W-81044/11 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤6,56 кг/км , диаметр ≤ 1,45 мм. 

1968-1978 гг. Провода с изоляцией из модифицированного полиимида (aliphatic polyimide – X-PI) в соответствии со стандартом MIL-W-81044. Преимущества: сверхлёгкий вес, теплостойкость (+ 150оС), высокая температура воспламеняемости, низкая токсичность и дымообразование. Безопасность: неустойчивость к истиранию, высокий показатель влагопоглощения, неустойчивость к воздействию электрической дуги, продольная усадка изоляции с образованием кольцевых трещин, снижение срока службы до 4000 часов. В России не применяется.

1972-1979 гг. Провода с изоляцией из поликетона (aromatic polyketone – PEK, PEEK) в соответствии со стандартом MIL-W-81044 и BMS 13-42 (Boeing). Преимущества: легкий вес, теплостойкость (+150оС). Безопасность: неустойчивость к воздействию воды, гидравлической жидкости и этиленгликолю. В России не применяется.

1972-1977 гг. Провода с изоляцией из сополимера тетрафторэтилена с этиленом (ETFE) в соответствии со стандартом MIL-W-22759. Преимущества: лёгкий вес, теплостойкость (+ 150оС), устойчивость к воздействию агрессивных сред, устойчивость к воздействию электрической дуги. Безопасность: неустойчивость к истиранию, горючесть (кислородный индекс 30%), токсичность и высокое дымообразование. Особенность: В России в настоящее время изготавливаются провода марок МС(Э) 25-11, в авиационной технике не используется.

Провод MIL-W-22759/18 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤7,08 кг/км , диаметр ≤ 1,34 мм. 1977-н.в. Провода с изоляцией из модифицированного сополимера тетрафторэтилена с этиленом (Х-ETFE) в соответствии со стандартом MIL-W-22759 и BMS 13-48 (Boeing). Преимущества: лёгкий вес, теплостойкость (+ 150оС), устойчивость к воздействию агрессивных сред, устойчивость к воздействию электрической дуги (сухой), устойчивость к истиранию. Безопасность: склонность к растрескиванию, механические и электроизоляционные свойства снижаются с увеличением температуры окружающей среды (свыше +110 оС), горючесть (кислородный индекс 31%), токсичность и высокое дымообразование. В 1983 году NASA запретило применение данных проводов в ракетно-космической технике. В 1988 году провода рекомендованы для замены в авиационной технике проводов по стандартам MIL-W-81381 и BMS 13-51 (Boeing) с максимальной температурой эксплуатации + 150оС. С 2005 года идентичные провода для авиационной техники изготавливаются в России.

Провод MIL-W-22759/34 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤6,99 кг/км , диаметр ≤ 1,52 мм. 1992-н.в. Провода с композитной изоляцией ТКТ (PTFE-polyimide-PTFE) в соответствии со стандартом MIL-W-22759, EN2267 (Airbus), PAN 6411, EFA 200, EFA 200 II, MDS 4480, DEF STAN 61-12, BMS13-58 (Boeing) и BMS13-60 (Boeing). Преимущества: лёгкий вес, теплостойкость (+ 260оС) без изменения механических и электроизоляционных свойств, устойчивость к воздействию агрессивных сред и воды, устойчивость к воздействию электрической дуги (сухой и влажной), высокая температура воспламеняемости, низкая токсичность и низкое образование дыма. Особенность: стабильность геометрии по окружности и длине провода, устойчивость к истиранию. ВВС США приняли к эксплуатации провода с двухслойной и с трёхслойной изоляцией (PTFE-polyimide-PTFE и polyimide-PTFE), в то время как для ВМС США используются провода только с трёхслойной изоляцией (PTFE-polyimide-PTFE). Провода с трехслойной изоляцией соответствуют требованиям CS-25 «Сертификационные спецификации для больших самолетов». С 1985 года в России изготавливаются провода марки МК 26-11 (PTFE-polyimide-PTFE) для авиационной и ракетной техники.

