開平綜合職校
鄭良明第一章絕緣材料
§1-1 概述
一、教學目標
1、 了解絕緣材料的概念、功用及分類
2、 掌握絕緣材料的電氣效能
3、 了解絕緣材料的耐熱性能與老化問題
4、 了解絕緣材料的理化效能
5、 了解絕緣材料的機械效能
6、 了解絕緣材料的產品分類和型號編制方法
二、教學重點、難點
1、重點掌握絕緣材料的電氣效能
2、掌握絕緣材料的導電特性
三、教學時間 7
四、教學內容
一、絕緣材料的概念、功用及分類
1、概念絕緣材料又稱電介質，它是電阻率很大、導電能力很差的物質的總稱。
2、作用 ①隔離帶電體或不同電位的導體，以保證用電安全。
②在各類電工產品中，起支撐、固定、滅弧、儲能、改善電位梯度、防潮、防霉、防蟲、防輻射、耐化學腐蝕等作用。
3、分類按照材料的物理形態分為氣體絕緣材料、液體絕緣材料、和固體絕緣材料。
二、絕緣材料的電氣效能
1、絕緣材料的導電特性
（1）瞬時充電電流ic
（2）吸收電流is
（3）洩漏電流il
2、絕緣材料的電阻率
（1）表面電阻率反映電介質表面的導電能力，其值較小，易受環境影響。
（2）體積電阻率反映電介質內部的導電能力，其值較大，通常所說的電阻率是指體積電阻率。
（3）影響絕緣材料電阻率的因素：
①溫度溫度公升高，電阻率下降，絕緣電阻減小。
②濕度濕度增大，電阻率下降，絕緣電阻減小。
③雜質雜質在電介質內部直接增加了導電離子，使電阻率下降。
④電場強度較高的電場強度作用下，固體液體電介質中離子遷移能力相應增強，使電阻率下降，絕緣電阻減小.
3、電介質的極化與相對介電係數
①電介質在無外電場作用時，不呈現電的極性，而在外電場作用下，電介質沿場強方向在兩端出現了不等量的不能自由移動的束縛電荷，我們把這種現象稱之為電介質的極化。
②外電場場強越大，表面束縛電荷就越多，極化就越顯著，外電場撤除，極化即消失。
③電介係數εr 設電容器極板間為真空時的電容為c0,極板間填充某種電介質時,其電容為c,則電容c與c0的比值叫做電介質的相對介電係數εr 。即εr=c/ c0
④影響絕緣材料εr的主要因素
a） 頻率電介質的極化需要一定的時間，當電場頻率增高時，週期縮短，極化來不及形成，因此εr隨電場頻率增高而下降。
b） 溫度溫度生高，加劇電介質的分子熱運動，增加束縛電荷，加強極化；另一方面使分子難以排列整齊而削弱極化，故在某一溫度下εr出現峰值。
c） 濕度絕緣材料吸濕後會使εr增加
4、電介質的介質損耗和介損因數
（1）介質損耗：在交流電壓作用下，電介質能把部分電能轉變成熱能。這部分能量叫電介質的介質損耗，簡稱介損。由電阻損耗和極化損耗兩部分組成。
（2）影響介損的主要因素有
①頻率在高頻區，介損值很大，高頻條件下應採用介損因數很小的介質。
②溫度溫度對介損的影響較大
③濕度濕度增加，介損明顯增大。
④場強場強增大，一般介損因數明顯不變。當外加電壓公升高到某一數值時，氣泡或氣隙中會出現游離放電，介損因數顯著公升高。
5、電介質的擊穿和擊穿強度
當施加於電介質的電場強度高於臨界值時，會使通過電介質的電流急劇增加，使電介質完全失去絕緣性能，這種現象稱為電介質的擊穿。
如何提高固體介質的擊穿強度
1） 通過精選材料、改善工藝、真空乾燥、強化浸漬等方法，清除固體介質中的雜質、氣泡、水分，並使電介質盡量均勻密實。
2） 改進絕緣設計，採用合理的絕緣結構，改善電極形狀及表面粗糙度，盡量使電場分布均勻。
3） 用液體電介質浸漬固體絕緣材料，這樣既能改善電場分布，又可以改善散熱條件。
4） 改善執行條件，注意防潮、防汙、加強散熱冷卻等。
三、絕緣材料的耐熱性能與老化問題
