耐電暈電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)技術(shù)內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了耐電暈電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的組成、技術(shù)要求、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則。 2100433B

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的絕緣結(jié)構(gòu)由耐電暈漆包線、浸漬樹(shù)脂、聚酰亞胺薄膜、槽絕緣材料等集成制備而成（模型線圈），適用于1 000 V及以下耐電暈電機(jī)絕緣。

蘇州巨峰電氣絕緣系統(tǒng)股份有限公司、上海電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司、上海電科電機(jī)科技有限公司。

夏宇、王文、鄭龍平、周成、高鑫。

多核模型

日本早稻田大學(xué)的 Tanaka T等基于化學(xué) 、電學(xué)和形態(tài)學(xué)理論 , 提出了多核模型 , 用于解釋納米層狀材料在提高聚合物耐電暈性能方面所起的作用 。他們通過(guò)比較聚酰胺和聚酰胺/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料在相同局部放電條件下的耐電暈性能 , 發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料表面的電暈腐蝕深度是純聚合物的五分之一 ,肯定了耐電暈性能的提高與層狀硅酸鹽的高耐局部放電性有密切關(guān)系 。

聚酰胺/ 層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料表面耐局部放電的機(jī)理。該復(fù)合材料由許多聚酰胺包覆的納米尺寸的球形粒子組成 , 球形粒子的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外可分為三層 ,即內(nèi)層 ,中間層和外層 。由于離子鍵與共價(jià)鍵的存在 , 內(nèi)層聚合物與納米粒子之間有較強(qiáng)的作用 , 具有較強(qiáng)的耐電暈?zāi)芰?。中間層聚合物處于高度有序狀態(tài) , 且或多或少地存在結(jié)晶現(xiàn)象 , 兩相鄰顆粒之間的距離約為 1 nm , 第二層被認(rèn)為是最接近相鄰粒子的區(qū)域 , 耐電暈性能次之 。第三層主要是無(wú)定形聚合物 , 耐電暈性能較差 。當(dāng)局部放電作用于復(fù)合材料表面時(shí) ,在電 、熱 、機(jī)械以及環(huán)境等因素的共同作用下 ,表層的聚合物首先遭到破壞而分解 。之后 , 由于第三層及其外層的聚合物耐電暈性能較弱而被破壞 ,當(dāng)局部放電遇到球形粒子的中間層或內(nèi)層時(shí) , 由于其較強(qiáng)的耐電暈性能 , 破壞通道將沿著中間層與聚合物的界面繼續(xù)生長(zhǎng) 。這樣破壞通道在材料內(nèi)部形成之字形路徑 ,從而延長(zhǎng)了耐電暈壽命 。此外 ,介電常數(shù)也起著重要作用 , 由于層狀硅酸鹽的介電常數(shù)約為聚酰胺的 2 倍 , 局部放電將集中于復(fù)合材料中的納米填料部分 , 而在耐電暈性能較弱的無(wú)定形區(qū)域較弱 , 而硅酸鹽的耐電暈性能遠(yuǎn)高于聚合物基體 , 因而復(fù)合材料具有較好的耐電暈性能 。

缺陷理論

屠德民等人對(duì)聚合物的放電與老化問(wèn)題曾進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究 。他認(rèn)為聚合物中存在一定量深度

