电工材料教案.docx

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电工材料教案

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开平综合职校

郑良明

第一章绝缘材料

§1-1概述

一、教学目标

1、了解绝缘材料的概念、功用及分类

2、掌握绝缘材料的电气性能

3、了解绝缘材料的耐热性能与老化问题

4、了解绝缘材料的理化性能

5、了解绝缘材料的机械性能

6、了解绝缘材料的产品分类和型号编制方法

二、教学重点、难点

1、重点掌握绝缘材料的电气性能

2、掌握绝缘材料的导电特性

三、教学时间7

四、教学内容

一、绝缘材料的概念、功用及分类

1、概念绝缘材料又称电介质，它是电阻率很大、导电能力很差的物质的总称。

2、作用①隔离带电体或不同电位的导体，以保证用电安全。

②在各类电工产品中，起支撑、固定、灭弧、储能、改善电位梯度、防潮、防霉、防虫、防辐射、耐化学腐蚀等作用。

3、分类按照材料的物理形态分为气体绝缘材料、液体绝缘材料、和固体绝缘材料。

二、绝缘材料的电气性能

1、绝缘材料的导电特性

（1）瞬时充电电流IC

（2）吸收电流IS

（3）泄漏电流IL

2、绝缘材料的电阻率

（1）表面电阻率反映电介质表面的导电能力，其值较小，易受环境影响。

（2）体积电阻率反映电介质内部的导电能力，其值较大，通常所说的电阻率是指体积电阻率。

（3）影响绝缘材料电阻率的因素：

①温度温度升高，电阻率下降，绝缘电阻减小。

②湿度湿度增大，电阻率下降，绝缘电阻减小。

③杂质杂质在电介质内部直接增加了导电离子，使电阻率下降。

④电场强度较高的电场强度作用下，固体液体电介质中离子迁移能力相应增强，使电阻率下降，绝缘电阻减小.

3、电介质的极化与相对介电系数

①电介质在无外电场作用时，不呈现电的极性，而在外电场作用下，电介质沿场强方向在两端出现了不等量的不能自由移动的束缚电荷，我们把这种现象称之为电介质的极化。

②外电场场强越大，表面束缚电荷就越多，极化就越显著，外电场撤除，极化即消失。

③电介系数εr设电容器极板间为真空时的电容为C0,极板间填充某种电介质时,其电容为C,则电容C与C0的比值叫做电介质的相对介电系数εr。

即εr=C/C0

④影响绝缘材料εr的主要因素

A）频率电介质的极化需要一定的时间，当电场频率增高时，周期缩短，极化来不及形成，因此εr随电场频率增高而下降。

B）温度温度生高，加剧电介质的分子热运动，增加束缚电荷，加强极化；另一方面使分子难以排列整齐而削弱极化，故在某一温度下εr出现峰值。

C）湿度绝缘材料吸湿后会使εr增加

4、电介质的介质损耗和介损因数

（1）介质损耗：

在交流电压作用下，电介质能把部分电能转变成热能。

这部分能量叫电介质的介质损耗，简称介损。

由电阻损耗和极化损耗两部分组成。

（2）影响介损的主要因素有

①频率在高频区，介损值很大，高频条件下应采用介损因数很小的介质。

②温度温度对介损的影响较大

③湿度湿度增加，介损明显增大。

④场强场强增大，一般介损因数明显不变。

当外加电压升高到某一数值时，气泡或气隙中会出现游离放电，介损因数显著升高。

5、电介质的击穿和击穿强度

当施加于电介质的电场强度高于临界值时，会使通过电介质的电流急剧增加，使电介质完全失去绝缘性能，这种现象称为电介质的击穿。

如何提高固体介质的击穿强度

1）通过精选材料、改善工艺、真空干燥、强化浸渍等方法，清除固体介质中的杂质、气泡、水分，并使电介质尽量均匀密实。

2）改进绝缘设计，采用合理的绝缘结构，改善电极形状及表面粗糙度，尽量使电场分布均匀。

3）用液体电介质浸渍固体绝缘材料，这样既能改善电场分布，又可以改善散热条件。

4）改善运行条件，注意防潮、防污、加强散热冷却等。

三、绝缘材料的耐热性能与老化问题

1、绝缘材料的耐热性

绝缘材料的耐热性是指绝缘材料及其制品承受高温而不致损坏的能力。

2、绝缘材料的老化

电气设备中的绝缘材料在运行过程中，由于各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆转的物理、化学变化，从而导致其电气性能和机械性能的下降，通称为老化。

