日期：2022-06-07 15:19 瀏覽次數(shù)：0
高壓電機(jī)的線圈絕緣對電機(jī)的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效果有很大的影響，這是每個(gè)設(shè)計(jì)人員和技術(shù)人員都必須認(rèn)真考慮的問題。在某種程度上，高壓線圈可以稱為電機(jī)的心臟，直接決定了電機(jī)的使用壽命。作為線圈的重要組成部分，——絕緣材料的性能至關(guān)重要。今天，女士將和大家一起簡單討論一下高壓電機(jī)的絕緣問題。
高壓電機(jī)絕緣發(fā)展綜述
高壓電機(jī)的發(fā)展與絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣工藝的發(fā)展密切相關(guān)。早在1910年，紫膠云母箔就被首次用于軋制和烘烤成套管狀絕緣材料。1919年，研制出瀝青云母帶連續(xù)絕緣，并對其進(jìn)行真空浸漬處理。這種絕緣方法優(yōu)于套管式，具有更高的電氣和機(jī)械性能。然而，由于瀝青熱塑性的固有缺點(diǎn)，無法滿足日益增長的電機(jī)容量和電壓需求。20世紀(jì)40年代開始研究浸漬不飽和聚酯膠云母帶的連續(xù)絕緣，1949年成功應(yīng)用于大型汽輪發(fā)電機(jī)。
與瀝青相比，熱固性樹脂絕緣的電氣、機(jī)械和耐熱性能顯著提高，相應(yīng)的云母帶增強(qiáng)材料也由天然纖維改為有機(jī)合成纖維或玻璃纖維織物。至此，高壓電機(jī)的絕緣和耐熱等級已從A級跨越到b級，隨著云母粉的制造和應(yīng)用，推動(dòng)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，云母粉膠帶用改性環(huán)氧樹脂膠合。其熱物理性能、電性能和機(jī)械性能表明，環(huán)氧樹脂優(yōu)于聚酯樹脂。目前傾向于用耐熱環(huán)氧代替普通環(huán)氧。國外一些改性環(huán)氧樹脂已經(jīng)達(dá)到F級，但在大型電機(jī)中仍普遍作為B級使用。
各國高壓電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)和加工工藝大致可歸納如下：
(1)多膠云母帶連續(xù)包裹，真空干燥，然后熱壓(模壓或液壓)。
(2)多膠云母帶連續(xù)包裹，直接熱壓成型，無需真空干燥。
(3)連續(xù)包裹少膠云母帶，用無溶劑樹脂真空浸漬，然后熱壓。
(4)膠少的云母帶(或白胚帶)連續(xù)包裹，即線散開，再整體浸漬無溶劑樹脂。
此外，還有硅橡膠絕緣和硅橡膠與云母帶的混合絕緣。硅橡膠具有優(yōu)異的耐熱性、耐寒性、耐濕性和耐腐蝕性，但其電氣性能和撕裂強(qiáng)度較差，因此只能用于6 kV以下特殊環(huán)境下運(yùn)行的高壓電機(jī)。
高壓線圈絕緣的基本要求
具有足夠的電氣強(qiáng)度
對于電機(jī)的絕緣，一方面厚度越薄越好;另一方面，電氣強(qiáng)度有一定的余量。由于電機(jī)在運(yùn)行中，會(huì)受到大氣過電壓和運(yùn)行過電壓的影響：突然短路，溫度和電壓的長期作用，絕緣會(huì)逐漸老化，振動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力也會(huì)損壞絕緣。另外，在制造過程中，會(huì)進(jìn)行幾次耐壓試驗(yàn)，每次都會(huì)在絕緣結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生一定的輕微劣化痕跡，也就是所謂的累積效應(yīng)。所有這些都會(huì)降低絕緣的電氣強(qiáng)度。因此，在設(shè)計(jì)線圈結(jié)構(gòu)時(shí)，必須有一定的安全系數(shù)(用k表示)，如公式(1)所示。
k=Ub/聯(lián)合國…………(1)
在公式(1)中：
Ub——初始擊穿電壓;
電動(dòng)機(jī)的額定電壓。
安全系數(shù)的選擇是一個(gè)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(diǎn)進(jìn)行全面仔細(xì)的分析?，F(xiàn)在一般值為7~9倍。對于大型電機(jī)，運(yùn)行可靠性要求高，而線圈較長，在制造和運(yùn)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(jì)算。
式(2)中：
U——外施交流電壓(kV);
δι——各層絕緣厚度(mm);
ει—一各層絕緣的介電系數(shù);
εp—一p層絕緣的介電系數(shù);
Ep—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)Ep與該層絕緣材料的介電系數(shù)εp成反比。因此，各種絕緣的δι、ει不同，則其擊穿強(qiáng)度Ep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(shí)，應(yīng)選Ep與ει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(gè)別弱點(diǎn)上熱量特別集中，如果弱點(diǎn)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(huì)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(huì)急劇下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部弱點(diǎn)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(yùn)行時(shí)，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(dòng)機(jī)，其線圈都要采取防電暈措施。對6千伏電動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(gè)耐熱等級。運(yùn)行時(shí)，電機(jī)繞組絕緣中的最熱點(diǎn)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(yàn)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(yùn)行中由于導(dǎo)線和絕緣的膨脹系數(shù)不一樣，溫度變化時(shí)，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(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，特別是當(dāng)電機(jī)受到短路、起動(dòng)和制動(dòng)電流沖擊時(shí)，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。
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