談高壓電機線圈的絕緣問題

高壓電機的線圈絕緣對電機的使用壽命和經濟效果影響極大，是每（měi）一個設計和工藝人員都必須慎重考慮的問題。高壓線圈從某（mǒu）種程度上可以稱之為電機的心（xīn）髒，直（zhí）接決定（dìng）了電（diàn）機的使用壽命，而作為線圈的（de）重要組成——絕緣材料的性能（néng）則顯得至關重要，今天Ms.參與大家簡單探討一下高壓電機的絕緣問（wèn）題。

高（gāo）壓電機（jī）的發展是（shì）與絕緣材料、絕緣結構和絕緣工（gōng）藝的發展密切相關的。早在1910年，首先采用了蟲膠雲母箔卷烘成套管式絕緣。1919年開始發展瀝青（qīng）雲母帶連續式絕緣，並經真（zhēn）空浸膠處理。這種絕緣方式優於套管（guǎn）式，具有較高的（de）電氣、機械性能，但由於瀝青的熱塑性的固有缺點，不能適應電機容量和電壓日益增長的需要。四十年（nián）代便開始研究用不飽和聚酯膠浸漬雲母帶作連續式絕緣，1949年（nián）成功地用於大型汽輪發（fā）電機上。

熱固性合成樹脂絕緣與（yǔ）瀝青比較，電氣、機械和耐熱等性能均顯著提高，與此相應的雲母帶補強材料也由天然纖維改用有機合成纖維或玻璃纖維織物。至此，高壓電機絕緣耐熱等級由A級跨（kuà）入（rù）B級（jí）。隨著粉雲（yún）母的製成和應用，又促進了無溶劑低粘度合成（chéng）樹脂的研究（jiū）和高壓電機絕緣結構的新發展。1952年開始用改性環氧樹脂膠粘粉（fěn）雲母帶，其熱態物理性能（néng）、電氣和機（jī）械性能等表明（míng），環氧樹脂優於聚酯（zhǐ）樹脂。目前傾向於采用耐熱（rè）環氧代替普通環（huán）氧。國外某（mǒu）些改性環氧已達（dá）到F級，但在大電機中一般仍作（zuò）B級使用（yòng）。

各國高壓（yā）電機的絕緣結構和處理工（gōng）藝，大致可歸納為下列幾種（zhǒng）：

（1）多膠雲母帶連續包繞，真空幹燥，然後熱壓（yā）成（chéng）型（xíng）（模壓或液壓）。

（2）多膠雲母帶連續包繞，不經（jīng）真空幹燥，直接采（cǎi）用熱模壓（yā）成型。

（3）少膠（jiāo）雲母帶（dài）連續包繞，真（zhēn）空浸無溶劑樹脂，然後熱壓成型。

（4）少膠雲母帶（或白胚帶》連續包繞，即行散線，然後進行無溶劑樹脂整體浸漬。

此外，還有矽（guī）橡膠（jiāo）絕緣，以及矽橡膠與雲（yún）母帶混合絕緣。矽橡膠的耐熱性、耐寒性、防潮性及抗腐性均很優越，但電氣性能和抗撕裂強度（dù）較差，僅限用於6千伏以下的特殊（shū）環境運行的高壓電機。

● 具有足夠的電氣強度

對於電（diàn）機的絕緣（yuán），一方麵（miàn）希望（wàng）厚度（dù）越薄越好，另一方麵則要求在（zài）電氣強度上有一定裕度。因為電機（jī）在運行中，會受（shòu）到大（dà）氣過電壓和操作過（guò）電壓的衝擊：突然短路，溫度和電壓的長期作用，絕緣將逐漸老化，振動和機械應力也會損傷絕緣，此外，在製造過程中要進行（háng）多次（cì）耐壓試驗，每進（jìn）行一次，就會在絕緣結（jié）構中產生一定細微劣（liè）化痕跡，即所謂的累積效應。這些都（dōu）將會使絕緣電氣強（qiáng）度下降。因此在進行線圈結構設計時，必須要（yào）有（yǒu）一定的安全係數（用k表示（shì）），具體見（jiàn）式（shì）（1）。

