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絕緣材料介紹 |
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什么是絕緣材料 電工常用的絕緣材料按其化學性質(zhì)不同，可分為無機絕緣材料、有機絕緣材料和混合絕緣材料。常用的無機絕緣材料有：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃、硫黃等，主要用作電機、電器的繞組絕緣、開關(guān)的底板和絕緣子等。有機絕緣材料有：蟲膠、樹脂、橡膠、棉紗、紙、麻、人造絲等，大多用以制造絕緣漆，繞組導線的被覆絕緣物等�；旌辖^緣材料為由以上兩種材料經(jīng)過加工制成的各種成型絕緣材料，用作電器的底座、外殼等。
絕緣材料的應用 絕緣材料的作用是在電氣設(shè)備中把電勢不同的帶電部分隔離開來。因此絕緣材料首先應具有較高的絕緣電阻和耐壓強度，并能避免發(fā)生漏電、擊穿等事故。其次耐熱性能要好，避免因長期過熱而老化變質(zhì)；此外，還應有良好的導熱性、耐潮防雷性和較高的機械強度以及工藝加工方便等特點。根據(jù)上述要求，常用絕緣材料的性能指標有絕緣強度、抗張強度、比重、膨脹系數(shù)等。
絕緣耐壓強度：絕緣體兩端所加的電壓越高，材料內(nèi)電荷受到的電場力就越大，越容易發(fā)生電離碰撞，造成絕緣體擊穿。使絕緣體擊穿的最低電壓叫做這個絕緣體的擊穿電壓。使1毫米厚的絕緣材料擊穿時，需要加上的電壓千伏數(shù)叫做絕緣材料的絕緣耐壓強度，簡稱絕緣強度。由于絕緣材料都有一定的絕緣強度，各種電氣設(shè)備，各種安全用具（電工鉗、驗電筆、絕緣手套、絕緣棒等），各種電工材料，制造廠都規(guī)定一定的允許使用電壓，稱為額定電壓。使用時承受的電壓不得超過它的額定電壓值，以免發(fā)生事故。
抗張強度：絕緣材料單位截面積能承受的拉力，例如玻璃每平方厘米截面積能承受1400牛頓的拉力。
絕緣材料的絕緣性能與溫度有密切的關(guān)系。溫度越高，絕緣材料的絕緣性能越差。為保證絕緣強度，每種絕緣材料都有一個適當?shù)淖罡咴试S工作溫度，在此溫度以下，可以長期安全地使用，超過這個溫度就會迅速老化。按照耐熱程度，把絕緣材料分為Y、A、E、B、F、H、C等級別。例如A級絕緣材料的最高允許工作溫度為105℃，一般使用的配電變壓器、電動機中的絕緣材料大多屬于A級。
絕緣材料的耐熱性評定和分級1 主題內(nèi)容與適用范圍
本標準規(guī)定了電工產(chǎn)品絕緣的耐熱性分級，確定了耐熱性的評定及分級的原則和任務。
本標準適用于電工產(chǎn)品及其絕緣的耐熱性分級，亦適用于某特定場合下應用的絕緣材料、簡單組合和絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性定級。
2 引用標準
GB 11026.1 確定電氣絕緣材料耐熱性的導則 第一部分：制訂熱老化試驗方法和評價試驗結(jié)果的總規(guī)程
3 總論
3.1 耐熱等級
電工產(chǎn)品絕緣的使用期受到多種因素(如溫度、電和機械的應力、振動、有害氣體、化學物質(zhì)、潮濕、灰塵和輻照等)的影響，而溫度通常是對絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)老化起支配作用的因素。因此已有一種實用的、被世界公認的耐熱性分級方法，也就是將電氣絕緣的耐熱性劃分為若干耐熱等級，各耐熱等級及所對應的溫度值如下：
耐熱等級 溫度， ℃
Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
200 200
220 220
250 250
溫度超過250℃，則按間隔25℃相應設(shè)置耐熱等級。
也可以不用字母表示耐熱等級，但是必須遵從上述對應關(guān)系。對在特殊條件下使用的以及有特殊要求的設(shè)備(如第3.1.5條所述)，上述分級方法不一定適用，可能要采用其他的鑒別分類方法。
在電工產(chǎn)品上標明的耐熱等級，通常表示該產(chǎn)品在額定負載和規(guī)定的其他條件下達到預期使用期時能承受的最高溫度。因此，在電工產(chǎn)品中，溫度最高處所用絕緣的溫度極應該不低于該產(chǎn)品耐熱等級所對應的溫度(否則見第3.1.2條)。