各異的陷阱 , 在電壓的作用下電子從導(dǎo)體注入聚合物材料中時(shí) , 由于電子在聚合物中的平均自由程很短 ,經(jīng)過(guò)幾次碰撞后很快就落入陷阱中 。電子與陷阱的復(fù)合引起了以下兩個(gè)過(guò)程 : ①被捕陷的電子會(huì)在注入電極附近形成同極性的負(fù)電荷中心 , 它形成的附加電場(chǎng)會(huì)減弱電子繼續(xù)注入率 。 ②由于捕陷( 或復(fù)合) , 從高能態(tài)到低能態(tài)之間的這一能量差將會(huì)以非輻射的方式轉(zhuǎn)移 。對(duì)絕緣聚合物來(lái)說(shuō) ,這個(gè)能量可達(dá) 4 eV。該能量有兩種消耗方式 , 一是直接破壞陷阱處的材料結(jié)構(gòu) ,二是轉(zhuǎn)移給另外的電子 , 使它變成熱電子 。第二個(gè)電子就具有了足夠的能量去轟擊分子使其化學(xué)鍵破裂 ,或者產(chǎn)生自由基 ,這又形成新的陷阱 。這個(gè)過(guò)程會(huì)以鏈反應(yīng)的方式傳遞下去 ,直至老化擊穿 。納米粒子的加入改變了純聚合物的上述老化過(guò)程 。首先 , 納米粒子與聚合物的復(fù)合材料中的淺陷阱數(shù)量增多 。由于納米粒子的表面存在大量缺陷 , 當(dāng)納米粒子在與聚合物復(fù)合時(shí) , 納米粒子表面與聚合物的界面中會(huì)產(chǎn)生大量的陷阱 , 這是造成淺陷阱數(shù)量增加的原因 。其次 ,從導(dǎo)體注入的電子在淺陷阱中被捕獲 ,材料中穩(wěn)定的強(qiáng)電子親和力結(jié)構(gòu)能夠牢牢地俘獲電子 , 以致電荷不會(huì)脫陷 , 從而形成穩(wěn)定的空間電荷電場(chǎng) , 由于空間電荷電場(chǎng)在材料表面形成一個(gè)與外加電場(chǎng)方向相反的空間電荷場(chǎng) , 減弱了電子的注入能量和注入數(shù)量 。正是由于過(guò)渡金屬對(duì)電子具有較強(qiáng)的親和力 , 并且它們能夠在聚酰亞胺有機(jī)基體中形成一定的分散體系 , 在外電場(chǎng)的作用下這些強(qiáng)電子親和力的結(jié)構(gòu)能夠牢固地俘獲負(fù)離子( 電子) 形成受陷電荷 ,而所有這些受陷電荷的協(xié)同作用即產(chǎn)生空間電荷電場(chǎng) , 進(jìn)而在材料表面形成一定的屏蔽電場(chǎng) , 從而提高了聚酰亞胺薄膜的耐局部放電性能 。

協(xié)同效應(yīng)

Yin W和何恩廣等人認(rèn)為 , 納米粒子在提高耐電暈性能方面的作用不是單一的 , 而是電場(chǎng)均化 、電子及紫外光屏蔽 、熱穩(wěn)定等多種效應(yīng)共同作用的結(jié)果 。T Okamoto 等曾研究了云母 、Fe 3O 4 填充的聚酰亞胺以及未填充聚酰亞胺的耐電暈壽命 , 對(duì)比了它們的放電量和體積電阻 。發(fā)現(xiàn) Fe 3O 4/聚酰亞胺體系的局部放電量最小 ,而純聚酰亞胺的局部放電量最大 , 因此 , T Okamo to 認(rèn)為填料的加入造成聚酰亞胺電阻率的降低 , 使局部放電能量降低 , 從而延緩了材料的老化速度 。何恩廣等研究了納米 TiO 2 在提高耐電暈性能方面所起的作用 。他認(rèn)為納米 TiO 2 微粉填充改性絕緣的新型復(fù)合電磁線經(jīng)過(guò)電暈放電破壞后 , 析出的納米 TiO 2 微粉層改善了間隙中的電場(chǎng)分布特性 , 并通過(guò)電動(dòng)力的作用自適應(yīng)遷移使間隙的電場(chǎng)分布趨于均勻化 ;納米 TiO 2 層在絕緣表面形成電子屏蔽障 , 可捕獲來(lái)自放電的電荷 , 并通過(guò)高電導(dǎo)率的納米 TiO 2 微粉層使積聚的電荷沿表面擴(kuò)散 ; 此外納米 TiO 2微粉層還能夠吸收來(lái)自電暈放電且對(duì)絕緣有光化學(xué)降解作用的紫外線 ,將光能轉(zhuǎn)化為熱能后通過(guò)良好的導(dǎo)熱性擴(kuò)散掉 , 從而起到屏蔽紫外線的作用 。

耐電暈材料的開(kāi)發(fā)在我國(guó)已經(jīng)引起了高度重視 ,但仍存在很多制得重視的問(wèn)題 。首先 , 從國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)來(lái)看 , 多數(shù)作者采用單一的無(wú)機(jī)納米粒子對(duì)聚合物進(jìn)行研究 , 這些研究缺乏全面性和系統(tǒng)性 。在機(jī)理研究方面仍處于假說(shuō)階段 , 沒(méi)有提出相關(guān)的證據(jù) 。其次 , 已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的絕緣漆在儲(chǔ)存過(guò)程中存在不同程度的沉淀和凝膠現(xiàn)象 , 產(chǎn)品性能分散性較大 , 需要進(jìn)一步改進(jìn)耐電暈漆的生產(chǎn)工藝 、儲(chǔ)存 、運(yùn)輸條件 ,提高無(wú)機(jī)粒子在漆中的分散穩(wěn)定性 。此外 , 到目前為止 , 在耐電暈試驗(yàn)方法方面仍沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 。