毕业论文-高压电机绝缘材料性能分析

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文- PAGE II - PAGE II -高压电机绝缘材料性能分析摘要绝缘结构是电机的一个重要组成部份，是电机的心脏，起到把不同电位的导体隔离及完成磁与电的兼容任务。电机主绝缘材料的性能决定了电机的性能。电机绝缘结构设计是电机设计中的一个独立组成部分，其中首要的问题是绝缘材料的选用。因此要了解选材要注意的问题。随着科学技术的进步，对绝缘可靠性提出了更高的要求。为此必须开发和应用新型绝缘材料、合理的绝缘结构、先进的制造工艺和科学的绝缘试验手段，最大限度地满足电气绝缘系统长期承受电、热、机械及各种苛刻运行工况的要求。本文首先分析国内外高压电机

2、绝缘材料的现状，了解了目前高压电机绝缘材料的发展情况。然后分析了现今主要应用于高压电机绝缘的几种绝缘材料，阐述了多胶粉云母带和少胶粉云母带的性能，聚酰亚胺、环氧树脂等材料的性能以及在高压电机绝缘中的应用。关键词高压电机；绝缘材料；少胶粉云母带；多胶粉云母带；聚酰亚胺Performance Analysis of High-voltage Electrical Insulating MaterialsAbstractThe insulation structure is an important part of the motor and it is the heart of the motor

3、. Play the conductors of different potential isolation and completion of the compatibility of electricity and magnetism. The performance of the motor main insulation materials determine the performance of the motor.The design of the motor insulation is an independent part of the motor design. Chief

4、among them is the selection of insulation materials. Therefore, to understand the selection should pay attention to the problem. With the progress of science and technology, a higher demand on the insulation reliability. So we must developed and applied new insulation materials, reasonableInsulation

5、 structure, advanced manufacturing technology and science insulation test instruments to meet the electrical insulation system to withstand the electrical, thermal, mechanical and harsh operating conditions of long-term requirements.This paper first analyzes the current situation of the domestic and

6、 foreign high-voltage electrical insulation materials. Understanding of the development of high-voltage motor insulation materials. And then analyzed several insulating materials today that are mainly used in high voltage electrical insulation. Described the performance of multi-dry mica tape and dr

7、y mica tape. The performance of the polyimide, epoxy resin and other materials, the role of the high-voltage motor insulation.Keywords High-voltage motors; insulating material; dry mica tape; mostly dry mica tape; polyimidePAGE II- - PAGE IV -目录摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-3 h z u

8、 HYPERLINK l _Toc328555081 第1章 绪论 PAGEREF _Toc328555081 h 1 HYPERLINK l _Toc328555082 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc328555082 h 1 HYPERLINK l _Toc328555083 1.2 电机中常用绝缘材料 PAGEREF _Toc328555083 h 2 HYPERLINK l _Toc328555084 1.3 主绝缘体系 PAGEREF _Toc328555084 h 2 HYPERLINK l _Toc328555085 1.4 云母带材料 PAGEREF _Toc328

9、555085 h 3 HYPERLINK l _Toc328555086 1.5 国内外高压电机绝缘材料现状 PAGEREF _Toc328555086 h 3 HYPERLINK l _Toc328555087 1.5.1 国内多胶模压绝缘体系现状 PAGEREF _Toc328555087 h 3 HYPERLINK l _Toc328555088 1.5.2 国内外少胶VPI绝缘体系现状 PAGEREF _Toc328555088 h 4 HYPERLINK l _Toc328555089 第2章 电机绝缘材料老化与选用 PAGEREF _Toc328555089 h 6 HYPERLI

10、NK l _Toc328555090 2.1 电机用绝缘材料的老化与破坏 PAGEREF _Toc328555090 h 6 HYPERLINK l _Toc328555091 2.2 电机绝缘材料的选用 PAGEREF _Toc328555091 h 7 HYPERLINK l _Toc328555092 2.2.1 选材应注意的问题 PAGEREF _Toc328555092 h 7 HYPERLINK l _Toc328555093 第3章 电机绝缘材料性能分析 PAGEREF _Toc328555093 h 9 HYPERLINK l _Toc328555094 3.1 多胶模压绝缘体

11、系 PAGEREF _Toc328555094 h 9 HYPERLINK l _Toc328555095 3.1.1 多胶粉云母带不浸渍工艺材料要求 PAGEREF _Toc328555095 h 10 HYPERLINK l _Toc328555096 3.2 少胶VPI 绝缘体系 PAGEREF _Toc328555096 h 13 HYPERLINK l _Toc328555097 3.2.1 少胶云母带结构及性能 PAGEREF _Toc328555097 h 13 HYPERLINK l _Toc328555098 3.2.2 浸渍树脂 PAGEREF _Toc328555098

12、h 15 HYPERLINK l _Toc328555099 3.3 新型玻璃粉云母带 PAGEREF _Toc328555099 h 16 HYPERLINK l _Toc328555100 3.3.1 原材料选择 PAGEREF _Toc328555100 h 16 HYPERLINK l _Toc328555101 3.3.2 常规性能 PAGEREF _Toc328555101 h 16 HYPERLINK l _Toc328555102 3.3.3 线棒电气性能 PAGEREF _Toc328555102 h 17 HYPERLINK l _Toc328555103 3.4 聚酰亚胺

