High-K和Low-K电介质材料

High-K和Low-K电介质材料

不同电介质的介电常数k 相差很大，真空的k 值为1，在所有材料中最低；空气的k值为1.0006；橡胶的k值为2.5～3.5；纯净水的k值为81。工程上根据k值的不同，把电介质分为高k(high-k)电介质和低k(low-k)电介质两类。介电常数k ＞3.9 时，判定为high-k；而k≤3.9时则为low-k。IBM将low-k标准规定为k≤2.8，目前业界大多以2.8作为low-k电介质的k 值上限。

一、High-K电介质材料

随着集成电路的飞速发展，SiO2作为传统的栅介质将不能满足MOSFET，器件高集成度的要求，需要一种新型High-k材料来代替传统的SiO2。[1]所谓High-K电介质材料，是一种可取代二氧化硅作为栅介质的材料。它具备良好的绝缘属性，同时可在栅和硅底层通道之间产生较高的场效应（即高-K）。两者都是高性能晶体管的理想属性。

High-K电介质材料应满足的要求：：(1) 高介电常数,≤50 nm CMOS 器件要求k >20；(2)与Si 有良好的热稳定性；(3)始终是非晶态，以减少泄漏电流；

(4)有大的带隙和高的势垒高度，以降低隧穿电流；(5) 低缺陷态密度/ 固定电荷密度，以抑制器件表面迁移率退化。[2]

最有希望取代SiO2栅介质的高K材料主要有两大类：氮化物和金属氧化物。

1.氮化物

氮化物主要包括Si3N4，SiON等。Si3N4介电常数比SiO2高，作栅介质时漏电流比SiO2小几个数量级，Si3N4和Si的界面状态良好，不存在过渡层。但Si3N4具有难以克服的硬度和脆性，因此Si3N4并非理想的栅介质材料。

超薄SiOxNy可代替SiO2作为栅介质，这主要是由于SiOxNy的介电常数比SiO2要高，在相同的等效栅氧化层厚度下，SiOxNy的物理厚度大于SiO2，漏电流有所降低。在SiO2-Si界面附近含有少量的氮，这可以降低由热电子引起的界面退化，而且氮可以阻挡硼的扩散。东芝公司2004年采用SiO2作为栅介质，多晶硅为栅极，试制成功等效氧化层厚度（EOT）为1nm的符合22nm工艺要求的

晶体管，预计2016年量产。但SiOxNy栅介质存在电离杂质和库仑散射等问题，会导致载流子迁移率减小。

2.金属氧化物TiO2

关于过渡族金属氧化物电介质，TiO2用在晶体管和存储器中的研究是不少的。这种氧化物之所以受到注意是由于它具有很高的介电常数k=80-110（随着淀积方法和晶体结构的不同而变化）。为什么它的k值特别高呢？这是因为它具有其他过渡族金属氧化中所没有的Ti+离子很强的软声子贡献。此外，Ti+还有数种由Ti3+与Ti4+所形成的稳定氧化物，从而导致包含有Ti-O键的缺失氧化物的形成，对此目前尚不清楚其形成原因。缺失氧化物中存在着许多氧缺陷，它们会作为载流子的捕获中心，并成为高漏电流的途径。由于TiO2在比400℃高很多的温度下结晶，有可能产生并不希望存在的多晶形貌。还有因为用CVD在Si 上淀积的TiO2并不稳定，所有有关这种高介电常数氧化物的研究都是在沟道界面和金属W栅极界面上制备反应层以阻止在栅极界面上的反应出现。在用CVD 制备时，设法使前驱体中不含碳，而且避免淀积膜中也不含碳，以降低用它所做器件的栅极漏电流。

High-K电介质材料要想继续发展还必须解决两个主要问题：（1）引入高介电常数材料作为栅介质后，载流子的迁移率有较大程度的降低。高介电常数迁移率降低的理论还需要进一步研究。（2）高介电常数材料与Si衬底以及栅极之间在沉积过程中常常形成一个中间过渡层。高介电常数材料与Si的界面质量比SiO2/Si的界面质量要差。中间过渡层对器件特性的影响机理还需要进一步研究。

二、Low-K电介质材料

随着集成电路技术的发展，半导体工业已进入亚微米时代（小于0.35μm）。特征尺寸不断减小和金属连线高宽比增加导致互连电容快速上升，然后引起串扰问题。另一方面，层数增加引起的层间寄生电容的加大并产生额外的互连延时，这成了提高电路速度的主要障碍。寄生电容还增加了功耗。所有这些问题限制了电路性能的改进。寻找和开发新的低k材料作为介质已是技术关键。

传统介质材料SiO2已不能满足提高集成电路性能的需要。ULSI用的新介电材料不仅要有低介电常数，还要具备的特征包括：足够高的击穿电压（达4MV/cm）、高杨氏模量、高机械强度、热稳定性好（达450℃）、足够低的漏

电流（1MV/cm时低于10-9）、低吸湿性、薄膜应力小、热膨胀系数小、粘着强度高以及与CMP工艺有兼容性等等。

目前，有很多可用的低k材料，主要有：掺杂二氧化硅，有机聚合物和多孔材料。

1. 掺杂二氧化硅

SiOF（掺氟二氧化硅）：SiOF也称为FSG（氟硅玻璃），可由等离子增强CVD（PECVD）或高密度等离子CVD（HDPCVD）制作。掺氟二氧化硅能降低极化率，但降低不多。SiOF的k值约为3.0。

SiOC（掺碳二氧化硅）：SiOC是掺碳玻璃，也可用PECVD制作。介质常数与薄膜密度有线性关系，从2.5到3.0。这种薄膜稳定性和疏水性高，制作简单。

a-C:F：由于SiOF抗湿性差，曝露在空气中时很容易水解，氟碳化合物（a-C:F）进入了人们的视线。此材料不仅k值低（约为2.0），而且具有疏水性。氟碳化合物可用CVD制作，氟-碳比也可控。k值与氟-碳比成正比关系，因为氟能降低化学键的偶极强度，从而使介电常数减小。

2.有机聚合物

聚酰亚胺：1970年代早期到1980年代晚期，聚酰亚胺已用来作为金属间介质。聚酰亚胺的线性膨胀系数与铜类似，且粘着力强。通常有二类，一类是只含有芳香烃，称为PI薄膜；另一类是用Si-O键填充的，称为PSI薄膜。同样，掺氟不仅降低k值，而且改善吸水性。二种薄膜可分别用PECVD和旋转涂覆工艺制造。

