變壓器常用的絕緣材料及特點(diǎn)范文

變壓器常用的絕緣材料及特點(diǎn)絕緣材料是變壓器中最重要的材料之一，其性能及質(zhì)量直接影響變壓器運(yùn)行的可靠性和變壓器使用壽命。近年來，變壓器產(chǎn)品所采用的新絕緣材料層出不窮。1、變壓器絕緣材料概述。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛。而變壓器運(yùn)行的可靠性和使用壽命卻在很大程度上取決于其所使用的絕緣材料。絕緣材料越來越為從事變壓器設(shè)計(jì)和制造人員所重視。近二十年來，變壓器絕緣材料方面的新產(chǎn)品、新技術(shù)、新理論不斷地涌現(xiàn)和發(fā)展，從而使變壓器絕緣材料及其應(yīng)用形成了一門很重要的學(xué)科。11 絕緣材料概論絕緣材料又稱電介質(zhì)，是電阻率高、導(dǎo)電能力低的物資。絕緣材料可用于隔離帶電或不同電位的導(dǎo)體，使電流按一定方向流通。在變壓器產(chǎn)品中，絕緣材料還起著散熱、冷卻、支撐、固定、滅弧、改善電位梯度、防潮、防霉和保護(hù)導(dǎo)體等作用。絕緣材料按電壓等級分類：一般分為：Y、A、E、B、F、H、C。變壓器絕緣材料的耐熱等級是指絕緣材料在變壓器所允許承受的最高溫度。如果正確地使用絕緣材料，就能保證材料20年的使用壽命。否則就會(huì)依據(jù)8定律降低使用壽命。由高聚物組成的絕緣材料的耐熱性一半比無機(jī)電介質(zhì)低。絕緣材料性能與其分子組成和分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。變壓器絕緣材料品種很多，按其形態(tài)一般可分氣體絕緣材料、液體絕緣材料和固體絕緣材料。2、變壓器絕緣材料電器性能的四個(gè)基本參數(shù)。變壓器絕緣材料電氣性能的四個(gè)基本參數(shù)包括絕緣電阻、介電系數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和絕緣強(qiáng)度。絕緣電阻絕緣電阻的概念 絕緣材料的電阻是指絕緣材料在直流電壓的作用下，加壓時(shí)間較長，且使線路上的充電電流和吸收電流消失，只有漏電電流通過時(shí)的電阻值/一般規(guī)定為電壓加上一分鐘后，所測得的電阻值即絕緣電阻值。對于高電壓大容量的變壓器，測量絕緣電阻時(shí)規(guī)定為加壓10分鐘。影響絕緣電阻的因素溫度與絕緣電阻的關(guān)系隨著溫度的升高，電阻率呈指數(shù)下降，這是因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子得平均動(dòng)能增大，使分子動(dòng)能達(dá)到活化能得幾率增加，離子容易轉(zhuǎn)移。濕度與絕緣電阻得關(guān)系水分浸入電介質(zhì)中，增加了導(dǎo)電離子，又能促進(jìn)雜質(zhì)及極性分子離解。因此絕緣材料隨著濕度增大而下降，尤其是絕緣紙或絕緣紙板得絕緣電阻下降的幅度更大。電介質(zhì)表面水分對其表面電阻影響很靈敏，離子晶體極性材料等親水物資對水的吸引力大于水分子間的內(nèi)聚力，表面連續(xù)的水層降低表面電阻。因此電器設(shè)備由于受潮引起絕緣電阻降低，造成漏電電流過大而損壞設(shè)備。