Провод MIL-DTL-22759/91 сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤6,50 кг/км , диаметр ≤1,29 мм. Провод EN 2267-010A сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤ 6,85 кг/км , диаметр ≤1,34 мм. 1995-н.в. Провода с композитной изоляцией КTТ (FEP-polyimide-FEP) в соответствии со стандартом EN2066 (Airbus). Преимущества: сверхлёгкий вес, теплостойкость (+200оС) без изменения механических и электроизоляционных свойств, устойчивость к воздействию агрессивных сред и воды, устойчивость к истиранию, высокая температура воспламеняемости, низкая токсичность и низкое образование дыма. Особенность: стабильность геометрии по окружности и длине провода, устойчивость к истиранию. Сверхлегкий вес обеспечивается за счет снижения радиальной толщины изоляции до 0,15мм, в том числе общая толщина FEP покрытий 12,5 мкм. Провода соответствуют требованиям CS-25 «Сертификационные спецификации для больших самолетов». С 1977 года в России изготавливаются провода марок БИФ и БИФМ с радиальной толщиной изоляции 0,34 мм и 0,28 мм соответственно, в том числе общая толщина FEP покрытий составляет 100 мкм. Провода марки БИФ в течение 15 лет эксплуатировались в составе электрической сети орбитальной станции «МИР». Сегодня провода марок БИФ и БИФМ широко применяются отечественной авиационной отраслью. Провод ASN-E0261 CF сечением 20AWG (0,60 мм2): вес ≤6,55 кг/км , диаметр ≤1,34 мм.

С 1966 года по н.в. не произошло изменения весовых и габаритных характеристик проводов, при этом основным вектором развития проводов является увеличение устойчивости к воздействию внешних факторов и обеспечение безопасности. Основными изоляционными материалами для проводов бортовой электрической сети являются радиационно-модифицированный сополимер тетрафторэтилена с этиленом (Х-ETFE) и полиимид (polyimide – PI) в составе композитной (комбинированной) изоляции.

Провода для бортовой электрической сети авиационной техники : сопоставимые свойства изоляции проводов. 

 

показатель

рейтинг

5

4

3

2

вес

PI

ETFE

COMP

PTFE

температура

PTFE

COMP

PI

ETFE

износостойкость

PI

ETFE

COMP

PTFE

устойчивость к надрезу

PI

COMP

ETFE

PTFE

химическая устойчивость

PTFE

ETFE

COMP

PI

пожарная безопасность

PTFE

COMP

PI

ETFE

дымообразование

PI

COMP

PTFE

ETFE

монтажный изгиб

PI

COMP

ETFE

PTFE

ползучесть при высоких температурах

PI

COMP

PTFE

ETFE

дугостойкость

PTFE

ETFE

COMP

PI

 

 

Итоговая сумма баллов:

40 баллов полиимид (PI)

36 баллов композитная (комбинированная) изоляция (СОМР : PTFE-polyimide-PTFE)

34 балла фторопласт-4Д (polytetrafluoroethylene – PTFE),

30 баллов сополимер тетрафторэтилена с этиленом (ETFE).

 

 

Монтаж

одиночный провод

в жгуте из 12 проводов

Температура проводника

105 ОС

150 ОС

200 ОС

105 ОС

150 ОС

200 ОС

Тип проводника1)

МЛ

МН, МС

МН, МС

МЛ

МН, МС

МН, МС

Тип изоляции

ETFE

ETFE

PTFE, COMP

ETFE

ETFE

PTFE, COMP

22AWG (0,37мм2)

8,5

8,5

16

3,4

3,4

6,4

20 AWG (0,60мм2)

11,5

11,5

21

4,6

4,6

8,4

18 AWG (0,95мм2)

15

15

28

6

6

11,2

16 AWG (1,35мм2)

19,5

19,5

33

7,8

7,8

13,2

14 AWG (1,80 мм2)

24

24

44

9,6

9,6

17,6

12 AWG (3,00 мм2)

35

35

60

14

14

24

 

1) МЛ – медь покрытая оловом, МН – медь покрытая никелем, МС – медь покрытая серебром По совокупности свойств и допустимым токовым нагрузкам наиболее прогрессивными проводами следует считать провода с композитной (комбинированной) изоляцией.

Снижение общего веса бортовой электрической сети.

Провода для бортовой электрической сети традиционно изготавливаются для работы при напряжении переменного тока 600 Вольт частотой до 6000Гц или постоянного тока 750 Вольт; для работы на высоте в 34 000 метров над уровнем моря при напряжении переменного тока 250 Вольт частотой до 6000Гц или постоянного тока 300 Вольт.