绝缘材料主要的老化形式主要有：

环境老化、热老化与电老化三种。

四、绝缘材料的理化性能

1、熔点、软化点

熔点是指材料由固体状态变为液体状态的温度值。

2、固体含量表示树脂、绝缘漆、涂料中的溶剂或稀释剂挥发后遗留下来的物质质量。

3、灰分灰分表示绝缘材料内部所含不燃物的数量。

4、黏度表示液体流动的难易程度。

5、吸湿性是指材料在温度20度和相对湿度为97%到100%的空气中的吸湿程度。

6、吸水性是指材料在温度20度的水中浸没24小时后，材料重量增加的百分数。

7、耐油性表示绝缘材料耐受变压器油和其它矿物油浸蚀的能力。

8、流动性是表示塑料在压模内加热加压下，能够流动并充填模内空隙的能力。

9、溶解度表示在一定温度和压力下，物质在一定量的溶剂中所溶解的最大量。

10、化学稳定性表示材料抵抗和他接触的侵蚀的能力。

也就是材料在这些介质中，其表面颜色、质量和原有特性不发生或只有轻微变化的性质。

11、酸值是指单位质量或体积的酸或减溶液中所含有的酸或碱的量。

五绝缘材料的机械性能

1、硬度是指材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。

2、抗拉、抗压、抗弯强度

分别表示在静态下单位面积的固体绝缘材料，承受逐渐增大的拉力、压力、弯矩直到破坏时的最大负荷。

3、延伸率表示材料受力后，开始断裂时的最大伸长与原长之比的百分数。

4、抗劈强度是表示材料承受冲击载荷的能力。

六、绝缘材料的产品分类和型号编制方法

1、电气绝缘材料产品按大类、小类、温度指数及品种的差异进行分类。

处理习题册1到4页习题

§1-2气体和液体绝缘材料

一、教学目标

1、了解常用气体绝缘材料的绝缘性能

2、了解常用液体绝缘材料的绝缘性能

二、教学重点、难点

掌握空气、六氟化硫气体的绝缘特性

三、教学时间4学时

四、教学内容

一、常用气体绝缘材料

高压电器中工作的气体要求具有如下特点：

（1）较高的电离强度和击穿强度，并且击穿后能迅速自动恢复绝缘性能

（2）化学稳定性好，不燃、不爆，不老化，不易为放电所分解

（3）对电气设备中的金属和其他绝缘材料不腐蚀、无毒性，对人体无害或不需复杂的防护措施

（4）热稳定性好、热容量大、导热性好、流动性好

（5）容易制取，成本较低。

二、常用气体绝缘材料

1、空气

增加气体压力可提高空气的击穿电压；

降低空气压力，使气体极为稀薄时，其击穿电压也可大大提高，且介质恢复快，设备体积小，动作快，无燃烧与爆炸危险适宜频繁操作。

2、六氟化硫气体

正常工作状态下，六氟化硫是一种无色无臭、不燃不爆的惰性气体。

具有良好的绝缘性和灭弧能力。

具有较高的热稳定性和化学稳定性，500度时成分仍不分解。

三、液体绝缘材料

1、液体绝缘材料的分类

分为矿物绝缘油、合成绝缘油和植物绝缘油。

用途

（1）用于电力变压器，起绝缘和冷却的双重作用。

（2）用于少油断路器，起灭弧和冷却触头的作用。

（3）用于高压电缆，起填充、浸渍作用，以清除电缆内部的气体，提高绝缘能力。

（4）用于油浸纸电容器，用油浸润电容纸，填充绝缘间隙，提高绝缘强度和电容量。

2、电气设备对液体电介质的要求

要求电气性能好，闪点高、凝固点低，在氧、高温、强电场作用下性能稳定，无毒、无腐蚀性。

除变压器外，其他电气设备还要求其黏度小，且不随温度而明显变化；油断路器还要求其灭弧性能好，在电弧作用下分解出来的碳粒少，电容器还要求其相对介电系数较大。

3、常用绝缘油

（1）矿物绝缘油

1）变压器油和超高压变压器油

2）断路器油

3）电容器油

4）电缆油

（2）合成油

合成油是指用化学合成方法制成的一类绝缘油，常用的有十二烷基苯、硅油、聚异丁烯和三氯联笨等。

处理习题册4到6页习题

§1-3绝缘树脂、绝缘漆和浇注胶

一、教学目标

1、了解绝缘树脂的种类和用途

2、了解绝缘漆的分类和用途

3、了解常用覆盖漆的品种、组成、特性和用途

4、了解常用浇注胶的性能、特点及用途

二、教学重点

重点掌握各种绝缘材料的特性和用途

三、教学时间3学时

四、教学内容

一、绝缘树脂一般为无定形半固体或固体有机高分子化合物，分天然树脂和合成树脂两大类。

电绝缘树脂的种类和用途见表1-7

二、绝缘漆主要由漆基、溶剂、稀释剂、填料等组成，它是一种能在一定条件下固化成绝缘硬膜或绝缘整体的重要绝缘材料。

按照用途可以分为：

浸渍漆、漆包线漆、覆盖漆、硅钢片漆和防电晕漆等几类。

1、浸渍漆浸渍漆分有溶剂漆和无溶剂漆两大类，主要用于浸渍电机、电器的线圈，以填充其间隙和微孔，且固化后能在被浸渍物的表面形成连续平整的漆膜，并使之粘结成一个坚硬的整体。

