高壓絕緣材料.ppt

2015 201,絕緣材料,固體絕緣材料,固體絕緣材料,有機(jī)固體絕緣材料：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：云母、玻璃、陶瓷及其制品等,有機(jī)固體絕緣材料,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、聚氯乙烯、丁苯橡膠、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能優(yōu)異稱之為塑料王的聚四氟乙烯等。這些合成材料的出現(xiàn)，對(duì)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(jí)這個(gè)耐熱等級(jí)。,絕緣漆：又叫絕緣涂料(insulating coatings ) , 是一種具有優(yōu)良電絕緣性的涂料。它有良好的電化性能、熱性能、機(jī)械性能和化學(xué)性能, 多為清漆, 也有色漆。絕緣漆是漆類中的一種特種漆。 絕緣漆是以高分子聚合物為基礎(chǔ)，能在一定的條件下固化成絕緣膜或絕緣整體的重要絕緣材料。 絕緣漆由基料、阻燃劑、固化劑、顏填料、和溶劑等組成。詳細(xì)介紹了其組成、使用分類、等級(jí)分類、要求、發(fā)展趨勢等。,絕緣漆,按照使用范圍絕緣漆可以分為浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、硅鋼片漆、防電暈漆等五類,浸漬漆分有溶劑漆和無溶劑漆兩大類，主要用于浸漬電機(jī)、電器的線圈，以填充其間隙和微孔，且固化后能在被浸漬物的表面形成連續(xù)平整的漆膜，并使之粘結(jié)成一個(gè)堅(jiān)硬的整體。 漆包線漆主要用于漆包線芯的涂覆絕緣。由于導(dǎo)線在繞制線圈、嵌線等過程中，將經(jīng)受熱、化學(xué)和多種機(jī)械力的作用，因此要求漆包線漆具有良好的涂覆性（即能均勻涂覆），漆膜附著力強(qiáng)，表面光滑柔軟有韌性，有一定的耐磨性和彈性，電氣性能好，耐熱，耐溶性，對(duì)導(dǎo)體無腐蝕等特性。 覆蓋漆用于涂覆經(jīng)浸漬處理的線圈和絕緣零部件，在其表面形成厚度均勻的絕緣保護(hù)層，以防止設(shè)備絕緣受機(jī)械損傷以及大氣、化學(xué)藥品的侵蝕，提高表面絕緣強(qiáng)度。 硅鋼片漆用于涂覆硅鋼片，以降低鐵心的渦流損耗，增強(qiáng)耐腐蝕能力。 防電暈漆一般由絕緣清漆和非金屬導(dǎo)體（炭黑、石墨等）粉末混合而成，主要用于高壓線圈作防電暈漆，如用于大型高壓電機(jī)中電壓較高的線圈端部。,絕緣漆優(yōu)點(diǎn)： 1） 流動(dòng)性好，固體含量高，便于滲透和填充被浸漬物，特別是對(duì)于不規(guī)則的需要絕緣的電子器件，比如電機(jī)，電器的線圈。特別是需要填充的間隙和微孔。 2） 固化快，干燥性能好，粘結(jié)力強(qiáng)，有熱彈性。 3） 對(duì)導(dǎo)體和其他材料具有良好的相容性。 4）不像絕緣油要在密封的環(huán)境下產(chǎn)生作用，適應(yīng)能力強(qiáng)。 絕緣漆缺點(diǎn)： 1）過于單薄，對(duì)于空隙大的絕緣處無法大范圍分布。,絕緣纖維制品：絕緣紙，絕緣纖維布。主要用于電信電纜，電機(jī)絕緣，電容器紙以及包線，線圈捆版，電纜保護(hù)內(nèi)襯等等。也即用來繞組導(dǎo)線的被覆蓋絕緣物。,天然纖維或合成纖維可以制成纖維紙或各種紡織品直接用做絕緣材料；或用紙浸以液體介質(zhì)后成為浸漬紙用作電容器介質(zhì)和電纜絕緣；或浸（涂）以絕緣樹脂（膠）后經(jīng)熱壓，卷制成絕緣層壓制品、卷制品作絕緣材料；或用絕緣漆浸漬制成絕緣漆布（帶）、漆綢等用于電絕緣。天然無機(jī)纖維可以單獨(dú)使用，也可以同植物纖維或合成纖維結(jié)合使用，作為耐高溫絕緣。