电气绝缘材料

电气绝缘材料的研究进展

李翠红

无机非金属材料工程材料与工程学院河北理工大学

唐山市河北省

摘要：

关键词：

前言：

电气绝缘材料是制造电气(电子)设备的关键基础材料，对电气(电子)设备的使用寿命和运行可靠性具有决定性的作用。随着我国电力工业向高电压大容量及远距离输送等方面的发展, 对电气绝缘材料的质量及可靠性提出了越来越高的要求, 研究和发展各种性能优良的绝缘材料是目前电气绝缘材料发展的普遍趋势。

电气绝缘材料标准作为重要的技术基础，对提高电气绝缘材料产业技术进步、规范生产和管理，提升产品质量和水平，规避贸易风险和保障市场秩序，提高产品的国际竞争力起到重要的技术支撑作用。本文介绍了我国现行电气绝缘材料标准体系、特点和需要解决的问题，并提出了建立现代电气绝缘材料标准新体系的发展方向。

电气绝缘材料的应用：

绝缘材料的作用是在电气设备中把电势不同的带电部

分隔离开来。因此绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故。其次耐热性能要好，避免因长期过热而老化变质；此外，还应有良好的

导热性、耐潮防雷性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。根据上述要求，常用绝缘材料的性能指标有绝缘强度、抗张强度、比重、膨胀系数等。绝缘耐压强度：绝缘体两端所加的电压越高，材料内电荷受到的电场力就越大，越容易发生电离碰撞，造成绝缘体击穿。使绝缘体击穿的最低电压叫做这个绝缘体的击穿电压。1 毫米厚的绝缘材料击穿时，使需要加上的电压千伏数叫做绝缘材料的绝缘耐压强度，简称绝缘强度。由于绝缘材料都有一定的绝缘强度，各种电气设备，各种安全用具（电工钳、验电笔、绝缘手套、绝缘棒等），各种电工材料，制造厂都规定一定的允许使用电压，称为额定电压。使用时承受的电压不得超过它的额定电压值，以免发生事故。抗张强度：绝缘材料单位截面积能承受的拉力，例如玻璃每平方厘米截面积能承受1400 牛顿的拉力。绝缘材料的绝缘性能与温度有密切的关系。温度越高，绝缘材料的绝缘性能越差。为保证绝缘强度，每种绝缘材料都有一个适当的最高允许工作温度，在此温度以下，可以长期安全地使用，超过这个温度就会迅速老化。按照耐热程度，把绝缘材料分为Y、A、E、B、F、H、C 等级别。

电气绝缘材料的分类：

根据常用的绝缘材料按其化学性质不同，可分为无机绝缘材料、有机绝缘材料和混合绝缘材料。常用的无机绝缘材料有：

云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃、硫黄等，主要用作电机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等。有机绝缘材料有：虫胶、树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、人造丝等，大多用以制造绝缘漆，绕组导线的被覆绝缘物等。混合绝缘材料为由以上两种材料经过加工制成的各种成型绝缘材料，用作电器的底座、外壳等。下面简单介绍橡胶绝缘材料分类中，硅橡胶绝缘材料在电气中的应用及进展。硅橡胶是由各种二氯硅烷经过水解、缩聚而得到的一种元素有机弹性体。硅橡胶具有卓越的耐高低温、耐候、耐臭氧、耐电晕、电气绝缘性能好、表面憎水、压缩变形率低等特性,是橡胶中性能独特的品种。它非常适合用作电气电工行业的有机绝缘材料,近年来已在电气绝缘系统中得到越来越

广泛的应用。国内外大多数复合绝缘子生产厂家均采用填充有较多氢氧化铝(Al203·3H20) 的甲基乙烯基硅橡胶(即高温硫化硅

橡胶) 作为户外绝缘材料,还有如用作复合避雷器、断路器、变压器、高压开关和穿墙套管等的外套绝缘材料等。据不完全统计,至2001 年我国在高压线路上运行的硅橡胶复合绝缘子已达190 万支,而且用量每年以25 %以上的速度在增长。大大地促进了电力工业的发展,提高了用电安全性,具有社会和经济的双

