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絕緣介質

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絕緣介質也稱為電介質,是用來隔離極板的絕緣材料。
絕緣介質在變壓器、電纜等其他設備的絕緣結構中是對具有不同電位的導體起着絕緣及機械固定作用;在電容器中,絕緣介質還有一個更重要的作用,這就是為了儲存能量,因此要求電容器所使用的介質其單位體積(或質量)所儲存的能量要大。 [1] 
中文名
絕緣介質
外文名
insulating medium
別    名
電介質
材    質
塑料橡膠玻璃
定    義
用來隔離極板的絕緣材料
分    類
脆性、塑性、彈性材料

絕緣介質內容簡介

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不善於傳導電流的物質稱為絕緣體,絕緣體又稱為電介質,電介質即絕緣介質,它們的電阻率極高。
絕緣介質的種類很多,固體的如塑料橡膠玻璃陶瓷等;液體的如各種天然礦物油硅油、三氯聯苯等;氣體的如空氣、二氧化碳、六氟化硫等。
絕緣介質在某些外界條件,如加熱、加高壓等影響下,會被“擊穿”,而轉化為導體。在未被擊穿之前,絕緣介質也不是絕對不導電的物體。如果在絕緣介質兩端施加電壓,材料中將會出現微弱的電流。
絕緣介質中通常只有微量的自由電子,在未被擊穿前參加導電的帶電粒子主要是由熱運動而離解出來的本徵離子和雜質粒子。絕緣介質的電學性質反映在電導、極化、損耗和擊穿等過程中。
絕緣介質有脆性、塑性和彈性材料三種,其機械性能相差很大。應注意:各種材料的抗拉、抗壓和抗彎強度可能相差很大,如瓷的抗壓強度比抗拉、抗彎強度高得多。所以在進行絕緣結構設計時.必須根據受力情況,選擇適當材料,充分發揮此材料強度的特點;在選擇材料時,還須注意材料的形變性能,如作為標準電容器的支柱選用較軟材料時,電容量將難以保證。 [2] 

絕緣介質熱性能特徵

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電氣設備在運行中,導體或磁性材料所發的熱都要傳到介質中,並且其自身也因損耗而發熱。設備工作在高温環境中,其絕緣介質的工作温度由其熱性能決定。
電介質耐熱性能是保證運行可靠而不產生熱損壞的最高允許温度。温度過高,會引起熱擊穿;有機材料在高温下易氧化、分解,性能劣化。考慮到電介質運行時的安全裕度,其工作温度不應超過最高容許温度。根據絕緣介質的耐熱性能,確定其工作温度,並劃分為幾個耐熱等級,如下表所示。
絕緣介質的耐熱等級表
耐熱等級
O
A
E
B
F
H
C
允許使用的最高温度(℃)
90
105
120
130
155
180
>180
使用温度如超過上表中所規定的温度,則絕緣材料迅速劣化,壽命大大縮短。如A級絕緣温度如超過允許長期使用的最高温度8℃,則壽命縮短一半左右,這通常稱為熱劣化的8℃規則。對其他各級絕緣有相應的温度,如B級絕緣約為10℃,H級絕緣約為12℃。
一些材料在低温下使用時,常發生固化、變脆或開裂,所以對運行在低温環境下的設備,也要注意其耐寒性。如選擇變壓器油時要注意其凝同點應低於環境的最低温度。變壓器油的牌號10、25、40號分別表示其凝固温度為-10、-25、-40℃。
耐弧性能對可能發生沿面閃絡的情況尤為重要。有的材料難經受電弧的高温作用而不破壞,有的會留下燒傷的痕跡,有的則會被電弧完全破壞,所以,需根據工作條件選擇材料。
脆性材料(如玻璃、陶瓷、硬顏料等)在驟冷驟熱的温度下,由於材料內外層間温差和不均勻地膨脹(或收縮)能形成裂縫,這種性質稱為耐熱衝擊穩定性,對户外裝置是很重要的。例如,電瓷的出廠試驗中。就有冷熱試驗項目。
材料的導熱性能,與材料的熱擊穿強度及其穩定性等關係很大,常用的大部分絕緣材料的導熱係數比金屬小得多,液體的遠比固體、氣體的更小;其他還有固體的軟化點,液體的黏度等也都屬於熱性能參數。 [2] 

絕緣介質吸潮性和生化性能特徵

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(1)吸潮性
吸潮性直接影響到絕緣的電導和損耗,從而影響到絕緣的耐電強度。對運行於濕度大的地區的電氣設備,選用材料時應注意選用吸潮性小的材料或對材料作防潮處理。
(2)生化性能特性
生化性能主要是指材料的化學穩定性,如固體介質的抗腐蝕性(氧、臭氧、酸、鹼、鹽等的作用)和抗溶劑的穩定性(耐油性、耐漆性等),液體介質的搞氧化性(液體酸價等)應根據工作條件予以重視,工作在濕熱地區絕緣還應注意其抗生物性(黴菌、昆蟲的危害等)。 [2] 