纖維材料還廣泛用作超導(dǎo)和低溫繞組線的絕緣材料，因它具有如下優(yōu)點(diǎn)：在超導(dǎo)磁體線圈中，能使冷卻劑浸透所有的截面，增加傳熱面積；保證浸漬漆或包封膠直接與超導(dǎo)纖維及復(fù)合層接觸。,絕緣纖維制品優(yōu)點(diǎn); 1）延展性好，對(duì)于會(huì)產(chǎn)生彎曲變形的絕緣處能順利的過度，容易保持其整體性。 2）其次，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，能承受各類包線所處的自然環(huán)境下保持穩(wěn)定狀態(tài)， 3）最后，成本低，能大量生產(chǎn)。,塑料絕緣材料,目前用于絕緣的絕緣塑料主要是熱固性塑料。熱固性塑料是由合成樹脂、填料和其他添加劑組成的粉狀或顆粒狀的混合料在一定的溫度和壓力下成型，加工固化成各種形狀和規(guī)格的電氣絕緣零部件。如線圈骨架，接線板，支架以及用于模制造防爆電機(jī)交流如防爆電機(jī)接線盒、引出線及開關(guān)、接觸器的防弧罩、防護(hù)柵、觸頭支架等。最后也應(yīng)用于家用電線的外包。,塑料優(yōu)點(diǎn) 大多數(shù)塑料質(zhì)輕，化學(xué)性穩(wěn)定,不會(huì)銹蝕； 耐沖擊性好； 具有較好的透明性和耐磨耗性； 絕緣性好，導(dǎo)熱性低； 一般成型性、著色性好，加工成本低； 塑料缺點(diǎn) 大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒； 尺寸穩(wěn)定性差，容易變形，在線路中發(fā)生短路時(shí)易引起火災(zāi)； 多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆； 容易老化； 某些塑料易溶于溶劑。,固體無機(jī)絕緣材料,云母，粉云母，及云母制品,玻璃、玻璃纖維及其制品,陶瓷及其制品,1.云母類絕緣材料,云母屬于鋁硅酸鹽礦物，其化學(xué)分子式為6SiO23Al2O3K2O2H2O, 它具有很高的電絕緣強(qiáng)度、耐電 暈、耐熱以及良好的力學(xué)性能, 被廣泛用作電子、電力工業(yè)上的 絕緣材料。,1.1 云母帶,云母帶，又稱耐火云母帶，由（云母帶機(jī)）制作而成，是一種耐火絕緣材料，按用途可分為：電機(jī)用云母帶（以金云母紙為基材，用塑料薄膜作雙面補(bǔ)強(qiáng)，主要用于電機(jī)絕緣層。 耐火性能差），電纜用云母帶（用玻纖布作單面補(bǔ)強(qiáng)材料，用于耐火電纜做耐火絕緣層。耐火性能較好）。按結(jié)構(gòu)分為：雙面帶、單面帶、三合一帶、雙膜帶、單膜帶等。,1.2 云母片,天然云母片是厚云母片經(jīng)過剝分、定厚、切制、鉆制或沖制而成，具有一定厚度、一定形狀的云母零件，該產(chǎn)品適用于電視機(jī)、電力電容器、熱繼電器、監(jiān)視顯示器、航天、航空、通訊、雷達(dá)、耐熱骨架片等作為原輔材料。因其材料為天然礦制品，具有無污染、絕緣、耐電壓性能好的特點(diǎn)，可根據(jù)客戶需求沖切各種規(guī)格的天然云母片。,1.3 粉云母,云母原礦經(jīng)粗選后剩余的碎片，及含云母礦石破碎后選出的云母碎片，以及生產(chǎn)云母產(chǎn)品剩余的云母碎片的統(tǒng)稱，云母粉具有良好的彈性、韌性。絕緣性、耐高溫、耐酸堿、耐腐蝕、附著力強(qiáng)等特性，是一種優(yōu)良的添加劑。絕緣性能絹云母粉具有極高的電阻，本身就是最優(yōu)異的絕緣材料。與有機(jī)硅樹脂或有機(jī)硅硼樹脂形成復(fù)配物，遇到高溫時(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)械強(qiáng)度和絕緣性能良好的陶瓷性物質(zhì)，因此用這類絕緣材料制成的電線、電纜，即使在火災(zāi)中燒毀之后，仍然保持原有的絕緣狀態(tài)。,2 絕緣玻璃,用作電絕緣的玻璃。最普通的是以二氧化硅為主體加入氧化硼、氧化鋁、氧化鉛、氧化鈣、氧化鈉等氧化物混合熔制成高粘性液體，在使其不析出晶粒的條件下急冷凝固而成。