Основной функцией рассмотренных выше проводов является передача мощности от генератора (аккумулятора) к потребителю в бортовых электрических сетях переменного трехфазного тока напряжением 200/115 Вольт частотой 400Гц, переменного трехфазного тока напряжением 36 Вольт частотой 400Гц и постоянного тока напряжением 27 Вольт. Системы переменного и постоянного тока выполняются, как правило, одножильными проводами. Металлизация всех частей самолета дает возможность использовать корпус самолета в качестве второго провода, что снижает массу электропроводки вдвое.

Одним из направлений снижения массы бортовой электрической кабельной сети предлагается за счет увеличения напряжения переменного тока до 400/230 Вольт частотой 400Гц или переход на постоянный ток напряжением 300 Вольт. При этом возможно снижение веса основной электрической сети (шины и провода) на 50-70%. Вторым из направлений снижения веса проводов является применение алюминия в конструкции проводов, а так же снижение толщины изоляции и оболочки.

К примеру, провод EN 2714-013A с сечением медной жилы 22AWG (0,35 мм2) имеет вес ≤7,51 кг/км, диаметр ≤1,6 мм и сопротивление постоянному току 60 Ом/км. Для передачи равнозначной мощности потребуется провод ABS 1356 VNA с сечением алюминиевой жилы 20AWG (0,60 мм2) весом ≤7,75 кг/км, диаметр ≤1,87 мм. Таким образом, применение алюминия в конструкции проводов не всегда приводит к снижению веса.

Особенности эксплуатации.

Срок службы электрического провода определяется состоянием изоляционного материала. Преждевременный выход провода из эксплуатации обусловлен разрушением изоляции вследствие чего происходит короткое замыкание или электрическая дуга. Проектирование электрических сетей и конструкция провода должны снижать риск разрушения изоляции. В процессе монтажа и в ходе эксплуатации электрической сети регулярно производятся замеры сопротивления изоляции и электрической прочности изоляции для диагностики целостности изоляции.

Несмотря на широкое использование радиационно-модифицированного сополимера тетрафторэтилена с этиленом (cross-linked X-ETFE) в качестве изоляции с 1977 года, первая научно-исследовательская работа по изучению влияния электронно-лучевой обработки провода была опубликована в 2011 году южно-корейской компанией Youngchang Silicone Co.

Результаты работы свидетельствуют о том, что электронно-лучевая обработка снижает показатель пробивного напряжения (электрическая прочность) с 21,6 кВ/мм до 14 кВ/мм после облучения и ускоренного старения (240оС в течение 30 мин.). Аналогичным образом электронно-лучевая обработка снижает показатель сопротивление изоляции с 10,4х10-10 Ом/м до 8,8 х10-10 Ом/м. Также подвержены изменению механические свойства изоляции: если предел прочности снизился незначительно с 38,2 МПа до 36,9 МПа, то показатель удлинения при разрыве претерпел значительные изменения с 484% до 210%.

Особого внимания заслуживает результат исследования жгута из провода SPEC 55PC0114-22, проведённого Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) после отключения электроэнергии на искусственном спутнике Земли Midori-II в октябре 2003 года. В исходном состоянии изоляция из радиационно-модифицированного сополимера тетрафторэтилена с этиленом (cross-linked X-ETFE) имеет механическое напряжение в продольном и окружном направлении (на сжатие и на растяжение напряжение более 11%). При температуре провода 230оС±15оС (температура окружающей среды 180оС±15оС) происходит значительная деформация изоляции: уменьшение толщины и появление трещин. Безопасная эксплуатация проводов может быть гарантирована при температуре провода не более 150оС (температура окружающей среды 110оС). В итоге, Японское агентство аэрокосмических исследований пересмотрело стандарты на снижение номинальных параметров жгутов (силовых и сигнальных линий) и максимальной температуры эксплуатации.

Таким образом, для электрических сетей в ходе эксплуатации подверженных воздействию температур превышающих + 150оС могут применять провода с композитной (комбинированной) изоляцией из полиимида с фторопластом (FEP, PTFE), со стекловолокном (glass fiber - GF) или с лентой из слюды.