13、绝缘材料 PAGEREF _Toc328555103 h 18 HYPERLINK l _Toc328555104 3.4.1 聚酰亚胺材料简述 PAGEREF _Toc328555104 h 18 HYPERLINK l _Toc328555105 3.4.2 聚酰亚胺绝缘材料在电机中的应用 PAGEREF _Toc328555105 h 19 HYPERLINK l _Toc328555106 3.5 热膨胀性玻璃毡 PAGEREF _Toc328555106 h 20 HYPERLINK l _Toc328555107 3.6 环氧树脂 PAGEREF _Toc328555107 h 2

14、1 HYPERLINK l _Toc328555108 3.6.1 VPI浸渍树脂 PAGEREF _Toc328555108 h 21 HYPERLINK l _Toc328555109 3.6.2 少胶粉云母带 PAGEREF _Toc328555109 h 22 HYPERLINK l _Toc328555110 3.6.3 多胶模压绝缘一多胶粉云母带 PAGEREF _Toc328555110 h 22 HYPERLINK l _Toc328555111 结论 PAGEREF _Toc328555111 h 23 HYPERLINK l _Toc328555112 致谢 PAGEREF

15、 _Toc328555112 h 24 HYPERLINK l _Toc328555113 参考文献 PAGEREF _Toc328555113 h 25 HYPERLINK l _Toc328555114 附录 PAGEREF _Toc328555114 h 28- PAGE 10 - PAGE 42 -绪论课题背景“绝缘是电机的心脏”，绝缘与电机的关系就象人与心脏的关系一样重要。绝缘是电机中必不可少的重要组成部分，其电导率极低，是限制电机电流按一定途径流动的材料，还起着散热冷却、防潮防腐、防止辐照、机械支撑、固定导体和保护导体等作用。具有特殊的地位和重要的作用。人们对电气绝缘材料的认识和利

16、用经历了一个漫长、曲折的过程。绝缘材料因为使用环境复杂，老化因素众多等原因，其性能和产品安全性往往存在很大的隐患。电机绝缘材料必须证明它们相应的温度指数和其他相关性能，才能保证电机的使用寿命。绝缘材料之耐热分级标准早见于1957年IEC颁发的No.85文件，列出了各种材料的耐热等级。以Y或O（90），A（105），E（120），B（130)，F（155），H（180）确定材料耐热性的考核指标很多，可以由材料电性能下降的快慢来判断其耐热性的高低，也可按机械性能指标下降程度来判断耐热性，同一种材料按不同的性能考核，或判别损坏的寿终指标不一会得出不同的结论。而材料使用时主要经受何种损害因子由具体工况

17、而定。片面地用一种性能指标来确定材料耐热等级，反而会导致用材不当。面对这个现实，IEC在1974年颁发了216号文件，提出用温度指数TI来表达材料性能。同一种绝缘材料按不同的判别条件，得到不同的TI值，分别代表材料在该种损害因素作用下的耐久性。这个文件是指单一材料，不针对绝缘结构。216号文件比85号文件表达更为细致，目前不少厂商采纳了它的精神1。通常材料发展速度大于结构评价速度，大量新材料尤其它的改进品，改性品，和派生品急待了解以便推广应用，若采用常规方法评价将耗用大量人力物力，因此快速评定作为初阶段的判别有极大实用价值，但是快速评定往往有争议而未被公认，尽管如此，快速法还是在不断研究及完善

18、之中。材料本身是复杂的化学组分结合体，在极少量试品条件下弄清其组分大类将由各种物理化学分析手段进行，对于绝缘结构的研究开发，鉴别了解将十分重要。随着发电机单机容量的增大，额定电压的提高，对于云母带等主绝缘材料要求更高。为此，国内外各大公司近年来投入了巨大的人力、物力、进行了一系列研究，发电机和高压大电机定子主绝缘的水平有了很大的提高。进一步对云母带等定子主绝缘材料的特性及其在发电机和高压大电机上应用情况进行分析，总结存在的问题与不足，提出改进意见，对于今后发电机和高压大电机定子主绝缘的发展具有重要意义。电机中常用绝缘材料电机用绝缘材料按其耐热性分为Y、A、E、B、F、H、C7种耐热等级如表1-

19、1所示。表1-1 电机耐热等级热分级YAEBFH200220250温度（）90105120130155180200220250A级绝缘A级绝缘包括经过浸渍处理的棉纱、丝、纸等有机纤维材料以及普通漆包线上的磁漆等。目前仅在变压器中使用。E级绝缘E级绝缘包括用聚酯树脂、环氧树脂、三醋酸纤维等制成的薄膜，聚乙烯醇缩醛高强度漆包线上的磁漆等。用在中、小型交、直流电机中。B级绝缘B级绝缘包括云母、石棉玻璃丝等无机物用有机漆或树脂（作了耐热处理）作为粘合剂制成的材料及其组合物，聚酯高强度漆包线上的磁漆等。一般大、中型同步机及中、小型交、直流电机中采用。F级绝缘F级绝缘包括云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机

20、化合物改性的合成树脂漆，或耐热性能符合这一等级要求的醇酸、环氧树脂作为粘合物而制成的材料或其组合物。H级绝缘H级绝缘包括硅有机物以及云母、石棉、玻璃丝等无机物用硅有机漆作为粘合物而制成的材料。主要应用在要求尽量缩小尺寸、减轻重量的场合，如航空电机、吊车电机、牵引电机等。C级绝缘C级绝缘包括无枯合剂的云母、石英、玻璃丝等，用热稳定性特别好的有机树脂、聚酰亚胺浸渍漆等处理过的石棉、玻璃丝纤维织物或其他制成物，以及聚酰亚胺基漆包线的磁漆、聚酰亚胺薄膜等。主绝缘体系当今大中型高压电机定子线圈主绝缘系统归纳起来可以分为两条技术路线一条是以美国西屋公司的Thermalastic绝缘和瑞士ABB公司的Mic

