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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(xué)性質(zhì)不同，可分為無(wú)機(jī)絕緣材料、有機(jī)絕緣材料和混合絕緣材料。常用的無(wú)機(jī)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(jī)、電器的繞組絕緣、開(kāi)關(guān)的底板和絕緣子等。有機(jī)絕緣材料有：蟲膠、樹(shù)脂、橡膠、棉紗、紙、麻、人造絲等，大多用以制造絕緣漆，繞組導(dǎo)線的被覆絕緣物等�；旌辖^緣材料為由以上兩種材料經(jīng)過(guò)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(yīng)用 絕緣材料的作用是在電氣設(shè)備中把電勢(shì)不同的帶電部分隔離開(kāi)來(lái)。因此絕緣材料首先應(yīng)具有較高的絕緣電阻和耐壓強(qiáng)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(zhǎng)期過(guò)熱而老化變質(zhì)；此外，還應(yīng)有良好的導(dǎo)熱性、耐潮防雷性和較高的機(jī)械強(qiáng)度以及工藝加工方便等特點(diǎn)。根據(jù)上述要求，常用絕緣材料的性能指標(biāo)有絕緣強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度、比重、膨脹系數(shù)等。
絕緣耐壓強(qiáng)度：絕緣體兩端所加的電壓越高，材料內(nèi)電荷受到的電場(chǎng)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(gè)絕緣體的擊穿電壓。使1毫米厚的絕緣材料擊穿時(shí)，需要加上的電壓千伏數(shù)叫做絕緣材料的絕緣耐壓強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱絕緣強(qiáng)度。由于絕緣材料都有一定的絕緣強(qiáng)度，各種電氣設(shè)備，各種安全用具（電工鉗、驗(yàn)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(shí)承受的電壓不得超過(guò)它的額定電壓值，以免發(fā)生事故。
抗張強(qiáng)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(qiáng)度，每種絕緣材料都有一個(gè)適當(dāng)?shù)淖罡咴试S工作溫度，在此溫度以下，可以長(zhǎng)期安全地使用，超過(guò)這個(gè)溫度就會(huì)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(jí)別。例如A級(jí)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(dòng)機(jī)中的絕緣材料大多屬于A級(jí)。
絕緣材料的耐熱性評(píng)定和分級(jí)1 主題內(nèi)容與適用范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電工產(chǎn)品絕緣的耐熱性分級(jí)，確定了耐熱性的評(píng)定及分級(jí)的原則和任務(wù)。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于電工產(chǎn)品及其絕緣的耐熱性分級(jí)，亦適用于某特定場(chǎng)合下應(yīng)用的絕緣材料、簡(jiǎn)單組合和絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性定級(jí)。
2 引用標(biāo)準(zhǔn)
GB 11026.1 確定電氣絕緣材料耐熱性的導(dǎo)則 第一部分：制訂熱老化試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的總規(guī)程
3 總論
3.1 耐熱等級(jí)
電工產(chǎn)品絕緣的使用期受到多種因素(如溫度、電和機(jī)械的應(yīng)力、振動(dòng)、有害氣體、化學(xué)物質(zhì)、潮濕、灰塵和輻照等)的影響，而溫度通常是對(duì)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(shí)用的、被世界公認(rèn)的耐熱性分級(jí)方法，也就是將電氣絕緣的耐熱性劃分為若干耐熱等級(jí)，各耐熱等級(jí)及所對(duì)應(yīng)的溫度值如下：
耐熱等級(jí) 溫度， ℃
Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
200 200
220 220
250 250
溫度超過(guò)250℃，則按間隔25℃相應(yīng)設(shè)置耐熱等級(jí)。
也可以不用字母表示耐熱等級(jí)，但是必須遵從上述對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)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(jí)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(biāo)明的耐熱等級(jí)，通常表示該產(chǎn)品在額定負(fù)載和規(guī)定的其他條件下達(dá)到預(yù)期使用期時(shí)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(yīng)該不低于該產(chǎn)品耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度(否則見(jiàn)第3.1.2條)。
