电工材料(第五版)课件整套电子教案.ppt
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1、11绝缘材料的作用及产品型号的编制绝缘材料的作用及产品型号的编制12绝缘材料的基本性能绝缘材料的基本性能13气体绝缘材料气体绝缘材料14液体绝缘材料液体绝缘材料15绝缘浸渍材料绝缘浸渍材料16绝缘纤维制品绝缘纤维制品17浸渍纤维制品和电工层压制品浸渍纤维制品和电工层压制品18电工用塑料和橡胶电工用塑料和橡胶19电工用薄膜及其复合制品、黏带电工用薄膜及其复合制品、黏带110电工用云母、石棉、陶瓷、玻璃及其制品电工用云母、石棉、陶瓷、玻璃及其制品1.掌握绝缘材料的分类和主要作用。2.熟悉绝缘材料产品型号的分类方法。3.理解绝缘材料产品型号中代号的含义。4.掌握绝缘材料产品的命名原则。5.熟悉绝缘材
2、料产品型号的编制方法。学习目标学习目标11绝缘材料的作用及产品型号的编制绝缘材料的作用及产品型号的编制一、绝缘材料的分类及作用一、绝缘材料的分类及作用1.绝缘材料的分类绝缘材料的分类绝缘材料的分类方法2.绝缘材料的作用绝缘材料的作用(1)绝缘材料可以让导电体与其他部分互相绝缘,使电流按指定线路流动。下图所示为塑料绝缘电线(BV),由聚氯乙烯材料制作的电线绝缘层可确保电流沿着内部铜芯流动。塑料绝缘电线(BV)(2)绝缘材料可以把不同电位的导体分隔开来。图所示为由四组导线构成的电缆,每组导线之间相互绝缘,整个导线组外面包有高度绝缘的保护层。由四组导线构成的电缆(3)绝缘材料可以用来改善高压电场中的
3、电位梯度,也可用在电容器中为电容器提供储存或释放电能的条件。图所示为纸质电容器的结构,绝缘纸可保证电容器等电器达到所需要的电容量。纸质电容器的结构绝缘材料还起着散热、冷却、灭弧、防潮、防霉、防腐蚀、防辐射、防电晕及机械支撑、固定导体、保护导体等作用。如图所示为HK 系列开启式负荷开关(即瓷底胶盖刀开关),由绝缘材料制成的瓷底和胶盖起着灭弧、防潮、防霉、机械支撑、固定导体和保护导体等作用。其内部构造如图所示。HK 系列开启式负荷开关HK 系列开启式负荷开关的内部构造二、绝缘材料产品型号的编制二、绝缘材料产品型号的编制1.分类方法分类方法绝缘材料产品按大类、小类、温度指数及品种的差异分类。2.绝缘
4、材料产品型号中代号的含义绝缘材料产品型号中代号的含义(1)大类代号(2)小类代号1)1漆、可聚合树脂和胶类2)2树脂浸渍纤维制品类3)3层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶制品和引拔制品类4)4模塑料类5)5云母制品类6)6薄膜、黏带和柔软复合制品类7)7纤维制品类8)8绝缘液体类(3)温度指数(4)品种3.命名原则命名原则(1)漆、可聚合树脂和胶类产品的命名(2)树脂浸渍纤维制品类产品的命名(3)层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶制品和引拔制品类产品的命名(4)模塑料类产品的命名(5)云母制品类产品的命名(6)薄膜、黏带和柔软复合制品类产品的命名(7)纤维制品类产品的命名(8)绝缘液体类产品的命名
5、4.产品型号的编制方法产品型号的编制方法绝缘材料产品型号的编制格式如图所示。绝缘材料产品型号的编制格式(1)按温度指数分类的绝缘材料产品型号的编制方法(2)允许不按温度指数分类的绝缘材料产品型号的编制方法(3)在产品型号后附加英文字母或用连字符后接阿拉伯数字来表示不同的品种1.熟悉绝缘材料的电气性能、理化性能、力学性能,了解其工程应用。2.熟悉绝缘材料的耐热性能,掌握耐热等级并能正确选用。学习目标学习目标12绝缘材料的基本性能绝缘材料的基本性能绝缘材料的性能决定了电工产品的质量、价格、体积和使用寿命,这是因为绝缘材料的耐热性、力学强度和使用寿命比一般金属材料低,是电工产品的薄弱环节,是诱发电气
