绝缘材料专题讲座

无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料变压器用绝缘材料专题讲座-----2013.03绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。作为一个天天和绝缘件打交道的绝缘组员工，应该了解到更多更全面的绝缘材料知识。在这次培训中将介绍变压器绝缘材料的基础知识、最新进展等。希望通过培训能丰富大家的绝缘知识，并对今后的绝缘件的生产有所帮助。1、变压器绝缘材料概述。随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。1．1绝缘材料概论绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y（90℃）、A（105）、E（120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律（A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。2、变压器绝缘材料电器性能的四个基本参数。变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。2.1绝缘电阻2.1.1绝缘电阻的概念绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压的作用下，加压时间较长，且使线路上的充电电流和吸收电流消失，只有漏电电流通过时的电阻值/一般规定为电压加上一分钟后，所测得的电阻值即绝缘电阻值。对于高电压大容量的变压器，测量绝缘电阻时规定为加压10分钟。2.1.2影响绝缘电阻的因素2.1.2.1温度与绝缘电阻的关系随着温度的升高，电阻率呈指数下降，这是因为当温度升高时，分子热运动加剧，分子得平均动能增大，使分子动能达到活化能得几率增加，离子容易转移。2.1.2.2湿度与绝缘电阻得关系水分浸入电介质中，增加了导电离子，又能促进杂质及极性分子离解。因此绝缘材料随着湿无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料度增大而下降，尤其是绝缘纸或绝缘纸板得绝缘电阻下降的幅度更大。电介质表面水分对其表面电阻影响很灵敏，离子晶体极性材料等亲水物资对水的吸引力大于水分子间的内聚力，表面连续的水层降低表面电阻。因此电器设备由于受潮引起绝缘电阻降低，造成漏电电流过大而损坏设备。2.1.2.3杂质与绝缘电阻的关系电介质的杂质直接增加了导电离子，使电阻下降，杂质又容易混入极性材料中，促进极性分子离解使导电离子更多。电介质表面受杂质污染，并吸附水分会使表面电阻率迅速下降、绝缘材料的绝缘电阻是反映材料中杂质多少的最灵敏的参数之一。在绝缘材料的标准中常常用测量体积电阻率的方法来衡量绝缘材料的杂质含量，为了保证绝缘材料的绝缘水平，绝缘材料厂必须严格地控制生产环境的洁净度。2.1.2.4电场强度与绝缘电阻的关系在电场强度不太高的情况下，电场强度对离子的转移能力和对电阻率的影响都很小。当电场强度增高时，离子的迁移能力随电场强度升高而增加，使电阻率下降，当电场强度升高到使电介质临近击穿时，由于出现大量电子迁移，使电阻率呈指数下降。2.2介质损耗2.2.1电介质损耗在交流电压作用下，电介质中部分电能将转变为热能，这部分能量叫做介质损耗，它主要是由导电和缓慢松弛极化引起的，它又是导致电介质发生电击穿的根源。通常把单位时间内消耗的能量叫做介质损耗功率2.2.2电介质损耗的形式分为：游离损耗、偶极损耗、电导损耗、不均匀介质损耗2.3绝缘老化2.3.1绝缘老化的概念在电气设备运行过程中由于长期受各种因素作用，绝缘材料发生一系列不可逆的化学、物理变化，从而导致了电气性能和机械性能的劣化，这种不可逆的变化通常称为老化。