雜質(zhì)與絕緣電阻的關(guān)系電介質(zhì)的雜質(zhì)直接增加了導(dǎo)電離子，使電阻下降，雜質(zhì)又容易混入極性材料中，促進(jìn)極性分子離解使導(dǎo)電離子更多。電介質(zhì)表面受雜質(zhì)污染，并吸附水分會(huì)使表面電阻率迅速下降、絕緣材料的絕緣電阻是反映材料中雜質(zhì)多少的最靈敏的參數(shù)之一。在絕緣材料的標(biāo)準(zhǔn)中常常用測量體積電阻率的方法來衡量絕緣材料的雜質(zhì)含量，為了保證絕緣材料的絕緣水平，絕緣材料廠必須嚴(yán)格地控制生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度。電場強(qiáng)度與絕緣電阻的關(guān)系在電場強(qiáng)度不太高的情況下，電場強(qiáng)度對離子的轉(zhuǎn)移能力和對電阻率的影響都很小。當(dāng)電場強(qiáng)度增高時(shí)，離子的遷移能力隨電場強(qiáng)度升高而增加，使電阻率下降，當(dāng)電場強(qiáng)度升高到使電介質(zhì)臨近擊穿時(shí)，由于出現(xiàn)大量電子遷移，使電阻率呈指數(shù)下降。介質(zhì)損耗電介質(zhì)損耗在交流電壓作用下，電介質(zhì)中部分電能將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，這部分能量叫做介質(zhì)損耗，它主要是由導(dǎo)電和緩慢松弛極化引起的，它又是導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生電擊穿的根源。通常把單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量叫做介質(zhì)損耗功率電介質(zhì)損耗的形式分為：游離損耗、偶極損耗、電導(dǎo)損耗、不均勻介質(zhì)損耗絕緣老化絕緣老化的概念在電氣設(shè)備運(yùn)行過程中由于長期受各種因素作用，絕緣材料發(fā)生一系列不可逆的化學(xué)、物理變化，從而導(dǎo)致了電氣性能和機(jī)械性能的劣化，這種不可逆的變化通常稱為老化。 絕緣老化分為熱老化、環(huán)境老化和電老化。造成老化的因素有熱、電、光、氧、輻射線及微生物等。熱老化由于熱的原因，使得絕緣材料的老化稱為熱老化。在熱老化過程中，高分子絕緣材料往往發(fā)生熱降解、低分子物產(chǎn)生或逸出。使絕緣材料的絕緣性能和機(jī)械性能下降。電老化在電氣設(shè)備中，絕緣材料在電場的作用下，性能發(fā)生不可逆的變化直至失效，這個(gè)過程稱為電老化。促使絕緣材料電老化的主要原因是局部放電。由于局部放電產(chǎn)生臭氧，臭氧是強(qiáng)氧化劑，使含雙鍵的大分子起加成反應(yīng)，材料發(fā)生臭氧裂解。環(huán)境老化環(huán)境老化是指絕緣材料在光、氧、輻射和酸堿等因素的作用下而引起的污染性化學(xué)反應(yīng)，其中陽光中的紫外線是主要因素。3 固體絕緣材料變壓器所用的固體絕緣材料是指材料本身形態(tài)為固體的或經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)、物理變化為固體的絕緣材料。