高压电机绝缘处理技术分析

高压电机绝缘处理技术分析。

      高压电机的线圈绝缘对电机的寿命和经济影响有很大的影响，是每个设计者和技术人员必须仔细考虑的问题。高压线圈在某种程度上可以称为电动机的心脏，它直接决定着电动机的寿命。作为线圈的重要组成部分，绝缘材料的性能至关重要。今天，西安西玛电机技术人员和大家谈一谈关于高压的绝缘问题。
高压电机绝缘发展综述

      高压电机的发展与绝缘材料、绝缘结构和绝缘工艺的发展密切相关。早在1910年，紫胶云母箔就首次被用于卷入芯绝缘层。1919年，开发了沥青云母带的连续绝缘材料，并对其进行了真空浸渍处理。这种绝缘优于套管，具有更高的电气和机械性能。然而，由于沥青热塑性固有的缺陷，它不能满足日益增长的发动机功率和电压要求。20世纪40年代，该公司开始研究使用不饱和聚酯粘合剂浸渍云母带，以实现连续绝缘。1949年，它被成功地用于大型汽轮发电机。

      与沥青相比，热固性合成树脂绝缘材料的电气性能、机械性能和耐热性能都有显著提高。因此，云母带增强材料已由天然纤维改为有机合成纤维或玻璃纤维织物。此时，高压电机的绝缘和耐热性已由A向B转变。随着粉云母的生产和应用，促进了低粘度无溶剂塑料的研究和高压电机绝缘结构的新发展。1952年使用改性环氧粉末云母带，其热物理性能、电学性能和机械性能表明环氧树脂优于聚酯树脂。目前的趋势是用耐火环氧树脂代替普通环氧树脂。一些外部改性环氧树脂已达到F值，但在大型发动机中仍用作B值。

各国高压电机的绝缘结构和加工工艺大致可归纳为以下几类：

      （1） 多橡胶云母带连续缠绕，真空干燥，热压成型（成型或液压成型）。

      （2） 该多橡胶云母带采用连续缠绕，直接热成型成型，无需真空干燥。

      （3） 将胶粘剂较少的云母带连续缠绕，真空浸渍无溶剂树脂，热压成型。

      （4） 少用云母带（或白胚带），即先撒线，再用无溶剂树脂浸渍整条。

      此外，还有硅橡胶绝缘和硅橡胶与云母带混合绝缘。硅橡胶具有优异的耐热、耐寒、防潮、耐腐蚀等性能，但其电性能和抗撕裂性能较差。仅限于在6 kV以下特殊环境下运行的高压电机。

西安西玛高压电机的线圈绝缘基本要求

      ●具有足够的电气强度

      对于电动机的绝缘，一方面越薄越好，另一方面对电强度要求有一定的裕度。由于电动机在运行过程中受到大气过电压和操作过电压的影响：突然短路、温度和电压的长期影响，绝缘逐渐老化，振动和机械应力也会损坏绝缘，在制造过程中，每次都要进行几次绝缘强度试验，每次在绝缘结构上产生一定的轻微劣化痕迹，即所谓的累积效应。所有这些都会降低绝缘层的电强度。因此，在设计线圈结构时，必须有一定的安全系数（用k表示），详见式（1）。

      K=Ub/UN……………（1）

      式（1）中：

      Ub——初始击穿电压；

      UN-额定电机电压。

      安全系数的选择是一个非常重要的问题。要对绝缘材料质量的稳定性、技术水平和电动机的特性进行全面细致的分析。现在一般值是7~9倍。对于大型电机，运行可靠性高，线圈较长，在制造和运行期间必须承受更大的机械负荷。因此，安全系数也应该更大。随着技术水平和绝缘材料质量的不断提高，线圈绝缘的安全系数逐渐降低。

      对于多层复合绝缘结构，在交变电场作用下，p层绝缘的电场强度按式（2）计算。

      式（2）中：

      U—施加的交流电压（kV）；

      Δι——每层绝缘厚度（mm）；

      ει——各绝缘层的介电常数；

      εp—绝缘层的介电常数；

      Ep-p层绝缘的电场强度（kV/mm）。

      由式（2）可知，P层所承受的场强Ep与介电常数成反比，P为该层的绝缘材料。因此，如果Δι和ει不同的绝缘不同，则介电强度Ep也不同。为了接近各种绝缘层的电压安全限值，在选择绝缘结构时，应尽可能接近由Ep和ει制成的产品的材料组成。

      ●低介损

      绝缘结构在交变电场作用下产生介电损耗。虽然介电损耗的平均热不太大，但热量特别集中在个别薄弱环节。如果薄弱点的介电损耗产生的热量超过辐射热，绝缘的局部温度继续升高，而温度的升高又进一步增加了介电损耗。绝缘的机电性能急剧下降，严重时会导致局部薄弱环节的热击穿。因此，高压电机的介电损耗不应超过规定值。

      ●良好的防电晕性能

      高压电机运行时，绝缘内部和绝缘层上都可能发生电晕，加速绝缘层的老化和腐蚀。因此，6.3 kV发电机线圈和6 kV电机线圈必须防电晕。6kV电动机的线圈一般不需要进行防电晕处理，但对于运行环境恶劣或容量较大的电动机，仍应进行防电晕处理。

      ●良好的热耐热性能

      绝缘结构的耐热性必须与产品所要求的耐热等级相对应。在工作温度的影响下，能保证绝缘的正常使用寿命。

      电动机绝缘通常分为A、E、B、F、H五个等级，运行时电动机绕组绝缘最热点的温度不得超过绝缘等级规定的最高温度。通常需要5至10°C的裕度。当保温结构由不同耐热性能的保温材料组成时，其结构模型可以模拟和综合评价其耐热性能。

      ●能承受机械负荷

      线圈绝缘必须能够承受一定的机械应力而不撕裂或造成有害变形。在线圈运行过程中，由于导线和绝缘层的膨胀系数不同，当温度变化时，绝缘层会受到拉伸。发动机越长，冲击力越大。由于电磁力的作用，线圈的末端也会振动，特别是当电动机在发生短路、起动或制动电流冲击时，电磁力常常使线圈变形。因此，绝缘必须具有一定的弹性和机械强度。

      西安西玛电机公司生产的YKS高压三相异步电动机可作驱动各种不同机械之用。如通风机、压缩机、水泵、破碎机、切削机床及其它设备，并可供煤矿、机械工业、发电厂及各种工矿企业作原动机之用。

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