变压器绝缘材料

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。

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

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。