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            電機絕緣材料的電氣性能要求

            分類:
            行業資訊
            發布時間:
            2018-12-20
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            【摘要】:
            繞組運行的可靠性和使用壽命,很大程度上取決于絕緣材料的性能。對絕緣材料性能的基本要求包括電氣性能、耐熱性能和機械性能,本文Ms.參對絕緣材料的電氣性能進行簡單介紹。絕緣材料的電氣性能包括擊穿強度,絕緣電阻率、介電系數和介質損耗等。???1絕緣材料擊穿強度?用絕緣材料擊穿處的厚度除擊穿電壓,以千伏/毫米表示。絕緣材料的擊穿,大致可分為電擊穿、熱擊穿和放電擊穿三種形式。?●電擊穿。在強電場作用下,絕緣內部帶電質點劇烈運動,發生碰撞游離,破壞分子結構,以致最后擊穿,稱為電擊穿。電擊穿電壓隨材料的厚度線性增加,在均勻電場中,除非沖擊電壓的時間短于10秒,電擊穿強度一般與電壓作用時間無關。??●熱擊穿。在交變電場作用下,絕緣材料內部由于介質損耗而產生熱量,如不能及時散出,將使材料內部溫度升高,導致分子結構破壞而擊穿,稱為熱擊穿。熱擊穿電壓隨周圍媒質溫度增加而降低,材料厚度增加,散熱條件變差,擊穿強度降低;頻率增加時,介質損耗增大,擊穿強度亦會降低。??●放電擊穿。在強電場作用下,絕緣材料內部包含的氣泡因電離而放電;雜質也因受電場加熱氣化,產生氣泡,于是使氣泡放電進一步發展,導致整個材料的擊穿,稱為放電擊穿。?絕緣材料的擊穿,往往是上述三種形式同時存在,很難截然分開。用絕緣漆或膠液浸漬絕緣材料,既可以改善電場分布而提高電擊穿強度,也可以改善散熱條件使熱擊穿強度提高。??2絕緣電阻率?絕緣材料在電壓的作用下,總會有微小的漏導電流通過。此電流一部分流經材料內部;一部分流經材料表面。因而絕緣電阻率可分為體積電阻率和表面電阻率。體積電阻率表征材料內部電導特性,單位為歐姆·米;表面電阻率表征材料表面的電導特性,單位為歐姆。絕緣材料的體積電阻率通常在107~1019姆·米范圍內。絕緣材料的電阻率,一般與下列因素有關。??●隨著溫度的升高,電阻率成指數下降。?●水能促進極性分子的離解,因此絕緣電阻率隨濕度增大而下降,對多孔材料(如絕緣紙)影響更為靈敏。極性材料等親水物質,容易在表面形成連續的水層而降低表面電阻;非極性材料如陶瓷、聚四氟乙烯等不易在表面形成連續水層,因而對其表面電阻影響較小。?●絕緣材料中的雜質大都產生導電離子,又能促使極性分子的離解,使電阻率迅速下降。?●在高電場強度作用下,離子的遷移力增大,因而使電阻率下降。??3絕緣材料的介電系數?絕緣材料的相對介電系數,表示電場作用下,絕緣材料內部電荷移動的情況,即極化程度。一般,隨電場頻率增高而逐級下降;隨材料吸濕而增大;由于溫度影響極化,,在某一溫度會出現峰值。??4絕緣材料的介質損耗?絕緣材料在電場作用下,由于漏電和極化等原因產生能量損耗。一般用損耗功率或損耗角正切表示介質損耗大小。?在直流電壓作用下,將通過瞬時充電電流、吸收電流和漏導電流。當施加交流電壓時,則瞬時充電電流為無功電流(電容電流);漏導電流與電壓同相位,為有功電流;吸收電流則既有無功電流分量,也有有功電流分量。影響絕緣材料介質損耗的主要因素。??●頻率。溫度不變時,損耗角正切在某一頻率時出現高峰,此時單位體積內的介質損耗值P增長最快。?由于不同頻率下具有不同的介質損耗,故測量損耗角正切值時必須選定一定的頻率,通常電機所用的材料,一般都是測量其工頻時的介質損耗角正切。?●溫度。頻率不變時,損耗角正切在某一溫度時出現峰值,此時吸收電流所產生的損耗最大。在低溫區,漏導電流和吸收電流有功分量均很小,故損耗角正切很??;在高溫區,吸收電流所產生的損耗消失,由漏導損耗決定。??某些有機絕緣材料,其損耗角正切可能在不同的溫度或頻率下出現幾個峰值。因此在高頻或高壓電氣設備中,應根據損耗角正切與溫度和頻率關系曲線,慎重選擇適當的絕緣材料,避免在工作頻率和溫度出現損耗角正切峰值,以防止材料加速老化或發生熱擊穿。?●電場強度增加。損耗角正切也隨之增大,電壓增加到某一值時,介質內部的氣泡或電極邊緣會出現局部游離現象,損耗角正切突然顯著增大,這一電壓值稱為起始游離電壓。工程上常利用起始游離電壓的測量,檢查絕緣結構內部存在的氣隙情況,以控制絕緣質量。
            繞組運行的可靠性和使用壽命,很大程度上取決于絕緣材料的性能。對絕緣材料性能的基本要求包括電氣性能、耐熱性能和機械性能,本文Ms.參對絕緣材料的電氣性能進行簡單介紹。絕緣材料的電氣性能包括擊穿強度,絕緣電阻率、介電系數和介質損耗等。
             
