高壓電機(jī)的線圈絕緣對電機(jī)的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效果影響極大，是每一個設(shè)計和工藝人員都必須慎重考慮的問題。高壓線圈從某種程度上可以稱之為電機(jī)的心臟，直接決定了電機(jī)的使用壽命，而作為線圈的重要組成——絕緣材料的性能則顯得至關(guān)重要，今天Ms.參與大家簡單探討一下高壓電機(jī)的絕緣問題。

高壓電機(jī)的發(fā)展是與絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣工藝的發(fā)展密切相關(guān)的。早在1910年，首先采用了蟲膠云母箔卷烘成套管式絕緣。1919年開始發(fā)展瀝青云母帶連續(xù)式絕緣，并經(jīng)真空浸膠處理。這種絕緣方式優(yōu)于套管式，具有較高的電氣、機(jī)械性能，但由于瀝青的熱塑性的固有缺點，不能適應(yīng)電機(jī)容量和電壓日益增長的需要。四十年代便開始研究用不飽和聚酯膠浸漬云母帶作連續(xù)式絕緣，1949年成功地用于大型汽輪發(fā)電機(jī)上。

熱固性合成樹脂絕緣與瀝青比較，電氣、機(jī)械和耐熱等性能均顯著提高，與此相應(yīng)的云母帶補(bǔ)強(qiáng)材料也由天然纖維改用有機(jī)合成纖維或玻璃纖維織物。至此，高壓電機(jī)絕緣耐熱等級由A級跨入B級。隨著粉云母的制成和應(yīng)用，又促進(jìn)了無溶劑低粘度合成樹脂的研究和高壓電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的新發(fā)展。1952年開始用改性環(huán)氧樹脂膠粘粉云母帶，其熱態(tài)物理性能、電氣和機(jī)械性能等表明，環(huán)氧樹脂優(yōu)于聚酯樹脂。目前傾向于采用耐熱環(huán)氧代替普通環(huán)氧。國外某些改性環(huán)氧已達(dá)到F級，但在大電機(jī)中一般仍作B級使用。

各國高壓電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)和處理工藝，大致可歸納為下列幾種：

（1）多膠云母帶連續(xù)包繞，真空干燥，然后熱壓成型（模壓或液壓）。

（2）多膠云母帶連續(xù)包繞，不經(jīng)真空干燥，直接采用熱模壓成型。

（3）少膠云母帶連續(xù)包繞，真空浸無溶劑樹脂，然后熱壓成型。

（4）少膠云母帶（或白胚帶》連續(xù)包繞，即行散線，然后進(jìn)行無溶劑樹脂整體浸漬。

此外，還有硅橡膠絕緣，以及硅橡膠與云母帶混合絕緣。硅橡膠的耐熱性、耐寒性、防潮性及抗腐性均很優(yōu)越，但電氣性能和抗撕裂強(qiáng)度較差，僅限用于6千伏以下的特殊環(huán)境運行的高壓電機(jī)。

● 具有足夠的電氣強(qiáng)度

對于電機(jī)的絕緣，一方面希望厚度越薄越好，另一方面則要求在電氣強(qiáng)度上有一定裕度。因為電機(jī)在運行中，會受到大氣過電壓和操作過電壓的沖擊：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(jī)械應(yīng)力也會損傷絕緣，此外，在制造過程中要進(jìn)行多次耐壓試驗，每進(jìn)行一次，就會在絕緣結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生一定細(xì)微劣化痕跡，即所謂的累積效應(yīng)。這些都將會使絕緣電氣強(qiáng)度下降。因此在進(jìn)行線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須要有一定的安全系數(shù)（用k表示），具體見式（1）。

K=U_b/U_N………………(1)

式（1）中：

U_b——初始擊穿電壓；

U_N—一電機(jī)額定電壓。

安全系數(shù)的選擇是一個很重要的問題。需要對絕緣材料質(zhì)量的穩(wěn)定性、工藝水平和電機(jī)特點進(jìn)行全面仔細(xì)的分析。現(xiàn)在一般值為7~9倍。對于大型電機(jī)，運行可靠性要求高，而線圈較長，在制造和運行中都要經(jīng)受較大的機(jī)械應(yīng)力，因此安全系數(shù)也應(yīng)偏大些。隨著工藝水平和絕緣材料質(zhì)量的不斷提高，線圈絕緣的安全系數(shù)正在逐漸下降。

對于多層組合絕緣結(jié)構(gòu)，在交變電場作用下，其p層絕緣電場強(qiáng)度按式（2）計算。

式（2）中：

U——外施交流電壓（kV）；

δ_ι——各層絕緣厚度（mm)；

ε_ι—一各層絕緣的介電系數(shù)；

ε_p—一p層絕緣的介電系數(shù)；

E_p—p層絕緣電場強(qiáng)度（kV/mm）。

由式（2）可知：P層所承受的場強(qiáng)E_p與該層絕緣材料的介電系數(shù)ε_p成反比。因此，各種絕緣的δ_ι、ε_ι不同，則其擊穿強(qiáng)度E_p也不一樣。為了使不同的絕緣層的耐電壓安全裕度相接近，選擇絕緣結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選E_p與ε_ι的乘積盡量接近的材料組成。

●具有較小的介質(zhì)損耗

絕緣結(jié)構(gòu)在交變電場作用下，產(chǎn)生介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗的平均熱量雖然不大，但在個別弱點上熱量特別集中，如果弱點上由介質(zhì)損耗引起的熱量超過散發(fā)出去的熱量，絕緣的局部溫度就會不斷上升，溫度上升又促使介質(zhì)損耗進(jìn)一步增加，絕緣的機(jī)電性能將會急劇下降，嚴(yán)重時會造成局部弱點的熱擊穿。因此，在高壓電機(jī)中介質(zhì)損耗應(yīng)不超過規(guī)定值。

● 抗電暈性好

高壓電機(jī)運行時，其絕緣內(nèi)部和表面都可能產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，使絕緣加速老化和腐蝕。因此，對6.3千伏及以上的發(fā)電機(jī)和6千伏以上的電動機(jī)，其線圈都要采取防電暈措施。對6千伏電動機(jī)的線圈，一般可不作防電暈處理，但對使用環(huán)境惡劣或容量較大的電動機(jī)，仍應(yīng)進(jìn)行防電暈處理。

●熱老化性能良好

絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱能力要符合產(chǎn)品所要求的耐熱等級。在運行溫度長期作用下，能保證絕緣的正常使用壽命。

電機(jī)絕緣通常分為A、E、B、F、H五個耐熱等級。運行時，電機(jī)繞組絕緣中的最熱點的溫度，不得超過絕緣等級所規(guī)定的最高溫度。一般需留有5~10℃的裕度。絕緣結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)模型作模擬試驗并綜合評定。

●能承受機(jī)械應(yīng)力的作用

線圈的絕緣必須能承受一定的機(jī)械應(yīng)力而不致破裂或產(chǎn)生有害的變形。線圈在運行中由于導(dǎo)線和絕緣的膨脹系數(shù)不一樣，溫度變化時，絕緣將受到張力，電機(jī)越長，這種影響越大；由于電磁力作用，線圈端部還會產(chǎn)生振動，特別是當(dāng)電機(jī)受到短路、起動和制動電流沖擊時，電磁力常使線圈產(chǎn)生變形；因此要求絕緣具有一定的彈性和機(jī)械強(qiáng)度。

                   文章來源于：許昌興洋絕緣材料有限公司

                 2023年6月10日