高壓電機用主絕緣材料概要

2022-11-15 21:09:06 字數 4624 閱讀 8855

目錄1. 概述

2. 高壓電機用主絕緣材料的組成

2.1. 雲母

2.1.1. 雲母的種類

2.1.2. 片雲母

2.1.3. 雲母紙

2.2. 膠粘劑

2.3. 補強材料

3. 多膠粉雲母帶

3.1. 多膠粉雲母帶的組成、效能及特性

3.1.1. 國外多膠粉雲母帶的組成、效能及特性

3.1.2. 國內多膠粉雲母帶的組成、效能及特性

3.2. 多膠粉雲母帶的製造

3.3. 多膠粉雲母帶的應用

3.3.1. 多膠粉雲母帶的應用

3.3.2. 高電壓環氧玻璃粉雲母帶在三峽機組上的應用

3.4. 多膠粉雲母帶的發展方向

4. 少膠粉雲母帶

4.1. 少膠粉雲母帶的組成、效能及特性

4.1.1. 國外少膠粉雲母帶的組成、效能及特性

4.1.2. 國內少膠粉雲母帶的組成、效能及特性

4.2. 少膠粉雲母帶的製造

4.3. 少膠粉雲母帶的應用

4.3.1. 少膠粉雲母帶在6kv級高壓電機上的應用

4.3.2. 少膠粉雲母帶在6kv、10kv級高壓電機上的應用

4.4. 少膠粉雲母帶的改進

5. 參考文獻

1.概述

近年來,國際上大電機製造業發展很快,尤其是發電裝置的單機容量增長迅速,汽輪發電機單機容量已達1200mw,水輪發電機單機容量已達到800mw。隨著單機容量的逐漸增加,發電機額定電壓也相應提高,汽輪發電機最高電壓已達27kv,水輪發電機最高電壓已達24kv。隨著發電機單機容量的增長,對大電機定子主絕緣材料不斷提出新的要求,因而出現了許多大電機定子主絕緣材料。

目前世界上高壓電機定子線棒主絕緣系統歸納起來可分為兩大技術流派,一是少膠粉雲母帶真空壓力浸漬(vpi)的連續式絕緣流派,其絕緣代表是美國西屋公司的thermalastic絕緣、瑞士abb公司的micadur絕緣和瑞士isola公司的samicabond絕緣;一是環氧多膠粉雲母帶模壓(或液壓)連續式絕緣流派,其代表絕緣為美國通用電氣公司(ge公司)micapal絕緣和法國a-a公司的isotenax-n。少膠粉雲母帶真空壓力浸漬(vpi);環氧多膠粉雲母帶模壓(或液壓)連續式絕緣流派的定子線棒主絕緣材料是以熟雲母紙為基材,採用環氧膠粘劑粘合熟雲母紙和補強材料而成。還有些派生出來的主絕緣材料,其一是介於少膠和多膠之間的中膠雲母帶,它主要通過真空壓力浸漬(vpi)工藝應用於高壓電機中,歸屬於真空壓力浸漬(vpi)的連續式絕緣系統;還有三合一雲母帶、高強度雲母帶特殊的主絕緣材料等,這些應歸屬於多膠粉雲母帶模壓(或液壓)連續式絕緣系統。

這裡所說多膠——即膠粘劑含量為》34%粉雲母帶是對iec國際標準而言,iec標準規定少膠粉雲母帶中的膠含量為8%±3%,膠粘劑含量達16%±3%為中膠帶,而vip多膠整浸工藝用的粉雲母帶一般在17%~32%,按iec標準應屬多膠粉雲母帶範疇

高壓電機主絕緣技術是電機製造中的關鍵技術之一,定子主絕緣是高壓電機絕緣系統中最重要的部分,它直接影響電機的技術經濟指標,同時在很大程度上決定了電機的執行可靠性和使用壽命。高壓電機主絕緣材料是定子主絕緣的基礎,對大電機定子主絕緣的水平起著致關重要的作用,因而了解高壓電機主絕緣材料的組分、效能和特性,有利於高壓電機主絕緣技術的進一步改善和新的高壓電機主絕緣結構的產生,以適應高壓電機的發展的需求。

2.高壓電機用主絕緣材料的組成

2.1.雲母

雲母是一種有優良的解理性和柔韌性的非金屬材料,介電效能相當高,耐電暈和電火花性高於有機絕緣材料。長期以來,雲母一直是電氣工業中不可缺少的絕緣材料,目前,雖然已經出現很多新型絕緣材料,但沒有任何一種絕緣材料能夠取代雲母。

雲母是水鋁矽酸鹽,它屬於層狀結構。雲母的結晶結構是兩層矽氧四面體夾著一層鋁氧八面體構成的複式矽氧層。而矽氧四面體中約有1/4的si4+被ai3+取代,結果引起正電價不足,矽氧四面體帶負電,由正離子來補充,正離子處在兩個矽氧層之間,其配位數為12。

一般來說矽氧四面體和鋁氧八面體本身結合是很牢固的,而補充電價的正離子層在兩個複式矽氧層之間的連線是較微弱的,這樣的雲母晶體很容易沿這些正離子所在的平面分剝開來。因此,雲母沿正離子所在的平面方向具有完全的解理性。

天然雲母產於岩漿巖、變質岩及沉積岩中。但大片雲母則只在偉晶巖類的岩漿巖中才能發現,自然界存在優質大片雲母礦床很少。 當前世界上生產大片雲母的國家主要有印度、巴西、馬達加斯加、加拿大、蘇聯、阿根廷、澳大利亞等國家。