聚对二甲苯基：由于其在220℃高温下能连续工作且对气体的阻挡特性极佳，聚对二甲苯基在1950年代就已开发并用作电绝缘。它们可用CVD得到。加入氟以减小介电常数和提高热稳定性得到了聚对二甲苯基F，其中聚合物架构的脂族部分是被氟化了。

SiL K：SiL K是很有希望的一种芳香烃聚合物，其k值约为2.6。该材料抗腐蚀性高，热和机械稳定性相当好，间隙填充特性优良（低于0.1mm以下），最大吸水率为0.25%，热膨胀系数小。此外，它与铜互连中的大马士革工艺是兼容的。

PAE：Poly aryleneether （PAE）是另一种芳香烃聚合物，k值从2.3到3.0。此材料吸水性低，热稳定和机械稳定性好。有氟化PAE和不氟化PAE。氟化PAE 的问题是与阻挡层金属的粘着强度低。不氟化PAE的粘着强度非常好，不需要粘着剂。

DVS-BCB：二乙烯硅氧烷苯并环丁烯(DVS-BCB)的吸水性和热膨胀系数低，作为覆盖层与SiO2一起能在390℃稳定工作，目前用作层间介质。

超大规模集成电路互连系统中低k介质集成技术是90年代中后期为提高Ic 性能而发展起来的一项新技术。应用低k材料，可以有效降低集成电路的RC互连延迟，减小线间串扰和功率耗散。氟氧化硅、碳氧化硅、非晶氟化碳、HSQ、空气隙等低k材料具有较好的膜特性及工艺集成能力，适用于ULSI，具有较好的应用前景。目前，新型低k材料尚未大规模应用在实际集成电路生产工艺中，大部分仍处于实验室开发阶段。由于低k材料技术难度和成本问题等因素，ITRS 不断修正其预期的低k执行标准。这也对广大半导体制造商和低k材料技术研究工作者提出了十分紧迫的要求，低k材料技术仍然有很多研究工作有待开展。

参考文献：

[1]. 杨雪娜，王弘，张寅，姚伟峰，尚淑霞，周静涛，刘延辉. High-K材料研

究进展与存在的问题.人工晶体学报，2004年12月，第33卷第5期. [2]. 张邦维. 高K栅极电介质材料与SiO2纳米晶体管. 微纳电子技术，2006年

第3期.

[3]. 苏祥林，吴振宇，汪家友，杨银堂. 低k层间介质研究进展. 微纳电子技术，

2005年第10期.

[4]. Vikas Gupta, Jie-Hua Zhao, Darvin Edwards, Clay Dustin Mortensen, Colby

Heideman, David C. Johnson, Kuan-Hsun ,(Gary) Lu and Paul S. Ho. Ultra Low-K Dielectric Mechanical Property Characterization.

[5]. Hei Wong. The Current Conduction Issues in High-k Gate Dielectrics.

电介质材料-考试复习题-200

一、概念题 1、电势 2、电势能 3、电介质 4、束缚电荷 5、有极分子 6、无极分子 7、点电荷 8、电场强度 9、电偶极子 10、等势面 11、库伦定律 12、电场 13、静电场 14、电力线 15、高斯定理 16、电矩 17、电感应强度 18、电位移矢量 19、电介质极化 20、极化强度 21、介电常数 22、自由电荷 23、极化电荷 24、退极化电场 25、相对介电常数 26、有效电场 27、极化率 28、极化系数 29、电子位移极化 30、离子位移极化 31、偶极子转向极化 32、热离子松弛极化 33、空间电荷极化 34、电介质的击穿 35、介电系数的温度系数 36、电介质损耗 37、电导损耗 38、松弛极化损耗 39、谐振损耗 40、正常谐振色散 41、反常谐振色散 42、电离损耗

43、结构损耗 44、复介电常数 45、色散现象 46、电介质电导 47、电介质的电导率 48、迁移率 49、载流子浓度 50、介电强度 51、碰撞电离 52、电子碰撞电离系数 53、热电离 54、电子附着系数 55、阴极的表面电离 56、光电发射 57、载流子的复合 58、非自持放电 59、自持放电 60、本征离子电导 61、弱联系离子电导 62、电子电导 63、表面电导 64、电泳电导 65、铁电体 66、介电反常 67、电滞回线 68、电畴 69、热释电效应 70、相和相变 二、选择题： 1、关于点电荷的下列说法中正确的是： A .真正的点电荷是不存在的． B .点电荷是一种理想模型． C .足够小（如体积小于1）的电荷就是点电荷． D .一个带电体能否看成点电荷，不是看它的尺寸大小，而是看它的形状和大小对所研究的问题的影响是否可以忽略不计． 2、下面关于点电荷的说法正确的是() A．只有体积很小的带电体才能看成是点电荷 B．体积很大的带电体一定不能看成是点电荷 C．当两个带电体的大小远小于它们间的距离时，可将这两个带电体看成是点电荷 D．一切带电体都可以看成是点电荷 3、下列说法中正确的是： A .点电荷就是体积很小的电荷．

