几种绝缘结构和绝缘材料的高频耐电晕性能分析

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几种绝缘结构和绝缘材料的高频耐电晕性能分析

罗艳芝,姜其斌,王文进,李鸿岩,李强军

(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)

摘要:研究了几种绝缘材料和绝缘结构的电性能,利用高频脉冲绝缘测试仪器分析比较了其耐电晕性能。结果表明:杜邦耐电晕聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能优于国产聚酰亚胺薄膜,耐电晕聚酰亚胺薄膜绝缘结构具有较好的耐电晕性能。

关键词:绝缘结构;绝缘材料;耐电晕

中图分类号:T M201.44;T M206文献标志码:A文章编号:1009-9239(2010)03-0057-03

Anal y sis on the Hi g h Fre q uenc y Corona-resistant Pro p ert y of Insulatin g Structures and Materials

LUO Yan-zhi,JIANG Qi-bin,WANG Wen-jin,LI Hong-yan,LI Qiang-jun

(Zhuzhou T i mes N ew M ater ial T echnology Co.,L td,Zhuz hou412007,Chi na) Abstract:The electrical p ro p erties,es p eciall y the hi g h fre q uenc y corona_resistant p ro p erties of sev eral insulatin g materials and structures wer e investi g ated.Hi g h fr e q uenc y p ulsed insulation test instr uments were a pp lied to stud y the co r o na_r esistant p ro p erties of above mentioned materials.It was concluded that the p ro p erties of Du p ont PI films exceed that of homemade PI films due to a better corona_resistant insulation structur e.

Key words:insulation str ucture;insulating mater ial;co r ona_r esistance

1前言

随着电力电子技术的发展,变频调速技术,特别是交流变频调速技术得到了完善和提高,使交流变频调速电机得到了广泛应用。但变频调速过程中高频、高压的谐振电压脉冲易引起绝缘材料局部放电,缩短变频电机的使用寿命。为了延长变频电机的使用寿命,研究人员曾提出了3种解决方案:第一,缩短变频器与电极之间电缆的长度以降低过充电压;第二,增加电磁线绝缘层厚度,并在线圈两端接口和不同相间增加额外的绝缘材料;第三,使用具有耐电晕腐蚀能力的绝缘电磁线。3种方案均与绝缘材料有着直接或间接的关系。因此,耐电晕绝缘材料的制备和应用成为电机绝缘领域研究的热点。聚酰亚胺薄膜是目前耐热性最好的有机薄膜,在555 下可短期内保持其物理性能,长期使用温度可高达300 以上。聚酰亚胺薄膜的电气性能、耐辐射性能和耐火性能十分突出,具有介电常数低、电气强度高、耐电击穿性高、介质损耗因数低等特点。因此,聚酰亚胺广泛应用于交流电机对地绝缘和匝间绝缘中,是变频电机的基础绝缘材料[1-5]。

鉴于目前国内对各种绝缘材料和绝缘结构的耐电晕性能的测试还没有完全统一的测试标准和方法,结合电机的结构设计和制造,采用高频脉冲绝缘测试仪器测试了几种绝缘材料和绝缘结构的耐电晕性能,对电机的绝缘结构设计和材料的选用起到借鉴和指导作用。

2原材料和样品制备

2.1原材料

聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜。

2.2绝缘结构的制备

耐电晕薄膜铜扁线是采用耐电晕CR薄膜55%叠包,然后经过高频烧结机烧结制成;聚酰亚胺-氟46复合薄膜绕包烧结铜扁线是采用聚酰亚胺薄膜与氟46复合薄膜半叠包,再经过高频烧结机烧结而制成;聚酯薄膜绕包铜扁线是采用聚酯薄膜53%叠包而成。

收稿日期:2009-11-05

基金项目:863项目(2006AA11A178)

作者简介:罗艳芝(1979-),女,湖南衡阳人,工程师,主要从事绝

缘材料及结构检测分析工作,(电话)0731-********(电子邮箱)

luoyanzh i@https://www.wendangku.net/doc/4a18048114.html,。

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表1国产薄膜与杜邦薄膜主要性能

耐电晕寿命,具有较好的耐电晕性能。

4结束语

通过对几种绝缘结构和绝缘材料的耐电晕性能的对比分析,结果表明,耐电晕聚酰亚胺薄膜及绝缘结构均具有较好的高频耐电晕性能。对电机电器的绝缘结构设计有很好的借鉴和指导作用。

参考文献:

[1]黄金.方波脉冲电压下聚酰亚胺薄膜老化特征研究[J].中国

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2.3测试样品的制备

扁线测试样品的制备参照GB/T4074.5-2008[6],取扁线弯曲成有效直线长度为12cm,两端夹角为60 ,两端长度为4cm的试样,取与试验样品相同形状规格的裸线,再把这种裸线与所要测试的扁线试样用聚酰亚胺薄膜粘带缠紧,见图1。

图1扁线试样图

2.4参照标准及试验设备

2.4.1参照标准

参照GB/T21707-2008[7],试验参数为:电压3kV(薄膜测试电压为2kV)、脉冲频率为20kH z、脉冲占空比为50%、脉冲波形为方波、脉冲极性为双极、试验温度为(155 2) 。

