繞組運(yùn)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(jī)械性能,本文Ms.參對絕緣材料的電氣性能進(jìn)行簡單介紹。絕緣材料的電氣性能包括擊穿強(qiáng)度,絕緣電阻率、介電系數(shù)和介質(zhì)損耗等。
一、絕緣材料擊穿強(qiáng)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。
1.電擊穿。在強(qiáng)電場作用下,絕緣內(nèi)部帶電質(zhì)點(diǎn)劇烈運(yùn)動,發(fā)生碰撞游離,破壞分子結(jié)構(gòu),以致?lián)舸?,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(qiáng)度一般與電壓作用時間無關(guān)。
2.熱擊穿。在交變電場作用下,絕緣材料內(nèi)部由于介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量,如不能及時散出,將使材料內(nèi)部溫度升高,導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)破壞而擊穿,稱為熱擊穿。熱擊穿電壓隨周圍媒質(zhì)溫度增加而降低,材料厚度增加,散熱條件變差,擊穿強(qiáng)度降低;頻率增加時,介質(zhì)損耗增大,擊穿強(qiáng)度亦會降低。
放電擊穿。在強(qiáng)電場作用下,絕緣材料內(nèi)部包含的氣泡因電離而放電;雜質(zhì)也因受電場加熱氣化,產(chǎn)生氣泡,于是使氣泡放電進(jìn)一步發(fā)展,導(dǎo)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(qiáng)度,也可以改善散熱條件使熱擊穿強(qiáng)度提高。
二、絕緣電阻率
絕緣材料在電壓的作用下,總會有微小的漏導(dǎo)電流通過。此電流一部分流經(jīng)材料內(nèi)部;一部分流經(jīng)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(nèi)部電導(dǎo)特性,單位為歐姆·米;表面電阻率表征材料表面的電導(dǎo)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(nèi)。絕緣材料的電阻率,一般與下列因素有關(guān)。隨著溫度的升高,電阻率成指數(shù)下降。
1.水能促進(jìn)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(zhì),容易在表面形成連續(xù)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(xù)水層,因而對其表面電阻影響較小。
2.絕緣材料中的雜質(zhì)大都產(chǎn)生導(dǎo)電離子,又能促使極性分子的離解,使電阻率迅速下降。
3.在高電場強(qiáng)度作用下,離子的遷移力增大,因而使電阻率下降。
三、絕緣材料的介電系數(shù)
絕緣材料的相對介電系數(shù),表示電場作用下,絕緣材料內(nèi)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(xiàn)峰值。
四、絕緣材料的介質(zhì)損耗
絕緣材料在電場作用下,由于漏電和極化等原因產(chǎn)生能量損耗。一般用損耗功率或損耗角正切表示介質(zhì)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(dǎo)電流。當(dāng)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(dǎo)電流與電壓同相位,為
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(zhì)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(xiàn)高峰,此時單位體積內(nèi)的介質(zhì)損耗值P增長最快。
由于不同頻率下具有不同的介質(zhì)損耗,故測量損耗角正切值時須選定頻率,通常電機(jī)所用的材料,一般都是測量其工頻時的介質(zhì)損耗角正切。
1.溫度。頻率不變時,損耗角正切在某一溫度時出現(xiàn)峰值,此時吸收電流所產(chǎn)生的損耗大。在低溫區(qū),漏導(dǎo)電流和吸收電流有功分量均很小,故損耗角正切很?。辉诟邷貐^(qū),吸收電流所產(chǎn)生的損耗消失,由漏導(dǎo)損耗決定。
某些有機(jī)絕緣材料,其損耗角正切可能在不同的溫度或頻率下出現(xiàn)幾個峰值。因此在高頻或高壓電氣設(shè)備中,應(yīng)根據(jù)損耗角正切與溫度和頻率關(guān)系曲線,慎重選擇適當(dāng)?shù)慕^緣材料,避免在工作頻率和溫度出現(xiàn)損耗角正切峰值,以防止材料加速老化或發(fā)生熱擊穿。
2.電場強(qiáng)度增加。損耗角正切也隨之增大,電壓增加到某一值時,介質(zhì)內(nèi)部的氣泡或電極邊緣會出現(xiàn)局部游離現(xiàn)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(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的氣隙情況,以控制絕緣質(zhì)量。
此外,有些絕緣材料還應(yīng)考慮耐電暈、耐電弧、抗漏電痕跡等電氣性能。
電機(jī)對絕緣材料電氣性能要求,以擊穿電場強(qiáng)度和絕緣電阻為最重要。根據(jù)電機(jī)類型不同,對其他電氣性能要求則不完全一樣,例如高壓電機(jī)的絕緣,要求絕緣材料介質(zhì)損耗要小,耐電暈性要好;并須考慮鐵心和導(dǎo)體之間的電場分布。
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