玻璃具有良好的電性能、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性及易成型加工性。,優(yōu)點(diǎn)： 1.耐油污性：玻璃絕緣子自潔度高，積垢粘附力小，容易清掃。 2. 抗老化性能：玻璃經(jīng)鋼化處理的，表面形成壓應(yīng)力，如果玻璃表面有微裂紋存在，也固應(yīng)力作用使微裂紋受到壓縮而不致擴(kuò)展。玻璃的電氣強(qiáng)度一般在整個(gè)運(yùn)行期間保持不變，其老化過程比瓷緩慢得多 3.玻璃絕緣子自潔度高，積垢粘附力小，容易清掃。 4.由于玻璃的透明性，在外形檢驗(yàn)時(shí)容易發(fā)現(xiàn)細(xì)小裂縫以及各種內(nèi)部缺陷和損傷。 缺點(diǎn)：質(zhì)量輕、自破率較高等。,3. 陶瓷,絕緣陶瓷又稱為裝置陶瓷，是在電子設(shè)備中作為安裝、固定、支撐、保護(hù)、絕緣、隔離及連接各種無線電元件及器件的陶瓷材料。常見絕緣陶瓷：美質(zhì)瓷，氧化鋁瓷，莫來石瓷，改性碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化鋁陶瓷，硼酸鉛玻璃陶瓷，硼酸錫鋇陶瓷，氧化鈹陶瓷。,優(yōu)點(diǎn)： 1.陶瓷絕緣子是最早出現(xiàn)的絕緣子，工藝簡單，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，幾乎不老化變質(zhì)，并具有良好的電氣和機(jī)械性能。 2.較高的體積電阻率和介電強(qiáng)度； 3.良好的介電溫度和頻率特性; 4.優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，機(jī)械強(qiáng)度，斷裂韌性，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 缺點(diǎn)： 容易積污，質(zhì)量較大，不方便檢測。,液態(tài)絕緣材料,液體絕緣材料是用以隔絕不同電位導(dǎo)電體的液體。又稱絕緣油。它主要取代氣體，填充固體材料內(nèi)部或極間的空隙，以提高其介電性能，并改進(jìn)設(shè)備的散熱能力。液體絕緣材料可以在電容器中提高其介電性能，增大每單位體積的儲(chǔ)能量；在開關(guān)中除絕緣作用外，更主要起滅弧作用。,液體絕緣材料按材料來源可分為礦物絕緣油、合成絕緣油和植物油 3大類。工程技術(shù)上最早使用的是植物油，至今仍在使用。為滿足各種電工設(shè)備的不同要求，又開發(fā)了多種類型的合成絕緣油，并得到廣泛應(yīng)用，如供高溫下使用的硅油以及十二烷基苯、聚丁烯油等。但工程上使用最多的仍然是礦物絕緣油。,礦物絕緣油，是從石油中提煉精制的液體絕緣材料。簡稱礦物油。石油的主要成分是烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，這些組分的電氣性能和老化穩(wěn)定性優(yōu)良。礦物油是取原油中250400的輕質(zhì)潤滑油餾分，經(jīng)酸堿精制、水洗、干燥、白土吸附、加抗氧劑等工序制得。取原油中不同餾分油，并控制精制中硫酸的濃度、用量、作用時(shí)間及其他有關(guān)工藝，可得到用途不同的變壓器油、電容器油、電纜油、開關(guān)油等。,礦物油屬弱極性介質(zhì),相對(duì)介電常數(shù)r約為2.2?？刂朴偷酿s分，可得到粘度不同的絕緣油。 油的老化主要是熱、氧和電老化。為防止油的老化，一般可加強(qiáng)散熱以降溫或隔絕空氣，也可加入抗氧化劑和抗老化添加劑。礦物油具有良好的絕緣性能和導(dǎo)熱性，成本也不高 ，但燃點(diǎn)比較低，生物降解能力差 。,人工合成的液體絕緣材料，簡稱合成油。由于礦物絕緣油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，難以除凈降低絕緣性能的組分，且制取工藝復(fù)雜，易燃燒，耐熱性低，介電常數(shù)不高，因而人們研究、開發(fā)了多種性能優(yōu)良的合成油。 