高压绝缘材料.ppt

2015 201,绝缘材料,固体绝缘材料,固体绝缘材料,有机固体绝缘材料：绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和粘带、电工用层压制品等。,无机固体绝缘材料：云母、玻璃、陶瓷及其制品等,有机固体绝缘材料,30年代以来人工合成绝缘材料得到了迅速发展，主要有缩醛树脂、氯丁橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、聚酰胺、三聚氰胺、聚乙烯及性能优异称之为塑料王的聚四氟乙烯等。这些合成材料的出现，对电工技术的发展起了重大作用。如缩醛漆包线用于电机，使其工作温度和 可靠性提高，而电机的体积和重量大大降低。玻璃纤维及其编织带的研制成功及有机硅树脂的合成又为电机绝缘增加了H级这个耐热等级。,绝缘漆：又叫绝缘涂料(insulating coatings ) , 是一种具有优良电绝缘性的涂料。它有良好的电化性能、热性能、机械性能和化学性能, 多为清漆, 也有色漆。绝缘漆是漆类中的一种特种漆。 绝缘漆是以高分子聚合物为基础，能在一定的条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的重要绝缘材料。 绝缘漆由基料、阻燃剂、固化剂、颜填料、和溶剂等组成。详细介绍了其组成、使用分类、等级分类、要求、发展趋势等。,绝缘漆,按照使用范围绝缘漆可以分为浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆、防电晕漆等五类,浸渍漆分有溶剂漆和无溶剂漆两大类，主要用于浸渍电机、电器的线圈，以填充其间隙和微孔，且固化后能在被浸渍物的表面形成连续平整的漆膜，并使之粘结成一个坚硬的整体。 漆包线漆主要用于漆包线芯的涂覆绝缘。由于导线在绕制线圈、嵌线等过程中，将经受热、化学和多种机械力的作用，因此要求漆包线漆具有良好的涂覆性（即能均匀涂覆），漆膜附着力强，表面光滑柔软有韧性，有一定的耐磨性和弹性，电气性能好，耐热，耐溶性，对导体无腐蚀等特性。 覆盖漆用于涂覆经浸渍处理的线圈和绝缘零部件，在其表面形成厚度均匀的绝缘保护层，以防止设备绝缘受机械损伤以及大气、化学药品的侵蚀，提高表面绝缘强度。 硅钢片漆用于涂覆硅钢片，以降低铁心的涡流损耗，增强耐腐蚀能力。 防电晕漆一般由绝缘清漆和非金属导体（炭黑、石墨等）粉末混合而成，主要用于高压线圈作防电晕漆，如用于大型高压电机中电压较高的线圈端部。,绝缘漆优点： 1） 流动性好，固体含量高，便于渗透和填充被浸渍物，特别是对于不规则的需要绝缘的电子器件，比如电机，电器的线圈。特别是需要填充的间隙和微孔。 2） 固化快，干燥性能好，粘结力强，有热弹性。 3） 对导体和其他材料具有良好的相容性。 4）不像绝缘油要在密封的环境下产生作用，适应能力强。 绝缘漆缺点： 1）过于单薄，对于空隙大的绝缘处无法大范围分布。,绝缘纤维制品：绝缘纸，绝缘纤维布。主要用于电信电缆，电机绝缘，电容器纸以及包线，线圈捆版，电缆保护内衬等等。也即用来绕组导线的被覆盖绝缘物。,天然纤维或合成纤维可以制成纤维纸或各种纺织品直接用做绝缘材料；或用纸浸以液体介质后成为浸渍纸用作电容器介质和电缆绝缘；或浸（涂）以绝缘树脂（胶）后经热压，卷制成绝缘层压制品、卷制品作绝缘材料；或用绝缘漆浸渍制成绝缘漆布（带）、漆绸等用于电绝缘。天然无机纤维可以单独使用，也可以同植物纤维或合成纤维结合使用，作为耐高温绝缘。纤维材料还广泛用作超导和低温绕组线的绝缘材料，因它具有如下优点：在超导磁体线圈中，能使冷却剂浸透所有的截面，增加传热面积；保证浸渍漆或包封胶直接与超导纤维及复合层接触。,绝缘纤维制品优点; 1）延展性好，对于会产生弯曲变形的绝缘处能顺利的过度，容易保持其整体性。 2）其次，化学性质相对稳定，能承受各类包线所处的自然环境下保持稳定状态， 3）最后，成本低，能大量生产。