變壓器固體絕緣材料種類繁多，如絕緣紙、絕緣紙板、Nomex姿、上膠紙、電工層壓木、環(huán)氧玻璃布板、低介損層壓板、絕緣漆、絕緣膠、棉布帶、緊縮帶、網(wǎng)狀無緯聚脂帶等等。本此培訓(xùn)將把變壓器所用的主要固體絕緣材料介紹給大家。絕緣紙這里所述的絕緣紙是指純硫酸鹽木漿紙，其他絕緣紙包括合成纖維紙、加腈絕緣紙等等。絕緣紙分為植物纖維紙和合成纖維紙兩類。纖維素分子結(jié)構(gòu)與絕緣紙?zhí)匦缘年P(guān)系浸漬性由于纖維素分子結(jié)構(gòu)中由羥基和伯醇，因此纖維素有良好的吸濕性。若纖維素置于潮濕的空氣中，水分子便會(huì)滲透到纖維素的大分子之間，使纖維素結(jié)構(gòu)中毛細(xì)管潤漲。因此絕緣紙具有一定的浸漬性。絕緣紙的浸漬性與制漿、打漿和抄紙的工藝密切相觀。從制漿來說，紙漿制造得越純潔，質(zhì)量越好，浸漬性越大。機(jī)械性能紙的機(jī)械請度首先取決于纖維素分子量得大小。分子量越大，強(qiáng)度越大。從這個(gè)基本概念出發(fā)，如果要求強(qiáng)度更高的絕緣紙，可以不用木材作為原材料而改用麻纖維或棉纖維，因?yàn)槊?、麻纖維的分子量比木纖維的分子量大得多。 電氣性能油浸變壓器用的主要絕緣紙?jiān)谟徒儔浩髦校?jīng)常使用的絕緣紙有電力電纜紙，高壓電纜紙和變壓器匝間絕緣紙等，下面分別對它們的性能指標(biāo)加以介紹。電力電纜紙電力電纜紙用于35KV及以下的電力電纜和變壓器或其他電器產(chǎn)品的絕緣。產(chǎn)品分DLZ-V、DLZ-A和DLZ-B三級，厚度分80m、130m和170m三種。此電纜紙為卷筒紙。高壓電纜紙高壓電纜紙適用于110330KV變壓器，其為卷筒紙變壓器匝絕緣紙變壓器匝絕緣紙也是高壓電纜紙的一種，紙不過性能更好一些，可用于550KV變壓器、互感器和電抗器絕緣紙和絕緣紙板所含水分有三種形式；1、化學(xué)結(jié)合水。2、物理化學(xué)結(jié)合水。3、物理機(jī)械結(jié)合水。其中化學(xué)結(jié)合水的結(jié)合力最強(qiáng)，一般含量在%以下，如果在變壓器干燥時(shí)，如果將此結(jié)合水處理掉，絕緣紙板的聚合度就會(huì)下降，材料就會(huì)老化。對于超高壓變壓器來說，干燥處理后的材料含水量在%之間。物理化學(xué)結(jié)合水指物理吸附結(jié)合水，是以材料與水的分子間的作用為基礎(chǔ)。由于纖維素纖維的內(nèi)外活性，而以物理化學(xué)引力吸附液體。物理化學(xué)形式吸收水分含量約在8%9%之間。 物理機(jī)械結(jié)合水是指自由水分，借液體在材料毛細(xì)管里的表面張力，存在于大毛細(xì)管系統(tǒng)中，即存在于細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中，于材料呈物理機(jī)械結(jié)合，在絕緣紙和紙板制造中，在紙和紙板干燥過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。電話紙電話紙是用未漂硫酸鹽木漿制造的，主要用于生產(chǎn)電話電纜，也有變壓器廠把它用在變壓器的生產(chǎn)上，電話紙還用做絕緣皺紋紙的原紙。