Изоляционные материалы являются одними из важнейших материалов в трансформаторах, их характеристики и качество напрямую влияют на надежность работы трансформатора и срок его службы. В последние годы новые изоляционные материалы, используемые в трансформаторной продукции, появляются в бесконечном потоке. Как сотрудник изоляционной группы, который ежедневно работает с изоляционными деталями, он должен изучать все более и более полные знания об изоляционных материалах. В этом обучении будут представлены базовые знания и последние разработки в области изоляционных материалов для трансформаторов. Надеемся, что обучение позволит обогатить знания каждого в области изоляции и поможет в будущем производстве изоляционных деталей.

1. Обзор изоляционных материалов для трансформаторов.

С быстрым развитием науки и техники электрическое оборудование, такое как двигатели и трансформаторы, используется все более широко. Однако надежность и срок службы трансформатора во многом зависят от используемого изоляционного материала. Изоляционные материалы все больше ценятся теми, кто занимается проектированием и производством трансформаторов.

За последние два десятилетия новые продукты, технологии и теории в области изоляционных материалов для трансформаторов постоянно появлялись и развивались, так что изоляционные материалы для трансформаторов и их применение сформировали очень важную дисциплину.

1.1 Введение в изоляционные материалы

Изоляционные материалы, также известные как диэлектрики, представляют собой материалы с высоким удельным сопротивлением и низкой проводимостью. Изоляционные материалы могут использоваться для изоляции проводников с зарядами или разными потенциалами, чтобы ток протекал в определенном направлении. В трансформаторной продукции изоляционные материалы также играют роль в отводе тепла, охлаждении, поддержке, фиксации, гашении дуги, улучшении градиента потенциала, защите от влаги, плесени и защите проводников.

Изоляционные материалы классифицируются по уровню напряжения: обычно делятся на: Y (90°), A (105), E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C), C (более 180°C).

Температурный класс изоляционного материала трансформатора относится к максимальной температуре, которую изоляционный материал может выдерживать в трансформаторе. Если изоляционный материал используется правильно, срок службы материала может быть гарантирован в течение 20 лет. В противном случае он будет основываться на законе 8°C (при увеличении температуры изоляции класса A на каждые 8°C срок службы сокращается вдвое, для изоляции класса B — на 10°C, а для изоляции класса H — на 12°C. Этот закон называется законом 8°C термического старения), что сокращает срок службы. Термостойкость изоляционных материалов, состоящих из полимерных материалов, вдвое ниже, чем у неорганических диэлектриков.

Свойства изоляционных материалов тесно связаны с их молекулярным составом и структурой.

Существует множество разновидностей изоляционных материалов для трансформаторов, которые можно разделить на газообразные, жидкие и твердые изоляционные материалы в зависимости от их формы.

2. Четыре основных параметра электрических свойств изоляционных материалов трансформаторов.

Четыре основных параметра электрических свойств изоляционных материалов трансформаторов включают сопротивление изоляции, диэлектрический коэффициент, коэффициент диэлектрических потерь и электрическую прочность.

2.1 Сопротивление изоляции

2.1.1 Понятие сопротивления изоляции

Сопротивление изоляционного материала означает, что изоляционный материал находится под длительным давлением под действием постоянного напряжения, а зарядный ток и ток абсорбции на линии исчезают. Только значение сопротивления, когда ток утечки проходит через него. Обычно устанавливается, что через одну минуту после подачи напряжения измеренное значение сопротивления является значением сопротивления изоляции. Для высоковольтных трансформаторов большой мощности сопротивление изоляции измеряется при давлении в течение 10 минут.

2.1.2 Факторы, влияющие на сопротивление изоляции

2.1.2.1 Связь между температурой и сопротивлением изоляции

При повышении температуры удельное сопротивление уменьшается экспоненциально. Это связано с тем, что при повышении температуры тепловое движение молекул усиливается, а средняя кинетическая энергия молекул увеличивается, что повышает вероятность достижения молекулярной кинетической энергии энергии активации, и ионы легче переносятся.

2.1.2.2 Связь между влажностью и сопротивлением изоляции

Вода, проникая в диэлектрик, увеличивает количество проводящих ионов и может способствовать диссоциации примесей и полярных молекул. Поэтому сопротивление изоляционного материала уменьшается с увеличением влажности, особенно у изоляционной бумаги или картона, сопротивление изоляции уменьшается еще больше.

Поверхностная влага диэлектрика оказывает очень чувствительное влияние на его поверхностное сопротивление. Притяжение гидрофильных материалов, таких как ионные кристаллы и полярные материалы, к воде больше, чем когезия между молекулами воды, и непрерывный водный слой на поверхности снижает поверхностное сопротивление. Поэтому сопротивление изоляции электрооборудования снижается из-за влаги, что приводит к чрезмерному току утечки и повреждению оборудования.

2.1.2.3 Связь между примесями и сопротивлением изоляции

Примеси в диэлектрике напрямую увеличивают количество проводящих ионов, вызывая снижение сопротивления, и примеси легко смешиваются с полярным материалом, способствуя диссоциации полярных молекул и создавая больше проводящих ионов.

Поверхность диэлектрика загрязняется примесями, и адсорбция влаги приводит к быстрому снижению поверхностной проводимости. Сопротивление изоляции изоляционного материала является одним из наиболее чувствительных параметров, отражающих количество примесей в материале. В стандартах изоляционных материалов часто используется метод измерения объемного удельного сопротивления для определения содержания примесей в изоляционных материалах. Для обеспечения уровня изоляции изоляционных материалов заводы-производители изоляционных материалов должны строго контролировать чистоту производственной среды.

2.1.2.4 Связь между напряженностью электрического поля и сопротивлением изоляции. Когда напряженность электрического поля не слишком высока, она мало влияет на способность переноса ионов и удельное сопротивление. При увеличении напряженности электрического поля способность переноса ионов увеличивается с ростом напряженности электрического поля, вызывая снижение удельного сопротивления. Когда напряженность электрического поля увеличивается до точки, близкой к пробою диэлектрика, удельное сопротивление уменьшается экспоненциально из-за большого количества переносов электронов.