,塑料绝缘材料,目前用于绝缘的绝缘塑料主要是热固性塑料。热固性塑料是由合成树脂、填料和其他添加剂组成的粉状或颗粒状的混合料在一定的温度和压力下成型，加工固化成各种形状和规格的电气绝缘零部件。如线圈骨架，接线板，支架以及用于模制造防爆电机交流如防爆电机接线盒、引出线及开关、接触器的防弧罩、防护栅、触头支架等。最后也应用于家用电线的外包。,塑料优点 大多数塑料质轻，化学性稳定,不会锈蚀； 耐冲击性好； 具有较好的透明性和耐磨耗性； 绝缘性好，导热性低； 一般成型性、着色性好，加工成本低； 塑料缺点 大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧； 尺寸稳定性差，容易变形，在线路中发生短路时易引起火灾； 多数塑料耐低温性差，低温下变脆； 容易老化； 某些塑料易溶于溶剂。,固体无机绝缘材料,云母，粉云母，及云母制品,玻璃、玻璃纤维及其制品,陶瓷及其制品,1.云母类绝缘材料,云母属于铝硅酸盐矿物，其化学分子式为6SiO23Al2O3K2O2H2O, 它具有很高的电绝缘强度、耐电 晕、耐热以及良好的力学性能, 被广泛用作电子、电力工业上的 绝缘材料。,1.1 云母带,云母带，又称耐火云母带，由（云母带机）制作而成，是一种耐火绝缘材料，按用途可分为：电机用云母带（以金云母纸为基材，用塑料薄膜作双面补强，主要用于电机绝缘层。 耐火性能差），电缆用云母带（用玻纤布作单面补强材料，用于耐火电缆做耐火绝缘层。耐火性能较好）。按结构分为：双面带、单面带、三合一带、双膜带、单膜带等。,1.2 云母片,天然云母片是厚云母片经过剥分、定厚、切制、钻制或冲制而成，具有一定厚度、一定形状的云母零件，该产品适用于电视机、电力电容器、热继电器、监视显示器、航天、航空、通讯、雷达、耐热骨架片等作为原辅材料。因其材料为天然矿制品，具有无污染、绝缘、耐电压性能好的特点，可根据客户需求冲切各种规格的天然云母片。,1.3 粉云母,云母原矿经粗选后剩余的碎片，及含云母矿石破碎后选出的云母碎片，以及生产云母产品剩余的云母碎片的统称，云母粉具有良好的弹性、韧性。绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性，是一种优良的添加剂。绝缘性能绢云母粉具有极高的电阻，本身就是最优异的绝缘材料。与有机硅树脂或有机硅硼树脂形成复配物，遇到高温时转化为机械强度和绝缘性能良好的陶瓷性物质，因此用这类绝缘材料制成的电线、电缆，即使在火灾中烧毁之后，仍然保持原有的绝缘状态。,2 绝缘玻璃,用作电绝缘的玻璃。最普通的是以二氧化硅为主体加入氧化硼、氧化铝、氧化铅、氧化钙、氧化钠等氧化物混合熔制成高粘性液体，在使其不析出晶粒的条件下急冷凝固而成。玻璃具有良好的电性能、耐热性、化学稳定性及易成型加工性。,优点： 1.耐油污性：玻璃绝缘子自洁度高，积垢粘附力小，容易清扫。 2. 抗老化性能：玻璃经钢化处理的，表面形成压应力，如果玻璃表面有微裂纹存在，也固应力作用使微裂纹受到压缩而不致扩展。玻璃的电气强度一般在整个运行期间保持不变，其老化过程比瓷缓慢得多 3.玻璃绝缘子自洁度高，积垢粘附力小，容易清扫。 4.由于玻璃的透明性，在外形检验时容易发现细小裂缝以及各种内部缺陷和损伤。 缺点：质量轻、自破率较高等。,3. 陶瓷,绝缘陶瓷又称为装置陶瓷，是在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电元件及器件的陶瓷材料。常见绝缘陶瓷：美质瓷，氧化铝瓷，莫来石瓷，改性碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷，氮化铝陶瓷，硼酸铅玻璃陶瓷，硼酸锡钡陶瓷，氧化铍陶瓷。,优点： 1.陶瓷绝缘子是最早出现的绝缘子，工艺简单，具有良好的化学稳定性和热稳定性，几乎不老化变质，并具有良好的电气和机械性能。 2.