由于習慣上的原因，目前無論對絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)和電工產(chǎn)品均籠統(tǒng)地使用“耐熱等級”這一術(shù)語。但今后的趨勢是，對絕緣材料推薦采用“溫度指數(shù)”和“相對溫度指數(shù)”這兩個術(shù)語；對絕緣結(jié)構(gòu)則推薦采用“鑒別標志”這個術(shù)語；絕緣結(jié)構(gòu)的“鑒別標志”只和所設(shè)計的特定產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系；而對電工產(chǎn)品則保留采用“耐熱等級”這個術(shù)語。
3.1.1 運行條件
經(jīng)驗證明：如果電工產(chǎn)品(如旋轉(zhuǎn)電機、變壓器等)標準是以第3.1條所列的溫度為基礎(chǔ)并適當考慮該產(chǎn)品的特有因素制訂的，那么，按這樣的標準設(shè)計、制造的電工產(chǎn)品在通常的運行條件下可具有滿意而經(jīng)濟的使用期。
3.1.2 絕緣結(jié)構(gòu)中的絕緣材料
標明某電工產(chǎn)品為某耐熱等級，絕不意味著該產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)中的每一種絕緣材料都具有相同的溫度極限。
絕緣結(jié)構(gòu)的溫度極限與其中各絕緣材料的溫度極限可能不直接相關(guān)。在絕緣結(jié)構(gòu)中，絕緣材料的溫度極限可能因受到其他組成材料的保護而有所提高，也可能因材料間不相容而使絕緣結(jié)構(gòu)的溫度極限低于各個組成材料的溫度極限。所有這些問題應該通過功能試驗來加以研究。
3.1.3 溫度和溫升
本標準中列出的溫度是指電工產(chǎn)品中絕緣所承受的最高溫度，不是電工產(chǎn)品的允許溫升。
電氣設(shè)備標準中通常規(guī)定溫升而不規(guī)定溫度。在確定這類標準中的測量方法和允許溫升時，應該考慮下列因素，如結(jié)構(gòu)的特點、絕緣的導熱性和厚度、各絕緣部分的易檢測性、通風方法、負載特性等。
3.1.4 其他影響因素
絕緣保持其效用的能力除了熱因素外，還會受到某些條件(如施加在絕緣及其支撐結(jié)構(gòu)上的機械應力)和某些因素(如振動和不同的熱膨脹)的影響。隨著產(chǎn)品尺寸的增加，振動和熱膨脹因素的影響也變得更為重要。大氣的溫度，以及灰塵、化學物質(zhì)或其他污染物的存在也會產(chǎn)生有害的影響。在設(shè)計特定產(chǎn)品時，對這些因素都應加以考慮。詳見評定和鑒別電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的指導性資料。
3.1.5 絕緣的使用期
電工產(chǎn)品的實際使用期取決于運行中的特定條件。這些條件可以隨環(huán)境、工作周期和產(chǎn)品類型的不同而有很大的變化。此外，預期使用期還取決于產(chǎn)品尺寸、可靠性、有關(guān)設(shè)備的預期使用期以及經(jīng)濟性等方面的要求。
對某些電工產(chǎn)品，由于其特定的應用目的，要求其絕緣的使用期低于或高于正常值，或由于運行條件特殊，規(guī)定其溫升高于或低于正常值，而使其絕緣的溫度極高于或低于正常值。
絕緣的使用期的很大程度上取決于其對氧氣、濕度、灰塵和化學物質(zhì)的隔絕程度。在給定溫度下，受到恰當保護的絕緣的使用期會比自由暴露在大氣中的絕緣的使用期長，因而，用化學惰性氣體或液體作冷卻或保護價質(zhì)，可延長絕緣的使用期。
3.1.6 工作溫度的限制
絕緣除了經(jīng)受老化外，有些材料受熱超過一定溫度會軟化或發(fā)生其他劣變，但冷卻后又恢復其原來的性能。使用這類材料時要注意，務必使它們在合適的溫度范圍內(nèi)工作。
3.2 絕緣的選擇和確定
電工產(chǎn)品的研究、設(shè)計、制造單位應根據(jù)絕緣的溫度極限選擇合適的絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)。確定絕緣的合理溫度極限值的基礎(chǔ)只能是運行經(jīng)驗或合適的、可接受的試驗。運行經(jīng)驗是選擇絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)。然而，在選用新材料和新結(jié)構(gòu)時，合適的試驗則是這種選擇的基礎(chǔ)(參見第4.2條)。
4 耐熱性評定
4.1 絕緣材料的耐熱性評定
