宗強 張小祥 陸文娟

摘 要：電氣設(shè)備中絕緣材料關(guān)系著電網(wǎng)運行穩(wěn)定性，在電氣設(shè)備中有十分重要的作用，所以，想要確保電氣設(shè)備穩(wěn)定運行就要做好絕緣材料的選擇與性能分析。文章闡述了絕緣材料及其性能在電氣設(shè)備的重要性，分析了絕緣材料特點要求與使用，對電氣絕緣穩(wěn)定性進行了論述，希望對電氣設(shè)備穩(wěn)定運行起到幫助性作用。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備;絕緣材料;性能分析

中圖分類號：TM21 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）14-0151-02

電氣設(shè)備一旦故障將帶來大范圍停電，給人們生活與社會生產(chǎn)帶來不便?？偨Y(jié)以往電氣設(shè)備故障類型發(fā)現(xiàn)，絕緣故障發(fā)生率最多，所以，加強絕緣材料性能研究具有重要意義，選擇優(yōu)質(zhì)絕緣材料保證電氣設(shè)備順利運行。

1 絕緣材料特性與選擇要求

絕緣材料指的是體積電阻率超過109Ω·cm物質(zhì)組成的材料，其作用是抑制電流通過?，F(xiàn)階段，市面上的絕緣材料類型較多，包括液體、氣體、固體。其中，液體材料有礦物絕緣油、合成絕緣油。氣體材料有空氣、氮氣、六氟化硫等。固體材料氛圍有機固體與無機固體，有機固體有絕緣膠、纖維制品、塑料、漆管、復合制品等。無機固體材料氛圍玻璃、陶瓷、云母等。在選擇絕緣材料過程中，首先以絕緣電阻與耐電壓強度高的為主，防止發(fā)生漏電、擊穿。隨后以導熱性、耐潮防雷、高機械強度的材料為主。

1.1 絕緣材料性能指標

第一，耐電壓強度。在電場強度提高至某個極限后絕緣材料將被擊穿，擊穿材料的電場強度叫做耐電壓強度，以1mm厚的絕緣材料承載的電壓kV參數(shù)代表。外部環(huán)境對電氣設(shè)備無較大影響，不管是固體、液體、氣體，單絕緣材料，但容易受到溫度、加熱、受潮等因素影響，通常絕緣強度無法自主恢復。第二，耐熱等級。電力設(shè)備中由于熱能、機械、化學等因素影響也會造成絕緣層老化，絕緣材料過早擊穿。其中，熱能是重要因素;溫度高絕緣材料絕緣性越低。為此，保證絕緣材料處于適合的溫度下尤為重要，延長使用時間。第三，阻燃等級。阻燃等級指的是絕緣材料與火接觸后能夠抑制燃燒的程度，根據(jù)可燃材料燃燒狀態(tài)建議通過凝聚相阻燃、氣相阻燃等方法。其中，凝聚相阻燃指的是抑制有機聚合物的熱分解速度，減少可燃氣體釋放。氣相阻燃指的是抑制可燃性氣體燃燒。絕緣材料阻燃性越高穩(wěn)定性越高，根據(jù)UL94標準判斷，阻燃等級從低至高不斷增加，等級越高阻燃效果越理想。

1.2 絕緣材料要求

第一，特點與用途。掌握各絕緣材料的型號、組成、特點、用途。第二，掌握材料使用范圍與環(huán)境，確定絕緣材料適用性，掌握耐電壓強度等級、耐熱等級、阻燃等級、機械性要求。第三，產(chǎn)品配套性。結(jié)合耐熱等級完善材料配套性，防止導致材料浪費。第四，經(jīng)濟性。盡可能減少特殊材料使用量，結(jié)合材料設(shè)計、加工，將成本支出降低到最少。