较高的体积电阻率和介电强度； 3.良好的介电温度和频率特性; 4.优良的导热性能，机械强度，断裂韧性，化学稳定性和热稳定性。 缺点： 容易积污，质量较大，不方便检测。,液态绝缘材料,液体绝缘材料是用以隔绝不同电位导电体的液体。又称绝缘油。它主要取代气体，填充固体材料内部或极间的空隙，以提高其介电性能，并改进设备的散热能力。液体绝缘材料可以在电容器中提高其介电性能，增大每单位体积的储能量；在开关中除绝缘作用外，更主要起灭弧作用。,液体绝缘材料按材料来源可分为矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油 3大类。工程技术上最早使用的是植物油，至今仍在使用。为满足各种电工设备的不同要求，又开发了多种类型的合成绝缘油，并得到广泛应用，如供高温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矿物绝缘油。,矿物绝缘油，是从石油中提炼精制的液体绝缘材料。简称矿物油。石油的主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，这些组分的电气性能和老化稳定性优良。矿物油是取原油中250400的轻质润滑油馏分，经酸碱精制、水洗、干燥、白土吸附、加抗氧剂等工序制得。取原油中不同馏分油，并控制精制中硫酸的浓度、用量、作用时间及其他有关工艺，可得到用途不同的变压器油、电容器油、电缆油、开关油等。,矿物油属弱极性介质,相对介电常数r约为2.2。控制油的馏分，可得到粘度不同的绝缘油。 油的老化主要是热、氧和电老化。为防止油的老化，一般可加强散热以降温或隔绝空气，也可加入抗氧化剂和抗老化添加剂。矿物油具有良好的绝缘性能和导热性，成本也不高 ，但燃点比较低，生物降解能力差 。,人工合成的液体绝缘材料，简称合成油。由于矿物绝缘油是多种碳氢化合物的混合物，难以除净降低绝缘性能的组分，且制取工艺复杂，易燃烧，耐热性低，介电常数不高，因而人们研究、开发了多种性能优良的合成油。 分类：芳烃合成油，硅油，酯类油，醚类和砜类合成油，聚丁烯等都是合成绝缘油。,芳烃合成油：稳定性好，特别优良的吸气性，,可选取较高的工作电强度。主要缺点是低温局部放电性能较差，燃烧性同矿物油相近。 硅油：耐热性优良，工作温度可达150200，属难燃性绝缘油。硅油的粘度-温度特性平坦,有高的耐寒性。硅油价格高，仅用于防火要求较高的场所。 酯类油：属极性液体介质，r为37，酯的极性，易于吸附杂质和水分，较难净化。缺点是粘度较高,不易浸渍。 醚类和砜类合成油：毒性较大，电气性能和稳定性优良，不燃烧。 聚丁烯：介电性能和老化稳定性优于矿物油,具有吸气性。改变聚合度，可得到粘度不同的聚丁烯。为非极性液体， r低。,植物油是由不饱和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，广泛分布于自然界中，是从植物的果实、种子、胚芽中得到的油脂。工程技术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。蓖麻油是优良的脉冲电容器的浸渍剂，与菜籽油一样，都可用于金属化电容器。,植物油作为一种酯类 ,对水有较 强的吸附能力 ,在油纸绝缘的变压器中能够保持固体 绝缘的干燥 ,从而延长变压器的使用寿命。此外植 物油最大的优点在于其生物降解率很高 ,符合环保的 要求 ,具有很好的应用前景。,气体绝缘材料,气体绝缘,气体绝缘是指用以隔绝不同电位导电体的气体。其特点是具有高的电离场强和击穿场强,击穿后能迅速恢复绝缘性能,化学稳定性好，不燃、不爆、不老化，无腐蚀性，不易为放电所分解，并且比热容大，导热性、流动性均好。其中空气是用得最广泛的气体绝缘材料。 除空气、氮气、二氧化碳和六氟化硫气体外，CCl2F2（氟利昂-12）曾用于某些高能物理装置中作为绝缘；在氢冷发电机中，氢气除作冷却介质外也用作绝缘。