21、adur绝缘为代表的环氧粉云母少胶带真空压力浸渍（VPI）的连续式绝缘；另一条是以美国通用电气公司的Micapal绝缘和法国 A-A公司的Isotenax-N绝缘为代表的环氧粉云母多胶模压成型路线。这两种工艺路线，各有优缺点2。云母带材料现在高压大电机的主绝缘材料为云母带材料。云母带材料主要由3部分组成：介电材料、补强材料和胶粘剂。介电材料主要采用云母，云母介电强度高，损耗小，耐热性能高，具有优良的耐电晕性，到目前为止还没有发现能替代云母的材料。制造云母带的云母大都采用粉云母纸，两种绝缘体系采用不同的粉云母纸：多胶体系云母带大都用煅烧粉云母纸，称为熟纸（Samica）；少胶体系云母带大都采用大

22、鳞片粉云母纸，称为生纸（Romica）。目前云母带材料大都采用环氧树脂作为胶粘剂的主体成份，主要因为环氧树脂固化后粘结性比较好，固化收缩率小，并且具有良好的电气、机械性能和耐潮性耐化学性。多胶粉云母带材料热压固化成型后，部分胶粘剂流出，胶含量降低到30%左右，少胶云母带在浸渍过程中树脂浸入，粘合剂含量从4% 8%增到25%30%。云母带补强材料一般采用电工用无碱玻璃布。补强材料提高了云母带的机械强度，其能够承受包扎过程中较大的张力，避免云母带受到大的损伤，同时他也成为固化后绝缘的骨架。目前有些公司也在部分采用价格便宜的聚酯无纺布补强材料。国内外高压电机绝缘材料现状我国绝缘材料行业是一个高度分散

23、的行业，绝缘材料分为电气绝缘用漆，电气绝缘用树脂浸渍纤维制品，电气绝缘用层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶制品和引拔制品，电气绝缘用塑胶制品，电气绝缘用云母制品，电气绝缘用胶粘带、薄膜、柔软复合材料，电气绝缘用纤维制品，绝缘液体八大类。其中电机用绝缘材料生产企业有数百家，遍布全国，产品质量良莠不齐，对电机生产企业而言材料很难筛选。国内多胶模压绝缘体系现状多胶模压主绝缘体系所用的主要绝缘材料是多胶云母带，我国自60 年代开发应用B级桐油酸酐环氧粉云母绝缘体系（TOA）环氧粉云母绝缘以来，几十年来投入了很大的力量对主绝缘进行深入研究，使目前多胶云母带已应用于国内高等级大型发电设备。我国多胶粉云母绝缘

24、电气性能与国际先进厂家的水平相当。耐热性方面，虽经两个周期的冷热循环试验，仍能保持优良；在冲击强度方面国内与国外接近；在常态弯曲强度方面稍低于国外先进厂家，在155下弯曲强度高于国外厂家；值得注意的是100时的弯曲强度的保持能力只有20%25%，明显高于国外的产品水平。此外，国内多胶带质量水平不平衡国内外少胶VPI绝缘体系现状国内从80年初开始进行少胶VPI绝缘的研究，在材料结构工艺等方面作了不少工作。开发了单面补强的少胶云母带，研制VPI浸渍树脂和防电晕带等基本材料，少胶VPI绝缘有了一定的进展，其中云母带材料达到了一定的水平。但总体来说，发展缓慢，至今在10kV级大电机上的应用还处于起步阶

25、段，而单根线棒的VPI仍停留在实验室阶段。可以说，真正意义的少胶VPI 绝缘离我们还很远。多年来，我国高压电机VPI 绝缘主要以哈绝9105（环氧树脂、硼胺络合物、丁基缩水甘油醚）、东绝D027（环氧树脂、潜伏性固化剂、苯乙烯） 为代表的中胶体系和以上海电机厂、嘉绝J-1149（环氧树脂、酸酐固化剂、苯乙烯）为代表的少胶体系。共同的缺点是售价较高、固化温度高、固化时间长、烘焙过程中漆的流失量较大。目前，代表国际先进水平的少胶VPI绝缘体系如下：（1）美国西屋公司的Thermalastic绝缘，浸渍树脂采用环氧酸酐苯乙烯树脂，用顺酐在触媒下与环氧树脂生成环氧酯化合物，环氧树脂依靠引入的顺酐的双键

26、与苯乙烯起交联反应。为了提高绝缘的固化交联密度，又加入乙酰丙酮盐，以改善高温介质损耗特性，在冷藏条件下该树脂的粘度在几个月内无明显变化。（2）日本三菱电机公司VPI定子线圈的绝缘具有一定的特色，大型发电机定子线圈的对地绝缘的包扎全部由六座标数控包带机来完成，VPI工艺参数（包括浸渍树脂的粘度）均用自动记录仪进行控制和检测，三菱公司使用一种含有促进剂的环氧型大网格少胶粉云母带，胶含量7%8%，贮存期长，适用于数控包带机的自动包带。由于浸渍树脂粘度小，使用中随时用苯乙烯进行粘度调节，大型发电机采用粉、片少胶云母带混合包绕结构，经VPI工艺制得质量很好的定子线圈绝缘。（3）德国西门子公司的Mical