2 電機設(shè)備絕緣材料性能

2.1 絕緣材料

電力運行時，電機應用到的絕緣材料有電磁線、槽絕緣、浸漬漆等，對絕緣結(jié)構(gòu)與使用效果影響較大。其中，電磁線產(chǎn)生僅需3C認證，但傳統(tǒng)電機則需要進行溫度檢測，對絕緣材料性能進一步檢驗。槽絕緣是不同種混合材料組成，電機必須要通過性能與放電檢測。浸漬漆分為溶劑與非溶劑，包括B、F、H不同級別，因為電機功率較大，所以B級不能應用。絕緣材料的定義是：用來使器件在電氣上絕緣的材料。用來使器件在電氣上絕緣的材料也就是能夠阻止電流通過的材料，它的電阻率很高。電介質(zhì)電絕緣性能的基本概念相當一部分塑料用作絕緣材料，又稱電介質(zhì)。電介質(zhì)在外電場作用下會發(fā)生電導、極化，損耗、擊穿等，這是電介質(zhì)的基本特性。在長期使用后，電介質(zhì)還會老化。電介質(zhì)的電導有不導電的作用，但實際上絕緣材料在電場作用下都會有很小的電流通過，這一電流稱為漏泄電流。電工常用體積電阻率和表面電阻率來表征材料內(nèi)部和表面的絕緣特性。它們的數(shù)值越大，材料的絕緣性能愈好。相對介電常數(shù)（簡稱介電常數(shù)）當在一個電容器兩極之間的周圍全部只由所指明的電介質(zhì)充滿時的電容值與同樣電極形式的真空電容值的比。

2.2 性能分析

電機設(shè)備絕緣材料性能分析主要研究是否由于絕緣機構(gòu)老化造成，需要預防絕緣材料的電氣老化、機械老化等問題。加之，電機設(shè)備持續(xù)運行溫度不斷升高，容易出現(xiàn)絕緣材料外漏現(xiàn)象。當電機設(shè)備溫度超過絕緣材料限定參數(shù)就會產(chǎn)生退化。此外，電機設(shè)備縫隙與表面放電，長期下去造成材料侵蝕降低絕緣效果，影響電機設(shè)備穩(wěn)定運行。

3 電力電子設(shè)備性能分析

3.1 電力電子設(shè)備中的絕緣材料

目前，電力電子設(shè)備應用的廣泛，設(shè)備選擇對電力運行穩(wěn)定性也有較大影響。電力電子設(shè)備常見絕緣材料有：第一，絕緣子。他是一種特殊的絕緣組件，主要應用在支撐、固定、電流控制中，常見絕緣子材料包含PF、BMC、玻璃、陶瓷、硅橡膠等，能夠抑制懸浮物依附與絕緣子表層，增加絕緣子表面距離，懸浮物嚴重的范圍控制在32mm/kV。第二，環(huán)氧樹脂板。該材料是將玻璃浸在含有環(huán)氧樹脂的液體內(nèi)，隨后烘干熱壓。環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)具有較強的環(huán)氧基團，遍布分子結(jié)構(gòu)首端、中心、末尾。此外，經(jīng)過固化的環(huán)氧樹脂可以避免表面漏電，通常厚度約1-40mm，也可根據(jù)使用要求厚度控制在50-100mm。第三，熱縮套管。它是由一種特殊的聚烯烴材料形成的，具有很強的彈性、受熱收縮、耐高溫強，在電氣設(shè)備絕緣材料中也有著廣泛應用。根據(jù)溫度劃分，熱縮套管等級包括135、150、175、200。

3.2 常見絕緣材料指標

第一，耐電壓強度。通常電壓強度達到限定的條件將擊穿絕緣材料。外部環(huán)境對電氣設(shè)備無直接影響，但絕緣材料的高溫、加熱的將對絕緣強度產(chǎn)生影響。第二，抗熱等級。通常電氣設(shè)備的絕緣層不僅受電壓影響還會受到機械影響，導致材料被穿透。

4 電線電纜絕緣材料性能

4.1 絕緣材料應用

常見電線電纜分為聚氯乙烯、氟塑料、交聯(lián)聚乙烯。其中，聚氯乙烯具有較強的物力性能與抗腐蝕性，成本支出較少，但是絕緣性能一般，適用于低壓電線電纜，在高溫條件下加速老化。此外，交聯(lián)聚乙烯耐熱性、絕緣性較強，現(xiàn)已得到了廣泛應用，且燃燒時不會釋放有毒氣體，但對紫外線照射容易產(chǎn)生過敏，需借助聚氯乙烯作為保護。

