電氣設(shè)備常用絕緣材料特性分析

潘玉峰，佟丙旭，秦 瑩哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東威海 264300

電氣設(shè)備常用絕緣材料特性分析

潘玉峰，佟丙旭，秦 瑩
哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東威海 264300

在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備是否擁有良好的絕緣性能將直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全運行。而加強(qiáng)對電纜、電機(jī)和電力電子設(shè)備常用絕緣材料的特性分析，則能夠通過合理選用絕緣材料確保設(shè)備的絕緣性能?；谶@種認(rèn)識，本文對電氣設(shè)備常用絕緣材料特性展開了分析，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

電氣設(shè)備；常用絕緣材料；特性

1 常見電線電纜絕緣材料的特性分析

1.1常見電線電纜絕緣材料

在高壓輸配電網(wǎng)絡(luò)中，電纜在配電和用電端得到了廣泛應(yīng)用。而常見的電線電纜絕緣材料有聚氯乙烯、交聯(lián)聚乙烯和氟塑料等。其中，聚氯乙烯具有良好的物理機(jī)械性能和耐油耐腐蝕性，并且價格相對便宜。但相較于其他絕緣材料，聚氯乙烯的絕緣性能一般，被廣泛的應(yīng)用在1kV以下的低壓電線電纜上。在高溫或光照條件下，材料將加速老化。而該種材料雖然具有一定的阻燃性，但是也能夠燃燒并釋放有毒煙氣。交聯(lián)聚乙烯材料則具有良好的電絕緣性、耐熱性和機(jī)械性能，在中、高壓電力電纜制造上得到了應(yīng)用。使用該材料進(jìn)行電纜制造，可以使電纜具有較大硬度和強(qiáng)度的絕緣層，并且燃燒時不會釋放大量毒氣。但該材料對紫外線照射敏感，需要使用聚氯乙烯制作電纜外護(hù)套。

1.2電線電纜絕緣材料特性

在對電線電纜絕緣材料特性展開分析，主要需要對其阻燃性和耐火性進(jìn)行分析。就目前來看，可以將電纜使用的絕緣材料劃分成含鹵型和無鹵型兩種。含鹵型絕緣材料由含鹵素的碳?xì)浠衔锝M成，需要在制作過程中添加氯化石蠟等阻燃劑，從而提高材料的阻燃性能。在受熱的過程中，該類材料會進(jìn)行鹵化氫的釋放，從而使活性自由基OH根得到捕捉，繼而使材料的燃燒得到延緩甚至熄滅。無鹵型絕緣材料由不含鹵素的碳?xì)浠衔飿?gòu)成，燃燒時會進(jìn)行水和二氧化碳的釋放。由于該種絕緣材料本身不具有阻燃性，所以需要添加阻燃劑進(jìn)行加工。但是，由于添加了大量的阻燃劑，這類絕緣電纜的電氣性能、耐水性和機(jī)械強(qiáng)度也將遭到降低，通常只能達(dá)到0.6/1kV電壓等級。除了分析電線電纜絕緣材料的阻燃性，還要對其耐火性展開分析。按照絕緣材質(zhì)，可以將耐火電纜劃分成有機(jī)型和無機(jī)型兩類。其中，有機(jī)型電纜使用聚氯乙烯或交聯(lián)聚乙烯為絕緣層，能夠耐800℃高溫［1］。如果加入隔氧層，還可以使其耐受950℃的高溫。無機(jī)型絕緣電纜為礦物絕緣電纜，由銅芯銅護(hù)套氧化鎂構(gòu)成，常規(guī)工作溫度為250℃。由于氧化鎂的熔點為2 800℃，所以經(jīng)過火災(zāi)后該種絕緣電纜仍然可以重復(fù)使用。

2 電機(jī)設(shè)備絕緣材料的特性分析

2.1電機(jī)設(shè)備的絕緣材料

在輸配電網(wǎng)絡(luò)中，電機(jī)設(shè)備使用的絕緣材料主要有3種，即電磁線、浸漬漆和槽絕緣。而這3種材料的絕緣性能將對電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，材料的選用也將對電機(jī)的安全使用產(chǎn)生影響。其中，電磁線的生產(chǎn)只需通過3C安全認(rèn)證，但是在傳統(tǒng)電機(jī)上使用時需要經(jīng)過溫度指數(shù)測試。在變頻電機(jī)上使用電磁線時，則需要開展常規(guī)性能測試，并且進(jìn)行材料的電暈性能測試。而浸漬漆可以分成有溶劑漆和無溶劑漆，主要分為B、F、H這3個級別。但是電網(wǎng)使用的電機(jī)通常為大功率電機(jī)，所以不能使用B級浸漬漆。在輸配電網(wǎng)中，電機(jī)一般使用的浸漬漆為絕緣樹脂，需要對固化后的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部放電測試，以確保材料的絕緣性能［2］。而槽絕緣材料是由混合物制成的，在傳統(tǒng)電機(jī)上使用時需要進(jìn)行性能測試和溫度指數(shù)測試，在變頻電機(jī)上使用時不僅需要完成這些測試內(nèi)容，還要進(jìn)行局部放電測試。

