電機(jī)絕緣材料特性及性能指標(biāo)

　　電動(dòng)機(jī)絕緣等級(jí)和極限溫度

　　電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)具有產(chǎn)品技術(shù)條件要求的耐熱性能、耐電性能、機(jī)械強(qiáng)度，并能在規(guī)定的環(huán)境條件中長(zhǎng)期使用。

　　1、絕緣材料的基本概念

　　絕緣材料又稱電介質(zhì)。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(rèn)定其不導(dǎo)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?dú)?、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(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中，絕緣材料只要作用是隔離不同電位的導(dǎo)體，使電流能按一定方向流動(dòng)。其次是在不同的電工產(chǎn)品中，根據(jù)電工產(chǎn)品技術(shù)要求的需要，起著散熱冷卻、滅弧、儲(chǔ)能、機(jī)械支撐、防暈、防潮、防霉以及保護(hù)導(dǎo)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(jī)械、物理和化學(xué)性能來衡量。電工產(chǎn)品的質(zhì)量和使用壽命，很大程度上取決于絕緣材料的這些性能。因?yàn)榻^緣材料的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度和壽命都比金屬材料低，因此，絕緣材料是電工產(chǎn)品中最薄弱環(huán)節(jié)，許多故障發(fā)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(xiàng)。

　?。?）、電導(dǎo)率與電阻率

　　絕緣材料在被施加一定的直流電壓后，就會(huì)流過微弱的電流，其中由內(nèi)部帶電質(zhì)點(diǎn)導(dǎo)電而產(chǎn)生的電流，即漏電電流。漏電電流密度ie和直流電場(chǎng)強(qiáng)度E之比值γ=ie/E，稱為絕緣材料電導(dǎo)率，電導(dǎo)率的倒數(shù)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(yīng)分為兩個(gè)部分：表面電阻率ρs，單位為Ω，它表征絕緣材料表面的電導(dǎo)特性；體積電阻率ρv，單位為Ω·㎝，它表征絕緣材料內(nèi)部的電導(dǎo)特性，通常在109~1012Ω·㎝范圍內(nèi)。

　?。?）、相對(duì)介電系數(shù)

　　設(shè)電容器極間為真空時(shí)的電容量為C0，當(dāng)極間充以某電介質(zhì)時(shí)，電容量為C，則兩種容量的比值εr=C/C0叫做電介質(zhì)（即絕緣材料）的相對(duì)介電常數(shù)。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(jié)果，是靠近其表面處出現(xiàn)束縛電荷，相應(yīng)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(duì)介電系數(shù)是表征在電場(chǎng)下絕緣材料極化程度的一個(gè)參數(shù)，介質(zhì)的極化X率越大，相對(duì)介電系數(shù)εr就越大。

　?。?）、介質(zhì)損耗

　　在交流電場(chǎng)作用下，絕緣材料中的部分電能將轉(zhuǎn)變成熱能，這部分的能量稱為電介質(zhì)損耗，單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量稱為介質(zhì)損耗功率。工程上常用介質(zhì)損耗因數(shù)---介質(zhì)損耗正切tanδ作為衡量電介質(zhì)損耗的參數(shù)。δ是對(duì)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(chǎng)強(qiáng)度下，電場(chǎng)交變一次所產(chǎn)生的單位體積介質(zhì)損耗功率稱為損耗指數(shù)。

　?。?）、電介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度

　　絕緣材料在高于某一極限數(shù)值的電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，通過電介質(zhì)的電流與施加在介質(zhì)上的電壓關(guān)系就不符合歐姆定律，電流將會(huì)突然猛增。這時(shí)絕緣材料就被破壞而失去了絕緣性能。這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。電介質(zhì)發(fā)生擊穿時(shí)的電壓稱為擊穿電壓。電介質(zhì)被擊穿時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，稱為擊穿強(qiáng)度，單位為KV/mm。固體絕緣的擊穿，常發(fā)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(zhì)內(nèi)部介質(zhì)損耗發(fā)熱而引起的。在這場(chǎng)合，熱量來不及發(fā)散出去，使電介質(zhì)內(nèi)部溫度增高，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)破壞而擊穿。熱擊穿是電器設(shè)備中絕緣破壞最常見的一種擊穿形式。因此，運(yùn)行維護(hù)人員必須經(jīng)常注意檢查運(yùn)行的電器設(shè)備的溫升情況。

　　電擊穿是指在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部帶電介質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)，發(fā)生碰撞電離，破壞了分子結(jié)構(gòu)，結(jié)果使絕緣材料擊穿。

　　放電擊穿是指在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)部的氣泡首先發(fā)生碰撞電離而放電，雜質(zhì)也因受到電場(chǎng)加熱而氣化，產(chǎn)生氣泡，于是使氣泡放電進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致材料裂解、分解、腐蝕破壞而擊穿。

　?。?）、絕緣材料的老化

　　絕緣材料在運(yùn)行過程中，由于熱、電、光照、氧化、機(jī)械、輻射、微生物等各種因素的作用，而發(fā)生一系列不可恢復(fù)的物理、化學(xué)變化，導(dǎo)致絕緣材料電氣性能與機(jī)械性能的劣化，稱為老化。主要的老化形式有環(huán)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(shí)溫度過高，會(huì)加速絕緣材料的老化過程，因此對(duì)各種絕緣材料都規(guī)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(chǎn)品的使用壽命。

　　低壓電機(jī)、電器的額定功率實(shí)際上決定于絕緣材料在運(yùn)行所能承受的溫度。使用耐熱性好的絕緣材料，可是電機(jī)、電器的體積和重量都大大減小，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和使用壽命得到提高。

　　溫度超過允許值，會(huì)大大降低絕緣材料使用壽命，如A級(jí)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(duì)B級(jí)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(fā)生老化，其絕緣性能將永遠(yuǎn)喪失不可恢復(fù)。

　　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(qiáng)陽光直接照射。濕熱帶使用的絕緣材料，可加入防霉劑。加強(qiáng)高壓電氣設(shè)備的放電暈、防局部放電措施