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電機(jī)絕緣材料需要滿足哪些電氣性能要求
發(fā)布時(shí)間:2023-12-19 08:31:29 瀏覽次數(shù):2066次
繞組的可靠性和使用壽命取決于絕緣材料的性能。絕緣材料的基本性能包括電氣、熱機(jī)械和耐熱性能。其中,電氣性能是基本的要求之一,包括擊穿強(qiáng)度、絕緣電阻率、介電系數(shù)和介質(zhì)損耗等。這些指標(biāo)直接影響著繞組的正常運(yùn)行和使用壽命。因此,選擇合適的絕緣材料對于保障繞組的可靠性至關(guān)重要。
1絕緣材料擊穿強(qiáng)度
絕緣材料在電壓作用下發(fā)生擊穿時(shí),其擊穿處的厚度與擊穿電壓之間的關(guān)系可以用千伏/毫米來表示。根據(jù)絕緣材料的擊穿形式,可以將其分為電擊穿、熱擊穿和放電擊穿三種。
● 電擊穿。當(dāng)絕緣材料受到強(qiáng)電場作用時(shí),其中的帶電質(zhì)點(diǎn)會在電場作用下高速運(yùn)動(dòng),發(fā)生碰撞游離,從而破壞分子結(jié)構(gòu),終導(dǎo)致材料擊穿。電擊穿電壓會隨著材料厚度的增加而線性增加。在均勻電場中,除非沖擊電壓時(shí)間小于10秒,電擊穿強(qiáng)度一般與電壓作用時(shí)間無關(guān)。
●熱擊穿。當(dāng)絕緣材料受到交變電場的作用時(shí),由于介質(zhì)損耗而產(chǎn)生熱量,若無法及時(shí)散發(fā)出去,將導(dǎo)致材料內(nèi)部溫度上升,進(jìn)而破壞分子結(jié)構(gòu)并擊穿,稱之為熱擊穿。熱擊穿電壓會隨著周圍媒質(zhì)溫度的升高而降低,材料厚度增加會導(dǎo)致散熱條件變差,從而降低擊穿強(qiáng)度;頻率增加時(shí),介質(zhì)損耗會增大,也會使擊穿強(qiáng)度下降。
●放電擊穿。在強(qiáng)電場作用下,絕緣材料內(nèi)部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,使氣泡放電進(jìn)一步發(fā)展,導(dǎo)致整個(gè)材料的擊穿,稱為放電擊穿。
絕緣材料的擊穿常常是上述三種形式同時(shí)存在,難以區(qū)分。使用絕緣漆或膠液浸漬絕緣材料,可以改善電場分布,提高電擊穿強(qiáng)度;也可以改善散熱條件,提高熱擊穿強(qiáng)度。
2. 絕緣電阻率
當(dāng)電壓作用于絕緣材料時(shí),會有微小的漏導(dǎo)電流通過。電流一部分在材料內(nèi)部流動(dòng),另一部分在材料表面流動(dòng)。因此,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)性質(zhì),單位為歐姆·米;表面電阻率表征材料表面的電導(dǎo)性質(zhì),單位為歐姆。絕緣材料的體積電阻率通常在107~1019歐姆·米范圍內(nèi)。絕緣材料的電阻率通常與以下因素有關(guān)。
隨著溫度的升高,電阻率呈指數(shù)下降。
濕度增加會使得絕緣電阻率下降,對多孔材料影響更大。
親水物質(zhì)表面容易形成水膜從而降低表面電阻,而非極性材料則不受影響。
絕緣材料中的雜質(zhì)會產(chǎn)生導(dǎo)電離子,促進(jìn)極性分子離解,進(jìn)而快速降低電阻率。
在高強(qiáng)度電場作用下,離子遷移力增大,導(dǎo)致電阻率下降。
絕緣材料的電介質(zhì)常數(shù)
當(dāng)電場作用于絕緣材料時(shí),由于漏電和極化等原因,會產(chǎn)生能量損失。通常用損耗功率或損耗角正切來衡量介質(zhì)損耗的大小。
在直流電壓作用下,電流通過瞬時(shí)充電電流、吸收電流和漏導(dǎo)電流。當(dāng)施加交流電壓時(shí),則瞬時(shí)充電電流為無功電流(電容電流);漏導(dǎo)電流與電壓同相位,為有功電流;吸收電流則既有無功電流成分,也有有功電流成分。影響絕緣材料介質(zhì)損耗的主要因素。
頻率與介質(zhì)損耗角正切的關(guān)系:
當(dāng)溫度不變時(shí),損耗角正切在某一頻率時(shí)出現(xiàn)峰值,此時(shí)單位體積內(nèi)的介質(zhì)損耗值P增長最快。因此,測量損耗角正切值時(shí)必須選定一定的頻率。對于電機(jī)所用的材料,一般都測量其工頻時(shí)的介質(zhì)損耗角正切。
溫度與吸收電流所產(chǎn)生的損耗的關(guān)系:
當(dāng)頻率不變時(shí),損耗角正切在某一溫度時(shí)出現(xiàn)峰值,此時(shí)吸收電流所產(chǎn)生的損耗最大。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??;在高溫區(qū),吸收電流所產(chǎn)生的損耗消失,由漏導(dǎo)損耗決定。
有機(jī)絕緣材料在高頻或高壓電氣設(shè)備中的應(yīng)用,需要根據(jù)損耗角正切與溫度和頻率關(guān)系曲線,選擇合適的材料。為了避免在工作頻率和溫度出現(xiàn)損耗角正切峰值,防止材料加速老化或發(fā)生熱擊穿,工程上需要慎重選擇適當(dāng)?shù)慕^緣材料。
● 隨著電場強(qiáng)度的增加,損耗角正切也隨之增大。當(dāng)電壓增加到某一值時(shí),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。測量起始游離電壓可以檢查絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在的氣隙情況,以控制絕緣質(zhì)量。
此外,一些絕緣材料還需要考慮耐電暈、耐電弧、抗漏電痕跡等電氣性能。對于電機(jī)而言,擊穿電場強(qiáng)度和絕緣電阻是重要的電氣性能要求。不同電機(jī)類型對絕緣材料的其他電氣性能要求不完全一樣。例如,高壓電機(jī)的絕緣需要較小的介質(zhì)損耗和良好的耐電暈性,同時(shí)需要考慮鐵心和導(dǎo)體之間的電場分布。