变压器绝缘、铁芯试题答案

铁芯及绝缘材料部分 一、填空题： 1.硅钢片质量的好坏是由其单位损耗决定的。 2.硅钢片毛刺大，叠插的不好会影响铁芯的噪声、空载损耗和空载电流。 3.叠好的铁心表面必须及时刷（涂）漆，否则容易生锈。 4.中小型变压器铁芯接地片插入铁心深度为50~70mm。 5.变压器油的主要作用得绝缘、冷却和息弧（灭弧）。 6.铁心硅钢片的漆膜厚度是 0.015~0.02 mm。 7.国标规定变压器空载损耗的偏差不能超过+15% 8.硅钢片的剪切毛刺应该控制在0.03㎜以内 9.变压器的空载损耗主要是磁滞和涡流损耗及附加损耗。 10.变压器所用的硅钢片一般是冷轧的。 二、判断对错 1.铁心叠积时，铁心大级厚度允许负偏差。（×） 2.铁心的叠片系数越大越好（√） 3.铁心叠好起立后不允许有多点接地。（√） 4.油浸变压器不允许使用环氧材料。（×） 5.铁芯夹紧力越大越好。（×） 6.硅钢片运输过程中应该轻拿轻放，避免受力。（√） 7. 武钢生产的27Q130的硅钢片片厚为0.3mm。（×） 8.硅钢片的质量好坏会直接影响变压器的负载损耗.。（×） 9.正常情况下变压器的寿命可以认为是绝缘材料的寿命。（√） 10.绝缘材料不会产生局部放电。（×） 三.问答题 1、铁心的作用是什么？ 答：1）.构成变压器的磁路，传递电能的媒体； 2）.支撑作用：作为器身的骨架，支撑线圈、引线等组件。 2、铁心多点接地有什么危害性？ 答：铁心多点接地通常会使铁心产生环流，出现局部过热，同时变压器的空载损耗增加，由于环流会通过接地片短路，造成接地片过热，也会导致变压器发生故障。 3.油浸变压器的主要绝缘材料有哪些（至少答出4种以上）？ 电缆纸、电话纸、皱纹纸、纸板、层压纸板、层压木、变压器油、白布带、紧缩带等。 4．变压器油中含有的气体主要是指哪些？ 主要是指CH4（甲烷）、C2H6（乙烷）、C2H2（乙炔）、C2H4（乙烯）、H2(氢气)、CO2（二氧化碳）、CO(一氧化碳)。 5.带填料的环氧浇注干变树脂中包含的6种绝缘材料是什么？

什么是干式变压器绝缘材料

什么是干式变压器绝缘材料 随着城市电网供电要求的不断提高和变压器绝缘材料的进步，干式变压器绝缘材料在我国得到了广泛的应用。 短短20年或30年,干式变压器技术得到了快速发展,除了熟悉环氧树脂干式变压器类型最近出现了一些不需要的SG型环氧树脂真空浇注或绕组技术敞开式干式变压器和诺梅克斯?(迈克)绝缘材料,环 氧树脂真空铸造或新品真空加压浸渗过程的可控硅涂层型干式变压器。 20世纪60年代以前的干式变压器主要是B类绝缘的敞开式干式变压器，产品型号为SG。当一开始没有箔片线圈时，低压多为多根缠绕的层状线圈或螺旋线圈，高压多为饼状线圈。电线是双玻璃线或单玻璃线搪瓷线。其他保温材料主要为酚醛玻璃纤维材料。常温和常压浸渍工艺分别用乙级浸渍漆和高低压线圈浸渍漆，并在烘干温度(烘干温度不超过130℃)。尽管与油浸式变压器相比，这种干式变压器在耐火性方面取得了很大的进步，但其防潮、防污染性能令人担忧。它不再生产了。但其成功的电、磁、热计算和结构设计为新型h级绝缘开式变压器的研制奠定了良好的基础。 美国的一些变压器厂(如位于弗吉尼亚州FPT)研究采用美国杜邦NOMEX?芳烃聚酰胺为主要绝缘干式变压器。FPT产品有两种类型:FB 型是180℃(H)保温系统。FH型为220℃(C级)绝缘系统，国内线圈温升分别为115 k (125 k)和150 k，低压线圈为箔型或多根绕层，匝间与层间绝缘为NOMEX。高压线圈呈饼状，导线也用NOMEX纸包裹。

普通支撑的结构和垫块不使用线之间的蛋糕,但采用梳状支撑,减少 之间的最大电压蛋糕的一半,大大提高了高压线圈的轴向抗短路能力,但增加了线圈的绕组困难和生产时间。采用高、低压线圈缠绕，提高机械强度。还有NOMEX绝缘板为垫块加支撑结构。高压和低压之间的绝缘管由0.76mm厚的NOMEX纸板制成。浸渍过程中多次采用VPI真空、压力浸渍、高温干燥(干燥温度为180-190℃)。 在FPT，变压器的最大电压为34.5kV，最大容量为10,000 kva。该技术在美国UL认证的变压器厂是否使用了NOMEX?绝缘材料相关的美国杜邦制造规范(或HV HV - 1-2)和Reliatran?Leilitong TM变压器制造技术标准和其他要求h级绝缘SG型干式变压器和把FB变压器有相似之处,但国内产品的线圈新品浸渍过程是把公司的不同,它 没有把整个变压器的身体,但只有线圈浸渍。全身浸渍包装完整性好，但不仅不美观，而且在处理前一定要做相关产品的检测。浸渍漆也容易产生污垢，这在中国是比较合理的。

变压器绝缘材料

变压器常用的绝缘材料及特点_变压器绝缘材料 绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。 1、变压器绝缘材料概述。 随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。 近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。 1．1绝缘材料概论 绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。 绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y（90℃）、A（105）、E （120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。 变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律（A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。

变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。 2、变压器绝缘材料电器性能的四个基本参数。 变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。 2.1绝缘电阻 2.1.1绝缘电阻的概念绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压 的作用下，加压时间较长，且使线路上的充电电流和吸收电流消失，只有漏电电流通过时的电阻值/一般规定为电压加上一分钟后，所测 得的电阻值即绝缘电阻值。对于高电压大容量的变压器，测量绝缘 电阻时规定为加压10分钟。 2.1.2影响绝缘电阻的因素 2.1.2.1温度与绝缘电阻的关系 随着温度的升高，电阻率呈指数下降，这是因为当温度升高时，分子热运动加剧，分子得平均动能增大，使分子动能达到活化能得 几率增加，离子容易转移。 2.1.2.2湿度与绝缘电阻得关系 水分浸入电介质中，增加了导电离子，又能促进杂质及极性分子离解。因此绝缘材料随着湿度增大而下降，尤其是绝缘纸或绝缘纸 板得绝缘电阻下降的幅度更大。 电介质表面水分对其表面电阻影响很灵敏，离子晶体极性材料等亲水物资对水的吸引力大于水分子间的内聚力，表面连续的水层降 低表面电阻。因此电器设备由于受潮引起绝缘电阻降低，造成漏电 电流过大而损坏设备。 2.1.2.3杂质与绝缘电阻的关系电介质的杂质直接增加了导电离子，使电阻下降，杂质又容易混入极性材料中，促进极性分子离解 使导电离子更多。