27、astic绝缘，浸渍树脂采用分子蒸馏方法制得高纯度的环氧树脂，甲基六氢苯酐为固化剂，是一种无稀释剂的VPI浸渍树脂，贮存稳定性良好。该树脂在浸渍时为了获得较低的粘度，需把浸渍树脂加热至70，在热状态下进行浸渍。为了加速绝缘的固化速度和提高固化程度，采用含有高温反应胺类促进剂的少胶粉云母带，其胶含量为11%左右。浸渍后的定子线圈在烘炉中加热固化时，需在烘炉的四个角上放置四只盛有液态胺类促进剂的小铁盒，定子线圈绝缘固化过程中绝缘表面遇到蒸发出来的胺类促进剂的气体分子时，就能迅速固化，同时定子线圈表面绕包了一层单向性流漆的特殊防护带，能防止树脂在加热固化过程中过多流失，以保证Micalastic绝缘

28、具有较好的性能。（4）瑞士ABB公司的Micadur绝缘是世界上以精工细做闻名的定子线圈主绝缘结构，采用单面密纹的玻璃布作补强材料，它赋于云母带较高的机械强度和较高的云母含量，并采用大鳞片的粉云母纸制成少胶粉云母带，浸渍树脂属于环氧酸酐不饱和聚酯苯乙烯型，由于浸渍树脂常温下具有低粘度的特性，采用0.52托的真空度，0.2Mpa的浸渍压力，并根据不同的绝缘厚度选择浸渍时间，以使定子线圈获得性能良好的Micadur绝缘3。电机绝缘材料老化与选用电机用绝缘材料的老化与破坏电机在运转过程中，绕组内持续通过电流，并进行旋转机械运动，加上工作环境中灰尘、油污和他腐蚀性物质等的综合作用，可以说绝缘材料是处于

29、一种比较恶劣的工作环境之中的。因而绝缘材料必须具有很好的抗老化性能，在一定的时限内（一般要求1520年）不发生过度老化以保证电机安全和稳定的运行，这样才能保证电机的使用寿命，减少维护维修成本。热老化电机在反复启动和持续运转过程中，由电能转化的热量和摩擦产生的热量使得绝缘材料处于长时间受热的状态。长期受热使绝缘材料发生各种物理和化学变化而逐渐老化直至失效。受热过程中，绝缘材料中的某些组分挥发，产生裂纹，龟裂甚至炭化，绝缘结构也会由于热的作用反复热胀冷缩发生机械变形而导致疲劳破坏。以电缆、导线为例，随着温度升高，绝缘体变软，其抗剪强度就会丧失。在高温下如果被其他物体挤压，则绝缘体有可能会发生塑变甚

30、至使导体外露最终酿成短路；当温度超过绝缘体的额定值时，将导致绝缘退化（寿命缩短），还可能造成塑变或炭化，引起过度退化;因过热而老化并硬化的绝缘体如受到弯曲，就有可能出现裂纹。若温度低于绝缘体的额定值，如果冷导线或电缆受到剧烈弯曲或冲击时，绝缘体也会破裂。绝缘材料的热老化速度与受热温度成紧密相关，每超过最高使用温度8左右老化速度加快一倍。绝缘材料或绝缘结构老化的主要原因往往就是热老化，所以绝缘材料的耐热性是选用绝缘材料的最关键因素之一。电老化当绝缘材料承受高压电场时，绝缘材料的表面或内部空隙会发生放电。屡次放电所产生的离子电弧和离子运动将严重侵蚀绝缘材料，使其绝缘性能下降。电机内部因电场的不均匀

31、分布而产生局部放电现象，在绝缘材料内部产生细微的腐蚀区，不断的放电造成腐蚀区逐渐扩大直至最终破坏绝缘材料；有电位差的绝缘表面或者由于附着污物的存在使得电流泄露而发热，在材料表面形成炭化电路，破坏绝缘；局部电场的高度集中还会产生电晕现象，腐蚀绝缘。环境因素引起的老化电机周围有灰尘、腐蚀性气体、水分、附着的油类和放射线等，电机在工作环境中不断吸附灰尘油污、无机盐类和水分等杂质，引起绝缘电阻的降低和介电损耗增加，导致绝缘失效。电机使用时间越长，老化程度越重，环境因素就越来越显著，加速绝缘的老化破坏。机械老化电机启动时，电流强度大，机内电磁力产生很大的弯曲和挤压应力，使绝缘材料疲劳老化；电机运转及期间

32、的负荷变化，摩擦绝缘而且放出热量，加速老化进程；电机内部组件机械运动的热循环过程使得绝缘和导体之间由于膨胀系数差异产生热应力，导致二者分离出现空隙，更加促使发热和局部放电现象加剧。另外，受电磁力、离心力、振动和重力的作用，绝缘劣化也会加速，这方面尤以转子绕组更明显4-5。电机绝缘材料的选用电机绝缘结构设计是电机产品设计的一个独立组成部分。它主要包括3个方面的工作：（1）绝缘材料的筛选；（2）确定结构的组合方式、工艺方案和尺寸；（3）结构的功能性评定试验（预估寿命及可靠性）。该设计可以概括为绝缘材料的选用、开发和应用。因此，首先是选择合适的材料，这样才能设计出一个可靠、耐用、经济的绝缘结构。选材

33、应注意的问题耐热性耐热通常是对绝缘材料和绝缘结构老化起主要影响的因素。关于设计绝缘结构应如何正确选用材料的耐热性问题，必须建立下述概念：（1）一个绝缘结构可以由各种不同温度指数的绝缘材料组成，其温度等级可以高于或低于其中任何单独组分。就是说，标明某电机产品为某耐热等级绝缘，不意味着该电机绝缘结构中的每一种材料都具有相同的温度极限。（2）一个绝缘结构各组分，因所处位置不同，实际承受的温度也有区别。原则上应按实际所承受的温度选用材料。相容性绝缘结构中所用的各种绝缘材料要求彼此之间应具有优良的相容性。所谓相容性就是两种或多种绝缘材料组合使用时，其功能不会由于化学、物理或两者兼有的因素发生不利的相互影