2.4.2试验设备

JGM-3高频脉冲绝缘测试仪,上海申发检测设备厂;L C-223鼓风干燥箱,上海爱斯佩克公司。

3结果分析和讨论

3.1耐电晕聚酰亚胺薄膜

聚酰亚胺薄膜在电工行业主要用于电机的槽绝缘以及电线电缆的包覆材料。聚酰亚胺薄膜的主要生产厂家美国杜邦公司,仍占据主导地位。近年来,国内有多家厂家相继研制耐电晕聚酰亚胺薄膜并开始尝试着产业化,其电气性能优越、尺寸稳定,同时具备自粘性,但耐电晕性能仍低于杜邦公司的产品水平(见表1)。从表1可以看出,国产聚酰亚胺薄膜、聚酯薄膜和杜邦公司耐电晕聚酰亚胺薄膜均具有较好的物理性能和电性能,并且杜邦公司耐电晕聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能明显优越于国产聚酰亚胺薄膜和聚酯薄膜,且均匀性好。

3.2绝缘结构性能分析

在分析了几种绝缘材料的耐电晕性能之后,表2给出了这几种绝缘材料设计得到的绝缘结构的性能。表2数据表明:这几种绝缘结构均具有绝缘厚度薄,耐击穿电压高和较好的物理性能,耐电晕聚酰亚

胺薄膜绝缘结构在较高的电场强度下仍具有较长的表2

几种绝缘结构的性能

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测试,2009,35(1):111-113.

[2]汪佛池,律方成,徐志钮,等.变频电机用聚酰亚胺薄膜老化

特性研究[J].高电压技术,2007,33(4):30-32,37.

[3]姜其斌,陈红生,衷敬和,等.变频电机用耐电晕绝缘材料的

应用研究进展[J].绝缘材料,2007,40(6):19-22.

[4]黄孙息,饶保林,刘莉.耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展[J].绝

缘材料,2009,42(1):21-24.

[5]张雯,张露,李家利,等.国外聚酰亚胺薄膜概况及其应用进展

[J].绝缘材料,2001,34(2):21-23.

[6]GB/T4074.5-2008,绕组线试验方法第5部分:电性能[S].

[7]GB/T21707-2008,变频调速专用三相异步电动机绝缘规范

[S].

(上接第56页)

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表2添加剂对体系力学性能的影响

从表2可见,在阻燃体系中添加白炭黑对体系的氧指数没有提高,但是添加了白炭黑体系的拉伸强度有明显提高。在体系中添加6份的白炭黑就会使拉伸强度由10.43提高到15.72,提高50.7%,即使只添加3份白炭黑也会使体系的拉伸强度提高36.6%,在含有3份白炭黑的玻璃前体的配方中,体系的拉伸强度提高了41.2%,因此白炭黑是该体系很好的补强剂。同时,添加了白炭黑体系的断裂伸长率也有了明显下降,即使只添加3份白炭黑也会使体系的断裂伸长率下降82.9%,而提高体系的断裂伸长率可以通过选择合适的偶联剂或是改性树脂等方式解决。

添加硼酸锌对体系的拉伸强度影响很小,添加6份时体系的拉伸强度提高了8.8%,而添加3份时体系的拉伸强度则下降了3.2%,对体系的断裂伸长率的影响小于添加相同量的白炭黑。

配方7和配方8添加了自制低熔点玻璃作为协效剂。低熔点玻璃的添加略微降低了体系的拉伸强度,但对断裂伸长率的影响优于其它的阻燃添加剂。4结论

(1)在相同的添加量下添加低熔点玻璃的阻燃协效性能最好,添加6份可以使体系的氧指数提高到27,用白炭黑作为该阻燃体系的添加剂的阻燃协效作用最差。

(2)白炭黑是阻燃体系很好的补强剂,添加3份可使体系的拉伸强度提高36.6%,添加少量低熔点玻璃不能提高体系的拉伸强度,但对体系的断裂伸长率的负面影响最小。

参考文献:

[1]任庆利,刘斌,陈维,等.镁铝水滑石阻燃料的研究[J].绝缘

材料,2003,36(5):17-19.

[2]李建新,吴洁,孙洪巍.碳酸镁与氢氧化铝复配阻燃聚乙烯性

能研究[J].河南师范大学学报(自然科学版),2009,37(4):

92-94.

[3]马晓燕,梁国正,鹿海军.聚烯烃无卤阻燃技术的研究进展[J].

化工新型材料,2001,29(8):26-28.

[4]王丽丽,邱桂学,潘炯玺,等.氢氧化物阻燃剂在聚乙烯中的

应用技术和研究进展[J],塑料助剂,2005,1:12-16.

[5]赵伟,王丽.硼酸锌在L DPE阻燃中的协效作用[J].塑料科

技,2006,34(1):40-43.

[6]徐晓楠,张健.二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯的性能影响研

究[J].火灾科学,2004,13(3):168-172.

[7]杜建新,郝建薇,王建祺.S iO2和Al2O3对PP/APP/PE R膨

胀阻燃体系的协同作用[J].高分子材料科学与工程,2004,20

(1):165-167.

[8]李小建,朱新生,周正华,等.添加剂对膨胀阻燃低密度聚乙

烯性能的影响[J].材料工程,2006,S1:66-71.

[9]王永强,牛正发,含硅阻燃剂的新进展[J].塑料工业,2003,31

(2):9-12.

[10]贾修伟,刘治国.硅系阻燃剂研究进展[J].化工进展,2003,

22(8):818-

822.