,空气绝缘,以空气为作为绝缘介质，如：架空线路中相与相之间、相与地之间、变压器外绝缘等 主要优点是：便宜、无毒 缺点是：绝缘效果较差,氮气绝缘,以氮气为绝缘气体，但绝缘性能较SF6相比差距明显。 多因其环保特性,氢气绝缘,以氢气为绝缘气体，主要在氢冷发电机等中除作冷却介质外也用作绝缘。,真空绝缘,“真空”泛指在给定的空间内，气体压强低于一个大气压的气体状态，也就是说，同正常的大气压相比，是 较为稀薄的一种气体状态。 真空度是对气体稀薄程度的一种客观量度。根据真空技术的理论，真空度的高低通常都用气体的压强来表示。 真空区域的划分没有统一规定，我国通常是这样划分的： 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 极高真空：10-12托,真空绝缘特征,空气中的击穿是由于气体中的少量自由电子在电场作用下高速度运动，与气体分子碰撞产生较多的电子和离子，新生的电子和离子又同中性原子碰撞，产生更多的电子和离子。这种雪崩式的电离过程，在电极间形成了放电通道，产生了电弧。而真空中，由于压强较低，气体分子极少，在这样的环境中，即使电极间隙中存在着电子，它们从一个电极飞向另一个电极时，也很少有机会与气体分子碰撞。因而不可能有电子和气体分子碰撞造成雪崩式的电击穿。正是因为气体分子十分稀少，真空间隙电击穿需要在非常高的电压下出现场致发射等其它现象时才有可能形成。从理论上推测， 电场强度需达到108V/cm以上时才会造成电击穿，实际上真空间隙的绝缘强度由于一系列不利因素将低于理论计算值几个数量级。 （修改：高真空间隙是一种强度很高的绝缘间隙，其击穿场强达1.3MV/cm，）,影响因素,真空绝缘是一个十分复杂的物理过程，其机理到目前为止仍没有明确的结论。从实际应用情况来看，主要有以下几个方面： 1、电极的几何形状 2、间隙距离 3、电极材料 4、真空度 5、电极的表面状况 6、老炼效应 电极老炼有电压老炼和电流老炼两种。 一个新的真空间隙进行试验时，最初几次的击穿电压往往较低。随着试验次数的增加击穿电压也逐渐增大，最后会稳定在某一数值上。这种击穿电压随击穿次数增大的现象就是电压老炼的作用。,真空绝缘的击穿,首先，真正的绝对真空是不会被击穿的，我们看到的真空“击穿”是真空被电极改变了状态。 在高真空下，电极间隙的电子发射主要是由三种发射形式叠加的结果： （1）电子轰击电极造成电极发热，而发热又加剧了热发射; （2）电子和正离子的复合会放出强光，强光有促成了光发射； （3）电极表面的不平整度加剧了场致发射的强度。 （4）一旦电极材料受热熔融后产生金属蒸汽，则金属蒸汽将成为电弧的载体，于是弧隙被击穿。 因此，即使在高真空下，只要电压足够高，电极间隙照样能击穿。,六氟化硫,六氟化硫气体是无色、无味、无毒、不易燃的惰性气体，具有优良的绝缘性能，且不会老化变质，比重约为空气的5倍，在标准大气压下，负62度时液化。六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能。其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。六氟化硫以其良好的绝缘性能和灭弧性能，如：断路器、高压变压器、气封闭组合电容器、高压传输线、互感器等。 SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧；SF6断路器及GIS（在这里指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘开关设备”（Gas Insulated Switchgear)）、SF6负荷开关设备，SF6绝缘输电管线，SF6变压器及SF6绝缘变电站。80%用于高中压电力设备。,六氟化硫,优点,SF6气体作为绝缘介质的电气设备有以下优点： （1）断口耐压高。SF6断路器因灭弧能力强、介质强度高、单元断口