34、响。绝缘材料之间的相容性直接影响电机绝缘结构的寿命。因此，相容性是选材的重要因素之一。工艺性绝缘结构的组成要通过一定的工艺来完成。工艺是保证绝缘结构设计性能要求和产品质量的基本条件。只有严格的工艺过程才能保证产品最终的性能和质量。反之，绝缘结构设计中所选择的绝缘材料也必须要与工艺适应。例如，云母带及各种绝缘带应具有柔软性，便于包绕，多胶B阶段的粉云母带的贮存期、胶化时间、工艺参数幅度、机械化包带，要求无溶剂浸渍漆使用期长，在低压电机中，对槽绝缘抗嵌线过程的机械损坏程度应有要求，所有这些都是选材时应考虑的问题。因此，绝缘结构设计中材料的工艺适应性是选材中的重要因素之一。经济性在满足技术要求的同时

35、，应该力求降低成本，达到较好的经济性。这是绝缘结构设计中选材应予重视的另一个重要问题。经济性不单纯按绝缘材料的单价高低而定，而是按整个绝缘结构和结合工艺的全过程以及整台电机的技术一经济效益来综合核算。除了制造成本以外，还要注意提高质量。优良的绝缘结构，在运行中应具有低的老化率，以减薄绝缘厚度，提高整机的技术经济指标。产品的优质优价也会给工厂带来更大的经济效益6。电机绝缘材料性能分析多胶模压绝缘体系多胶带的发展，关键在原材料，如云母纸、胶粘剂、补强材料等，它们必须具备足够的电性能、热性能及机械性能。（1）云母纸：云母材料具有优良的电气性能和耐热性能，具有特殊的耐电晕性能，目前基本类型有生纸、熟纸

36、和混抄纸。最近为配合提高云母含量而发展了高定量云母纸，已经达到标重160g / m2或更高的水平，为提高主绝缘云母含量打下了基础，但提高云母纸性能如提高机械强度以及发展不同规格和品种等方面还有待发展。因此我们应当继续开发高性能、高透气性、高标重云母纸及高云母含量、稳定性好的多胶带。（2）胶粘剂：环氧树脂具有良好的应用工艺性能，可采用多种固化体系固化，固化物的电气绝缘性能优良、有较好的粘结力和机械强度、固体收缩率小、较好的耐潮性能和耐化学腐蚀性能及较低的介质损耗，因此，各公司都采用环氧树脂为主绝缘云母带的胶粘剂。主要的胶粘剂体系有：A）环氧桐油酸酐体系胶粘剂，主要用于5438-1B级环氧玻璃粉云

37、母带（TOA带），其粘结力强，固化物韧性好，还有优良的介电性能和机械性能，但固化物刚性差，热变形温度较低，热态机械强度也不高，固化速度快，贮存期短。针对TOA带的弱点，用双马来酰亚胺进行改性（桐马带），到目前采用桐马绝缘的大型发电机已超过五亿兆瓦，它既保持了TOA带的优点、同时又提高了耐热等级和高温机械强度，但提高幅度不大，为此国内不少厂家在开发研制新的多胶体系，进一步提高了带的柔软性，改善了包扎工艺性，延长了贮存期，固化后的电气性能与桐马带相当，机械性能特别是冲击强度和热弯曲强度（155）比桐马带有显著的提高。表3-1 胶粘剂性能测试项目胶粘剂新型多胶带桐马带TOA带1707热变形温度()1

38、05618252弯曲强度(Mpa)室温93.168.489.994.515532温度超过100冲击强度(kJ/m2)室温10.19.215.223.1介电损耗因数室温0.890.270.500.421553.2(1.13.0)(2.2)介电常数室温3.63.23.53.51554.8(3.94.4)(4.4)体积电阻率(Mm)室温8.010105.51094.410103.3101011.2106(6.21069.310106)(1.1106)温度指数158163.0167.2151.7注：括号中的数据150时的测试值，桐马胶粘剂若按环氧型计算, 温度指数为B）硼胺固化环氧体系胶粘剂，采用不同

39、类型的环氧树脂可配制出B级或F级云母带胶粘剂。其特点是具有较高的热变形温度和热态机械性能，固化速度快，贮存期也较长。C）此外还有有机酸盐环氧体系胶粘剂、聚酯环氧体系胶粘剂、有机硅体系胶粘剂等等2。多胶粉云母带不浸渍工艺材料要求材料组成多胶带和板用的材料是一种玻璃布补强的环氧诺伏腊克浸渍的粉云母纸。用粉云母纸代替片云母使质量能更好的控制。其较高的均匀性在实现小的厚度公差控制方面特别有用。浸渍粉云母纸在热和压力下更容易在组合导体上成型得到无气隙绝缘，同时，从生产观点出发最重要的是它更适合于机器包带。选择环氧诺伏腊克作为粘合树脂（并加三氟化硼单乙胺催化剂）是因为它能很容易地加工成稳定的柔软的B阶段，

40、这是在包带时要求的条件，进一步加热它将很快地固化成热稳定的硬性树脂而无挥发产物放出，如果需要在低压力(12N/mm2)下压制成无气隙绝缘，这是一重要特性。诸如酚醛之类的树脂硬化时放出挥发物，需要很高的压力和较昂贵的模压机。在高压绝缘中有气隙是不好的，因为能发生放电，放电对有机材料特别有害。为在制造和应用云母带时能很好操作，使云母带具有足够的抗张强度，玻璃布底材是特别必要的。用加催化剂的环氧诺伏腊克树脂溶液浸渍云母纸和玻璃布制成复合材料。溶剂通常是易挥发的，例如丙酮或甲乙基酮。两层材料粘合在一起形成密实结构，严格控制加热周期以除去溶剂。在加热周期中也引起环氧诺伏腊克树脂与催化剂间的少量化学反应，