对浸渍漆的基本要求为：

粘度低，流动性好，固体含量高，便于渗透和填充被浸渍物。

固化快，干燥性能好，粘结力强，有热弹性，固化后能经受电机转动时的离心力。

具有优异的电气性能和化学稳定性，耐潮、耐热、耐油。

对导体和其他材料具有良好的相容性。

2、漆包线漆

漆包线漆主要用于涂覆在裸铜线、裸铝线、裸合金线及玻璃丝包线等的外面，，以达到导体与外部绝缘的目的，漆包线亦称为电磁线。

漆包线漆的性能，除决定于漆的组成外，还与漆包线的涂线工艺有关。

为此，在使用漆包线漆时除对漆的常规性能加以控制外，还要做漆的涂线检查。

3、覆盖漆

覆盖漆用于涂覆经浸渍处理的线圈和绝缘零部件，在其表面形成厚度均匀的绝缘保护层，以防止设备绝缘受机械损伤以及大气、化学药品的侵蚀，提高表面绝缘强度。

因此，要求覆盖漆具有干燥快、附着力强、漆膜坚硬、机械强度高、耐潮、耐油、耐腐蚀等特性。

覆盖漆按树脂类型分为醇酸漆、环氧漆和有机硅漆。

环氧漆比醇酸漆具有更好的耐潮性、耐霉性、、内干性和附着力，漆膜硬度高，广泛用于潮热地区电机电器设备部件的表面涂覆。

有机硅漆耐热性高，可作为H级电机电器的覆盖漆。

覆盖漆按填料又可以分为两种：

不含填料和颜料的清漆和含填料和颜料的瓷漆。

同一树脂制成的磁漆比清漆漆膜硬度大，导热、耐热和耐电弧性能好，但其他电气性能稍差，多用于线圈和金属表面涂覆，而清漆则多用于绝缘零部件表面的电器内表面涂覆。

覆盖漆按干燥方式有晾干和烘干两种，同一树脂的晾干漆较烘干漆性能差，贮存不稳定，仅适用于大型设备和不宜烘培的部件涂覆。

使用覆盖漆时应严格控制漆的粘度和均匀性、通风、烘培温度以及环境的清洁度，以保证漆膜的干燥和质量。

瓷漆在调和使用前必须充分搅拌，以消除沉淀块、粘度不均或变色等现象。

4、硅钢片漆

硅钢片绝缘漆是涂覆于硅钢片表面耐油防锈，防止硅钢片叠合成体后间隙涡流产生和边缘增厚效应。

硅钢片绝缘漆的主要品种有酚醛树脂漆、二甲苯醇酸树脂漆、二苯醚改性环氧酚醛树脂漆以及有机硅树脂漆。

5、防电晕漆

电晕现象就是带电体表面在气体或液体介质中局部放电的现象，常发生在不均匀电场中电场强度很高的区域内（例如高压导线的周围，带电体的尖端附近）。

其特点为：

出现与日晕相似的光层，发出嗤嗤的声音，产生臭氧、氧化氮等。

防电晕漆一般由绝缘清漆和非金属导体粉末混合而成，主要用作高压线圈防电晕的涂层。

要求电阻率稳定，附着力强，耐磨性好，干燥速度快，耐储存。

防电晕漆可以单独涂在线圈表面上，也可以涂在石棉带、玻璃布带上在包扎在线圈外层，或涂在玻璃布带上与主绝缘一次成型。

三、浇注胶

浇注绝缘的特点是对被浇注结构的适应性强，整体性好；耐潮、导热、电气性能优异；浇注工艺简单，易实现自动化生产。

主要用于浇注电缆接头、套管、20KV及以下电流互感器、10KV及以下电压互感器、某些干式变压器及密封电子元件。

1、电器浇注胶由浇注胶用树脂加固化剂和其他添加剂配制而成。

常用环氧浇注胶的性能特点及用途参见表1-17

2、电缆浇注胶

常用的电缆浇注胶有松香脂型、沥青型和环氧树脂型三类。

其组成、性能和用途见表1-19

处理习题册习题

处理课后习题