談高（gāo）壓（yā）電機線（xiàn）圈的絕緣問題

高壓電機的線圈絕緣對（duì）電（diàn）機的使（shǐ）用壽命和（hé）經（jīng）濟效果影響極大，是每（měi）一個設計（jì）和工藝（yì）人員（yuán）都必須慎重考慮的問題。高（gāo）壓線圈從某種程度上可以稱之為（wéi）電機的（de）心髒，直接決定了電機的使用壽命，而作（zuò）為線圈的重要組成——絕緣（yuán）材料的性能（néng）則顯得至關重（chóng）要，今天Ms.參與大家簡單（dān）探討一下高壓電機（jī）的絕緣問題。

高（gāo）壓電機的發展是（shì）與絕緣材料（liào）、絕緣結構和絕緣工藝的發展密切（qiē）相關的。早在（zài）1910年，首先采用（yòng）了（le）蟲膠雲母箔卷烘成套（tào）管式絕緣。1919年開始發展瀝（lì）青雲母帶連續式絕緣，並經真空浸膠處（chù）理（lǐ）。這種絕緣方式優於套管式，具有較高的電氣、機械性能，但（dàn）由於瀝青的熱塑性的固有缺（quē）點，不能適應電（diàn）機容量（liàng）和電壓日益增長的需要。四十年代便開始（shǐ）研究用不飽和聚酯膠浸漬雲母帶作連續式絕（jué）緣，1949年成功地（dì）用於（yú）大型汽輪發電機上。

熱固性合成樹脂絕緣與瀝青比較，電氣、機械和耐熱等性能均（jun1）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（jī）合成纖維（wéi）或玻璃纖維織物。至（zhì）此，高壓電機絕緣耐熱等（děng）級由A級跨入B級。隨著粉（fěn）雲母的製成和應用，又（yòu）促進了無溶（róng）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（nián）開始用改性環氧樹脂膠粘粉雲母帶，其熱（rè）態物理性能、電氣和機械性能等表明，環氧樹脂優於聚（jù）酯樹脂。目前傾向於采用（yòng）耐熱環氧代替普通環（huán）氧。國外某些改性環氧已達（dá）到F級（jí），但（dàn）在（zài）大電機中一般仍作B級使用。

各國高壓電機的絕緣結構和處理工藝，大致可歸納為下列幾種：

（1）多膠雲母帶連續包繞，真空幹（gàn）燥，然後熱壓成型（模壓或液壓）。

（2）多膠雲（yún）母帶連續包繞，不經真空幹燥，直（zhí）接采用熱模壓成型。

（3）少膠雲母帶（dài）連續包繞，真空浸無溶劑樹脂，然後熱（rè）壓成型。

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

此外，還有矽橡膠絕緣，以及矽橡膠與雲母帶混合絕緣。矽（guī）橡膠的耐（nài）熱性、耐寒性、防潮性及抗腐性均很優越，但電氣（qì）性能和抗撕（sī）裂強度較差，僅限用於6千（qiān）伏以下的特殊環境運行的高壓電機。

● 具有足夠的電氣強度

對於（yú）電（diàn）機的（de）絕緣，一方麵希望厚度越薄（báo）越好，另一方麵則要求在電氣強（qiáng）度上有一（yī）定裕度。因為電（diàn）機在運行中，會（huì）受到大（dà）氣（qì）過電壓（yā）和操作過電壓的衝（chōng）擊：突然短路，溫度和電壓的長（zhǎng）期（qī）作用，絕緣將逐漸老化，振動和機械應力也會損傷（shāng）絕緣，此外，在製造過程中要進行多次耐壓試驗，每進行一次，就會在（zài）絕緣結構中（zhōng）產生一定細微劣化痕跡，即所謂的累積（jī）效應。這些都將會（huì）使絕緣電氣強度下降。因此在進行線圈結構設計（jì）時，必（bì）須要有一定（dìng）的（de）安全係數（用k表示），具體見（jiàn）式（1）。

