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技術文章

談談絕緣材料在電機行業中的應用
談談絕緣材料在電機行業中的應用
1 直流電機電樞絕緣結構
直流電機電樞絕緣結構，是由繞組絕緣、換向器絕緣、支架絕緣、扎鋼絲絕緣和層間絕緣等組成。由于采用的電樞繞組的型式，電壓等級和綁扎材料不同，電樞絕緣結構某些地方有所變化。
1.1 電樞繞組絕緣 電樞繞組絕緣結構隨繞組結構型式不同而有所區別。為了提高防潮性能，大型直流電機電樞繞組一般采用連續式絕緣。
1.1.1 匝間絕緣 作用是絕緣同一線圈中的相鄰元件，只承受片間電壓。大型直流電機匝間絕緣一般采用裸銅線外半疊包一層0.1毫米云母帶，或直接采用高強度漆包雙玻璃絲包線。中、小型電機一般采用雙玻璃絲包線即可。在F級薄膜絕緣大型電機可采用0.05毫米薄膜半疊包一層并 將薄膜“燒結”在導體上，或加包一層玻璃絲帶。中、小型電機半疊包0.05毫米薄膜一層或將薄膜“燒結”在導體上。
1.1.2 對地絕緣 主絕緣，承受線圈對鐵心間的全電壓。1000伏級大型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層。660伏級中型電機：0.14毫米醇酸云母帶半疊繞二層(連續式絕緣)或0.2毫米云母箔卷包2層(套筒式絕緣)。F級薄膜大型電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞四層。中、小型F級或H級電機：0.05毫米聚酰亞胺薄膜半疊繞2～3層。
1.1.3 保護布帶 主要保護主絕緣免受機械損傷。一般B級絕緣電機采用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞或平繞一層。F級薄膜絕緣一般不用保護布帶，有時為可靠起見，也用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層。
1.1.4 電樞繞組端部絕緣 絕緣方式和材料一般和直線部分相同，僅是對地絕緣比直線部分可少包1-2層。雖然端部對地和層間都存在全電壓，但主要是因為有層間絕緣和支架絕緣的存在，同時也為了改善冷卻條件，所以繞組端部絕緣制造時適當減少。
1.2 線圈在槽內的保護絕緣
1.2.1 槽絕緣 防止槽內毛刺或槽口尖棱劃傷線圈。B級絕緣：0.2毫米聚脂薄膜一黃玻璃漆布復合絕緣、0.2毫米聚脂薄膜一青殼紙復合絕緣，或用0.2毫米青殼紙代用。F級薄膜絕緣：0.15毫米聚酰亞胺一黃玻璃漆布或0.1毫米聚酰亞胺漆布。
1.2.2 槽底墊條和層間墊條 保護繞組在下線過程中免受機械損傷。B級絕緣采用0.5毫米醇酸柔軟云母板。F級絕緣采用二苯醚玻璃布板或硅有機云母板。
1.3 電樞線圈端部固定絕緣結構 以端部中間帶通風孔四層式蛙繞組為例來說明:
1.3.1 支架絕緣 大型電機B級絕緣，一般*內層用0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，外面包0.14毫米醇酸云母帶半疊繞三層，其外圍繞0.3毫米柔軟云母板二層，外面半疊繞0.03毫米聚脂薄膜帶和0.1毫米玻璃絲帶各一層。F級絕緣一般用硅有機云母帶和云母板來代替醇酸云母帶。
1.3.2 端部層間絕緣 承受線圈層間全電壓和保護線圈免受相互壓傷。B級絕緣一般用0.5毫米襯墊云母板二層，并用0.1毫米玻璃絲布包邊，以免運行中飛散。F級絕緣一般用硅有機云母板或F級薄膜。