绝缘材料的选择及失效原因分析

绝缘材料的选择及失效原因分析 随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外最近出现了一些不用环氧树脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI真空、压力浸渍处理的SCR型包封式干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。 一、敞开式干式变压器在中国的发展 二十世纪六十年代以前的干式变压器主要是B级绝缘的敞开式干式变压器，产品型号为SG型。当初还没有箔式线圈时，低压多数为多根并绕的层式或螺旋式线圈，高压为饼式线圈。导线为双玻璃丝包线或单玻璃丝包缩醛漆包线。其余绝缘材料多数为酚醛玻璃纤维类材料。其浸渍工艺为常温、常压下用B级绝缘浸渍漆分别对高、低压线圈浸渍并进行中温干燥（干燥温度不超过130℃）。 二、干式变压器的绝缘处理 油浸式变压器的水分主要集中在绝缘件中，把器身和油分别干燥后，将器身浸入油中，用油把它保护起来。即使器身或油再次受潮后，还可以将它们重新进行干燥处理。 1、线圈绕制、整理完后进行烘焙干燥，这是一个很重要的阶段，因为所有的干式变压器线圈不可能再进行第二次干燥。通常采用烘房常压干燥，根据不同的规格应有严格的工艺操作程序。可以采用高温（180-190℃）、时间短或中温（140℃）、时间稍长的干燥方法。前者适用于采用NOMEX材料的SG型变压器，这样可以缩短处理时间，提高工效。 2、使变压器适当降温后，把它置入浸渍罐中，在真空的状态下注入浸渍漆，并保持一段时间，此时浸渍漆将渗透到线圈的缝隙中。 三、变压器绝缘失效的原因及预防措施 １.由击穿引起的绝缘失效 （１）气体的击穿当电场强度超出一定值时，会造成间隙击穿。如果间隙过小，也会使电场强度增加而造成气体击穿。常见的有，电容器因施加电压过高而击穿，因电线裸露而产生的电火花，闭合开关时产生的电弧，出现这些情况均说明其气体电介质不再具有绝缘性能。

变压器绝缘材料选型指南

变压器绝缘材料选型指南绝缘材料是 变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影 响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年 来，变压器产品所采用的新 绝缘材料层出不穷。作为一个天天和绝缘件打交道的绝缘组员工，该了解到更多更全面的绝缘材料知识。在这次培训中将介绍变压器绝缘材料的基础知识、最新进展等。希望通过培训能丰富大家的绝缘知识，并对今后的绝缘件的生产有所帮助。 1、变压器绝缘材料概述。 随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。 近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。 1. 1绝缘材料概论

绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。 绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y(90C)、A (105)、 变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受 的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8C定律（A级绝缘温度每升高8C,使用寿命降低一半、B级绝缘是10C, H级是12C。这一规律被称为热老化的8C规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。 绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。 变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。 2、变压器绝缘材料电器性能的四个基本参数。 变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。 2.1绝缘电阻 2.1.1绝缘电阻的概念 绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压的作用下，加压时间较

