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。