重效益。自20 世纪60 年代开始,世界上众多的发达国家,如德、美、英、法、日等就已经开始研究利用有机高分子聚合物制造户外复合绝缘子。最先采用的绝缘材料主要有脂环族环氧树脂、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯以及室温硫化硅橡胶

等,但由这些材料制造的复合绝缘子在使用运行一定的时间后

都出现了一些问题,环氧树脂易老化、开裂、憎水性丧失、表面产生漏电起痕;乙丙橡胶运行几年后出现憎水性下降、褪色、裂纹、产生漏电起痕;聚四氟乙烯没有憎水性迁移特性,表面积污后易出现腐蚀和伞盘洞穿等问题, 而且价格昂贵,加工困难;室温硫化硅橡胶耐漏电起痕与电蚀损性能和机械强度不大理想,有

出现表面机械损伤及腐蚀开裂等问题。

我国研究现状：

电气绝缘材料产品：

1）电气绝缘材料基础和通用方法，包括电气强度，绝缘电阻及体积（表面）电阻率，介质损耗因数及介电常数，耐电弧、耐电痕化和蚀损，耐电痕化指数，相比电痕化指数以及电气绝缘材料耐热性等。2）电气绝缘用漆（含印制电路板用敷形涂料）、电气绝缘用可聚合树脂和胶。

3）电气绝缘用树脂浸渍纤维制品（包括漆布、漆绸、软管、机织带、无纬绑扎带、网络和预浸料等）。

4）电气绝缘用层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶制品和引拔制品（包括层压板、层压管、层压棒、缠绕管和挤拉型材等）。

5）电气绝缘用塑胶制品（包括模塑料、硅橡胶等）。

6）电气绝缘用云母制品（包括云母纸、云母带、

云母板和云母箔等）。

7）电气绝缘用胶粘带、薄膜、柔软复合材料（包括聚丙烯薄膜、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、金属化薄膜、涂胶绝缘薄膜、柔软复合材料和压敏胶粘带等）。

8）电气绝缘用纤维制品（包括电气用纤维素纸、层压纸板、层合纸板、波纹纸板、钢纸、合成纤维纸、聚芳酰胺纤维纸板、皱纹绝缘纸、涂胶绝缘纸、屏蔽绝缘纸及电气用层压木等）。

9）绝缘液体（变压器油、合成芳烃和硅油等）。

电气绝缘材料的评价：

目前, 电气绝缘材料多半是有机高分子材料。这些高分子绝缘材料和构成电气、电子设备及家用电气设备的其他材料, 如金属材料、无机材料和半导体材料等相比, 易于老化, 成为设备可靠性的主要弱点。绝缘材料的耐老化性能决定设备的寿命和可靠性这一说法并不拷大。最近, 随着设备的小型轻量化, 性能好, 安全可靠和寿命长的要求

更加严格, 应用电场和使用温度上显示出上升的倾向。绝缘材料的电老化和热老化日趋重要,本文仅概要地谈谈后者。运行中电气设备的温度上升, 绝缘材料受热老化而引起化学结构的变化, 导致绝缘结

构的电气性能和机械强度下降, 绝缘层厚度减薄, 最后发生绝缘

击穿。此外, 由于反复加热冷却, 引起绝缘层膨胀和收缩, 会造成绝缘漆剥落, 浇注树脂开裂等物理老化。因此, 评定各种绝缘材料的耐热老化性, 了解它们的使用温度极限, 进行相应的绝缘设计, 能够

提高和增加电气设备、家用电气设备的可靠性及寿命。为此, 各方面一直在从事绝缘材料长期耐老化性能的试验方法的研究。‘