油浸式电力变压器的绝缘材料及应用

油浸式电力变压器的绝缘材料及应用 发表时间：2019-05-20T11:21:02.923Z 来源：《电力设备》2018年第34期作者：陈卫江汪润利 [导读] 摘要：在电力系统中，电力变压器已经成为其中之关键的设备之一。 （杭州钱江电气集团股份有限公司浙江杭州 311243） 摘要：在电力系统中，电力变压器已经成为其中之关键的设备之一。随着系统容量的增大以及电压等级的不断提高，电力系统中电力变压器的总容量已经是发电机装机容量的多倍以上，电力变压器的稳定性对于电力系统的运行具有重要的作用。就其电力变压器在运行之中最容易出现的原因是绝缘问题。因此，电力变压器对于绝缘材料应用就显得尤为重要。 关键词：油浸式电力变压器；绝缘材料；电力系统；电力变压器 一、电力变压器绝缘的基本要求 1.1变压器绝缘的分类 变压器的绝缘可以分为内绝缘和外绝缘两个类型，内绝缘又分为主绝缘和纵绝缘，外绝缘也是指油箱以外空气间隙及漏在空气外的表面，备受作用电压并受大气和其他现场的外部条件所制约。 1.2绝缘水平 油浸式电力变压器的绝缘水平按照国际标准的规定，主要有以下方面：（1）电气的性能。为了使电力变压器能够在额定工作电压中长期保持良好运行下去，并能够承受各种电力系统经过的电压，国际上也规定了各电压设备的绝缘配合及试验电压。比如电力变压器的交流耐压、感应耐压及冲击耐压实验。为了使电力变压器在工作中具有足够的靠谱，对内部局部存在不足之处产生的放出电压情况进行感应耐压试验，该实验对变压器的纵绝缘也能进行详细检测。（2）机械性能。当变压器出现不可避免的的短路时，短路中所产生的巨大电流会产生很大的电动力量，强大的电动能力可能导致变压器的绝缘性能受到破坏，使得发生安全隐患的频率大大增加。因此，在选择绝缘材料的时候，必须仔细的考虑处于特殊情况下机械应力的作用。（3）热性能。绝缘性的材料所具备的绝缘性与外界温度具有密切的联系，外界温度越高，其材料的绝缘性能越差，这时，只有将工作温度控制在合适的范围内，才能够使绝缘材料的绝缘性能达到最好，而温度越高，不仅是绝缘性能变差，长期的使用也会使绝缘材料迅速磨损，其机械的性能和绝缘性就会失去。（4）防潮湿及化学性能。当变压器油箱油中的水分或者是其他杂质为漂浮状态时，极其容易在电极间形成杂质小桥，使变压器油的击穿电压大幅降低。所以，我们通常采用胶囊袋隔离的方式来保护里面绝缘油不受潮，从而使变压器抗氧化性能得以提高，以保证变压器拥有良好的绝缘性。另外，为了使产品保持更好的功能特性，避免受潮，我们也可以优先考虑现场不进行吊罩检查，可以通过人孔和视察孔进行内部检查与接线。（1）打开人孔和视察孔前需要在孔外部搭建临时防尘罩（2）当遇到雨雪风沙等天气及湿度较大的天气时，不能进行内部检查与接线（3）对于充气运输产品的内部检查与接线工作程序应该进行有序流程进行具体安排。 二、油浸式变压器的绝缘 变压器油、绝缘纸、油纸绝缘和油屏障绝缘是油浸式变压器中的主要绝缘方法。 2.1变压器油 （1）变压器油的含有的成分具有比空气高很多的绝缘度，将绝缘材料泡在油中，可以使得绝缘强度大大提高，也能够使变压器防止受到潮湿空气的影响。（2）导致变压器油性能变糟的因素有很多。在制造和运行的过程中。不可防止的会使其中的杂质，气泡和水分混杂到变压器的油箱中，耐电的强度远远不如纯净的变压器油。变压器运行过程的油与湿气发生接触，最终产生氧化现象，而且还会不间断的吸收大气中的气体和水分，使得油中电场分布发生变形，从而降低油的电压。同时温度与油的退化速度具有密切的联系。温度不断的升高会使油的变老速度不断提升，是油的颜色逐渐变深、油泥变多、击穿电压下降。电场的不均匀会使局部产生放电，导致油分子相互缩合成蜡状的物质，并放出气体。这些蜡状物的积累覆盖在绝缘材料上，使散热油道出现堵塞。（3）维持良好绝缘性能的措施。在变压器运行过程中，要求我们采取多种方法使变压器在运行中保持最佳的状态。通常情况下，主要采用油中添加抗氧化剂、适合的净油设施等措施。 关于绝缘油的验收主要有以下步骤。（1）绝缘油到达现场时应该进行目测验收，看看里边是否混入非绝缘油。（2）绝缘油到达现场后，油的电气强度检测值应该达到规定检测值；油中的水分含量必须达到相应电压等级的标准要求。（3）不同牌号的变压器油应该分别地进行储存与保管。 2.2绝缘纸 绝缘纸主要是由纯硫酸盐木纸浆为原料而制成的。由于所包含纤维素的分子质量较大，机械强度能够满足具体规定。绝缘纸中所包含的空隙比较多，所以在通气与吸收油等方面功能较大。电缆纸、电话纸、皱纹纸是电力变压器材料中最常用到的绝缘纸，其中厚度更为小的是电话纸。绝缘纸的厚度与电力变压器绝缘性有密切的联系，所以要使得绝缘性能够得到更大的提升，就要求我们在实际操作中使绝缘纸的厚度降到更低。绝缘纸板是由绝缘纸浆施压而形成的，通常作为绕组间的绝缘材料。为了提高耐热的性能，以聚芳基胺酯为绝缘材料的新技术在油浸式变压器中广泛应用，同时也使机械强度得到了增强。 2.3油纸绝缘 变压器油与绝缘纸更好地配合使用，能够相互弥补不足，使组合材料的绝缘性能得到提高。由于纸纤维所包含的气缝比较多，吸水性能强，经过干燥浸油处理后，吸潮明显，但是速度会相对缓慢。在油浸纸板的吸湿量达到固定值之后，击穿电压就会快速下降。所以在现场需要吊心时，应该选择较为晴朗干燥的天气，尽可能的是将器身暴露的时间缩短到最小。那些长期停止运行的变压器在真正运行之前，应该细致的检查变压器内部水的含量是否达到要求，没有达到规定的条件时，应该进行预热干燥处理之后再进行投运。 2.4油屏障绝缘 屏障是由绝缘材料制成的。其自身的绝缘性不做重点要求，主要是依赖他截住截流子的能力。其安装的具体位置一般主要是在电晕空隙中，使全部的空气间隙电场均匀分布，杂质的发展受到了制约，提高其间隙的击穿电压。屏障绝缘主要是包括覆盖层、绝缘层、屏障、覆盖加屏障、多层屏障。在曲率半径较小的电极上覆盖以绝缘材料的覆盖层，该绝缘层很薄，却能够使电流的走漏得到有效的限制，使电场中杂质的形成受到阻截。工频击穿电压得到提高，分散性也减小了。在不怎么均匀以及非常不均匀的电场中，可以比原击穿电压分别得到提高。所以在充油设施中很少有暴露在外的导体。在曲率半径很小的电极上覆盖得较厚的绝缘外层被称为绝缘层，使得绝缘表层的最大电场明显降低，能够提高缝隙的工频及冲击击穿电压。同样道理，在某些线饼或者静电板上也常常包着以较厚的绝缘层，其目的是为了提

变压器常用的绝缘材料及特点变压器绝缘材料

变压器常用的绝缘材料及特点变压器绝缘材料绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。 1、变压器绝缘材料概述。 随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。 近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。 1．1 绝缘材料概论 绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。

绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y（90℃）、A（105）、E （120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。 变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律（A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。 变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。 2、变压器绝缘材料电器性能的四个基本参数。 变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。 2.1 绝缘电阻

变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数

变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数 变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。 绝缘电阻 绝缘电阻的概念：绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压的作用下，加压时间较长，且使线路上的充电电流和吸收电流消失，只有漏电电流通过时的电阻值/一般规定为电压加上一分钟后，所测得的电阻值即绝缘电阻值。对于高电压大容量的变压器，测量绝缘电阻时规定为加压10分钟。 温度与绝缘电阻的关系 随着温度的升高，电阻率呈指数下降，这是因为当温度升高时，分子热运动加剧，分子得平均动能增大，使分子动能达到活化能得几率增加，离子容易转移。 湿度与绝缘电阻得关系 水分浸入电介质中，增加了导电离子，又能促进杂质及极性分子离解。因此绝缘材料随着湿度增大而下降，尤其是绝缘纸或绝缘纸板得绝缘电阻下降的幅度更大。 电介质表面水分对其表面电阻影响很灵敏，离子晶体极性材料等亲水物资对水的吸引力大于水分子间的内聚力，表面连续的水层降低表面电阻。因此电器设备由于受潮引起绝缘电阻降低，造成漏电电流过大而损坏设备。

杂质与绝缘电阻的关系电介质的杂质直接增加了导电离子，使电阻下降，杂质又容易混入极性材料中，促进极性分子离解使导电离子更多。 电介质表面受杂质污染，并吸附水分会使表面电阻率迅速下降、绝缘材料的绝缘电阻是反映材料中杂质多少的最灵敏的参数之一。在绝缘材料的标准中常常用测量体积电阻率的方法来衡量绝缘材料的 杂质含量，为了保证绝缘材料的绝缘水平，绝缘材料厂必须严格地控制生产环境的洁净度。 电场强度与绝缘电阻的关系 在电场强度不太高的情况下，电场强度对离子的转移能力和对电阻率的影响都很小。当电场强度增高时，离子的迁移能力随电场强度升高而增加，使电阻率下降，当电场强度升高到使电介质临近击穿时，由于出现大量电子迁移，使电阻率呈指数下降。 电介质损耗 在交流电压作用下，电介质中部分电能将转变为热能，这部分能量叫做介质损耗，它主要是由导电和缓慢松弛极化引起的，它又是导致电介质发生电击穿的根源。