В первом квартале 2015 года завершились опытно-конструкторские работы и освоение серийного производства бортовых проводов нового поколения – тип БК 37-132. Провода типа БК 37-132 предназначены для фиксированного монтажа бортовой электрической сети авиационной техники и работы при напряжении 600 В переменного тока частоты до 6000 Гц и температуре от минус 60°С до плюс 250 °С.

В таблице приведены основные характеристики провода типа БК 37-132 и зарубежных проводов.

 

 

Показатель1)

БК 37-132

MIL-W-

22759/41

(55PC0213)

ASN-E0261

EN 2267-010A

MIL-DTL-

22759/91

Вес, кг/км

≤6,51

≤6,99

≤6,55

≤ 6,85

≤6,50

Диаметр, мм

≤1,31

≤1,52

≤1,34

≤1,34

≤1,29

Радиус монтажного изгиба, мм

≥3,28

≥7,6

≥6,7

≥6,7

≥6,45

Температура, °С

250

150

200

200

200

Сила тока2), А

15

16

18

18

18

Износостойкость, число двойных ходов иглы

1 000

100

40

40

40

Устойчивость к надрезу при высоких температурах, N

≤250

≤25

≤250

≤250

≤250

Кислородный индекс, %

95

30

50

95

95

Дугостойкость

да

да

нет данных

да

да

 

1)для сечения 20AWG без экрана и без оболочки

2)при одиночной прокладке для максимальной температуры эксплуатации на высоте 20 км.

Многопроволочные токопроводящие жилы проводов типа БК 37-132 изготавливаются из проволок с покрытием из серебра толщиной 6 мкм. Применяемая технология скрутки жил позволяет увеличивать площадь контакта между проволоками в поперечном сечении жилы. Тем самым достигается снижение электрического сопротивления жилы с дальнейшим снижением выделения тепла при эксплуатации на максимальных токовых нагрузках. Кроме того увеличивается площадь контакта между проволоками внешнего повива жилы с внутренней стороной изоляции. Снижается напряженность электрического поля в точках контакта жилы и изоляции – увеличиваются значения пробивного напряжения изоляции и снижаются риски коротких замыканий. Более эффективное охлаждение провода обеспечивает увеличенные площади контакта между проволоками, а также между проволоками и изоляцией.

Изоляция проводов типа БК 37-132 выполнена в виде обмотки лентами с последующей термообработкой для получения сплошной монолитной изоляции. В зарубежной практике для внутреннего слоя изоляции применяется полиимидная пленка двухсторонним покрытием из фторопласта-4МБ (FEP). Покрытие из фторопласта-4МБ (FEP) обеспечивает спекание (сваривание) слоев пленки и ограничивает максимальную рабочую температуру 200°С (260°С - 30 мин.). Адгезионная прочность сварного соединения составляет 2,45 Н●см. Внутренний слой изоляции проводов типа БК 37-132 выполнен из полиимидной плёнки с односторонним покрытием из полиимидной смолы. Покрытие из полиимидной смолы обеспечивает спекание (сваривание) слоев пленки, увеличивает максимальную рабочую температуру до 250°С (285°С - 30 мин. или до 310°С - 20сек.), увеличивает в два раза значение адгезионной прочности сварного соединения до 4,96 Н●см. Также обеспечиваются высокие показатели параметров устойчивости изоляции к механическим воздействиям (истирание, продавливание, изгиб).

Внешний слой изоляции проводов типа БК 37-132 выполнен из пленки фторопласта-4Д (PTFE) и дополняет изоляцию следующими важными свойствами: устойчивостью к агрессивным средам и влаге, устойчивостью к воздействию электрической дуги и обеспечение пожарной безопасности.

 В проводах типов БКЭ и БКЭО экранирующая оплётка выполнена из медных плоских проволок покрытых оловом или серебром. Разнонаправленное плетение и плоская форма проволоки обеспечивают наименьшее значение продавливающей нагрузки на верхний слой изоляции при изгибах и натяжении. Плоская форма проволоки увеличивает площадь контакта оплетки с изоляцией. В зарубежной практике для снижения веса провода применяется «спиральный экран», который выполнен однонаправленной обмоткой круглыми проволоками. В связи с тем, что проволоки экрана не имеют равного одинакового натяжения, то при монтажных изгибах и при растягивающих усилиях в процессе эксплуатации одна из проволок действует как «режущая струна» продавливая изоляцию.

 

источник : http://www.kamkabel.ru/

дизайн
Компания Сансити