分類：芳烴合成油，硅油，酯類油，醚類和砜類合成油，聚丁烯等都是合成絕緣油。,芳烴合成油：穩(wěn)定性好，特別優(yōu)良的吸氣性，,可選取較高的工作電強(qiáng)度。主要缺點(diǎn)是低溫局部放電性能較差，燃燒性同礦物油相近。 硅油：耐熱性優(yōu)良，工作溫度可達(dá)150200，屬難燃性絕緣油。硅油的粘度-溫度特性平坦,有高的耐寒性。硅油價(jià)格高，僅用于防火要求較高的場所。 酯類油：屬極性液體介質(zhì)，r為37，酯的極性，易于吸附雜質(zhì)和水分，較難凈化。缺點(diǎn)是粘度較高,不易浸漬。 醚類和砜類合成油：毒性較大，電氣性能和穩(wěn)定性優(yōu)良，不燃燒。 聚丁烯：介電性能和老化穩(wěn)定性優(yōu)于礦物油,具有吸氣性。改變聚合度，可得到粘度不同的聚丁烯。為非極性液體， r低。,植物油是由不飽和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，廣泛分布于自然界中，是從植物的果實(shí)、種子、胚芽中得到的油脂。工程技術(shù)上最早使用的是植物油，如蓖麻油、大豆油、菜籽油等，至今仍在使用。蓖麻油是優(yōu)良的脈沖電容器的浸漬劑，與菜籽油一樣，都可用于金屬化電容器。,植物油作為一種酯類 ,對(duì)水有較 強(qiáng)的吸附能力 ,在油紙絕緣的變壓器中能夠保持固體 絕緣的干燥 ,從而延長變壓器的使用壽命。此外植 物油最大的優(yōu)點(diǎn)在于其生物降解率很高 ,符合環(huán)保的 要求 ,具有很好的應(yīng)用前景。,氣體絕緣材料,氣體絕緣,氣體絕緣是指用以隔絕不同電位導(dǎo)電體的氣體。其特點(diǎn)是具有高的電離場強(qiáng)和擊穿場強(qiáng),擊穿后能迅速恢復(fù)絕緣性能,化學(xué)穩(wěn)定性好，不燃、不爆、不老化，無腐蝕性，不易為放電所分解，并且比熱容大，導(dǎo)熱性、流動(dòng)性均好。其中空氣是用得最廣泛的氣體絕緣材料。 除空氣、氮?dú)?、二氧化碳和六氟化硫氣體外，CCl2F2（氟利昂-12）曾用于某些高能物理裝置中作為絕緣；在氫冷發(fā)電機(jī)中，氫氣除作冷卻介質(zhì)外也用作絕緣。,空氣絕緣,以空氣為作為絕緣介質(zhì)，如：架空線路中相與相之間、相與地之間、變壓器外絕緣等 主要優(yōu)點(diǎn)是：便宜、無毒 缺點(diǎn)是：絕緣效果較差,氮?dú)饨^緣,以氮?dú)鉃榻^緣氣體，但絕緣性能較SF6相比差距明顯。 多因其環(huán)保特性,氫氣絕緣,以氫氣為絕緣氣體，主要在氫冷發(fā)電機(jī)等中除作冷卻介質(zhì)外也用作絕緣。,真空絕緣,“真空”泛指在給定的空間內(nèi)，氣體壓強(qiáng)低于一個(gè)大氣壓的氣體狀態(tài)，也就是說，同正常的大氣壓相比，是 較為稀薄的一種氣體狀態(tài)。 真空度是對(duì)氣體稀薄程度的一種客觀量度。根據(jù)真空技術(shù)的理論，真空度的高低通常都用氣體的壓強(qiáng)來表示。 真空區(qū)域的劃分沒有統(tǒng)一規(guī)定，我國通常是這樣劃分的： 粗真空：(76010)托 低真空：(1010-3)托 高真空：(10-310-8)托 超高真空：(10-810-12)托 極高真空：10-12托,真空絕緣特征,空氣中的擊穿是由于氣體中的少量自由電子在電場作用下高速度運(yùn)動(dòng)，與氣體分子碰撞產(chǎn)生較多的電子和離子，新生的電子和離子又同中性原子碰撞，產(chǎn)生更多的電子和離子。這種雪崩式的電離過程，在電極間形成了放電通道，產(chǎn)生了電弧。而真空中，由于壓強(qiáng)較低，氣體分子極少，在這樣的環(huán)境中，即使電極間隙中存在著電子，它們從一個(gè)電極飛向另一個(gè)電極時(shí)，也很少有機(jī)會(huì)與氣體分子碰撞。