变压器的绝缘材料和工艺的选择

变压器的绝缘材料和工艺的选择 一、概述： 随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压器外最近出现了一些不用环氧树脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX?（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI真空、压力浸渍处理的SCR型包封式干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。 二、SG型敞开式干式变压器在中国的发展 1、二十世纪六十年代以前的干式变压器主要是B级绝缘的敞开式干式变压器，产品型号为SG型。当初还没有箔式线圈时，低压多数为多根并绕的层式或螺旋式线圈，高压为饼式线圈。导线为双玻璃丝包线或单玻璃丝包缩醛漆包线。其余绝缘材料多数为酚醛玻璃纤维类材料。其浸渍工艺为常温、常压下用B级绝缘浸渍漆分别对高、低压线圈浸渍并进行中温干燥（干燥温度不超过130℃）。此种干式变压器虽然比油浸式变压器在防燃性能上有了很大的进步，但它的防潮、防污秽性能令人担忧。目前已经不再生产。尽管如此，它成功的电、磁、热计算和结构设计却给以后发展起来的新的H级绝缘敞开式变压器奠定了很好的基础。 2、美国的一些变压器厂（如位于佛吉尼亚州的FPT公司）研制出一种采用美国杜邦公司的NOMEX?芳香聚酰胺作主要绝缘的干式变压器。FPT公司的产品有两种型号：FB型为180℃（H级）的绝缘系统。FH型为220℃（C级）的绝缘系统，线圈温升分别为115K（我国为125K）和150K。它的低压线圈为箔式或多根并绕层式，匝绝缘和层间绝缘都采用NOMEX?。高压线圈为饼式，导线也用NOMEX?纸包扎，线饼之间不用常规的撑条加垫块的结构，而采用梳状撑条，这样使得饼间的最高电压降低了一半，也大大提高了高压线圈的轴向抗短路能力，却增加了线圈的绕制难度和制造工时。高低压线圈进行套绕，增强了机械强度。也有采用NOMEX?绝缘板作垫块加撑条结构的。高低压之间的绝缘筒用0.76mm厚的NOMEX?纸板做成。它的浸渍工艺采用多次的VPI真空、压力浸渍，高温干燥（干燥温度达180-190℃）。在FPT公司，这种变压器最高电压制造到34.5kV，最大容量为10000kVA。这种技术在美国得到UL的认证国内有变压器制造厂采用NOMEX?绝缘材料和美国杜邦公司有关制造规范（HV-1或HV-2）以及Reliatran?雷力通TM变压器技术标准等要求制造的H级绝缘SG型干式变压器与美国FPT公司的FB型变压器有相似之处，只是国内产品线圈的VPI 浸渍工艺不同于FPT公司，它不对整个变压器器身进行浸渍，而仅对线圈进行浸渍。整个器身浸渍的包封整体性好，可是不仅不美观，还要在处理前必须做完产品的相关检测。浸渍漆也容易被污秽，相对而言在中国后者比较合理。 3、在欧洲，干式变压器的发展比较多样化，除了环氧树脂真空浇注和缠绕工艺外，其它还有类似于我国SCR型非浇注固体绝缘包封式变压器和SG型敞开式变压器的品种。在七十年代瑞典一家工厂用NOMEX?绝缘材料开发出敞开式干式变压器。而后，另一家工厂用玻璃纤维及DMD来替代NOMEX?绝缘材料，降低了材料成本。它的线圈结构与早期的B 级绝缘产品相似，低压采用多根并绕或箔式，高压为饼式。匝绝缘用玻璃纤维，垫块用陶瓷。其它绝缘件采用改性二苯醚树脂玻璃布层压板（筒）或改性聚胺-酰亚胺层压玻璃布板（筒），还有DMD、SMC等。它的线圈处理工艺为VI真空浸渍，在浸渍过程中不加压力。它的技术关键不仅是浸渍漆（树脂）和浸渍工艺的合理选择，更重要的是陶瓷片的制作。普通陶瓷是一种脆性材料，不上釉的陶瓷容易受潮，且在其受力或受热不均匀时会开裂。因此，它必须有很高密度和硬度才行，目前还只能进口。

变压器绝缘材料的种类

变压器绝缘材料的种类 定义：是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。电动机也称（俗称马达），在电路中用字母“M”（旧标准用“D”）表示。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。 发电机在电路中用字母“G”表示。它的主要作用是利用机械能转化为电能，目前最常用的是，利用热能、水能等推动发电机转子来发电，随着风力发电技术的日趋成熟，风电也慢慢走进我们的生活。变压器绝缘材料在有的书上称之为静止的电机。从电机的定义发现，这么说也有它的道理的。 电动机的种类 1．按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。 1.1 直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。 1.1.1 有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。 1.1.1.1 电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 1.1.1.2 永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。

1.1 其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。 2．按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 2.1 同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。 2.2 异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。 2.2.1 感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。 2.2.2 交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 3．按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 4．按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。 4.1 驱动用电动机划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 4.2 控制用电动机又划分：步进电动机和伺服电动机等。