1、絕緣材料的耐熱性
絕緣材料的耐熱性是指絕緣材料及其製品承受高溫而不致損壞的能力。
2、絕緣材料的老化
電氣裝置中的絕緣材料在執行過程中，由於各種因素的長期作用，會發生一系列不可逆轉的物理、化學變化，從而導致其電氣效能和機械效能的下降，通稱為老化。
絕緣材料主要的老化形式主要有：環境老化、熱老化與電老化三種。
四、絕緣材料的理化效能
1、熔點、軟化點
熔點是指材料由固體狀態變為液體狀態的溫度值。
2、固體含量表示樹脂、絕緣漆、塗料中的溶劑或稀釋劑揮發後遺留下來的物質質量。
3、灰分灰分表示絕緣材料內部所含不燃物的數量。
4、黏度表示液體流動的難易程度。
5、吸濕性是指材料在溫度20度和相對濕度為97% 到100%的空氣中的吸濕程度。
6、吸水性是指材料在溫度20度的水中浸沒24小時後，材料重量增加的百分數。
7、耐油性表示絕緣材料耐受變壓器油和其它礦物油浸蝕的能力。
8、流動性是表示塑料在壓模內加熱加壓下，能夠流動並充填模內空隙的能力。
9、溶解度表示在一定溫度和壓力下，物質在一定量的溶劑中所溶解的最大量。
10、化學穩定性表示材料抵抗和他接觸的侵蝕的能力。也就是材料在這些介質中，其表面顏色、質量和原有特性不發生或只有輕微變化的性質。
11、酸值是指單位質量或體積的酸或減溶液中所含有的酸或鹼的量。
五絕緣材料的機械效能
1、硬度是指材料抵抗其他更硬物體壓入其表面的能力。
2、抗拉、抗壓、抗彎強度
分別表示在靜態下單位面積的固體絕緣材料，承受逐漸增大的拉力、壓力、彎矩直到破壞時的最大負荷。
3、延伸率表示材料受力後，開始斷裂時的最大伸長與原長之比的百分數。
4、抗劈強度是表示材料承受衝擊載荷的能力。
六、絕緣材料的產品分類和型號編制方法
1、電氣絕緣材料產品按大類、小類、溫度指數及品種的差異進行分類。
處理習題冊1到4頁習題
§1-2 氣體和液體絕緣材料
一、 教學目標
1、 了解常用氣體絕緣材料的絕緣性能
2、 了解常用液體絕緣材料的絕緣性能
二、 教學重點、難點
掌握空氣、六氟化硫氣體的絕緣特性
三、 教學時間 4學時
四、 教學內容
一、 常用氣體絕緣材料
高壓電器中工作的氣體要求具有如下特點：
（1） 較高的電離強度和擊穿強度，並且擊穿後能迅速自動恢復絕緣性能
（2） 化學穩定性好，不燃、不爆，不老化，不易為放電所分解
（3） 對電氣裝置中的金屬和其他絕緣材料不腐蝕、無毒性，對人體無害或不需複雜的防護措施
（4） 熱穩定性好、熱容量大、導熱性好、流動性好
（5） 容易製取，成本較低。
二、 常用氣體絕緣材料
1、空氣
增加氣體壓力可提高空氣的擊穿電壓；
降低空氣壓力，使氣體極為稀薄時，其擊穿電壓也可大大提高，且介質恢復快，裝置體積小，動作快，無燃燒與**危險適宜頻繁操作。
2、六氟化硫氣體
正常工作狀態下，六氟化硫是一種無色無臭、不燃不爆的惰性氣體。具有良好的絕緣性和滅弧能力。具有較高的熱穩定性和化學穩定性，500度時成分仍不分解。
三、 液體絕緣材料
1、液體絕緣材料的分類
分為礦物絕緣油、合成絕緣油和植物絕緣油。
用途（1） 用於電力變壓器，起絕緣和冷卻的雙重作用。
（2） 用於少油斷路器，起滅弧和冷卻觸頭的作用。
（3） 用於高壓電纜，起填充、浸漬作用，以清除電纜內部的氣體，提高絕緣能力。
（4） 用於油浸紙電容器，用油浸潤電容紙，填充絕緣間隙，提高絕緣強度和電容量。
2、電氣裝置對液體電介質的要求
要求電氣效能好，閃點高、凝固點低，在氧、高溫、強電場作用下效能穩定，無毒、無腐蝕性。除變壓器外，其他電氣裝置還要求其黏度小，且不隨溫度而明顯變化；油斷路器還要求其滅弧效能好，在電弧作用下分解出來的碳粒少，電容器還要求其相對介電係數較大。
