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      電機絕緣等級和極限溫度

      發布時間:2023-10-22
      電機絕緣結構應具有產品技術條件要求的耐熱性能、耐電性能、機械強度,并能在規定的環境條件中長期使用。
      1、 材料的基本概念
      絕緣材料又稱電介質。它在外加電壓作用下,只有微小的電流通過,基本上可以忽略而認定其不導電,其電阻率大于107ω·m
      絕緣材料種類繁多,一般分為氣體、液體、固體三類。
      氣體絕緣材料:常用的有空氣、氮氣、二氧化碳和六氟化硫(sf6)等。
      液體絕緣材料:常用的有變壓器油、斷路器油、電容器油、電纜油等。
      固體絕緣材料:常用的有絕緣漆、膠、紙板等絕緣材料制品,以及漆布、漆管等絕緣浸漬纖維制品,云母制品,電工塑料,陶瓷,橡膠等。
      2、 絕緣材料的用途
      在電工產品的結構中,絕緣材料只要作用是隔離不同電位的導體,使電流能按一定方向流動。其次是在不同的電工產品中,根據電工產品技術要求的需要,起著散熱冷卻、滅弧、儲能、機械支撐、防暈、防潮、防霉以及保護導體等作用。
      3、 絕緣材料的性能
      絕緣材料的好壞,一般以它的電氣、機械、物理和化學性能來衡量。電工產品的質量和使用壽命,很大程度上取決于絕緣材料的這些性能。因為絕緣材料的耐熱性、機械強度和壽命都比金屬材料低,因此,絕緣材料是電工產品中最薄弱環節,許多故障發生在絕緣部分。各種絕緣材料都具有不同的特性,這些特性主要有以下幾項。
      (1)、電導率與電阻率
      絕緣材料在被施加一定的直流電壓后,就會流過微弱的電流,其中由內部帶電質點導電而產生的電流,即漏電電流。漏電電流密度ie和直流電場強度e之比值γ=ie/e,稱為絕緣材料電導率,電導率的倒數ρ為絕緣材料的電阻率。在固體絕緣材料中,漏電電流分為表面電流和體積電流兩部分。電阻率也相應分為兩個部分:表面電阻率ρs,單位為ω,它表征絕緣材料表面的電導特性;體積電阻率ρv,單位為ω·㎝,它表征絕緣材料內部的電導特性,通常在109~1012ω·㎝范圍內。
      (2)、相對介電系數
      設電容器極間為真空時的電容量為c0,當極間充以某電介質時,電容量為c,則兩種容量的比值εr=c/c0叫做電介質(即絕緣材料)的相對介電常數。c總是比c0大,故εr總是大于1,這是絕緣材料極化所造成的。絕緣材料極化的結果,是靠近其表面處出現束縛電荷,相應地使電容器板上的自由電荷也增加,造成電容量增大。絕緣材料的相對介電系數是表征在電場下絕緣材料極化程度的一個參數,介質的極化x率越大,相對介電系數εr就越大。
      (3)、介質損耗
      在交流電場作用下,絕緣材料中的部分電能將轉變成熱能,這部分的能量稱為電介質損耗,單位時間內消耗的能量稱為介質損耗功率。工程上常用介質損耗因數---介質損耗正切tanδ作為衡量電介質損耗的參數。δ是對絕緣材料施加交流電壓后,絕緣材料中流過的電流和電壓相角差的余角。絕緣材料在單位電場強度下,電場交變一次所產生的單位體積介質損耗功率稱為損耗指數。
      (4)、電介質的擊穿強度
      絕緣材料在高于某一極限數值的電場強度作用下,通過電介質的電流與施加在介質上的電壓關系就不符合歐姆定律,電流將會突然猛增。這時絕緣材料就被破壞而失去了絕緣性能。這種現象稱為電介質的擊穿。電介質發生擊穿時的電壓稱為擊穿電壓。電介質被擊穿時的電場強度,稱為擊穿強度,單位為kv/mm。固體絕緣的擊穿,常發生在電極邊緣,一般分為熱擊穿、電擊穿和局部放電擊穿三種形式。
      熱擊穿是由于電介質內部介質損耗發熱而引起的。在這場合,熱量來不及發散出去,使電介質內部溫度增高,導致分子結構破壞而擊穿。熱擊穿是電器設備中絕緣破壞最常見的一種擊穿形式。因此,運行維護人員必須經常注意檢查運行的電器設備的溫升情況。
      電擊穿是指在強電場作用下,電介質內部帶電介質點強烈運動,發生碰撞電離,破壞了分子結構,結果使絕緣材料擊穿。
      放電擊穿是指在強電場作用下,電介質內部的氣泡首先發生碰撞電離而放電,雜質也因受到電場加熱而氣化,產生氣泡,于是使氣泡放電進一步發展,導致材料裂解、分解、腐蝕破壞而擊穿。
      (5)、絕緣材料的老化
      絕緣材料在運行過程中,由于熱、電、光照、氧化、機械、輻射、微生物等各種因素的作用,而發生一系列不可恢復的物理、化學變化,導致絕緣材料電氣性能與機械性能的劣化,稱為老化。主要的老化形式有環境老化、熱老化與電老化三種。
      影響絕緣材料老化的因素很多,主要是熱的因素。使用時溫度過高,會加速絕緣材料的老化過程,因此對各種絕緣材料都規定了它們的使用過程中的極限溫度以延緩絕緣材料的老化過程,保證電工產品的使用壽命。
      低壓電機、電器的額定功率實際上決定于絕緣材料在運行所能承受的溫度。使用耐熱性好的絕緣材料,可是電機、電器的體積和重量都大大減小,技術經濟指標和使用壽命得到提高。
      溫度超過允許值,會大大降低絕緣材料使用壽命,如a級絕緣材料每超過最高允許工作溫度8℃,使用壽命就降低一半。對b級絕緣材料,每超過最高允許工作溫度12℃,絕緣使用壽命就降低一半。
      絕緣材料的老化與電擊穿不同,材料一旦發生老化,其絕緣性能將永遠喪失不可恢復。
      工程上采用下列方法防止絕緣材料的老化:在絕緣材料制作過程中加入防老化劑,常用酚類防老化劑。戶外用絕緣材料,可添加紫外光吸收劑,以吸收紫外光,或用隔層隔離,以避免強陽光直接照射。濕熱帶使用的絕緣材料,可加入防霉劑。加強高壓電氣設備的放電暈、防局部放電措施。
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