6、故障的主要因素。不同的绝缘材料具有不同的特性,常用绝缘材料按电气性能、理化性能、力学性能和耐热性能等指标衡量。一、绝缘材料的电气性能一、绝缘材料的电气性能1.电导电导(1)气体、液体和固体电介质的电导1)气体电介质的电导。在热、光、放射性等外界因素的作用下,气体电介质中的部分中性分子变成带负电的电子和带正电的正离子,使气体电介质具有一定的导电现象。气体的这一导电现象称为气体放电,如辉光放电、电晕放电、电弧放电等。下图所示为手工电弧焊,其利用电弧放电产生的高温进行焊接。手工电弧焊2)液体和固体电介质的电导。固体电介质的电导分为体积电导和表面电导。体积电导是指电流在电介质的内部流通,表面电导是指电
7、流沿电介质的表面流通。固体电介质表面越脏,吸收水分越多,表面电导就越大。(2)影响绝缘材料电导的因素1)杂质。2)温度。3)湿度。(3)绝缘电阻在工程应用中的意义绝缘材料并不是绝对不导电的,在一定外加直流电压的作用下,会有微弱的电流流过。这一微弱电流会随着时间的延长而逐渐减小,最后趋于稳定。在绝缘材料上加电压 1 min 后所测得的电流称为漏导电流,依此计算出来的电阻称为绝缘电阻。绝缘电阻取决于表面电阻和体积电阻。影响绝缘材料的绝缘电阻的主要因素有温度、水分和杂质等。在电气工程中,可用绝缘电阻值的大小来衡量绝缘材料性能的优劣,如用绝缘电阻值来衡量电动机、变压器等设备的受潮程度,并判断其能否正常
8、运行。如图所示为用兆欧表测量绝缘电阻值。多层组合绝缘材料电压的分配与各层材料的电阻率有关。用兆欧表测量绝缘电阻值a)用兆欧表测量电动机绕组的绝缘电阻值b)用兆欧表测量电缆的绝缘电阻值2.极化极化电介质在没有外电场作用时不呈现电的极性,但在外电场作用下,在其两端出现了等量的异性电荷,呈现出电的极性,这种现象称为电介质的极化。(1)介电系数(2)介电系数在工程应用中的意义3.电介质的损耗和介质损耗角正切电介质的损耗和介质损耗角正切(1)电介质的损耗(2)介质损耗角正切4.击穿击穿(1)电击穿(2)热击穿(3)放电击穿1)气体绝缘材料的击穿一般是由电击穿引起的。2)液体绝缘材料一般都会含有水分、气体
9、和微小的固体杂质,击穿现象更为复杂。3)固体绝缘材料的击穿一般有电击穿、热击穿和放电击穿三种形式。在工程上,影响固体绝缘材料击穿的因素很多,如环境、杂质、散热冷却等。如图所示的电解电容器的额定电压为 450 V,这说明该电解电容器在使用时所承受的电压不得超过 450 V,否则就可能发生击穿。电解电容器5.老化老化绝缘材料严重老化会引起电气事故,图所示为因绝缘材料老化而引起燃烧的油浸变压器。(1)老化的类型1)环境老化。2)热老化。3)电老化。因绝缘材料老化而引起燃烧的油浸变压器(2)防老化措施1)在制作绝缘材料的过程中加入防老化剂,如酚类防老化剂等。2)户外用绝缘材料可添加紫外线吸收剂。3)湿
10、热环境使用的绝缘材料可加入防霉剂。4)高电压电气设备应加强防电晕、防局部放电等措施。二、绝缘材料的理化性能二、绝缘材料的理化性能1.物理性能物理性能(1)黏度黏度是一个用来描述液体流动难易程度的物理量。高黏度液体比低黏度液体流动得慢条件黏度是指在规定的条件下,通过测定某液体在标准容器内流经规定孔眼所需要的时间来表示黏度的大小,如图所示,其单位为 s。条件黏度的测量(2)熔点、软化点1)熔点。2)软化点。(3)固体含量(4)灰分(5)吸湿性(6)吸水性和吸水率(7)透湿性2.化学性能化学性能绝缘材料的化学性能应稳定,不发生自然变质现象,不溶于酸、碱、油,尤其要有良好的耐酸、耐燃和耐药品性能等。三
