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編輯本段分類和性能
絕緣材料種類很多,可分氣體、液體、固體三大類。常用的氣體絕緣材料有空氣、**、****
等。液體絕緣材料主要有礦物絕緣油、合成絕緣油(硅油、十二烷基苯、聚***、異丙基**、二芳基**等)兩類。固體絕緣材料可分有機(jī)、無機(jī)兩類。有機(jī)固體絕緣材料包括絕緣漆、絕緣膠、絕緣紙、絕緣纖維制品、塑料、橡膠、漆布漆管及絕緣浸漬纖維制品、電工用薄膜、復(fù)合制品和粘帶、電工用層壓制品等。無機(jī)固體絕緣材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下,固體絕緣材料品種多樣,也*為重要。 不同的電工設(shè)備對絕緣材料性能的要求各有側(cè)重。高壓電工裝置如高壓電機(jī)、高壓電纜等用的絕緣材料要求有高的擊穿強(qiáng)度和低的介質(zhì)損耗。低壓電器則以機(jī)械強(qiáng)度、斷裂伸長率、 耐熱等級等作為主要要求。 絕緣材料的宏觀性能如電性能、熱性能、力學(xué)性能、耐化學(xué)藥品、耐氣候變化、耐腐蝕等性能與它的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)等有密切關(guān)系。無機(jī)固體絕緣材料主要是由硅、硼及多種金屬氧化物組成,以離子型結(jié)構(gòu)為主,主要特點(diǎn)為耐熱性高,工作溫度一般大于180℃,穩(wěn)定性好,耐大氣老化性、耐化學(xué)藥品性及長期在電場作用下的老化性能好;但脆性高,耐沖擊強(qiáng)度低,耐壓高而抗張強(qiáng)度低;工藝性差。有機(jī)材料一般為聚合物,平均分子量在104~106之間,其耐熱性通常低于無機(jī)材料。含有芳環(huán)、雜環(huán)和硅、鈦、氟等元素的材料其耐熱性則高于一般線鏈形高分子材料。 影響絕緣材料介電性能的重要因素是分子極性的強(qiáng)弱和極性組分的含量。極性材料的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗均高于非極性材料,并且容易吸附雜質(zhì)離子增加電導(dǎo)而降低其介電性能。故在絕緣材料制造過程中要注意清潔,防止污染。電容器用電介質(zhì)要求有高的介電常數(shù)以提高其比特性。
編輯本段影響絕緣材料性能的主要指標(biāo)
1、絕緣電阻、電阻率:電阻是電導(dǎo)的倒數(shù),電阻率是單位體積內(nèi)的電阻。材料導(dǎo)電越小,其電阻越大,兩者成倒數(shù)關(guān)系,對絕緣材料來說,總是希望電阻率盡可能高。 2、相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切:絕緣材料用途有二:電網(wǎng)絡(luò)各部件的相互絕緣和電容器的介質(zhì)(儲能)。前者要求相對介電常數(shù)小,后者要求相對介電常數(shù)大,而兩者都要求介質(zhì)損耗角正切小,尤其是在高頻與高壓下應(yīng)用的絕緣材料,為使介質(zhì)損耗小,都要求采用介質(zhì)損耗角正切小的絕緣材料。 3、擊穿電壓、電氣強(qiáng)度:在某一個強(qiáng)電場下絕緣材料發(fā)生破壞,失去絕緣性能變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài),稱為擊穿。擊穿時的電壓稱為擊穿電壓(介電強(qiáng)度)。電氣強(qiáng)度是在規(guī)定條件下發(fā)生擊穿時電壓與承受外施電壓的兩電極間距離之商,也就是單位厚度所承受的擊穿電壓。對于絕緣材料而言,一般其擊穿電壓、電氣強(qiáng)度的值越高越好。 4、拉伸強(qiáng)度:是在拉伸試驗(yàn)中,試樣承受的**拉伸應(yīng)力。它是絕緣材料力學(xué)性能試驗(yàn)應(yīng)用*廣、*有代表性的試驗(yàn)。 5、耐燃燒性:指絕緣材料接觸火焰時抵制燃燒或離開火焰時阻止繼續(xù)燃燒的能力。隨著絕緣材料應(yīng)用日益擴(kuò)大,對其耐燃燒性要求更顯重要,人們通過各種手段,改善和提高絕緣材料的耐燃燒性。耐燃燒性越高,其安全性越好。 6、耐電?。涸谝?guī)定的試驗(yàn)條件下,絕緣材料耐受沿其表面的電弧作用的能力。試驗(yàn)時采用交流高壓小電流,借高壓在兩電極間產(chǎn)生的電弧作用,使絕緣材料表面形成導(dǎo)電層所需的時間來判斷絕緣材料的耐電弧性。時間值越大,其耐電弧性越好。 7、密封度:對油質(zhì)、水質(zhì)的密封隔離比較好。
編輯本段絕緣材料等級劃分
絕緣材料的絕緣性能與溫度有密切的關(guān)系。溫度越高,絕緣材料的絕緣性能越差。為保證絕緣強(qiáng)度,每種絕緣材料都有一個適當(dāng)?shù)?*允許工作溫度,在此溫度以下,可以長期安全地使用,超過這個溫度就會迅速老化。按照耐熱程度,把絕緣材料分為Y、A、E、B、F、H、C等級別,各耐熱等級對應(yīng)的溫度如下: Y級絕緣耐溫90℃、A級絕緣耐溫105℃、E級絕緣耐溫120℃、B級絕緣耐溫130℃ 、F級絕緣耐溫155℃ 、H級絕緣耐溫180℃ 、C級絕緣耐溫200℃ 以上