干式变压器绝缘材料

干式变压器绝缘材料 简单阐述敞开式干式变压器的发展过程，介绍新的H级绝缘敞开式干式变压器的技术特点。并对不 同的敞开式干式变压器所选用的绝缘材料和浸渍工艺等作进一步对比说明。 关键词：敞开式 干式变压器 绝缘材料 一、 概述： 随着城市电网供电要求的不断提高和变压器技术的进步，干式变压器 在我国的使用已经很普遍。在这短短的二、三十年中，干式变压器技术得到了迅速的发展，除了大家比较熟悉的环氧树脂型干式变压 器外最近出现了一些不用环氧树 脂真空浇注或缠绕工艺的SG型敞开式干式变压器以及采用NOMEX?（诺迈克）绝缘材料，非环氧树脂真空浇注或VPI真空、压力浸渍处理的SCR型包封式 干式变压器。这些变压器的出现可以让供电用户有更多的选择。 所有敞开式干式电力变压器的产品型号都称SG型，它们有 相似的电磁计算、线圈形式和外形结构，但在绝缘材料的选用、结构设计、制造工艺方面却有不同之处。 二、SG型敞开式干式变压器在中国的发展 1、 二十世纪六十年代以前的干式变压器主要是B级绝缘的敞 开式干式变压器，产品型号为SG型。当初还没有箔式线圈时，低压多数为多根并绕的层式或螺旋式线圈，高压为饼式线圈。导线为双玻璃丝 包线或单玻璃丝包缩醛漆包线。其余绝缘材料多数为酚醛玻璃纤维类材料。其浸渍工艺为常温、常压下用 B级绝缘浸渍漆分别对高、低压线圈浸渍并进行中温干燥 （干燥温度不超过130℃）。此种干式变压器 虽然比油浸式变压器在防燃性能上有了很大的进步，但它的防潮、防污秽性能令人担忧。目前已经不再 生产。尽管如 此，它成功的电、磁、热计算和结构设计却给以后发展起来的新的H级绝缘敞开式变压器奠定了很好的基础。 2、 美国的一些变压器厂（如位于佛吉尼亚州的FPT公司）研 制出一种采用美国杜邦公司的NOMEX?芳香聚酰胺作主要绝缘的干式变压器。FPT公司的产品有两种型号：FB型为180℃（H级）的绝缘系统。FH型为 220℃（C级）的绝缘系统，线圈温升分别为115K（我国为125K）和150K。它的低压线圈为箔 式或多根并绕层式，匝绝缘和层间绝缘都采用 NOMEX?。高压线圈为饼式，导线也用NOMEX?纸包扎，线 饼之间不用常规的撑条加垫块的结构，而采用梳状撑条，这样使得饼间的最高电压降低了一半， 也大大提高了高压线圈的轴向抗短路能力，却增加了线圈的绕制难度和制造工时。高低压线圈进行套绕，增强 了机械强度。也有采用NOMEX?绝缘板作垫块加撑 条结构的。高低压之间的绝缘筒用0.76mm厚的NOMEX?纸板做成。它的浸渍工艺采用多次的VPI真空、压力浸渍，高温干燥（干燥温度达 180-190℃）。在FPT 公司，这种变压器最高电压制造到34.5kV，最大容量为10000kVA。这种技术在美国得到UL的认证 国内有变压器制造厂采用NOMEX?绝缘材料和美国杜邦公司有关制造规范（HV-1或HV-2）以及Reliatran?雷 力通TM变压器技术标准等要求 制造的H级绝缘SG型干式变压器与美国FPT公司的FB型变压器有相似 之处，只是国内产品线圈的VPI浸渍工艺不同于FPT公司，它不对整个变压器器身进 行浸渍，而仅对线圈进行浸渍。整个器身浸渍的包封整体性好，可是不仅不美观，还要在处理前必须做完产品的相关检测。浸渍漆也容易被污秽，相对而言在中国后 者比较合理。 3、 在欧洲，干式变压器的发展比较多样化，除了环氧树脂真空 浇注和缠绕工艺外，其它还有类似于我国SCR型非浇注固体绝缘包封式变压器和SG型敞开式变压器的品种。在七十年代瑞典一家工厂用NOMEX?绝缘材料开 发出敞开式干式变压器。而后，另一家工厂用玻璃纤维及DMD来替代NOMEX?绝缘材料，降低了材料成本。它的线圈结构与早期的B级绝缘产品相似，低压采 用多根并绕或箔式，高压为饼式。匝绝缘用玻璃纤维，垫块用陶瓷。其它绝缘件采用改性二苯醚树脂玻璃布层压板（筒）或改性聚胺-酰亚胺层压玻璃布板（筒）， 还有DMD、SMC等。它的线圈处理工艺为VI真空浸渍，在浸渍过程中不加压力。它的技术关键不仅是浸渍漆（树脂）和浸渍工艺的合理选择，更重要的是陶瓷 片的制作。普通陶瓷是一种脆性材料，不上釉的陶瓷容易受潮，且在其受力或受热不均匀时会开裂。因此，它必须有很高 密度和硬度才行，目前还只能靠进口。 4、 上述几种SG型敞开式干式变压器除电磁计算、线圈形式、外形结构有相似之处外，其它不同处归纳于表一。 表一

变压器绝缘材料选型指南

绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。作为一个天天和绝缘件打交道的绝缘组员工，应该了解到更多更全面的绝缘材料知识。在这次培训中将介绍变压器绝缘材料的基础知识、最新进展等。希望通过培训能丰富大家的绝缘知识，并对今后的绝缘件的生产有所帮助。 1、变压器绝缘材料概述。 随着科学技术的迅速发展，电机、变压器等电气设备的应用日益广泛。而变压器运行的可靠性和使用寿命却在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。 近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。 1．1 绝缘材料概论 绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。 绝缘材料按电压等级分类：一般分为：Y（90℃）、A（105）、E（120℃）、B（130℃）、F（155℃）、H（180℃）、C（大于180℃）。 变压器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变压器所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律（A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律）降低使用寿命。由高聚物组成的绝缘材料的耐热性一半比无机电介质低。 绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。 变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料和固体绝缘材料。 2、变压器绝缘材料电器性能的四个基本参数。 变压器绝缘材料电气性能的四个基本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度。 2.1 绝缘电阻 2.1.1 绝缘电阻的概念 绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压的作用下，加压时间较长，