由于習(xí)慣上的原因，目前無(wú)論對(duì)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(jí)”這一術(shù)語(yǔ)。但今后的趨勢(shì)是，對(duì)絕緣材料推薦采用“溫度指數(shù)”和“相對(duì)溫度指數(shù)”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)；對(duì)絕緣結(jié)構(gòu)則推薦采用“鑒別標(biāo)志”這個(gè)術(shù)語(yǔ)；絕緣結(jié)構(gòu)的“鑒別標(biāo)志”只和所設(shè)計(jì)的特定產(chǎn)品發(fā)生聯(lián)系；而對(duì)電工產(chǎn)品則保留采用“耐熱等級(jí)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)。
3.1.1 運(yùn)行條件
經(jīng)驗(yàn)證明：如果電工產(chǎn)品(如旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器等)標(biāo)準(zhǔn)是以第3.1條所列的溫度為基礎(chǔ)并適當(dāng)考慮該產(chǎn)品的特有因素制訂的，那么，按這樣的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造的電工產(chǎn)品在通常的運(yùn)行條件下可具有滿意而經(jīng)濟(jì)的使用期。
3.1.2 絕緣結(jié)構(gòu)中的絕緣材料
標(biāo)明某電工產(chǎn)品為某耐熱等級(jí)，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(hù)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(gè)組成材料的溫度極限。所有這些問(wèn)題應(yīng)該通過(guò)功能試驗(yàn)來(lái)加以研究。
3.1.3 溫度和溫升
本標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)中通常規(guī)定溫升而不規(guī)定溫度。在確定這類標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)量方法和允許溫升時(shí)，應(yīng)該考慮下列因素，如結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、絕緣的導(dǎo)熱性和厚度、各絕緣部分的易檢測(cè)性、通風(fēng)方法、負(fù)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(huì)受到某些條件(如施加在絕緣及其支撐結(jié)構(gòu)上的機(jī)械應(yīng)力)和某些因素(如振動(dòng)和不同的熱膨脹)的影響。隨著產(chǎn)品尺寸的增加，振動(dòng)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(xué)物質(zhì)或其他污染物的存在也會(huì)產(chǎn)生有害的影響。在設(shè)計(jì)特定產(chǎn)品時(shí)，對(duì)這些因素都應(yīng)加以考慮。詳見(jiàn)評(píng)定和鑒別電氣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)的指導(dǎo)性資料。
3.1.5 絕緣的使用期
電工產(chǎn)品的實(shí)際使用期取決于運(yùn)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(yù)期使用期還取決于產(chǎn)品尺寸、可靠性、有關(guān)設(shè)備的預(yù)期使用期以及經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。
對(duì)某些電工產(chǎn)品，由于其特定的應(yīng)用目的，要求其絕緣的使用期低于或高于正常值，或由于運(yùn)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(duì)氧氣、濕度、灰塵和化學(xué)物質(zhì)的隔絕程度。在給定溫度下，受到恰當(dāng)保護(hù)的絕緣的使用期會(huì)比自由暴露在大氣中的絕緣的使用期長(zhǎng)，因而，用化學(xué)惰性氣體或液體作冷卻或保護(hù)價(jià)質(zhì)，可延長(zhǎng)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(guò)一定溫度會(huì)軟化或發(fā)生其他劣變，但冷卻后又恢復(fù)其原來(lái)的性能。使用這類材料時(shí)要注意，務(wù)必使它們?cè)诤线m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(jì)、制造單位應(yīng)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)或合適的、可接受的試驗(yàn)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(shí)，合適的試驗(yàn)則是這種選擇的基礎(chǔ)(參見(jiàn)第4.2條)。
4 耐熱性評(píng)定
4.1 絕緣材料的耐熱性評(píng)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(xué)名稱來(lái)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?cè)诮^緣結(jié)構(gòu)中所承擔(dān)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(píng)定有兩個(gè)目的：一是對(duì)作為電氣絕緣結(jié)構(gòu)組成部分的某種材料的評(píng)價(jià)，另一是對(duì)單獨(dú)使用的或作為構(gòu)成絕緣結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單組合的成組成部分的某種材料的評(píng)價(jià)。
一般，評(píng)定試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)被公認(rèn)為是絕緣材料耐熱性評(píng)定的可接受的基礎(chǔ)。