編輯本段發(fā)展歷史
*早使用的絕緣材料為棉布、絲綢、云母、橡膠等天然制品。在20世紀(jì)初,工業(yè)合成塑料酚醛樹脂首先問世,其電性能好,耐熱性高。以后又相繼出現(xiàn)了性能更好的脲醛樹脂、醇酸樹脂。三氯**合成絕緣油的出現(xiàn)使電力電容器的比特性出現(xiàn)了一次飛躍(但因有害人體健康,后已停止使用)。同期還合成了****。 30年代以來人工合成絕緣材料得到了迅速發(fā)展,主要有縮醛樹脂、氯丁橡膠、聚***、丁苯橡膠、聚酰胺、三聚氰胺、聚**及性能優(yōu)異稱之為塑料王的聚****等。這些合成材料的出現(xiàn),對電工技術(shù)的發(fā)展起了重大作用。如縮醛漆包線用于電機(jī),使其工作溫度和 可靠性提高,而電機(jī)的體積和重量大大降低。玻璃纖維及其編織帶的研制成功及有機(jī)硅樹脂的合成又為電機(jī)絕緣增加了H級這個耐熱等級。 40年代以后不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂問世。粉云母紙的出現(xiàn)使人們擺脫了片云母資源匱乏的困境。 50年代以來,合成樹脂為基的新材料得到了廣泛應(yīng)用,如不飽和聚酯和環(huán)氧等絕緣膠可供高壓電機(jī)線圈浸漬用。聚酯系列產(chǎn)品在電機(jī)槽襯絕緣、漆包線及浸漬漆中使用,發(fā)展了E級和B級低壓電機(jī)絕緣,使電機(jī)的體積和重量進(jìn)一步下降。****開始用于高壓電器,并使之向大容量小型化發(fā)展。斷路器的空氣絕緣及變壓器的油和紙絕緣部分地被****所取代。 60年代含雜環(huán)和芳環(huán)的耐熱樹脂得到了大發(fā)展,如聚酰亞胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等屬 H級及更高耐熱等級的材料。這些耐熱材料的合成為以后發(fā)展 F級、H級電機(jī)創(chuàng)造了有利條件。聚**薄膜在這一時期也成功地用于電力電容器。 70年代以來新材料的開發(fā)研究相對比較少,這一時期主要是對現(xiàn)有材料進(jìn)行各種改性及擴(kuò)大應(yīng)用范圍。對礦物絕緣油采用新方法精制以降低其損耗;環(huán)氧云母絕緣在提高其機(jī)械性能和實(shí)現(xiàn)無氣隙以提高其電性能方面做了很多改進(jìn)。電力電容器由紙膜復(fù)合結(jié)構(gòu)向全膜結(jié)構(gòu)過渡。1000千伏級特高壓電力電纜開始研究用合成紙絕緣取代傳統(tǒng)的天然纖維紙。無公害絕緣材料70年代以來也發(fā)展很快,如以無毒介質(zhì)異丙基**、酯類油取代有毒介質(zhì)氯化**,無溶劑漆的擴(kuò)大應(yīng)用等。隨著家用電器的普及,其絕緣材料著火而導(dǎo)致重大火災(zāi)事故屢有發(fā)生,所以對阻燃材料的研究引起了重視。
編輯本段發(fā)展趨勢
絕緣材料的研制和開發(fā)的水平是影響制約電工技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。從今后趨勢來看,要求發(fā)展耐高壓、耐熱絕緣,耐沖擊,環(huán)保絕緣,復(fù)合絕緣,耐腐蝕、耐水、耐油、耐深冷、耐輻照及阻燃材料,研發(fā)環(huán)保節(jié)能材料。重點(diǎn)是發(fā)展用于高壓大容量發(fā)電機(jī)的環(huán)氧云母絕緣體系,如FR5,金云母等;中小型電機(jī)用的F、H級絕緣系列,如不飽和聚酯樹脂玻璃氈板等;高壓輸變電設(shè)備用的****氣態(tài)介質(zhì);取代氯化**的新型無毒合成介質(zhì);高性能絕緣油;合成紙復(fù)合絕緣;阻燃性橡塑材料和表面防護(hù)材料等,同時要積極推動傳統(tǒng)電工設(shè)備絕緣材料的更新?lián)Q
大體上,電機(jī)、電器設(shè)備都是由導(dǎo)體材料、磁性材料、絕緣材料和結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成的。除絕緣材料之外,其他都是金屬材料。電機(jī)、電器在運(yùn)行中,不可避免地要受到溫度、電、機(jī)械的應(yīng)力和振動,有害氣體、化學(xué)物質(zhì)、潮濕、灰塵和輻照等各種因素的作用。這些因素對絕緣材料比對其他材料有更顯著的作用??梢哉f,絕緣材料對這些因素更為敏感,容易變質(zhì)劣化,致使電工設(shè)備損壞。所以絕緣材料是決定電機(jī)、電器運(yùn)行可靠性的關(guān)鍵材料。隨著運(yùn)行時間的延續(xù),絕緣材料必然要老化,并且其老化速度要比其他材料快,所以決定電機(jī)、電器使用壽命的關(guān)鍵材料也是絕緣材料