我国变压器用绝缘材料的现状及发展趋势

07-I-04 我国变压器用绝缘材料的现状及发展趋势 郭振岩 (沈阳变压器研究院 沈阳 110179) 摘要：总结分析了我国目前变压器用绝缘材料的种类、现状，列举了各种绝缘材料的成分和功能，结合市场和技术发展需要，提出了变压器用绝缘材料的发展趋势。 关键词：绝缘材料；现状；发展趋势 0 引 言 绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器使用寿命。近二十年来，变压器绝缘材料方面的新产品、新技术、新理论不断地涌现和发展，从而使变压器绝缘材料及其应用形成了一门很重要的学科。 1 我国变压器绝缘材料的现状 1.1 变压器绝缘材料概述 随着国内变压器行业通过引进国外先进技术，消化吸收、自主创新、扩大生产能力，使变压器产品品种、水平及变压器容量都有了大幅度的提高。按我国现有发电设备装机容量及与之配套的电工设备的绝缘材料消耗定额平均为65吨/10兆瓦，由此可推算出绝缘材料在电工设备中所占比例是很大的。同时，变压器运行的可靠性和使用寿命在很大程度上取决于其所使用的绝缘材料。绝缘材料越来越为从事变压器设计和制造人员所重视。 绝缘材料又称电介质，是电阻率高、导电能力低的物资。绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。 绝缘材料按耐热等级分类：一般分为：Y(90℃)、A(105)、E(120℃)、B(130℃)、F(155℃)、H(180℃)、C(大于180℃)。变压 器绝缘材料的耐热等级是指绝缘材料在变 压器中所允许承受的最高温度。如果正确地使用绝缘材料，就能保证材料20年的使用寿命。否则就会依据8℃定律降低使用寿命(A级绝缘温度每升高8℃，使用寿命降低一半、B级绝缘是10℃，H级是12℃。这一规律被称为热老化的8℃规律)。 绝缘材料性能与其分子组成和分子结构密切相关。变压器绝缘材料品种很多，按其形态一般可分气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料。 1.2 气体绝缘材料 目前变压器的气体绝缘材料最为常用的是SF6。SF6气体是不燃性气体，且物理、化学性能都十分稳定。将其应用于变压器的绝缘其优点十分显著，重要的有下面几个方面。 (1)SF6气体绝缘变压器(以下简称GIT) 的主要优点是它的防火性能最优。SF6气体是不燃性气体，且物理、化学性能都十分稳定。 (2)在防灾型变压器中，它是唯一一种能 实现高电压与大容量的。迄今为止，在世界上采用的防火、防灾型变压器中，主要是干式变压器［包括环氧浇注式干变与H级敞开通风式(OVDT)干变］与GIT两大类型。但前者公认的最高电压为35kV，容量为20MVA； 而后者却可达275～500kV以及300MVA。在我国当前的城网改造中，许多城市都要求在市中心建立110～220kV级的变电所(其中一部分为地下变电所)，显然这必将促进对GIT 的需求的增加。 1

常见腐蚀介质材料选择

一直以来，腐蚀就是化工设备最头痛的危害之一，稍有不慎，轻则损坏设备，重则造成事故甚至引发灾难。据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时首先要注意选材的科学性。通常有一种误区，认为不锈钢是“万能材料"，不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢，这是很危险的。下面针对一些常用化工介质谈谈选材的要点： 1.硫酸作为强腐蚀介质之一，硫酸是用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大，对于浓度在80%以上、温度小于80℃的浓硫酸，碳钢和铸铁有较好的耐蚀性，例如：浓硫酸离心泵但它不适合高速流动的硫酸；普通不锈钢如304（0Cr18Ni9）、316（0Cr18Ni12Mo2Ti）对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的泵阀通常采用高硅铸铁（铸造及加工难度大）、高合金不锈钢（20号合金）制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵（F46）是一种更为经济的选择。 2.盐酸决大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀（包括各种不锈钢材料），含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。和金属材料相反，绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性，所以内衬橡胶泵和塑料泵（如聚丙烯、氟塑料等）是输送盐酸的最好选择。 3.硝酸一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏，不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，值得一提的是含钼的不锈钢（如316、316L）对硝酸的耐蚀性不仅不优于普通不锈钢（如304、321），有时甚至不如。而对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。 4.醋酸它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀，不锈钢是优良的耐醋酸材料，含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。 5.碱（氢氧化钠）钢铁广泛应用于80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液，也有许多工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁，虽然腐蚀增加，但经济性好。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点，只要介质中容许少量铁份掺入不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。 6.氨（氢氧化氨）大多数金属和非金属在液氨及氨水（氢氧化氨）中的腐蚀都很轻微，只有铜和铜合金不宜使用。

电介质刻蚀面临材料和工艺的选择

电介质刻蚀面临材料和工艺的选择 半导体加工中，在晶片表面形成光刻胶图形，然后通过刻蚀在衬底或者衬底上面的薄膜层中选择性地除去相关材料就可以将电路图形转移到光刻胶下面的材料层上。这一工艺过程要求非常精确。但是，各种因素例如不断缩小的线宽、材料毒性以及不断变大的晶片尺寸等都会使实际过程困难得多。 AppliedMaterials公司电介质刻蚀部总经理BrianShieh说：“前段（FEOL）和后段（BEOL）电介质刻蚀的要求各不相同，因此要求反应器基本功能具有很大的弹性，对于不同的要求都能够表现出很好的性能。” DowChemical公司新技术部总监MichaelMills说：“从目前和近期的发展来看，电介质刻蚀设备还不会出现很大问题。”

“目前的研究重点是双嵌入式工艺、低k材料和高纵宽比接触孔的刻蚀。"HitachiHighTechnologiesAmerica公司高级工艺经理JasonGhormley说：“氧化硅刻蚀要求能够精确控制各向异性刻蚀过程，尽量减少侧壁钝化层，同时保证整体结构比较完美。这是氧化硅刻蚀的一个普遍问题，因为其工艺控制与化学反应相关。对于氧化硅刻蚀来说，在反应器中使用含硅材料是非常有用的，因为它能控制氟原子和含碳自由基的比例，有助于在垂直方向的刻蚀反应和控制侧壁钝化层之间取得平衡。” 后段和前段面临的问题 Shieh认为双嵌入式工艺是很复杂的应用，因为它涉及到各种各样的材料以及相应的整合问题，例如光刻胶或BARC对微通孔（via）的部分或全部填充、多层掩膜版的使用、硬掩膜层或金属掩膜层的使用等。他说：“我们需要的是一整套解决方案，不管用户的要求是什么，它都能很好地达到要求。方法之一是使刻蚀具有很宽的工艺窗口，能够提供经过优化的最佳工艺条件和很好的工艺控制能力，满足下一代材料和技术的要求。这些新功能可以同时解决前段（FEOL）和后段（BEOL）面临的各种问题。当然，对于FEOL和BEOL来说，也许还需要做一些很小的调整，但是其基本功能应该是一样的。”