絕緣介質氣體絕緣介質

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常用作絕緣材料的氣體有空氣、六氟化硫和氟利昂。
圖1空氣的物理性能與電氣性能 圖1空氣的物理性能與電氣性能
(1)空氣
空氣的液化温度低,擊穿後有自恢復性.電氣和物理性能穩定,在電氣開關中廣泛應用空氣作為絕緣介質。空氣的物理性能與電氣性能如圖1表格所示。
(2)六氟化硫
六氟化硫(
)是一種無色、無臭、不燃燒、不爆炸、電負性很強的惰性氣體。它具有較高的熱穩定性和化學穩定性,在1500℃時,不與水、酸、鹼、鹵素、氧、氫、碳、銀、銅和絕緣材料等作用,500℃時仍不分解。
圖2SF6的物理性能 圖2SF6的物理性能
它具有良好的絕緣性能和滅弧性能,在均勻電場中,其擊穿強度為空氣和氮的2.3倍;在不均勻電場中約為3倍。在3~4 atm下,其擊穿強度與1 atm下的變壓器油相似,在單斷口的滅弧室中,其滅弧能力約為空氣的100倍,也遠比壓縮空氣強。
氣體可用於全封閉組合電器、電力變壓器、電纜、電容器、避雷器和高壓套管等;也可與氮或二氧化碳混合用作絕緣介質,以降低成本;採用高壓力的
氣體或它的混合氣體絕緣,由於其擊穿場強增大,可有效地縮小設備的體積,降低造價,延長檢修週期,特別適用於地下變電站等特殊條件使用的電氣設備。
的物理性能如圖2表格所示。
是無毒的.但若在合成過程中淨化不徹底,有可能混有有毒雜質;另外,在使用過程中,由於火化和電弧的高温作用.也會分解出氟原子和某些有毒的低氟化合物。有些低氟化合物被潮氣水解.會產生氟化氫等有強腐蝕性的劇毒物;氟原子在電弧區域內能與金屬蒸氣作用,生成氟化銅、氟化鎢、氟化鉛等粉末,在有水分的情況下,這些粉末易與硅、鈣和碳等作用,影響這些材料的性能和使用壽命。
因此,應用
時。要嚴格控制含水量,並對接觸
的各部件、容器等採取防潮措施,以保證
氣體在運行中含水量不超過
。同時,還應採用適當的吸附劑,以清除在使用過程中產生的低氟化合物及水分。充有
,氣體的設備若安裝地溝內,在沒有通風條件下,工作人員不能進入。以防室息;需要接觸
氣體的人應採取勞動保護措施。
(3)氟利昂
圖3常用的幾種氟利昂氣體的特性 圖3常用的幾種氟利昂氣體的特性
氟利昂是氟化碳烴衍生物的總稱,也叫Fron,其分子中除氟原子外,還常引入氯、溴、氧等原子。氟利昂的種類較多,常用的幾種氟利昂氣體的特性如圖3表格所示。
①F12
F12在常温下無毒、無臭、小燃、不爆;在常態下,它是惰性氣體,但在電弧放電的作用下會生成有毒的腐蝕性分解物,侵蝕金屬和絕緣材料;擊穿強度與絕緣油相當,它用作電氣絕緣介質和冷凍機的冷媒。
②F218、F14、F16、FC318
F218、F14、F16、FC318,它們相類似,其擊穿強度和沸點隨分子量增大而升高。其中F218是無毒、不燃、熱穩定性比
好的氣體,可用於工作温度較高的電器中作絕緣介質,其擊穿強度和
大致相同,但受電弧放電作用時,會產生分解物,侵蝕金屬和絕緣材料。
③F113
F113的沸點高,常温下為液體;它不燃,可用它和發熱體直接接觸而汽化,作為某些電工設備的冷卻兼絕緣用的沸騰冷卻劑;氣態F113的擊穿強度和
大致相同,一般用於電解和電氣化鐵道用的整流器。 [3] 
參考資料
  • 1.    李堅編著,電網運行及調度技術問答 2版,中國電力出版社,2013.01,第318頁
  • 2.    徐登偉編著,電力安全工器具管理與使用問答,中國電力出版社,2016.01,第13-16頁
  • 3.    呂如良等主編,電工手冊 5版,上海科學技術出版社,2014.01,第1739-1741頁