2.2電機(jī)設(shè)備絕緣材料特性

在對電機(jī)設(shè)備絕緣材料特性展開分析時，考慮到電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)破壞通常是由老化引起，所以需要對材料的熱老化、電氣老化、機(jī)械老化和氣體電介質(zhì)預(yù)防情況進(jìn)行分析。由于長期運行，電機(jī)設(shè)備將保持較高的溫度，所以絕緣材料可能出現(xiàn)塑變或?qū)w外漏的情況。如果溫度超過絕緣材料的額定值，其將出現(xiàn)絕緣退化問題，然后出現(xiàn)彎曲和破裂現(xiàn)象。在高壓電場中，電機(jī)絕緣材料的內(nèi)部孔隙或表面容易發(fā)生放電。而多次放電將導(dǎo)致絕緣材料遭受離子電弧的嚴(yán)重侵蝕，然后出現(xiàn)絕緣性能下降的問題。在電網(wǎng)運行的過程中，電機(jī)設(shè)備可能出現(xiàn)負(fù)荷的變動，從而導(dǎo)致絕緣材料受到交變負(fù)荷和交變沖擊的影響。如果其與導(dǎo)電體之間存在膨脹系數(shù)差，則會產(chǎn)生反復(fù)應(yīng)力與變形，從而導(dǎo)致材料的絕緣性能下降。而在分析電機(jī)的絕緣性能時，還應(yīng)該對絕緣材料間的相互作用進(jìn)行分析［3］。合理進(jìn)行材料的組合，則能使電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)得到改善，從而使電機(jī)保持安全運行。如果絕緣材料的組合不合理，則會導(dǎo)致電機(jī)的絕緣性能受到影響，從而給電機(jī)的使用留下安全隱患。

3 電力電子設(shè)備絕緣材料的特性分析

3.1電力電子設(shè)備的絕緣材料

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，大量的電力電子設(shè)備得到了應(yīng)用。而設(shè)備的絕緣材料選用將直接影響到設(shè)備的安全性能，并且也決定了電網(wǎng)是否會出現(xiàn)絕緣問題。就目前來看，電力電子設(shè)備的常用絕緣材料包含了絕緣子、環(huán)氧樹脂板和熱縮套管。其中，絕緣子可以用于進(jìn)行母線等帶電導(dǎo)體的固定和支撐，能夠防止電流回地［4］。而絕緣子表面一旦有附著物，就容易導(dǎo)致兩端出現(xiàn)電壓擊穿，因此還要增大其表面距離。環(huán)氧樹脂板為具有耐表面漏電、耐電弧和高介電性能的特點，是利用環(huán)氧樹脂材料制作而成的。隨著厚度的增加，環(huán)氧樹脂板的耐電壓等級也將得到提高。此外，熱縮套管為利用聚烯烴材料制作而成的熱收縮套管，具有機(jī)械強(qiáng)度大和耐高溫等特點，在線纜絕緣保護(hù)上得到了廣泛應(yīng)用。

3.2電力電子設(shè)備絕緣材料特性

在對電力電子設(shè)備的絕緣材料特性展開分析時，需要對材料的耐電壓強(qiáng)度、耐熱等級和機(jī)械強(qiáng)度等性能進(jìn)行分析。在設(shè)備所處的環(huán)境中，如果電場強(qiáng)度達(dá)到一定等級，絕緣材料就會被擊穿。所以，材料的耐電壓強(qiáng)度越高，其絕緣強(qiáng)度就能得到保證，也能夠使電力設(shè)備內(nèi)部的絕緣性得到保證。除了受電壓作用，電力設(shè)備的絕緣層也會受熱量的影響。一旦出現(xiàn)熱老化現(xiàn)象，設(shè)備的絕緣材料就會被過早破壞，從而影響設(shè)備的安全使用。所以，想要使絕緣材料的強(qiáng)度得到保證，還要使絕緣材料擁有較高的耐熱等級［5］。此外，在電力設(shè)備運行的過程中，絕緣材料可能會承受各種張力或壓力。使絕緣材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，則能夠避免絕緣材料遭到破壞，繼而使設(shè)備維持長期可靠運行。

4 結(jié)論

總之，想要確保電網(wǎng)不發(fā)生絕緣問題，還要使電纜、電機(jī)和電力電子設(shè)備等電氣產(chǎn)品擁有良好的絕緣性能。所以在選用絕緣材料進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，還要加強(qiáng)對絕緣材料的特性研究。因此，相信本文對電氣設(shè)備常用絕緣材料特性展開的研究，可以為相關(guān)工作的開展提供指導(dǎo)。

［1］陳錚錚，趙健康，歐陽本紅，等.直流與交流交聯(lián)聚乙烯電纜料絕緣特性的差異及其機(jī)理分析［J］.高電壓技術(shù)，2014 （9）：2644-2652.

［2］祖錦帆.電線電纜的絕緣類型及其選擇［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2011（3）：41-46.

［3］管兆杰，黃慧潔，康駿.國內(nèi)電機(jī)絕緣材料和工藝及絕緣結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及分析［J］.電機(jī)與控制應(yīng)用，2011（4）：1-5.

［4］唐炬.防御變電設(shè)備內(nèi)絕緣故障引發(fā)電網(wǎng)停電事故的基礎(chǔ)研究［J］.高電壓技術(shù)，2012（6）：1281-1291.

［5］周曙琛，劉西中，朱勇，等.電站設(shè)備外絕緣全復(fù)合化趨勢［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2013（8）：54-62.

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1674-6708（2016）170-0186-02在電網(wǎng)運行的過程中，電氣設(shè)備故障的發(fā)生時常會引發(fā)電網(wǎng)大面積停電，以至于將給國民經(jīng)濟(jì)和社會帶來突發(fā)性災(zāi)難。而在眾多的電氣設(shè)備故障中，絕緣故障是常見的故障類型。因此，有關(guān)人員還應(yīng)該對電氣設(shè)備的常用絕緣材料特性展開研究，以便通過合理選取絕緣材料確保電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行。

潘玉峰，哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院。佟丙旭，哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院。秦瑩，哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院。