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了解电机绝缘材料的电气性能要求

  绝缘材料之所以可以获得大面积地使用,是因为现在的很多行业领域都存在着用电安全地问题,非常严峻。另外,电机在绕组运行中的可靠性和使用寿命的长短,很大程度上也都是取决于其绝缘材料的性能的。那么,下面我们来了解一下电机绝缘材料的电气性能要求吧。
  1、绝缘材料击穿强度
  用绝缘材料击穿处的厚度除击穿电压,以千伏/毫米表示。绝缘材料的击穿,大致可分为电击穿、热击穿和放电击穿三种形式。
  (1)电击穿。在强电场作用下,绝缘内部带电质点剧烈运动,发生碰撞游离,破坏分子结构,以致击穿,称为电击穿。电击穿电压随材料的厚度线性增加,在均匀电场中,除非冲击电压的时间短于10秒,电击穿强度一般与电压作用时间无关。
  (2)热击穿。在交变电场作用下,绝缘材料内部由于介质损耗而产生热量,如不能及时散出,将使材料内部温度升高,导致分子结构破坏而击穿,称为热击穿。热击穿电压随周围媒质温度增加而降低,材料厚度增加,散热条件变差,击穿强度降低;频率增加时,介质损耗增大,击穿强度亦会降低。
  (3)放电击穿。在强电场作用下,绝缘材料内部包含的气泡因电离而放电;杂质也因受电场加热气化,产生气泡,于是使气泡放电进一步发展,导致整个材料的击穿,称为放电击穿。
  绝缘材料的击穿,往往是上述三种形式同时存在,很难截然分开。用绝缘漆或胶液浸渍绝缘材料,既可以改善电场分布而提高电击穿强度,也可以改善散热条件使热击穿强度提高。
  2、绝缘电阻率
  绝缘材料在电压的作用下,总会有微小的漏导电流通过。此电流一部分流经材料内部;一部分流经材料表面。因而绝缘电阻率可分为体积电阻率和表面电阻率。体积电阻率表征材料内部电导特性,单位为欧姆·米;表面电阻率表征材料表面的电导特性,单位为欧姆。绝缘材料的体积电阻率通常在107~1019姆·米范围内。绝缘材料的电阻率,一般与下列因素有关。
  (1)随着温度的升高,电阻率成指数下降。
  (2)水能促进极性分子的离解,因此绝缘电阻率随湿度增大而下降,对多孔材料(如绝缘纸)影响更为灵敏。极性材料等亲水物质,容易在表面形成连续的水层而降低表面电阻;非极性材料如陶瓷、聚四氟乙烯等不易在表面形成连续水层,因而对其表面电阻影响较小。
  (3)绝缘材料中的杂质大都产生导电离子,又能促使极性分子的离解,使电阻率迅速下降。
  (4)在高电场强度作用下,离子的迁移力增大,因而使电阻率下降。
  3、绝缘材料的介电系数
  这表示在电场作用下,绝缘材料内部电荷移动的情况,即极化程度。一般,随电场频率增高而逐级下降;随材料吸湿而增大;由于温度影响极化,在某一温度会出现峰值。
  4、绝缘材料的介质损耗
  绝缘材料在电场作用下,由于漏电和极化等原因产生能量损耗。一般用损耗功率或损耗角正切表示介质损耗大小。
  在直流电压作用下,将通过瞬时充电电流、吸收电流和漏导电流。当施加交流电压时,则瞬时充电电流为无功电流(电容电流);漏导电流与电压同相位,为有功电流;吸收电流则既有无功电流分量,也有有功电流分量。影响绝缘材料介质损耗的主要因素:
  (1)频率。温度不变时,损耗角正切在某一频率时出现高峰,此时单位体积内的介质损耗值P增长较快。
  由于不同频率下具有不同的介质损耗,故测量损耗角正切值时要选定一定的频率,通常电机所用的材料,一般都是测量其工频时的介质损耗角正切。
  (2)温度。频率不变时,损耗角正切在某一温度时出现峰值,此时吸收电流所产生的损耗较大。在低温区,漏导电流和吸收电流有功分量均很小,故损耗角正切很小;在高温区,吸收电流所产生的损耗消失,由漏导损耗决定。
  某些有机绝缘材料,其损耗角正切可能在不同的温度或频率下出现几个峰值。因此在高频或高压电气设备中,应根据损耗角正切与温度和频率关系曲线,慎重选择适当的绝缘材料,避免在工作频率和温度出现损耗角正切峰值,以防止材料加速老化或发生热击穿。
  (3)电场强度增加。损耗角正切也随之增大,电压增加到某一值时,介质内部的气泡或电极边缘会出现局部游离现象,损耗角正切突然显着增大,这一电压值称为起始游离电压。工程上常利用起始游离电压的测量,检查绝缘结构内部存在的气隙情况,以控制绝缘质量。
  以上就是电机绝缘材料的电气性能要求,主要有击穿强度、绝缘电阻率、介电系数、介质损耗等四个方面,其中又包括了很多会影响其变化的因素方面。另外,耐电晕、耐电弧、抗漏电痕迹等电气性能也是选择绝缘材料时应该考虑的性能方面。
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