電話紙按質(zhì)量分為A、B、C三等，其中A、B用于制造通訊電纜。電話紙分為DH-50、DH-75兩個(gè)規(guī)格，電話紙為卷筒紙。電容器紙電容器紙分為A類和B類，A類用于電子工業(yè)金屬化紙介電電容器上，B類用于電力電容器的標(biāo)準(zhǔn)電容器紙，特點(diǎn)是緊度大、厚度薄。卷纏絕緣紙卷纏絕緣紙用作上膠紙的底板或膠紙管或膠紙管。雙面上膠紙雙面上膠紙是以卷繞紙或電纜紙涂以酚醛樹脂后，經(jīng)烘焙干燥收卷而制得的。該材料代替酚醛樹脂膠，主要用于壓制絕緣層壓板菱格上膠紙菱格上膠紙又稱網(wǎng)格上膠紙或點(diǎn)膠紙，是在的電纜紙上單面或雙面涂環(huán)氧樹脂，膠層厚度為。環(huán)氧樹脂的固化劑采用潛伏固化劑，因此上膠紙的貯存期為6個(gè)月。菱格上膠紙可作匝絕緣，以提高繞組的抗短路能力，用作箔式繞組的層絕緣，即一層鋁箔一層網(wǎng)格上膠紙。也可以用作圓筒式繞組的層絕緣。半導(dǎo)電電纜紙半導(dǎo)電電纜紙是用100%的本色硫酸鹽木漿制造而成的。在其中加入碳纖維等使表面電阻率控制在104106之間。半導(dǎo)體電纜紙又稱半導(dǎo)體紙。分單色和雙色兩種。半導(dǎo)體電纜紙主要用于高壓引線和高壓電器的屏蔽。它可使電場均勻。金屬化皺紋紙用于包扎靜電板、靜電屏、端環(huán)及引線和出頭的屏蔽。金屬化皺紋紙的底紙為帶色的電纜紙，單面有鋁箔。電纜紙和鋁箔用黏合劑粘和后起皺制成。金屬化紙金屬化紙用于地屏及靜電屏。其底紙為厚的絕緣紙，鋁箔厚度為絕緣紙板由硫酸鹽木漿抄紙制成。其用于餅式繞組的油隙墊塊、隔板、紙板筒、瓦楞紙、鐵軛絕緣、夾件絕緣和端絕緣繞組壓板等。按密度分為低密度紙板、中密度紙板、高密度紙板；按紙板成型工藝分為熱壓型紙板和壓光型紙板。絕緣筒變壓器中使用的絕緣筒有酚醛膠紙筒、環(huán)氧玻璃布筒、玻璃鋼筒和紙板筒等。酚醛膠紙筒E級絕緣，由單面上膠紙用卷管機(jī)卷制而成的。卷制過程為：漿上膠紙卷到管芯子上，經(jīng)加溫加壓使膠紙上的膠熔合，并初步固化。卷到規(guī)定厚度后，連同管芯一起烘焙，使之完全固化/脫管后的膠紙筒，按圖紙的要求尺寸進(jìn)行加工。為了防潮可以浸兩遍酚醛樹脂漆或1032漆環(huán)氧玻璃布筒為B-F級絕緣，用作B-F級干式變壓器繞組支承筒或開關(guān)的護(hù)筒。環(huán)氧玻璃布筒是用環(huán)氧玻璃布卷制而成的。其工藝方法基本上與卷制酚醛膠紙筒相同。環(huán)氧玻璃布所用的玻璃布應(yīng)為無堿玻璃布，即堿含量小于%，否則會(huì)影響其電氣性能。玻璃鋼筒玻璃鋼筒是以集束玻璃粗紗浸漬樹脂后，與軸心形成一定角度進(jìn)行纏繞。在纏繞機(jī)中帶有加熱裝置，并達(dá)到初步固化，達(dá)到要求厚度后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)固化，以防止膠的流失。玻璃鋼筒耐熱等級有B級、F級和H級。其耐溫等級主要由所用的樹脂的耐溫等級決定。圍制的紙板筒酚醛膠紙筒優(yōu)點(diǎn)：尺寸精確、機(jī)械強(qiáng)度好和不易受潮等，但在油變中，其吸油率差，而且難以保證內(nèi)部沒有殘存的氣泡。所謂的圍制的紙板筒是以多層紙板卷制而成的紙板筒。