             
             
            1絕緣材料擊穿強度
             
            用絕緣材料擊穿處的厚度除擊穿電壓,以千伏/毫米表示。絕緣材料的擊穿,大致可分為電擊穿、熱擊穿和放電擊穿三種形式。
             
            ●電擊穿。在強電場作用下,絕緣內部帶電質點劇烈運動,發生碰撞游離,破壞分子結構,以致最后擊穿,稱為電擊穿。電擊穿電壓隨材料的厚度線性增加,在均勻電場中,除非沖擊電壓的時間短于10秒,電擊穿強度一般與電壓作用時間無關。
             
             
            ●熱擊穿。在交變電場作用下,絕緣材料內部由于介質損耗而產生熱量,如不能及時散出,將使材料內部溫度升高,導致分子結構破壞而擊穿,稱為熱擊穿。熱擊穿電壓隨周圍媒質溫度增加而降低,材料厚度增加,散熱條件變差,擊穿強度降低;頻率增加時,介質損耗增大,擊穿強度亦會降低。
             
             
            ●放電擊穿。在強電場作用下,絕緣材料內部包含的氣泡因電離而放電;雜質也因受電場加熱氣化,產生氣泡,于是使氣泡放電進一步發展,導致整個材料的擊穿,稱為放電擊穿。
             
            絕緣材料的擊穿,往往是上述三種形式同時存在,很難截然分開。用絕緣漆或膠液浸漬絕緣材料,既可以改善電場分布而提高電擊穿強度,也可以改善散熱條件使熱擊穿強度提高。
             
             
            2絕緣電阻率
             
            絕緣材料在電壓的作用下,總會有微小的漏導電流通過。此電流一部分流經材料內部;一部分流經材料表面。因而絕緣電阻率可分為體積電阻率和表面電阻率。體積電阻率表征材料內部電導特性,單位為歐姆·米;表面電阻率表征材料表面的電導特性,單位為歐姆。絕緣材料的體積電阻率通常在107~1019姆·米范圍內。絕緣材料的電阻率,一般與下列因素有關。
             
             
            ●隨著溫度的升高,電阻率成指數下降。
             
            ●水能促進極性分子的離解,因此絕緣電阻率隨濕度增大而下降,對多孔材料(如絕緣紙)影響更為靈敏。極性材料等親水物質,容易在表面形成連續的水層而降低表面電阻;非極性材料如陶瓷、聚四氟乙烯等不易在表面形成連續水層,因而對其表面電阻影響較小。
             
            ●絕緣材料中的雜質大都產生導電離子,又能促使極性分子的離解,使電阻率迅速下降。
             
            ●在高電場強度作用下,離子的遷移力增大,因而使電阻率下降。
             
             
            3絕緣材料的介電系數
             
            絕緣材料的相對介電系數,表示電場作用下,絕緣材料內部電荷移動的情況,即極化程度。一般,隨電場頻率增高而逐級下降;隨材料吸濕而增大;由于溫度影響極化,,在某一溫度會出現峰值。
             
             
            4絕緣材料的介質損耗
             
            絕緣材料在電場作用下,由于漏電和極化等原因產生能量損耗。一般用損耗功率或損耗角正切表示介質損耗大小。
             
            在直流電壓作用下,將通過瞬時充電電流、吸收電流和漏導電流。當施加交流電壓時,則瞬時充電電流為無功電流(電容電流);漏導電流與電壓同相位,為有功電流;吸收電流則既有無功電流分量,也有有功電流分量。影響絕緣材料介質損耗的主要因素。
             
             
            ●頻率。溫度不變時,損耗角正切在某一頻率時出現高峰,此時單位體積內的介質損耗值P增長最快。
             
            由于不同頻率下具有不同的介質損耗,故測量損耗角正切值時必須選定一定的頻率,通常電機所用的材料,一般都是測量其工頻時的介質損耗角正切。
             
            ●溫度。頻率不變時,損耗角正切在某一溫度時出現峰值,此時吸收電流所產生的損耗最大。在低溫區,漏導電流和吸收電流有功分量均很小,故損耗角正切很??;在高溫區,吸收電流所產生的損耗消失,由漏導損耗決定。
             
             
            某些有機絕緣材料,其損耗角正切可能在不同的溫度或頻率下出現幾個峰值。因此在高頻或高壓電氣設備中,應根據損耗角正切與溫度和頻率關系曲線,慎重選擇適當的絕緣材料,避免在工作頻率和溫度出現損耗角正切峰值,以防止材料加速老化或發生熱擊穿。
             
            ●電場強度增加。損耗角正切也隨之增大,電壓增加到某一值時,介質內部的氣泡或電極邊緣會出現局部游離現象,損耗角正切突然顯著增大,這一電壓值稱為起始游離電壓。工程上常利用起始游離電壓的測量,檢查絕緣結構內部存在的氣隙情況,以控制絕緣質量。
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