绝缘老化分为热老化、环境老化和电老化。造成老化的因素有热、电、光、氧、辐射线及微生物等。2.3.2热老化由于热的原因，使得绝缘材料的老化称为热老化。在热老化过程中，高分子绝缘材料往往发生热降解、低分子物产生或逸出。使绝缘材料的绝缘性能和机械性能下降。2.3.3电老化在电气设备中，绝缘材料在电场的作用下，性能发生不可逆的变化直至失效，这个过程称为电老化。促使绝缘材料电老化的主要原因是局部放电。由于局部放电产生臭氧，臭氧是强氧化剂，使含双键的大分子起加成反应，材料发生臭氧裂解。2.3.4环境老化无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料环境老化是指绝缘材料在光、氧、辐射和酸碱等因素的作用下而引起的污染性化学反应，其中阳光中的紫外线是主要因素。3固体绝缘材料变压器所用的固体绝缘材料是指材料本身形态为固体的或经过化学反应、物理变化为固体的绝缘材料。变压器固体绝缘材料种类繁多，如绝缘纸、绝缘纸板、Nomex姿、上胶纸、电工层压木、环氧玻璃布板、低介损层压板、绝缘漆、绝缘胶、棉布带、紧缩带、网状无纬聚脂带等等。本此培训将把变压器所用的主要固体绝缘材料介绍给大家。3.1绝缘纸这里所述的绝缘纸是指纯硫酸盐木浆纸，其他绝缘纸包括合成纤维纸（如NOMEX纸）、加腈绝缘纸（如丹尼森纸）等等。3.1.1绝缘纸分为植物纤维纸和合成纤维纸两类。3.1.2纤维素分子结构与绝缘纸特性的关系3.1.2.1浸渍性由于纤维素分子结构中由羟基和伯醇，因此纤维素有良好的吸湿性。若纤维素置于潮湿的空气中，水分子便会渗透到纤维素的大分子之间，使纤维素结构中毛细管润涨。因此绝缘纸具有一定的浸渍性。绝缘纸的浸渍性与制浆、打浆和抄纸的工艺密切相观。从制浆来说，纸浆制造得越纯洁，质量越好，浸渍性越大。3.1.2.2机械性能纸的机械请度首先取决于纤维素分子量得大小。分子量越大，强度越大。从这个基本概念出发，如果要求强度更高的绝缘纸，可以不用木材作为原材料而改用麻纤维或棉纤维，因为棉、麻纤维的分子量比木纤维的分子量大得多。3.1.2.3电气性能3.1.3油浸变压器用的主要绝缘纸在油浸变压器中，经常使用的绝缘纸有电力电缆纸，高压电缆纸和变压器匝间绝缘纸等，下面分别对它们的性能指标加以介绍。3.1.3.1电力电缆纸电力电缆纸用于35KV及以下的电力电缆和变压器或其他电器产品的绝缘。产品分DLZ-V、DLZ-A和DLZ-B三级，厚度分80μm、130μm和170μm三种。此电缆纸为卷筒纸。3.1.3.2高压电缆纸高压电缆纸适用于110~330KV变压器，其为卷筒纸3.1.3.3变压器匝绝缘纸变压器匝绝缘纸也是高压电缆纸的一种，纸不过性能更好一些，可用于550KV变压器、互感器和电抗器无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料绝缘纸和绝缘纸板所含水分有三种形式；1、化学结合水。2、物理化学结合水（吸附水）。3、物理机械结合水。其中化学结合水的结合力最强，一般含量在0.1%以下，如果在变压器干燥时，如果将此结合水处理掉，绝缘纸板的聚合度就会下降，材料就会老化。对于超高压变压器来说，干燥处理后的材料含水量在0.2%~0.3%之间。物理化学结合水指物理吸附结合水，是以材料与水的分子间的作用为基础。由于纤维素纤维的内外活性，而以物理化学引力吸附液体。物理化学形式吸收水分含量约在8%~9%之间。物理机械结合水是指自由水分，借液体在材料毛细管里的表面张力，存在于大毛细管系统中，即存在于细胞腔和细胞间隙中，于材料呈物理机械结合，在绝缘纸和纸板制造中，在纸和纸板干燥过程中首先去掉自由水，而后是部分吸附水，其含水量控制在6%左右。3.1.3.4电话纸电话纸是用未漂硫酸盐木浆制造的，主要用于生产电话电缆，也有变压器厂把它用在变压器的生产上，电话纸还用做绝缘皱纹纸的原纸。