以運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)時(shí)要注意：必須保證該經(jīng)驗(yàn)是適用的。但是在某種情況下，將一種經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)用于另一種應(yīng)用情況往往可能也合適的。應(yīng)制訂合適的方法以確定運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)之間的關(guān)系。
材料評(píng)定試驗(yàn)方法的研究已取得顯著的進(jìn)展。在確定和表達(dá)絕緣材料的耐熱性方面已更加完善，對(duì)此可參見(jiàn)GB 11026.1，并且還將制訂該導(dǎo)則的其他部分。
對(duì)可一種材料，采用不同的性能(如電氣的、機(jī)械的等)、方法和失效標(biāo)準(zhǔn)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(dān)的功能。
用標(biāo)準(zhǔn)試樣試驗(yàn)得到的結(jié)果可能與材料按其實(shí)際使用形式試驗(yàn)得到的結(jié)果不同。絕緣結(jié)構(gòu)更接近實(shí)際情況。因此，絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的結(jié)果可以證明材料在有關(guān)應(yīng)用中的適用性。
4.2 絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性評(píng)定
估價(jià)絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性，最好用有關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)作基礎(chǔ)。沒(méi)有這種運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)時(shí)，就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行合適的功能性試驗(yàn)。為此目的，需要用一種被運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明了的結(jié)構(gòu)作為參考絕緣結(jié)構(gòu)。通過(guò)與它對(duì)比來(lái)評(píng)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(jì)、制造、檢測(cè)、使用單位應(yīng)設(shè)計(jì)和進(jìn)行合適的試驗(yàn)。在設(shè)計(jì)合適的試驗(yàn)和制訂耐熱性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)規(guī)程時(shí)，應(yīng)參考評(píng)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(shí)，可以參考單一材料的耐熱性評(píng)定結(jié)果(見(jiàn)第4.1條)。
只要由合適的絕緣結(jié)構(gòu)試驗(yàn)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明其某種絕緣材料有滿意的運(yùn)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(duì)很簡(jiǎn)單的和受單應(yīng)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(jìn)行絕緣結(jié)構(gòu)的功能性試驗(yàn)；還是較簡(jiǎn)單地根據(jù)材料的耐熱性數(shù)據(jù)作出評(píng)價(jià)，就可得到滿意的結(jié)果。如果需要評(píng)價(jià)某材料是否適用于某電工產(chǎn)品，則應(yīng)該用已被合適的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明的材料作參考材料，進(jìn)行對(duì)試驗(yàn)。對(duì)此，有關(guān)單位應(yīng)提供在特定應(yīng)用場(chǎng)合下被運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明的材料的資料。同時(shí)，為了能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆旨?jí)，還應(yīng)提供關(guān)于如何評(píng)價(jià)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)則。
應(yīng)制訂適用于對(duì)比評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)規(guī)程。在還沒(méi)有這種標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)規(guī)程時(shí)，絕緣的研究單位和電工產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、使用單位應(yīng)選擇合適的試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。
5 分級(jí)
電工產(chǎn)品及其絕緣的耐熱性分級(jí)見(jiàn)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(yàn)或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明某絕緣材料、簡(jiǎn)單組合或絕緣結(jié)構(gòu)，于某一特定的應(yīng)用場(chǎng)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(jí)。
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