1.3.3 扎鋼絲絕 使鋼絲和繞組絕緣起來，并保護繞組免受鋼絲勒傷。靠近繞組先繞0.6毫米黃絕緣紙板一層，外面繞0.5毫米襯墊云母板二層(用玻璃絲布包邊)，*外面繞1毫米黃絕緣紙板一層，每層都用玻璃絲帶扎緊。為防止爬電，扎鋼絲絕緣比鋼絲箍每邊寬8-15毫米。為限制鋼絲箍中渦流損耗，每10匝鋼絲間應墊0.2毫米石棉紙一層，使之相互隔離。F級絕緣扎鋼絲絕緣，則是采用二苯醚玻璃布板和硅有機云母板。如用無緯帶綁扎端部，則不用墊任何絕緣。
1.3.4 換向器絕緣結構 換向器片間云母在換向器中起片間絕緣和增加換向器彈性的作用，要求含膠量小。一般用1.0毫米或1.1毫米換向器云母板5531。F級絕緣則用硅有機云母板。V型環在換向器中承受對地電壓，并承受壓圈對換向片的束緊力，一般是由5238蟲膠云母板熱壓成型，厚度1000伏級為2毫米。F級絕緣為硅有機型云母板。為了防止塵埃進入換向器3°面，換向器進行了端面涂封，涂封材料為環氧酚醛漆，F級絕緣用1053硅有機樹脂。為防止V型環外露部分在運行中飛散，在V型環上扎以玻璃絲繩，玻璃絲帶或無緯玻璃絲帶。
1.3.5 電樞整體絕緣處理 電樞在下線完后，浸三次1032或3404漆，以提高防潮性能，并在表面噴1321或8363灰瓷漆，以改善防灰、防油和防霉性能。
1.4 直流電機主極絕緣結構 極身絕緣：承受主極線圈對地電壓。
1.4.1 成型極身絕緣，由環氧酚醛玻璃布熱壓成成型極身絕緣，厚度4毫米。
1.4.2 用0.1毫米玻璃絲布圍繞2層，再在外面圍繞0.2毫米醇酸云母箔5層，*外層圍繞0.1毫米玻璃絲布2層。層間均刷環氧酚醛漆，每層均用電熨斗熨平。
1.4.3 補償繞組絕緣 對地絕緣0.14毫米云母帶半疊繞三層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層(或用0.17*25B級膠粉云母帶5438半疊繞四層，熱壓成型)。槽絕緣0.2毫米聚脂薄膜玻璃漆布復合絕緣1層，槽底墊條0.5毫米環氧酚醛玻璃布板一層。
1.4.4 主極繞組絕緣 單層式主極繞組，匝間墊0.1毫米環氧酚醛玻璃布四層，熱壓成型，首、末兩匝加包0.14毫米云母帶與0.1毫米玻璃絲帶各一層。多層式主極繞組，匝間絕緣用高強度漆包雙玻璃絲包線或雙玻璃絲包線。外面半疊繞0.1毫米玻璃絲帶一層作保護絕緣，并浸3404漆—次。串聯繞組(均衡繞組)0.14毫米云母帶半疊繞3層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，并浸3404漆(1千伏級)。絕緣墊圈，3240環氧酚醛玻璃布板，刷3404漆。厚度根據爬電距離而定。主極整體絕緣處理：浸3404漆一次，以增加導熱性和防潮能力。
1.5 換向極絕緣結構 換向極繞組固定形式因電機容量、用途不同而有多種形式，其絕緣結構也略有區別。換向極繞組一般系包繞銅線繞組，無層間絕緣。極身絕緣和主極極身包繞方式完全相同。螺桿絕緣有兩種：—種是用壁厚1.0～2.0毫米環氧酚醛玻璃布管作為螺桿絕緣，另一種在螺桿上包繞0.1毫米環氧酚醛玻璃布熱壓成型。絕緣墊塊與三角墊塊，均為3240環氧酚醛玻璃布板。線夾絕緣：線夾處換向極繞組用0.14毫米云母帶半疊繞三層，0.1毫米玻璃絲帶半疊繞一層，寬度各邊大于線夾各邊50毫米。固定夾絕緣：0.3毫米柔軟云母板二層(在內)，0.2毫米絕緣紙板二層<在外)，寬度大于固定夾各邊12.5毫米，并用直徑Φl玻璃絲繩扎緊。1.6 直流電機其它部分絕緣