因而不可能有電子和氣體分子碰撞造成雪崩式的電擊穿。正是因?yàn)闅怏w分子十分稀少，真空間隙電擊穿需要在非常高的電壓下出現(xiàn)場致發(fā)射等其它現(xiàn)象時(shí)才有可能形成。從理論上推測， 電場強(qiáng)度需達(dá)到108V/cm以上時(shí)才會(huì)造成電擊穿，實(shí)際上真空間隙的絕緣強(qiáng)度由于一系列不利因素將低于理論計(jì)算值幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 （修改：高真空間隙是一種強(qiáng)度很高的絕緣間隙，其擊穿場強(qiáng)達(dá)1.3MV/cm，）,影響因素,真空絕緣是一個(gè)十分復(fù)雜的物理過程，其機(jī)理到目前為止仍沒有明確的結(jié)論。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，主要有以下幾個(gè)方面： 1、電極的幾何形狀 2、間隙距離 3、電極材料 4、真空度 5、電極的表面狀況 6、老煉效應(yīng) 電極老煉有電壓老煉和電流老煉兩種。 一個(gè)新的真空間隙進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，最初幾次的擊穿電壓往往較低。隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加擊穿電壓也逐漸增大，最后會(huì)穩(wěn)定在某一數(shù)值上。這種擊穿電壓隨擊穿次數(shù)增大的現(xiàn)象就是電壓老煉的作用。,真空絕緣的擊穿,首先，真正的絕對(duì)真空是不會(huì)被擊穿的，我們看到的真空“擊穿”是真空被電極改變了狀態(tài)。 在高真空下，電極間隙的電子發(fā)射主要是由三種發(fā)射形式疊加的結(jié)果： （1）電子轟擊電極造成電極發(fā)熱，而發(fā)熱又加劇了熱發(fā)射; （2）電子和正離子的復(fù)合會(huì)放出強(qiáng)光，強(qiáng)光有促成了光發(fā)射； （3）電極表面的不平整度加劇了場致發(fā)射的強(qiáng)度。 （4）一旦電極材料受熱熔融后產(chǎn)生金屬蒸汽，則金屬蒸汽將成為電弧的載體，于是弧隙被擊穿。 因此，即使在高真空下，只要電壓足夠高，電極間隙照樣能擊穿。,六氟化硫,六氟化硫氣體是無色、無味、無毒、不易燃的惰性氣體，具有優(yōu)良的絕緣性能，且不會(huì)老化變質(zhì)，比重約為空氣的5倍，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，負(fù)62度時(shí)液化。六氟化硫具有良好的電氣絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能。其耐電強(qiáng)度為同一壓力下氮?dú)獾?.5倍，擊穿電壓是空氣的2.5倍，滅弧能力是空氣的100倍，是一種優(yōu)于空氣和油之間的新一代超高壓絕緣介質(zhì)材料。六氟化硫以其良好的絕緣性能和滅弧性能，如：斷路器、高壓變壓器、氣封閉組合電容器、高壓傳輸線、互感器等。 SF6氣體用于4種類型的電氣設(shè)備作為絕緣和/或滅??；SF6斷路器及GIS（在這里指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設(shè)備”（Gas Insulated Switchgear)）、SF6負(fù)荷開關(guān)設(shè)備，SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器及SF6絕緣變電站。80%用于高中壓電力設(shè)備。,六氟化硫,優(yōu)點(diǎn),SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）斷口耐壓高。SF6斷路器因滅弧能力強(qiáng)、介質(zhì)強(qiáng)度高、單元斷口