电话纸按质量分为A、B、C三等，其中A、B用于制造通讯电缆。电话纸分为DH-50、DH-75两个规格，电话纸为卷筒纸。3.1.3.5电容器纸电容器纸分为A类和B类，A类用于电子工业金属化纸介电电容器上，B类用于电力电容器的标准电容器纸，特点是紧度大、厚度薄。3.1.3.6卷缠绝缘纸卷缠绝缘纸用作上胶纸的底板（上胶纸有单面上胶纸、双面上胶纸和网格上胶纸，上胶纸用来卷缠绝缘管和电容式套管。卷缠绝缘纸的特点是吸水度高于电缆纸，低于浸渍纸。其厚度为0.07mm、0.09mm.3.1.3.7浸渍绝缘纸浸渍绝缘纸是供浸渍树脂后用来压制层压制品的绝缘纸，根据层压制品的用途，浸渍绝缘纸分为：硫酸盐木浆纸、亚硫酸盐木浆纸。浸渍绝缘纸的最大特点是具有良好的浸渍性，其吸水高度是绝缘纸中最高者，浸渍绝缘纸呈中性。3.2绝缘皱纹纸绝缘皱纹纸是由电工用绝缘纸经起皱加工而制成的。沿其横向有皱纹，拉伸时皱纹被拉开。因起皱加工程序不同，可制成伸长率不同的皱纹纸。绝缘纸的厚度一般为0.05mm~0.12mm,伸长率范围为5%~200%。绝缘皱纹纸常用于油浸式变压器的绕包绝缘，如绕组出头，引线及绝缘屏的绝缘包扎。3.3丹尼森纸改绝缘纸被成为腈化纸，其在制造过程中，在纸浆中加入双腈胺、乙烯氰等。由美国丹尼森公司生产，特点是该纸起皱后，经过压光，具有交好的机械氰度和适当的延伸率，是大型变压器绕组匝绝缘的理想材料，用它包扎换位导线可保证包紧而不会出现胀包的现象。3.4Nomex纸无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料3.4.1Nomex纸是由美国杜邦公司生产的耐热合成纤维纸。Nomex是这种纤维纸的商品名称。Nomex的主要成分是芳香聚酰胺，具有良好的热老化性。可在220℃下长期使用，属于C级绝缘材料3.4.2Nomex纸的特性3.4.2.1固有的介电强度致密型Nomex纸有较低的介电常数，较低的介质损耗因数。3.4.2.2机械韧性致密的Nomex纸强度非常高，且弹性好。较薄级别的产品则具有较好的柔韧性、抗撕裂性和耐磨性3.4.2.3热稳定性Nomex纸在温度不高于200℃时，电气性能及机械性能所受其影响极小。即使连续在220℃温度下，也能够长期保持其机械及电气性能至少10年。3.4.2.4低温性能由于Nomex纸具有独特的分子结构，因此可以用于各种低温状况下。3.4.2.5耐潮湿性能Nomex纸在相对湿度为95%的环境中，其介电强度为完全干燥状态下的90%。3.4.2.6耐辐射性能电离辐射强度即使达到很高时，Nomex纸也基本上不受其影响，而且爱受到多次辐射后，仍保持其有效锝机械性能及电器性能。3.4.2.7无度、耐燃性到目前未发现Nomex纸对人会动物有毒性反应，Nomex纸在空气中不熔化、不助燃，不会燃烧。目前，许多变压器厂采用0.05mm厚度的Nomex纸作为H级干式变压器锝匝绝缘纸。由于H级干式变压器采用Nomex纸，再加上真空压力浸漆，浸漆后干燥固化处理，所以其具有很高的机械强度和较好的电气性能。3.5上胶纸上胶纸可分为单面上胶纸、双面上胶纸和菱格上胶纸三种。上胶纸式用0.07mm的卷绕纸涂上酚醛树脂或环氧树脂后烘焙干燥制成锝。3.5.1单面上胶纸单面上胶纸又称为酚醛上胶纸，是由卷绕纸涂以酚醛树脂后，经烘焙干燥收卷而成锝。该产品具有良好的绝缘性和可加工性。其耐热等级为E级，适用于卷制胶纸筒（又称电木筒）或胶纸管（直径小的电木筒又称电木管）或胶纸管（直径小的电木筒，又称电木管）。3.5.2双面上胶纸无锡市立博电力电容器成套有限公司培训资料双面上胶纸是以卷绕纸或电缆纸涂以酚醛树脂后，经烘焙干燥收卷而制得的。该材料代替酚醛树脂胶，主要用于压制绝缘层压板3.5.3菱格上胶纸菱格上胶纸又称网格上胶纸或点胶纸，是在0.075mm~0.