K=U_b/U_N………………(1)

式（1）中：

U_b——初始（shǐ）擊穿電壓；

U_N—一電機額定電壓。

安全係數的選擇是一個很（hěn）重要的問題。需要對絕緣材料質量的穩定性、工藝水平和電機（jī）特（tè）點進行全麵仔細的分析。現（xiàn）在一般值（zhí）為7~9倍。對於大型電機，運行可（kě）靠性要求高，而線圈較長，在（zài）製造和運行中都（dōu）要經受較大的機械應力，因此安（ān）全係數也應偏大些。隨著工藝水平和絕緣材（cái）料質量的（de）不斷（duàn）提高，線圈絕（jué）緣的安全係（xì）數正在逐漸下降。

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

式（2）中（zhōng）：

U——外施交流電壓（yā）（kV）；

δ_ι——各層絕緣厚度（mm)；

ε_ι—一各層絕緣的（de）介電係（xì）數；

ε_p—一p層絕緣的介電係數；

E_p—p層絕緣電場（chǎng）強度（kV/mm）。

由式（2）可知：P層所承（chéng）受的場強E_p與該層絕緣材料的介電係數ε_p成反比。因此（cǐ），各種絕緣的δ_ι、ε_ι不（bú）同，則其擊穿強（qiáng）度E_p也不一樣。為了使不（bú）同的絕緣層的耐電壓安全裕度（dù）相接近，選擇絕緣結構時，應（yīng）選E_p與（yǔ）ε_ι的乘積盡量接近的材料組成。

●具有較小的（de）介質損耗

絕緣結構在交變電場作用下，產（chǎn）生介質損耗。介質損耗的平均熱量雖然不（bú）大，但在個別弱點上（shàng）熱量特別集中，如果弱點上由（yóu）介質損耗引起的熱量超過（guò）散發出去的熱量，絕緣的局部溫度就會不斷上升（shēng），溫度上升又促使（shǐ）介質損耗進一步增加，絕緣的機電性能將會急劇下降，嚴重時會造成局部弱點的熱擊穿（chuān）。因此，在高壓電機中介質損耗應不超過規定值（zhí）。

● 抗電暈（yūn）性（xìng）好

高壓電機運行時，其絕緣內部和表麵都可能產生電暈現象，使（shǐ）絕緣加速老化和腐蝕。因此，對6.3千伏及以上的發電機和6千伏（fú）以上的電動機，其線圈都（dōu）要采取防電暈措施。對6千伏電動機的線圈，一般可不作防電暈處理（lǐ），但對使用環境惡（è）劣或容量較大的電動機（jī），仍應進行防電暈處理。

●熱老化性能良好

絕緣結構（gòu）的耐熱能力要符合產品所（suǒ）要求（qiú）的耐熱等級（jí）。在運行溫度長期作用下，能保證絕緣的（de）正常使用壽命。

電機（jī）絕緣（yuán）通常分為A、E、B、F、H五個耐熱（rè）等（děng）級。運行時，電機繞組絕緣中的最熱點的溫度，不得（dé）超過絕緣（yuán）等級所規定的最（zuì）高溫度。一般需留（liú）有5~10℃的（de）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型作模擬試驗並綜合（hé）評定。

●能承（chéng）受機（jī）械應力的（de）作用

線（xiàn）圈的絕緣（yuán）必（bì）須能（néng）承受一定的機（jī）械應力而不致破裂或產生有害的變形。線圈在運行（háng）中由於導線和絕緣的膨脹係（xì）數不一樣，溫度（dù）變化時，絕緣（yuán）將受到張力，電（diàn）機越長（zhǎng），這種影（yǐng）響越大；由於電磁力作用，線圈端部還會產生振動，特別是當電機受（shòu）到短路、起動和製動電流（liú）衝擊時（shí），電磁力常（cháng）使線（xiàn）圈產生變形；因此要求（qiú）絕（jué）緣具有一定的（de）彈性和機械強（qiáng）度。

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                 2023年6月10日