硬紙板筒硬紙板筒又稱為厚紙板筒。其主要用作大型變壓器繞組骨架筒。其電氣性能和吸油率比酚醛紙筒好得多。所用的紙板厚度一般為4、5、6mm，使用T4紙板。在搭接處用銑邊機(jī)銑成斜坡，坡口去毛刺后熱粘合。瓦楞紙板在高壓變壓器多層紙筒組成的油板間隙結(jié)構(gòu)中，可用瓦楞紙板代替撐條形成油隙。這種菱格上膠紙菱格上膠紙又稱網(wǎng)格上膠紙或點(diǎn)膠紙，是在的電纜紙上單面或雙面涂環(huán)氧樹脂，膠層厚度為。環(huán)氧樹脂的固化劑采用潛伏固化劑，因此上膠紙的貯存期為6個(gè)月。菱格上膠紙可作匝絕緣，以提高繞組的抗短路能力，用作箔式繞組的層絕緣，即一層鋁箔一層網(wǎng)格上膠紙。也可以用作圓筒式繞組的層絕緣。半導(dǎo)電電纜紙半導(dǎo)電電纜紙是用100%的本色硫酸鹽木漿制造而成的。在其中加入碳纖維等使表面電阻率控制在104106之間。半導(dǎo)體電纜紙又稱半導(dǎo)體紙。分單色和雙色兩種。半導(dǎo)體電纜紙主要用于高壓引線和高壓電器的屏蔽。它可使電場均勻。金屬化皺紋紙用于包扎靜電板、靜電屏、端環(huán)及引線和出頭的屏蔽。金屬化皺紋紙的底紙為帶色的電纜紙，單面有鋁箔。電纜紙和鋁箔用黏合劑粘和后起皺制成。金屬化紙金屬化紙用于地屏及靜電屏。其底紙為厚的絕緣紙，鋁箔厚度為絕緣紙板由硫酸鹽木漿抄紙制成。其用于餅式繞組的油隙墊塊、隔板、紙板筒、瓦楞紙、鐵軛絕緣、夾件絕緣和端絕緣繞組壓板等。按密度分為低密度紙板、中密度紙板、高密度紙板；按紙板成型工藝分為熱壓型紙板和壓光型紙板。絕緣筒變壓器中使用的絕緣筒有酚醛膠紙筒、環(huán)氧玻璃布筒、玻璃鋼筒和紙板筒等。酚醛膠紙筒E級絕緣，由單面上膠紙用卷管機(jī)卷制而成的。卷制過程為：漿上膠紙卷到管芯子上，經(jīng)加溫加壓使膠紙上的膠熔合，并初步固化。卷到規(guī)定厚度后，連同管芯一起烘焙，使之完全固化/脫管后的膠紙筒，按圖紙的要求尺寸進(jìn)行加工。為了防潮可以浸兩遍酚醛樹脂漆或1032漆環(huán)氧玻璃布筒為B-F級絕緣，用作B-F級干式變壓器繞組支承筒或開關(guān)的護(hù)筒。環(huán)氧玻璃布筒是用環(huán)氧玻璃布卷制而成的。其工藝方法基本上與卷制酚醛膠紙筒相同。環(huán)氧玻璃布所用的玻璃布應(yīng)為無堿玻璃布，即堿含量小于%，否則會(huì)影響其電氣性能。玻璃鋼筒玻璃鋼筒是以集束玻璃粗紗浸漬樹脂后，與軸心形成一定角度進(jìn)行纏繞。在纏繞機(jī)中帶有加熱裝置，并達(dá)到初步固化，達(dá)到要求厚度后，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)固化，以防止膠的流失。玻璃鋼筒耐熱等級有B級、F級和H級。其耐溫等級主要由所用的樹脂的耐溫等級決定。圍制的紙板筒酚醛膠紙筒優(yōu)點(diǎn)：尺寸精確、機(jī)械強(qiáng)度好和不易受潮等，但在油變中，其吸油率差，而且難以保證內(nèi)部沒有殘存的氣泡。所謂的圍制的紙板筒是以多層紙板卷制而成的紙板筒。硬紙板筒硬紙板筒又稱為厚紙板筒。其主要用作大型變壓器繞組骨架筒。其電氣性能和吸油率比酚醛紙筒好得多。所用的紙板厚度一般為4、5、6mm，使用T4紙板。在搭接處用銑邊機(jī)銑成斜坡，坡口去毛刺后熱粘合。