同一屬類的許多絕緣材料在耐熱性上可以很不相同。因此，根據(jù)絕緣材料屬類的化學名稱來判別它們的耐熱性是不合適的。
用于電工產(chǎn)品絕緣結(jié)構(gòu)中的各種絕緣材料，它們各自的耐熱性可能受到其他材料的影響。此外，各種材料的耐熱性在很大的程度上還取決于它們在絕緣結(jié)構(gòu)中所承擔的特定功能。
就絕緣材料在電工產(chǎn)品中的使用而論，材料評定有兩個目的：一是對作為電氣絕緣結(jié)構(gòu)組成部分的某種材料的評價，另一是對單獨使用的或作為構(gòu)成絕緣結(jié)構(gòu)的簡單組合的成組成部分的某種材料的評價。
一般，評定試驗和運行經(jīng)驗被公認為是絕緣材料耐熱性評定的可接受的基礎(chǔ)。
以運行經(jīng)驗為基礎(chǔ)時要注意：必須保證該經(jīng)驗是適用的。但是在某種情況下，將一種經(jīng)驗轉(zhuǎn)用于另一種應用情況往往可能也合適的。應制訂合適的方法以確定運行經(jīng)驗之間的關(guān)系。
材料評定試驗方法的研究已取得顯著的進展。在確定和表達絕緣材料的耐熱性方面已更加完善，對此可參見GB 11026.1，并且還將制訂該導則的其他部分。
對可一種材料，采用不同的性能(如電氣的、機械的等)、方法和失效標準作耐熱圖，就可能得到不同的溫度指數(shù)和半差。不同的溫度指數(shù)和半差表明耐熱性上有所不同，并由引決定了材料的使用方式和它可以承擔的功能。
用標準試樣試驗得到的結(jié)果可能與材料按其實際使用形式試驗得到的結(jié)果不同。絕緣結(jié)構(gòu)更接近實際情況。因此，絕緣結(jié)構(gòu)試驗的結(jié)果可以證明材料在有關(guān)應用中的適用性。
4.2 絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性評定
估價絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性，最好用有關(guān)的運行經(jīng)驗作基礎(chǔ)。沒有這種運行經(jīng)驗時，就應當進行合適的功能性試驗。為此目的，需要用一種被運行經(jīng)驗證明了的結(jié)構(gòu)作為參考絕緣結(jié)構(gòu)。通過與它對比來評定新絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性。絕緣的研究單位和電工產(chǎn)品的研究、設(shè)計、制造、檢測、使用單位應設(shè)計和進行合適的試驗。在設(shè)計合適的試驗和制訂耐熱性評定標準化試驗規(guī)程時，應參考評定絕緣結(jié)構(gòu)的有關(guān)資料。
在選擇絕緣結(jié)構(gòu)的各組成部分時，可以參考單一材料的耐熱性評定結(jié)果(見第4.1條)。
只要由合適的絕緣結(jié)構(gòu)試驗或運行經(jīng)驗證明其某種絕緣材料有滿意的運行特性，就可以判明該材料是否適用于某特定的絕緣結(jié)構(gòu)。不用考慮材料本身的耐熱性。
對很簡單的和受單應力作用的絕緣結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)具體情況決定，是需要進行絕緣結(jié)構(gòu)的功能性試驗；還是較簡單地根據(jù)材料的耐熱性數(shù)據(jù)作出評價，就可得到滿意的結(jié)果。如果需要評價某材料是否適用于某電工產(chǎn)品，則應該用已被合適的運行經(jīng)驗證明的材料作參考材料，進行對試驗。對此，有關(guān)單位應提供在特定應用場合下被運行經(jīng)驗證明的材料的資料。同時，為了能夠?qū)Σ牧线M行恰當?shù)姆旨�，還應提供關(guān)于如何評價運行經(jīng)驗的準則。
應制訂適用于對比評定的標準化試驗規(guī)程。在還沒有這種標準化試驗規(guī)程時，絕緣的研究單位和電工產(chǎn)品的研究、設(shè)計、制造、檢測、使用單位應選擇合適的試驗規(guī)程進行試驗。
5 分級
電工產(chǎn)品及其絕緣的耐熱性分級見第3.1條(特別是第3.1.5條和3.1.6條)和第4.2條。
若由試驗或運行經(jīng)驗表明某絕緣材料、簡單組合或絕緣結(jié)構(gòu)，于某一特定的應用場合，能在特定的溫度下可靠的工作，可以按第3.1條賦予其合適的耐熱等級。
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