11、、绝缘材料的力学性能三、绝缘材料的力学性能1.抗拉强度、抗压强度、抗弯强度抗拉强度、抗压强度、抗弯强度2.抗劈强度抗劈强度3.抗冲击强度抗冲击强度四、绝缘材料的耐热性能和耐热等级四、绝缘材料的耐热性能和耐热等级1.耐热性能耐热性能耐热性能是表示绝缘材料在高温作用下不改变其电气、力学、理化等特性的能力,通常用绝缘等级表示。如图所示为三相异步电动机的铭牌,铭牌中标明为 B 级绝缘。绝缘材料的耐热性能对电工产品的容量、体积、成本等都有影响。三相异步电动机的铭牌2.耐热等级耐热等级在正常运行的条件下,将绝缘材料按其长期工作所允许的最高温度分级,称为耐热等级。电气绝缘结构耐热等级和极限温度见表。电气绝缘
12、结构耐热等级和极限温度选用绝缘材料时,必须根据设备的最高允许工作温度(极限温度)选用相应等级的绝缘材料。最高允许工作温度通常是指绝缘材料能长期(1520 年)保持所必需的理化性能、力学性能和电气性能而不致发生显著劣变的温度。绝缘材料的最高允许工作温度取决于其耐热性能,如果绝缘材料的工作温度超过其最高允许工作温度,则绝缘材料老化加快,使用寿命会大大缩短。1.熟悉气体绝缘材料的作用及性能要求。2.熟悉常用的气体绝缘材料,并能正确选用。学习目标学习目标13气体绝缘材料气体绝缘材料一、气体绝缘材料的作用及性能要求一、气体绝缘材料的作用及性能要求常温常压下,干燥的气体具有良好的绝缘性能,常用于空气电容器
13、介质及开关、低压断路器、接触器、继电器等电气装置的绝缘材料。如图所示的空气可变电容器用空气作为电介质。空气可变电容器气体绝缘材料具有不同于液体和固体绝缘材料的特性,如密度低、相对介电系数很小、电阻率很高、介质损耗极小、击穿后能够自恢复、不存在老化现象等。在电气工程中,作为绝缘用的气体,特别是工作于高压状态下的气体绝缘材料必须满足下述要求:(1)具有较高的击穿强度,且击穿后绝缘性能能够迅速、自动恢复。(2)化学稳定性好,不易与其他物质发生化学反应,不燃、不爆,不易老化,不易因放电而分解。(3)不与共存材料发生反应,无毒。(4)稳定性好,不易因温度的变化而改变性能;导热性好,热的传导速度较快。(5
14、)沸点低,可在较低温度下正常工作。(6)易于制取,价格低廉。二、常用气体绝缘材料二、常用气体绝缘材料1.空气空气空气具有良好的绝缘性能,电气性能和物理性能稳定,击穿后其绝缘性能可以瞬间自动恢复,且取之不尽,用之不竭,所以应用广泛。在电气设备中,空气常用于输、配电线路及变压器的绝缘或辅助绝缘。图a所示为架空输电线路,其中,架空导线与导线之间的绝缘用空气。图b所示为低压断路器,它就是以压缩空气作为绝缘和灭弧介质的。空气绝缘材料的应用a)架空输电线路b)低压断路器真空是一种理想的绝缘材料。真空绝缘常用于高压真空开关、各种电子管及真空电容器等。如图所示为真空断路器,它在高度真空中灭弧,具有开断能力强、
15、开断时间短、体积小、占用面积小、无噪声、无污染、使用寿命长等特点,可以频繁操作,且检修周期长。真空断路器2.六氟化硫(六氟化硫(SF6)六氟化硫是一种无色无味、不燃不爆、电负性很强的惰性气体,具有良好的绝缘性能和熄灭电弧性能。六氟化硫的绝缘强度高,适用于全封闭组合电器、充气管路电缆、SF6 断路器、避雷器和高压套管等电气设备。如图所示为气体绝缘金属封闭开关设备。气体绝缘金属封闭开关设备六氟化硫具有优异的热稳定性和化学稳定性。为保持六氟化硫的绝缘性能,在工程中常采取如下措施:(1)对接触六氟化硫气体的各部件、容器等采取防潮和除潮措施,以保证六氟化硫气体在设备运行中的含水量不超过 150L/L。(