瓦楞紙板在高壓變壓器多層紙筒組成的油板間隙結(jié)構(gòu)中，可用瓦楞紙板代替撐條形成油隙。這種絕緣結(jié)構(gòu)可在保證絕緣性能的基礎(chǔ)上節(jié)省絕緣材料。有間斷大瓦楞和連續(xù)小瓦楞紙板兩種。電工層壓制品電工層壓制品是由紙、布及木質(zhì)單板做底材，浸涂不同的膠粘劑，經(jīng)熱壓或卷制而制成的層狀結(jié)構(gòu)的絕緣材料。層壓制品主要包括層壓板、層壓木、層壓管、棒、電容陶管芯和其他特種型材等。層壓制品的性能取決于底材和膠粘劑的性質(zhì)及其成型工藝。 層壓玻璃布板是以硅烷處理的無堿玻璃布為底材，經(jīng)浸膠、烘焙、熱壓而制成的。根據(jù)所浸樹脂的不同，可分為不同耐熱等級的玻璃布板。在變壓器產(chǎn)品中常使用的有：環(huán)氧玻璃布板、有機(jī)硅玻璃布板、雙馬玻璃布板和改性二苯醚玻璃布板等。環(huán)氧玻璃布板所用黏合劑樹脂是環(huán)氧酚醛樹脂。它具有很高的機(jī)械強(qiáng)度、電氣性能、較好的耐熱和耐潮性，并有良好的機(jī)械加工性，耐熱等級屬于B、F級。主要用于B、F級干式變壓器的氣隙撐條、氣隙墊塊、鐵軛墊塊和隔板等有機(jī)硅玻璃布板3250有機(jī)硅環(huán)氧層壓玻璃布板是用硅烷處理的無堿玻璃布浸以有機(jī)硅環(huán)氧樹脂，經(jīng)烘焙、干燥、熱壓處理及加工而成的耐熱等級為H級的布板9331改性二苯醚玻璃布板是用電工專用無堿玻璃布浸以改性二苯醚樹脂，經(jīng)烘焙、熱壓而成。該板具有較好的機(jī)械性能和浸水后的電器性能，耐熱等級為H級，目前H級干式變壓器普遍使用9331改性二苯醚玻璃布板做氣隙撐條、氣隙墊塊、鐵塊和相間隔板等。9334雙馬來酰亞胺層壓玻璃布板是用玻璃布浸以雙馬來酰亞胺樹脂，經(jīng)烘焙、熱壓而成。其具有較高的機(jī)械性能和介電性能，良好的耐潮性和可加工性，耐熱等級為H級Nomex紙板Nomex紙板是一種以芳香酰胺纖維為基礎(chǔ)的合成材料抄成的紙板。引拔棒干式變壓器鐵心柱的級間棒、氣隙撐條、螺桿和螺釘?shù)韧捎貌ＡЫz引拔棒。引拔棒是用硅烷處理的無堿集束玻璃經(jīng)過樹脂浸漬后，經(jīng)導(dǎo)向輥，進(jìn)入外模預(yù)熱器，再進(jìn)入固化爐熱固成型，再由引拔裝置連續(xù)拉出。引拔棒的耐熱等級是由所用樹脂的耐熱等級而決定的?？梢陨a(chǎn)出B、F、H級各種不同的耐熱等級產(chǎn)品。如果在樹脂中加入磁性材料可以生產(chǎn)出磁性引拔件，如果加入碳纖維等材料可以生產(chǎn)出半導(dǎo)體引拔件。電工薄模及電工復(fù)合材料具有優(yōu)良的介電性能，都屬于薄片絕緣材料。電工薄膜有聚丙烯薄膜、聚脂薄膜和聚酰亞胺薄膜。復(fù)合材料是由薄膜的一面或兩面粘和纖維材料而制成的復(fù)合制品。6020聚脂薄膜6050聚酰亞胺薄膜聚脂薄聚脂纖維非織布柔軟復(fù)合材料它是在一層聚脂薄膜兩側(cè)粘貼聚脂纖維非織布制成的三層柔軟復(fù)合材料。DMD具有優(yōu)異的電絕緣性、耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度以及優(yōu)異的浸漬性。它一般用做B級干式變壓器層絕緣。材料組成為聚脂薄膜兩邊粘貼的聚脂無