41、因此，原始粘稠的树脂固化成干的然而还是柔软、可挠状态。得到稳定的这种干而可挠状态的能力是极为重要的。这种状态用大多数其它树脂系统不能得到。某些树脂在其B阶段有这些特性，但B阶段保持不长，获得良好的可重复的产品工艺要求过于苛刻。如果材料予硬化过头，就变得太硬，在包带时不能包紧，更甚者可能太脆，拉紧绕到线圈棱角时发生断裂。如果包带不紧，最终绝缘质量要变差。最重要的是为便利机器包带而要求干与可挠状态。机器包带可在高张力、精确控制下高速度包绝缘，比手工包带有更高的质量和更低的成本。此外，采用机器包带操作简单是非常希望的，因为带子足够干不需中间隔纸，不会粘住或卡住转轴。当在包带机上有可能要装上一个取下隔

42、离纸的机构时，显然避免装它是在所希望的。目前，应用多胶带的正规方法是在线圈直线部分用机器包带，在线圈转弯相端部用手包。而直线部分短的线圈，仍采用板状材料，卷包工艺7。粉云母纸粉云母纸有两种基本类型，一种是由白云母制成的：云母原料加热到800左右，此时失去一些结晶水，结晶面发生部分解离，然后浸入碳酸钠中冷却，再用硫酸处理，除了特殊应用之外，较薄的粉云母纸要求的玻璃布底材与较厚的粉纸相同，因此在最终的绝缘中云母纸愈薄玻璃的百分比愈高。这对电气强度和抗放电能力都不利。还有，带子愈薄，制成一定厚度的绝缘要更多的层数，致使成本较高。然而，最厚的粉纸（250g/m2）的使用带来一些应用问题，所以在目前材料

43、最好的厚度范围相当于150180g/m2的规格，但进一步发展可能还会引向较厚规格的优先使用。玻璃底材底材的效用玻璃底材有两种主要效用。首先，提供粉云母纸所缺乏的抗张强度。没有玻璃底材，粉云母纸太脆弱以致于其应用难于实现。其次，可以把粉云母在热压时被挤坏的危险性减到最小。没有玻璃底材，环氧处理的粉云母纸将和云母填充环氧树脂一样有流动趋向，因而失去按一定方向排列的结构，在运行中要求所有云母小片都与电场成90度角排列。如得到最大的电气强度，也要求分层定向排列。没有底材，云母的最大妨害将沿模压绝缘的边角发生，在这些地方电场强度最大。玻璃织物是最好的底材，因为它有最高的强度，并且是绝缘和热稳定的。为了包

44、缠紧密，抗张强度以每毫米宽15牛顿为好。抗张强度较低的材料也可能要用，但需施以较低的张力，因而有松张的危险。在包带层数增加时这种情况变得格外严重，具体是指高压电机及云母带厚度增大时(厚度愈厚要求的张力愈大)。即使云母带中用了很好的玻璃底材，但包缠时张力不够，在成型的绝缘中也会发生皱褶。其后果是打乱了云母的排列，机械和电气性能都将引起某些降低。合适的玻璃布是，“E”型玻璃制成的，标厚0.04毫米，每平方米35克重。用它制成的云母带抗张强度有每毫米宽玻璃粉云母和粉云母的抗张强度差别显著，前者186，后者146N/mm2。施于试样上的拉应力相当于线圈成型绝缘中的箍紧应力。经验表明这不是一个限制因素。

45、箍紧应力能够发展的一种情况是绝缘层中有挥发性降解物生成而引起。但还是从经验得知，如果这种过于危险的情况发生，就将引起局部撕裂破坏，形成分层，而不发生箍紧的应力破坏。就此而论，指出这一点是有益的。因此，不能期望引入玻璃底材以改良性能，而有玻璃和无玻璃布的云母层压板得到相近的抗弯数据也是可信的。处理剂玻璃纤维织成布之前需上胶并涂润滑剂。胶把纤维粘在一起形成纱，润滑剂是在织布时必需的，没有它玻璃纤维有自磨擦与断裂的倾向。胶与润滑剂混合物含量在1%到4%范围。胶的种类也随供户不同而改变，常用的是油与淀粉的混合物。如果玻璃纤维涂了胶，环氧树脂不能与玻璃粘结而仅仅与胶粘结，这是显然的。在机械性能上这是不理

46、想的，但因已经证明一旦复合材料成型以后，玻璃起的机械增强作用很小，故这一事实实际上并不重要。然而，有机油与淀粉的热稳定性与环氧树脂和整个系统所要求的并不匹配。在经过几个周期的老化以后，环氧树脂仍呈良好状态，但小量的胶将有分解。所以，原始在上胶玻璃纤维与环氧树脂之间的小量粘合将完全丧失，或者，在最好的情况下降到较低水平。如果因分解而有任何有害效应发生，则电机运行温度愈高，其有害作用愈严重。这种恶化的机械后果似不重要，但电气上则差别很大，特别是在抗放电腐蚀上。环氧树脂粘合剂树脂粘合剂可以从叫做环氧诺伏腊克类材料中选取。环氧诺伏腊克树脂由环氧氯丙烷与诺伏腊克的苯环上的羟基反应生成，得到的结构以理想的