16、2)用吸附剂消除使用过程中产生的低氟化物及水分。吸附剂的名称、用量及其主要作用见表。(3)要防止六氟化硫气体液化。吸附剂的名称、用量及其主要作用3.氮气氮气电工用氮气一般应是纯度在 99.5%以上的高纯氮。氮气主要用作标准电容器的介质及变压器、电力电缆和通信电缆的保护气体。如图所示为超导变压器的结构,高、低压线圈均置于液态氮中,液态氮的冷却成本较低。超导变压器的结构三、选用气体绝缘材料的注意事项三、选用气体绝缘材料的注意事项1.气体的纯度与杂质气体的纯度与杂质2.气体的可燃性和可爆性气体的可燃性和可爆性3.气体的液化气体的液化1.熟悉液体绝缘材料的性能要求及作用。2.熟悉常用的液体绝缘材料,并
17、能正确选用。3.了解矿物绝缘油的维护常识。学习目标学习目标14液体绝缘材料液体绝缘材料一、液体绝缘材料的性能要求及作用一、液体绝缘材料的性能要求及作用1.液体绝缘材料的性能要求液体绝缘材料的性能要求液体绝缘材料具有良好的抗氧化性能、电气性能和润滑性能;有较好的高温安全性和较低的凝固点,以及良好的低温流动性、抗乳化性、防锈性和抗泡沫性能;无毒、无腐蚀性,黏度小,化学稳定性及物理稳定性好。2.液体绝缘材料的作用液体绝缘材料的作用在电气设备中,液体绝缘材料主要起绝缘、传热、浸渍和填充等作用。此外,若将液体绝缘材料(如绝缘油)用于开关中,可使开关具有优异的灭弧性能;将其用于浸渍纸介电容器,可以提高浸渍
18、纸介电容器的容量和击穿强度;还可将其用于绝缘漆的稀释剂或成膜物等。二、常用液体绝缘材料二、常用液体绝缘材料1.矿物绝缘油矿物绝缘油矿物绝缘油简称为矿物油,是一种从石油中提炼并精制而成的液体绝缘材料,中性,呈金黄色。矿物绝缘油具有很好的化学稳定性和电气稳定性,使用范围广泛,主要用于油浸变压器、少油断路器、高压电缆、油浸纸介电容器等电气设备。(1)变压器油变压器油的主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等高分子化合物。1)变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。2)变压器油要求具有良好的电气性能,击穿强度高,介损因数小;黏度小,散热快,冷却效果好;抗氧化性好,使用寿命长;凝点低;闪点高,着火危险
19、性小;不含腐蚀性物质,与接触材料相容性好。3)变压器油常以凝固点为标准分类。(2)断路器油断路器油主要用作油断路器的灭弧介质,起灭弧、散热和绝缘的作用。电弧熄灭过程为:当断路器的动触头和静触头互相分离时产生电弧,电弧高温使其附近的绝缘油蒸发气化和发生热分解,形成灭弧能力很强的气体(主要是氢气)和压力较高的气泡,使电弧很快熄灭。断路器油要求化学性质稳定,在电弧作用下生成的炭粒少,沉降快;触点断开时能有效地灭弧;在保证闪点要求的情况下,黏度越低越好,这有利于减小触点分离时的阻尼作用,有利于油中粒子的迅速沉降;凝点低。(3)电容器油电容器油是将变压器油进一步精炼而制得的。电容器油分为 1 号和 2
20、号两种。1 号为电力电容器油,主要用于浸渍、充灌移相电容器和脉冲电容器等,起绝缘、散热和储能作用。电容器油在电场作用下的稳定性好,相对介电系数大,击穿强度高,介损因数小,黏度低,凝点低,闪点高。(4)电缆油电缆油又称为浸渍剂。根据电缆结构的要求,电缆油可分为两类:一类为黏性电缆油,其黏度大,在电缆工作温度范围内不流动或基本不流动;另一类电缆油的黏度低。钢管充油电缆导线没有中心油道,绝缘层的结构与自容式充油电缆相同,其用油黏度较高,黏度介于上述两类之间,主要是避免电缆拖入钢管时油流失太多。如图所示为充油电缆的结构。充油电缆的结构a)单芯自容式充油电缆b)钢管充油电缆2.合成绝缘油合成绝缘油(1)
