绝缘材料

一、绝缘等级

电机绝缘结构应具有产品技术条件要求的耐热性能、耐电性能、机械强度，并能在规定的环境条件中长期使用。

1、材料的基本概念

绝缘材料又称电介质。它在外加电压作用下，只有微小的电流通过，基本上可以忽略而认定其不导电，其电阻率大于107Ω·m

绝缘材料种类繁多，一般分为气体、液体、固体三类。

气体绝缘材料：常用的有空气、氮气、二氧化碳和六氟化硫（SF6）等。

液体绝缘材料：常用的有变压器油、断路器油、电容器油、电缆油等。

固体绝缘材料：常用的有绝缘漆、胶、纸板等绝缘材料制品，以及漆布、漆管等绝缘浸渍纤维制品，云母制品，电工塑料，陶瓷，橡胶等。

2、绝缘材料的用途

在电工产品的结构中，绝缘材料只要作用是隔离不同电位的导体，使电流能按一定方向流动。其次是在不同的电工产品中，根据电工产品技术要求的需要，起着散热冷却、灭弧、储能、机械支撑、防晕、防潮、防霉以及保护导体等作用。

3、绝缘材料的性能

绝缘材料的好坏，一般以它的电气、机械、物理和化学性能来衡量。

电工产品的质量和使用寿命，很大程度上取决于绝缘材料的这些性

能。因为绝缘材料的耐热性、机械强度和寿命都比金属材料低，因此，

绝缘材料是电工产品中最薄弱环节，许多故障发生在绝缘部分。各种

绝缘材料都具有不同的特性，这些特性主要有以下几项。

（1）、电导率与电阻率

绝缘材料在被施加一定的直流电压后，就会流过微弱的电流，其中由内部带电质点导电而产生的电流，即漏电电流。漏电电流密度

i e和直流电场强度E之比值γ=i e/E,称为绝缘材料电导率，电导率的

倒数ρ为绝缘材料的电阻率。在固体绝缘材料中，漏电电流分为表面

电流和体积电流两部分。电阻率也相应分为两个部分：表面电阻率ρ

,单位为Ω，它表征绝缘材料表面的电导特性；体积电阻率ρv，单位

s

为Ω·㎝，它表征绝缘材料内部的电导特性，通常在109~1012Ω·㎝

范围内。

（2）、相对介电系数

设电容器极间为真空时的电容量为C0,当极间充以某电介质时，电容量为C，则两种容量的比值εr=C/C0叫做电介质（即绝缘材料）的相对介电常数。C 总是比C0大，故εr总是大于1，这是绝缘材料极化所造成的。绝缘材料极化的

结果，是靠近其表面处出现束缚电荷，相应地使电容器板上的自由电荷也增加，造成电容量增大。绝缘材料的相对介电系数是表征在电场下绝缘材料极化程度的一个参数，介质的极化X率越大，相对介电系数εr就越大。

（3）、介质损耗

在交流电场作用下，绝缘材料中的部分电能将转变成热能，这部分的能量称为电介质损耗，单位时间内消耗的能量称为介质损耗功率。工程上常用介质损耗因数---介质损耗正切tanδ作为衡量电介质损耗的参数。δ是对绝缘材料施加交流电压后，绝缘材料中流过的电流和电压相角差的余角。绝缘材料在单位电场强度下，电场交变一次所产生的单位体积介质损耗功率称为损耗指数。

（4）、电介质的击穿强度

绝缘材料在高于某一极限数值的电场强度作用下，通过电介质的电流与施加在介质上的电压关系就不符合欧姆定律，电流将会突然猛增。这时绝缘材料就被破坏而失去了绝缘性能。这种现象称为电介质的击穿。电介质发生击穿时的电压称为击穿电压。电介质被击穿时的电场强度，称为击穿强度，单位为KV/mm。固体绝缘的击穿，常发生在电极边缘，一般分为热击穿、电击穿和局部放电击穿三种形式。

热击穿是由于电介质内部介质损耗发热而引起的。在这场合，热量来不及发散出去，使电介质内部温度增高，导致分子结构破坏而击穿。

热击穿是电器设备中绝缘破坏最常见的一种击穿形式。因此，运行维护

人员必须经常注意检查运行的电器设备的温升情况。

电击穿是指在强电场作用下，电介质内部带电介质点强烈运动，发生碰撞电离，破坏了分子结构，结果使绝缘材料击穿。

放电击穿是指在强电场作用下，电介质内部的气泡首先发生碰撞电离而放电，杂质也因受到电场加热而气化，产生气泡，于是使气泡放电

进一步发展，导致材料裂解、分解、腐蚀破坏而击穿。

（5）、绝缘材料的老化

绝缘材料在运行过程中，由于热、电、光照、氧化、机械、辐射、微生物等各种因素的作用，而发生一系列不可恢复的物理、化学变化，导致绝缘材料电气性能与机械性能的劣化，称为老化。主要的老化形式有环境老化、热老化与电老化三种。

影响绝缘材料老化的因素很多,主要是热的因素。使用时温度过高，会加速绝缘材料的老化过程，因此对各种绝缘材料都规定了它们的使用过程中的极限温度以延缓绝缘材料的老化过程，保证电工产品的使用寿命。

低压电机、电器的额定功率实际上决定于绝缘材料在运行所能承受的温度。使用耐热性好的绝缘材料，可是电机、电器的体积和重量都大大减小，技术经济指标和使用寿命得到提高。

温度超过允许值，会大大降低绝缘材料使用寿命，如A级绝缘材料每超过最高允许工作温度8℃，使用寿命就降低一半。对B级绝缘材料，每超过最高允许工作温度12℃，绝缘使用寿命就降低一半。

绝缘材料的老化与电击穿不同，材料一旦发生老化，其绝缘性能将永远丧失不可恢复。

工程上采用下列方法防止绝缘材料的老化：在绝缘材料制作过程中加入防老化剂，常用酚类防老化剂。户外用绝缘材料，可添加紫外光吸收剂，以吸收紫外光，或用隔层隔离，以避免强阳光直接照射。湿热带使用的绝缘材料，可加入防霉剂。加强高压电气设备的放电晕、防局部放电措施。

二、极限温度

电动机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。

绝缘的温度等级A级E级B级F级H级

最高允许温度（℃）105 120 130 155 180

绕组温升限值（K）60 75 80 100 125

性能参考温度（℃）80 95 100 120 145

在发电机等电气设备中，绝缘材料是最为薄弱的环节。绝缘材料尤其容易受到高温的影响而加速老化并损坏。不同的绝缘材料耐热性能有区别，采用不同绝缘材料的电气设备其耐受高温的能力就有不同。因此一般的电气设备都规定其工作的最高温度。

人们根据不同绝缘材料耐受高温的能力对其规定了7个允许的最高温度，按照温度大小排列分别为：Y、A、E、B、F、H和C。它们的允许工作温度分别为：90、105、120、130、155、180和180℃以上。因此，B级绝缘说明的是该发电机采用的绝缘耐热温度为130℃。使用者在发电机工作时应该保证不使发电机绝缘材料超过该温度才能保证发电机正常工作。

绝缘等级为B级的绝缘材料，主要是由云母、石棉、玻璃丝经有机胶胶合或浸渍而成的。