K=U_b/U_N………………(1)

式（1）中：

U_b——初始擊穿電壓；

U_N—一電機額定電壓。

安全（quán）係數的（de）選擇是一個很重要的問題。需要對絕（jué）緣材料質量的穩定性、工藝水平和電機特點進行全（quán）麵仔（zǎi）細的分析。現在一般值為7~9倍。對於大型電機，運行可靠性（xìng）要求高，而線圈較長，在（zài）製造和運行中都要經受較（jiào）大的機械應力，因此安全係數也應偏大些。隨著工藝水（shuǐ）平和絕緣材料質量的不斷提高，線圈絕緣的安全（quán）係數正在（zài）逐漸下降。

對於多層（céng）組合絕緣結構，在交變電場作用下，其p層絕緣電場強度按式（2）計算。

式（2）中：

U——外施交流電壓（kV）；

δ_ι——各層（céng）絕緣厚度（mm)；

ε_ι—一各層絕緣的介電（diàn）係數；

ε_p—一p層絕緣的介電係數；

E_p—p層絕緣電場強度（kV/mm）。

由式（2）可知：P層所承受的場強E_p與該層絕緣材料（liào）的介電係數ε_p成反（fǎn）比。因此，各種絕緣的δ_ι、ε_ι不同，則其擊穿強度E_p也不一樣。為了（le）使（shǐ）不同的絕緣層的耐電壓安全（quán）裕度相接近，選擇絕緣結構（gòu）時，應選E_p與ε_ι的乘積盡量接近的材料組成。

●具有較（jiào）小的介質損耗

絕（jué）緣結構在交變電場作用下，產生介質損耗。介質損耗的平均熱量雖然不大，但在個別弱點（diǎn）上（shàng）熱量特別（bié）集中（zhōng），如果弱點上由介質損（sǔn）耗引起的熱量超過散發出去的熱（rè）量，絕緣的局部溫度就會不（bú）斷上升，溫度上升又促使介質損耗進一步增加，絕緣的機電性能將會急劇下降（jiàng），嚴重時會造成局部弱點的熱擊穿。因此，在高壓電機中介質損耗應不超過規定值。

● 抗電（diàn）暈性好

高壓電機運行時（shí），其絕緣（yuán）內部和（hé）表麵都可能產生電暈現象，使絕緣加速（sù）老化和腐蝕。因此，對6.3千伏及（jí）以上的發電機（jī）和6千伏以上的電動機，其線圈都要（yào）采取防電暈措施。對6千伏電動機的線圈，一般可不作防電暈處理，但對使用環境惡劣或容量較大的（de）電動機，仍應（yīng）進行防電暈處理。

●熱老化（huà）性能良（liáng）好（hǎo）

絕緣結構（gòu）的耐熱能力要（yào）符合產品所要求的耐熱等級。在運行溫度長期作用（yòng）下，能保證絕（jué）緣的正常使用壽命。

電機絕緣通常（cháng）分為A、E、B、F、H五（wǔ）個耐熱（rè）等級。運行時，電機繞組（zǔ）絕緣中的（de）最熱點的溫（wēn）度（dù），不得超過絕緣等級所（suǒ）規定的最高溫度。一般需留有5~10℃的裕度。絕緣結構如由不同耐熱等級的絕緣材料組成，它的耐熱等級可通過其結構模（mó）型作模（mó）擬（nǐ）試驗並綜合評定。

●能承受機械應力的作用

線（xiàn）圈的絕緣必須能（néng）承受一定的機械應力而不致破裂或產生有害的（de）變形。線圈（quān）在（zài）運行中由於導線和絕緣的膨脹係數不一樣，溫度變化時，絕緣將受到（dào）張（zhāng）力，電機越長，這（zhè）種影響越大；由於電磁力作用，線圈端部還會產生振動，特別是當電機（jī）受到短路、起動和製動電流衝擊時，電磁力常使線圈產生變（biàn）形；因此要求絕緣具有一定的彈性和機（jī）械強度。

                   文章來源於：許昌蜜桃视频絕（jué）緣材料有限公司

                 2023年6月10日