21、十二烷基苯(DDB)(2)聚丁烯(PB)(3)硅油甲基硅油3.植物绝缘油植物绝缘油植物绝缘油是用植物种子经压榨提炼而成的一种绝缘材料,目前,在电气工程中主要使用蓖麻油和菜籽油。三、矿物绝缘油的维护三、矿物绝缘油的维护1.矿物绝缘油的老化矿物绝缘油的老化(1)影响矿物绝缘油老化的主要因素影响矿物绝缘油老化的主要因素有温度、氧、电场、光线以及部分金属和盐类物质。(2)预防矿物绝缘油老化的主要措施预防矿物绝缘油老化的主要措施有加强散热以降低油温、用氮气或薄膜使油与空气隔绝、添加抗氧化剂和采用热虹吸过滤器使油再生等。2.常用矿物绝缘油的净化方法常用矿物绝缘油的净化方法(1)压力过滤法(2)电净化法熟悉
22、常用绝缘树脂、绝缘漆、绝缘胶、熔敷绝缘粉等产品的特性及用途,并能正确选用。学习目标学习目标15绝缘浸渍材料绝缘浸渍材料一、绝缘树脂一、绝缘树脂树脂是对具有可塑性高分子化合物的统称,一般是遇热变软的无定形固体或半固体。树脂是制造塑料的主要原料,也用于制作涂料、黏合剂、绝缘材料等。用环氧树脂封装的发光二极管1.天然树脂和合成树脂天然树脂和合成树脂(1)天然树脂1)虫胶2)松香松香(2)合成树脂合成树脂是一类人工合成的高分子量聚合物,是一种兼备或超过天然树脂固有特性的树脂。如图所示为合成树脂的应用。常见合成树脂产品的名称、种类和主要用途见下表。合成树脂的应用a)酚醛树脂绝缘片b)环氧树脂绝缘子常见合
23、成树脂产品的名称、种类和主要用途常见合成树脂产品的名称、种类和主要用途(续表)有的树脂可溶于溶剂。溶剂是一种可以溶解固体、液体或气体溶质的液体。溶剂通常拥有比较低的沸点且容易挥发,不能对溶质产生化学反应。常见溶剂见表。常见溶剂2.热塑性树脂和热固性树脂热塑性树脂和热固性树脂(1)热塑性树脂(2)热固性树脂二、绝缘漆二、绝缘漆绝缘漆是以绝缘树脂为漆基,与溶剂、稀释剂、填料、颜料等辅助材料混合而成的,能在一定条件下固化成绝缘硬膜或整体的绝缘材料。漆基是指用来成膜的物质,在常温下其黏度很大或呈固态。在绝缘漆中,溶剂是一种可以溶化固体或液体使之成为溶液的液体。溶剂通常拥有比较低的沸点,容易挥发,不能对
24、溶质产生化学反应,且无色、透明。1.浸渍漆浸渍漆浸渍漆又称为绕组浸渍漆,主要用于浸渍电机或其他电器的线圈和绝缘零部件,以填充绝缘结构的间隙和微孔。浸渍漆固化后,能在浸渍物表面形成连续、平整的漆膜,并使线圈等黏结成一个结实的整体,从而提高了绝缘结构的耐潮性、导热性、击穿强度、力学性能和防护性能。用浸渍漆浸渍的小型电动机的转子如图所示为用浸渍漆浸渍的小型电动机的转子。除此之外,制造绝缘漆布和漆纸的漆也属于浸渍漆。(1)电气设备对浸渍漆的基本要求1)黏度低,流动性好,固体含量高,便于渗透和填充被浸渍物。2)固化快,干燥性能好,黏结力强,有弹性,固化后能承受电机运转时的振动和冲击。3)化学稳定性好,耐
25、潮、耐热、耐油;对导体和其他材料具有良好的相容性。4)具有较好的电气性能。(2)浸渍漆的种类1)有溶剂浸渍漆。有溶剂浸渍漆的特点。使用有溶剂浸渍漆时的注意事项。2)无溶剂浸渍漆。无溶剂浸渍漆的特点。无溶剂浸渍漆的浸渍方法。无溶剂浸渍漆稀释剂。2.漆包线漆漆包线漆漆包线漆主要用于导线的涂覆绝缘。例如,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。如图所示为漆包电磁线。漆包电磁线a)漆包圆铜线b)结构漆包线漆具有良好的涂覆性,与浸渍漆有良好的相容性,漆膜附着力强,柔软而富有耐挠曲性,有一定的耐磨性和弹性,表面光滑,有足够的电气性能、耐热性和耐溶剂性,对导体无腐蚀作
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- 电工材料 第五 课件 整套 电子 教案