4.2 絕緣材料性能

電線電纜絕緣材料性能主要集中于耐火性研究。目前，電線電纜絕緣材料包含鹵型與非鹵型，鹵型是由含鹵素的碳氫化合物形成，在制作時添加氯化石蠟有助于提升絕緣材料阻燃性。非鹵型是由不含鹵素的碳氫化合物組成，制作時添加阻燃劑，但機械性與耐水性容易受到影響。

5 絕緣系統(tǒng)穩(wěn)定性與性能檢測

5.1 絕緣系統(tǒng)穩(wěn)定性

電氣設(shè)備故障原因是由不同方面引起的，由于絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計問題使設(shè)備無法正常運行成為主要因素。中低壓開關(guān)柜等電氣設(shè)備得絕緣材料在潮濕、高溫條件下運行對絕緣材料性能要求嚴格。任何絕緣位置失效都會引起系統(tǒng)故障。中低壓電氣設(shè)備絕緣故障原因和控制方法，詳見表1。

5.2 絕緣性能檢驗

絕緣性能需要從多環(huán)節(jié)判斷絕緣特點，檢驗分為直流檢驗、絕緣電阻檢測、介質(zhì)損耗角正切測量、交流電流、局部放電。中低壓電氣設(shè)備絕緣材料中，交流電流檢驗使用較多，施加交流電流，按照電流--電壓特性、電流波形--電壓特點判斷絕緣效果。施加交流電流過程中根據(jù)施加電流的大小、頻率、式樣電容量、介質(zhì)消耗角正切確定。如果材料長期在潮濕環(huán)境下出現(xiàn)老化，電流和電壓呈非線性關(guān)系，電流增加使得電壓參數(shù)過大，這與局部放電電壓和擊穿電壓有直接關(guān)系。

6 電氣設(shè)備絕緣材料

6.1 絕緣子

絕緣子主要用于固定與支撐銅排、母線等帶電導體，避免電流回地，常見絕緣材料包括PF、BMC、玻璃、陶瓷、硅橡膠等。為避免雜物依附于絕緣子表層生成通路被絕緣子兩側(cè)電壓擊穿，需增加絕緣子表面距離。交流電力設(shè)備外絕緣最小爬電比距為：0級線路13.9、電站設(shè)備14.8;I級線路16、電站設(shè)備16;II級線路20、電站設(shè)備20;III級線路25、電站設(shè)備25;IV級線路31、電站設(shè)備31。

6.2 環(huán)氧玻璃纖維板

改材料以分資鏈中含有活潑的環(huán)氧基團為特征，處于分子鏈尾端、中心。固化后改材料體系具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料，通常厚度0.5-50mm，或者根據(jù)生產(chǎn)要求到50-150mm厚度。改材料具有電絕緣穩(wěn)定、平整性好、表面光滑的優(yōu)勢，國際牌號為3240，應用在IEC893-3-2中的EPGC201型。3240環(huán)氧樹脂板表層光滑、沒有氣泡、皺紋，耐熱等級為B級，分為黃色、紅色、綠色等，固化后的環(huán)氧樹脂力學性良好，中溫下機械強度高，高濕度條件下也能夠保證良好的穩(wěn)定性。

7 結(jié)語

伴隨著工業(yè)產(chǎn)品的進步發(fā)展，對電氣產(chǎn)品安全絕緣性有了新的要求，因為材料的選擇關(guān)系著產(chǎn)品穩(wěn)定性與使用效果。因此，做好絕緣材料特性與性能分析尤為重要。為使電網(wǎng)絕緣穩(wěn)定運行，要求電纜、電機、電子設(shè)備等電氣產(chǎn)品具有較強的絕緣性。因此，選擇絕緣材料過程中注意材料特性與性能分析，這對電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行具有重要作用，保證工作的全面落實。適合的絕緣材料有助于提高系統(tǒng)絕緣性能，提升電氣設(shè)備運行安全性，降低故障發(fā)生率。

參考文獻

[1] 馬杰華.電氣設(shè)備實施狀態(tài)維修決策方法的探討[J/OL].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2019（04）.

[2] 李瑩，王眾.人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應用研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（15）：132.

[3] 劉偉，孫萍.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電氣設(shè)備狀態(tài)檢修中的實踐[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（15）：151-152.

[4] 蔣申晨，厲優(yōu)棟，陸茂鑫，曹勇，查文俊，張海峰.絕緣材料自動涂覆機器人的研究應用方案[J].科技風，2019（14）：124-125.