47、形式表示如图3-1：图3-1 环氧诺伏腊克树脂所选环氧诺伏猎克树脂必须能制出干而柔软的带子。因此，使用任何的硬性树脂都是不行的。最好利用一种原始状态稍偏软并发粘的特性，在控制的加热温度下固化稍慢，以得到刚好合适的工艺特性。这样可以从同一配方中获得一定范围的柔软性和表面粘稠性。这是所希望的，因为绝缘应用方法不同时要求工艺特性稍有不同。合适的环氧诺伏腊克是酚醛诺伏腊克的多缩水甘油醚，环氧当量180，在室温下是一种软的固体。少胶VPI 绝缘体系少胶云母带结构及性能少胶带由云母纸，玻璃布和环氧树脂粘合剂三部分组成。粉云母纸是基础材料，它是用白云母经水力机械粉碎后而制造的纸，具有很高的电气强度，但机械强

48、度不高，所以还要用无碱玻璃布作补强材料，并用环氧树脂将云母纸和玻璃布粘合起来，制成的带子才具有一定的机械强度，并可连续地包绕在线棒或线圈上，经VPI处理后可得到很好的绝缘。高压电机绝缘性能主要测试两项关键指标。一项是在室温下介质损耗增量tan，它与该绝缘内有无气隙有关，另一项是在155时的tan，该项性能是判断是否达到F级绝缘所必要的条件。符合这两个指标后，其他指标容易达到。通常认为，当VPI设备确定以后，tan值由VPI工艺条件决定，而155时的tan值却由材料本身决定。在少胶带三个组分中，无碱玻璃布和粉云母纸都是无机材料，它们的电气性能在室温和高温都是优秀的，而影响线圈最终绝缘性能的关键是

49、环氧树脂粘合剂。粘合剂对线圈影响有两个方面，其一是粘合剂的含量，一般是越少越好，粘合剂的含量增加时，包绕线圈内部的空气不容易排出，使得tan值增大，由于粘合剂含量高使得它与浸渍树脂的相容性变差，使155时的tan值也增大，这就是为什么VPI工艺必需采用少胶粉云母带的原因。其二是粘合剂本身性能问题，就现有的树脂而言，还没有一种树脂制成的粘合剂既满足少胶带的粘合性能，在155时具有很低的tan值，又同时与浸渍树脂有很好的相容性。少胶带剖面放大示意图3-2如下：图3-2 少胶带结构示意图从图中可以看出少胶带的结构并不复杂，但要制造出满足性能要求和应用要求的少胶带难度很大。国内的研究所和一些生产厂相继

50、开展了二十多年的研制工作，至今仍不太理想，主要难点在粘合剂的树脂和生产少胶带的设备上，国内可选择的基础树脂品种较少，并使用传统生产多胶带的设备制造少胶带。另外，国产少胶带中的玻璃布和云母纸也存在一些问题。按IEC5.1.07型少胶带的要求，玻璃布定量应为23g/m2，而国内仅为20g/m2。国外玻璃布为无捻玻璃丝制成，而国内产品是有捻的，国内没有大网格定纹玻璃布，这些对国产少胶带的机械强度影响很大。粉云母纸也没有达到IEC指标要求，160g/m2粉云母纸的定量存在偏差大的问题，IEC标准的偏差为13g/m2，国内粉云母纸只能达到偏差116g现把国内外少胶带中粘合剂树脂剖析情况简介如下：（1）树

51、脂软化点通常认为少胶带要求柔软性好，而用低软化点的环氧树脂如6101环氧树脂，但用浸渍法制得少胶带成卷后反粘，而高软化点环氧树脂制成的带子又太硬，对线棒包不服帖。将进口少胶带放入烘箱烘焙一段时间后取出，用手把玻璃布和云母粉纸很容易剥离时的最低烘箱温度均在90以上，有些甚至高于160以上方可剥离。而国内少胶带可剥离温度较低。该试验证明进口少胶带所用粘合剂中树脂软化点高。（2）粘合剂的环氧值通过用盐酸丙酮法以氢氧化钠标准液滴定测得几种少胶带粘合剂环氧树脂数据见表3-2，这些数值对浸渍树脂配方设计很重要。表中说明M厂湿法制得的少胶带与国外公司数据相当。表3-2 少胶带中粘合剂环氧值厂商名称M厂干法M

52、厂湿法L公司T公司C公司环氧值当量1000.10340.17630.17180.15900.2691（3）少胶带的红外谱图将少胶粉云母带用甲苯丙酮加热回流，蒸去溶剂，留下劲合剂用红外光谱分析，所有少胶带都含有双酚A环氧树脂成分。在1710cm处有羰基吸收峰，结合指纹区可以断定它是聚酯特征峰，但强弱不同。这说明粘合剂中掺入了聚酯树脂。聚酯树脂的加入会使少胶带的制造变得容易些，但用VPI工艺制成的绝缘在155时的tan值数据变大。少胶云母带是少胶VPI 绝缘工艺中的主绝缘材料，与双面玻璃布补强并由煅烧粉云母纸组成的多胶云母带不同，少胶粉云母带由大鳞片粉云母纸与玻璃布(单面补强)组成。采用单面补强以