1.6.1 電樞沖片絕緣 B級絕緣刷1611硅鋼片漆。H級絕緣刷1053硅有機漆。
1.6.2 電樞、主極、換向極拉緊螺桿絕緣 B級絕緣一般用5438B級膠粉云母帶連續包繞并熱壓成型。F級用薄膜帶連續包繞。
2 高壓交流電機定子絕緣
2.1 高壓交流電機定子絕緣結構：由于電壓等級、絕緣材料和電機容量不同，對運行可靠性影響很大。定子的絕緣結構種類是繁多的。交流高壓電機分3000伏 、6000伏、10000伏(10500伏)三種電壓等級。絕緣等級有A級、B級、F級三種。目前A級絕緣定子繞組已經淘汰，大量的應用B級和F級絕緣。由于各制造廠工藝習慣、工藝裝備和絕緣材料來源不同，所以目前生產的B級絕緣高壓定子絕緣結構，基本上分三種類型：復合式絕緣結構。直線部分采用5438B級膠粉云母帶熱壓成型，端部采用黃玻璃漆布帶(或瀝青云母帶、自粘性硅橡膠帶等)連續半疊繞。原因是B級膠絕緣在固化后彈性較差，嵌線困難，而且端部易受機械損傷，所以端部采用其他絕緣材料，但是復合式絕緣結構的端部電氣強度和防潮性能較差。目前國內大多數制造廠還采用復合式結構。全部粉云母端部軟下線結構。整個線圈對地絕緣用B級膠粉云母帶，直線部分熱壓成型，端部不固化，外包一層熱縮性樹脂帶，軟下線，下線后兩端浸漆處理。全部粉云母整體浸漆絕緣結構。線圈直線部分和端部對地絕緣都用粉云母帶，線圈不固化直接下線，下線后定子整體浸漆。目前國外(美國、德國、日本等)生產的高壓交流電機全部為F級。
2.2 高壓交流電機匝間絕緣 3千伏級：一般采用雙玻璃絲包線和三玻璃絲包線，層間墊云母帶一層，刷環氧酚醛漆熱壓成型。6千伏級：采用雙玻璃絲包、雙玻璃絲包高強度漆包線，外半疊繞一層云母帶，并刷環氧酚醛漆熱壓成型。10千伏級：比6千伏級多包一層云母帶。
2.3 定子對地絕緣 由于絕緣工藝、絕緣材料、電壓等級不同，絕緣結構和絕緣處理方法也不同。
2.4 同步機磁極繞組絕緣 極身絕緣、匝間絕緣、絕緣墊圈幾個部分的絕緣材料和處理方式，與直流電機主極絕緣完全相同。
3 電機絕緣趨勢
由于材料和工藝的進步，我國高壓交流電機絕緣已經用環氧基浸漬漆平-B級膠粉云母帶組成的熱彈性絕緣(所謂熱彈性絕緣是指：使絕緣結構的熱膨脹系數和銅的熱膨脹系數幾乎相等，因而使絕緣是和銅一起膨脹和收縮，絕緣結構能始終附著在銅線表面沒有相對位移，因而不會產生空隙)。全部代替了以往的瀝青膠+黑云母帶的A級絕緣結構，并向定子整體浸漆發展。這樣不僅提高了絕緣等級和絕緣電氣強度，而且縮小了電機體積，節約了大片云母材料，進一步提高了絕緣可靠性。
直流電機絕緣發展趨勢是提高絕緣等級并使絕緣薄膜化，其措施是：首先采用芳香族和雜環族樹脂纖維和薄膜(如聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺亞胺等)來作為電機匝間絕緣和主絕緣。其次采用耐熱浸漬漆(如二苯醚和改良硅有機漆)。這些芳香族和雜環族薄膜具有電氣強度高、耐溫高、強度好、抗腐蝕及耐輻射等優點，采用薄膜絕緣后，不僅絕緣等級可以提高到F級和H級(薄膜材料本身為H級絕緣，在制造大型直流電機中，考慮到浸漬漆，加熱爐和其他配套材料易解決，所以一般做成F級)，使絕緣厚度大大減小，電機體積縮小，因此電機的技術指標和性能，有很大改進。
國內各電機制造廠目前在采用H級薄膜代替原來B級絕緣方面，已經做了不少工作，效果顯著，取得了一定的經驗。