3、常用絕緣油
（1）礦物絕緣油
1）變壓器油和超高壓變壓器油
2）斷路器油
3）電容器油
4）電纜油
（2）合成油
合成油是指用化學合成方法製成的一類絕緣油，常用的有十二烷基苯、矽油、聚異丁烯和三氯聯笨等。
處理習題冊4到6頁習題
§1-3 絕緣樹脂、絕緣漆和澆注膠
一、教學目標
1、了解絕緣樹脂的種類和用途
2、了解絕緣漆的分類和用途
3、了解常用覆蓋漆的品種、組成、特性和用途
4、了解常用澆注膠的效能、特點及用途
二、教學重點
重點掌握各種絕緣材料的特性和用途
三、教學時間 3學時
四、教學內容
一、絕緣樹脂一般為無定形半固體或固體有機高分子化合物，分天然樹脂和合成樹脂兩大類。
電絕緣樹脂的種類和用途見表1-7
二、絕緣漆主要由漆基、溶劑、稀釋劑、填料等組成，它是一種能在一定條件下固化成絕緣硬膜或絕緣整體的重要絕緣材料。
按照用途可以分為：浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、矽鋼片漆和防電暈漆等幾類。
1、浸漬漆浸漬漆分有溶劑漆和無溶劑漆兩大類，主要用於浸漬電機、電器的線圈，以填充其間隙和微孔，且固化後能在被浸漬物的表面形成連續平整的漆膜，並使之粘結成乙個堅硬的整體。
對浸漬漆的基本要求為：粘度低，流動性好，固體含量高，便於滲透和填充被浸漬物。固化快，乾燥效能好，粘結力強，有熱彈性，固化後能經受電機轉動時的離心力。
具有優異的電氣效能和化學穩定性，耐潮、耐熱、耐油。 對導體和其他材料具有良好的相容性。
2、漆包線漆
漆包線漆主要用於塗覆在裸銅線、裸鋁線、裸合金線及玻璃絲包線等的外面，，以達到導體與外部絕緣的目的，漆包線亦稱為電磁線。
漆包線漆的效能，除決定於漆的組成外，還與漆包線的塗線工藝有關。為此，在使用漆包線漆時除對漆的常規效能加以控制外，還要做漆的塗線檢查。
3、覆蓋漆
覆蓋漆用於塗覆經浸漬處理的線圈和絕緣零部件，在其表面形成厚度均勻的絕緣保護層，以防止裝置絕緣受機械損傷以及大氣、化學藥品的侵蝕，提高表面絕緣強度。因此，要求覆蓋漆具有乾燥快、附著力強、漆膜堅硬、機械強度高、耐潮、耐油、耐腐蝕等特性。
覆蓋漆按樹脂型別分為醇酸漆、環氧漆和有機矽漆。環氧漆比醇酸漆具有更好的耐潮性、耐黴性、、內乾性和附著力，漆膜硬度高，廣泛用於潮熱地區電機電器裝置部件的表面塗覆。有機矽漆耐熱性高，可作為h級電機電器的覆蓋漆。
覆蓋漆按填料又可以分為兩種：不含填料和顏料的清漆和含填料和顏料的瓷漆。同一樹脂製成的磁漆比清漆漆膜硬度大，導熱、耐熱和耐電弧效能好，但其他電氣效能稍差，多用於線圈和金屬表面塗覆，而清漆則多用於絕緣零部件表面的電器內表面塗覆。
覆蓋漆按乾燥方式有晾乾和烘乾兩種，同一樹脂的晾乾漆較烘乾漆效能差，貯存不穩定，僅適用於大型裝置和不宜烘培的部件塗覆。
使用覆蓋漆時應嚴格控制漆的粘度和均勻性、通風、烘培溫度以及環境的清潔度，以保證漆膜的乾燥和質量。瓷漆在調和使用前必須充分攪拌，以消除沉澱塊、粘度不均或變色等現象。
電工材料教案
教案 副頁 教案 副頁 教案 副頁 教案 副頁 教案 副頁 教案 副頁 2 3 電工合金和特殊電氣功能金屬材料1 電阻合金分類 1 調節元件用電阻合金 2 電位器用電阻合金 3 精密元件用電阻合金 4 感測元件用電阻和金 二 電熱材料 1 功能 2 應用 3 主要效能 4 分類 三 觸頭材料 1 功...
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