53、及使用标重高的粉云母纸,可使绝缘中的云母含量从多胶模压绝缘的约40%提高到近60%,这能显著延长电老化寿命。少胶粉云母带所含胶粘剂为环氧树脂,不含固化剂,具有较长的储存期。要求少胶粉云母带柔软,有一定的电气强度和较好的透气度和渗透性,以利于VPI过程中绝缘层内空气与挥发物抽出和树脂浸透。目前国产少胶带的问题主要是热态损耗增量较大,在应用工艺性能上存在透气度较小,挺度过大等问题。浸渍树脂整浸用浸渍树脂一般由环氧树脂、固化剂、稀释剂和促进剂等配制而成的无溶剂树脂，国外大体上可分为两大类，一类为改性的环氧树脂、液体酸酐、苯乙烯体系,另一类为纯环氧树脂及酸酐固化剂体系，两种体系均有较好的性能。对浸渍树

54、脂的要求是粘度低以利于整体浸透,胶化时间短以减少烘焙时树脂的流失,另外要求储存期尽可能长,固化后机械性能、耐热性能及电气性能优良。美国西屋公司认为浸渍树脂的技术要求是：（1）25下粘度应少于350mPas（2）粘度小于10000mPas时贮存期应大于120 天；（3）150胶化时间小于50min；（4）树脂固化后机械性能优良；（5）150下tan小于0. 1少胶带中不含固化剂, 要靠浸渍树脂中的固化剂来进行固化。因此浸渍树脂和少胶云母带的匹配和相容性特别重要。国内浸渍树脂的问题主要是贮存期不稳定,用户承担风险太大,不放心使用；有的低挥发份高；有的相容性差,损耗增量tan偏高。新型玻璃粉云母带为

55、了满足高压大型发电机定子线棒主绝缘发展的要求，研制了特5440-1桐马环氧玻璃粉云母带。原材料选择（1）粉云母纸云母纸是粉云母带的主要基材,其质量关系到粉云母带的性能,将直接影响定子线圈主绝缘的性能,经过对比分析,采用特殊抄造的耐高电压粉云母纸。（2）胶粘剂用双马来亚酰胺树脂对桐马环氧胶粘剂进行改性,配合复合固化剂/促进剂固化体系特制成新的胶粘剂,该胶粘剂具有优良的电气性能,良好的耐热性,热态机械性能,储存稳定性和良好的应用工艺性。常规性能该云母带固化前后的性能如表3-3和表3-4所示,可见实测数据都达到技术指标的要求。特别是电气强度很高,固化前为56.7MV/m和固化后为78MV/m,显示出

56、特5440-1桐马环氧玻璃粉云母带较高的电气强度水平。胶粘剂中加入了耐热性优异的双马树脂,双马树脂与体系中的环氧、酸酐生成聚合物形成网络结构,从而提高了胶粘剂的耐热性能。选用不同促进剂/固化剂复合固化环氧树脂体系,固化反应完全,整体性好,其电气性能有了明显的提高。表3-3 高电压粉云母带固化前的性能性能技术指标实测数据厚度，mm0.140.020.137胶含量，364039.1挥发份含量，1.51.1电气强度，MV/m4556.7胶化时间，min协议1322表3-4 高电压粉云母带固化后的性能指标名称指标值实测值弯曲强度MPa横向常态20026515540.065.6纵向常态120191155

57、30.049.1弯曲弹性模量MPa纵向40.010343.9103横向30.010332.3103密度，g/cm31.81.9电气强度，MV/m4078线棒电气性能（1）介质损耗线棒的介质损耗值如表3-5所示,可见介质损耗值及其变化量达到了优等品要求。表3-5 线棒的介质损耗值试样编号温度试验电压，kV UN=6.0kVtan0.2UN0.4UN0.6UN0.8UN1.0UN1.2UN3390.730.881.261.621.852.050.531550.991.472.472.872.973.044390.860.931.361.801513.273.353.375390.951.041.3

58、31.712.032.210.381551.241.512.492.973.073.096390.991.221.732.172.502.640.741551.211.853.123.443.543.607390.941.081.261.832.332.630.321551.081.662.583.053.233.388390.961.201.702.122.402.540.741551.011.352.123.043.543.70平均值常态0.2UN0.90热态0.6UN2.630.53质量标准优等品优等品优等品（2）电气强度线棒的电气强度如表3-6所示,可见也达到了优等品要求。表3-6线棒

59、的电气强度线棒号击穿电压击穿部位362表面闪络，未击穿667表面闪络，未击穿863表面闪络，未击穿平均值64(优等品)电气强度，MV/m36.6(优等品)（3）常态电压耐久性试验试样线圈在常态下,施加17.5kV电压,1min的耐久性试验,结果如表3-7所示,可见全部未击穿。表3-7耐久性试验结果线棒号击穿时间，h击穿部位备注41200未击穿51200未击穿71200未击穿特5440-1桐马环氧玻璃粉云母带介质损耗因数、电气强度、常态电压、耐久性等技术指标都达到或超过大电机线圈质量分等优等品水平。这是因为使用不同促进剂复合固化环氧树脂作为特制胶粘剂，可使固化物具有优良的性能，大幅度降低热态介质

60、损耗，提高电气强度及常态电压耐久性寿命9。聚酰亚胺绝缘材料聚酰亚胺材料具有优异的电绝缘性，体积电阻率可达10141015m。聚酰亚胺耐低温和耐高温性能优良，可在330温度下长时间使用，而在-269聚酰亚胺材料简述聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺大分子中没有亲水性基团，吸水率低。大分子链中存在着大量酰亚胺基团闭合环，碳氮键处在五节杂环的保护之下，稳定性好，所以其耐热耐化和电性能均优于常用聚酯绝缘材料，是现代绝缘技术中所使用的综合性能较好的一种高分子材料。通过各种不同的途径可以合成种类繁多的满足不同使用要求的聚酰亚胺材料。聚酰亚胺主要通过