我國雲母資源相當豐富,雲母礦床幾乎遍布全國各省。優質大片雲母礦床主要集中在新疆、四川、內蒙等省。

2.1.1.雲母的種類

白雲母亦稱鉀雲母,其結構式為kai2[aisi3o10](oh)2;若白雲母中的鋁氧八面體內的ai3+全部被mg2+取代,就是金雲母,結構式為kmg3[aisi3o10](oh)2;若金雲母中部分mg2+被fe2+取代,即為黑雲母,結構式為k(mgfe)3[aisi3o10](oh)2;若金雲母中全部mg2+被fe2+取代,即為鐵雲母,結構式為kfe3[aisi3o10](oh)2;若ca2+代替了k+,以及更多的ai3+代替si4+,即為珍珠雲母;還有鋰雲母(kli)2ai [aisi3o10](oh)2、氟金雲母(合成雲母)kmg3[aisi3o10]f2、蛭石雲母k(mgfe)3[(aisi)4o10](oh)2·4h2o等等。

2.1.2.片雲母

2.1.2.1.片雲母種類

片雲母是由塊雲母剝裂而成,按面積分為#3、#4、#41/2、#5、#51/2、#6、#61/2、#7、#8九個規格;按厚度分ⅰ、ⅱ、ⅲ組;按表面質量分甲、乙、丙三個等級。

2.1.2.2.片雲母效能

雲母種類雖多,作為絕緣材料,應用最多的是白雲母和金雲母,白雲母比金雲母擊穿強度高、介電損耗小、並易剝成薄片;金雲母的耐熱性高,柔軟耐彎折性好。白雲母和金雲母的效能見表1-1。

表1-1白雲母和金雲母的效能

2.1.3.雲母紙

雲母原礦採出要經過初步加工成為工業原料雲母,在經多次加工,分選成各類規格的成品片雲母。工業原料從雲母礦中開採後,剩餘的雲母碎大部分用於製造雲母紙。

雲母紙較片雲母具有很多優點。雲母紙厚度均勻,介電強度波動範圍小,電暈起始電壓高而穩定,其製品整體性好、電氣強度高,可使電機的絕緣厚度減薄。同時由於雲母鱗片小,它們之間主要依靠富有彈性的樹脂結合起來,因此與銅體膨脹係數的差異而產生的應力就較小,絕緣內部的空隙就不會增大,雲母絕緣受熱時,其介質損耗的電壓特性比片雲母絕緣要穩定得多。

此外,雲母紙的均質性好,又沒有片雲母的搭接現象,膠易浸透而少殘留空隙,這對提高絕緣的可靠性有很重要的作用。但機械強度較差,若選用合適的粘合劑與補強材料是可以彌補的。還有可用的優質片雲母**比較高,而雲母紙的**相對比較低,且可以充分利用雲母礦產資源,可以說雲母紙的出現推動了電氣工業的發展。

2.1.3.1.雲母紙抄造

雲母紙是由多層雲母鱗片之間的吸附力(范德華力、靜電引力等)結合在一起而形成的。因此,面積愈大厚度愈小的雲母鱗片,抄造成的雲母紙效能就愈好。

1)雲母紙漿製造抄好雲母紙的關鍵在於雲母紙漿製造方法,即雲母紙漿製造方法是將厚度為公釐級的碎雲母碎成厚度為微公尺級以下的細小鱗片,然後將適合於造雲母紙的雲母鱗片分選出來,並與一定數量的水混勻的過程。雲母紙漿製造方法主要有煅燒化學製漿法和水力製漿法。

煅燒化學製漿法是將精選的雲母碎片,經高溫煅燒脫去雲母結構中的部分結晶水,使雲母碎片沿垂直於解理面的方向膨脹,質地變軟,再用化學方法處理,使雲母片充分地**解理,經洗滌,攪拌、分級成漿。用這種方法製漿抄造出的雲母紙叫粉雲母紙,俗稱熟粉紙。天然雲母碎片,雲母加工的邊角料是製造天然雲母紙的主要原料。

煅燒前要對雲母原料進行分選,分選的目的是出去不適合製造雲母紙的黏結片、黑雲母、綠雲母以及與雲母中的其它雜質,以確保雲母紙的電氣效能和機械效能。分選後的雲母原料要經過清洗乾燥,然後進行煅燒,煅燒的目的是脫去雲母結晶中的部分結晶水,使雲母沿解理面的垂直於方向產生顯著的膨脹而分層,變得疏鬆而柔軟,在製漿過程中能讓酸、鹼溶液均勻地浸潤各個層間,沿解理面產生**和破碎,形成盡可能大而薄的雲母鱗片。雲母煅燒質量將影響粉雲母紙的電氣效能、柔軟性、耐折性、抗張強度和雲母的成漿率,因而應嚴格控制好雲母料的煅燒質量。

經煅燒後的雲母叫雲母熟料,雲母熟料尚需進行化學處理,即將雲母熟料浸漬在2%~5%的稀酸中加熱處理成漿,再經洗滌,分級,脫水而成,使之成為能分散於水中的呈均勻懸浮的鱗片狀漿料。

水力製漿法是用高壓噴射水流在特製的腔體內將雲母片剝離破碎成細小的鱗片,然後將適合於造紙的雲母鱗片分選出來的方法,用這種方法製漿抄造出的雲母紙叫再生雲母紙,俗稱生紙。水力製漿法中的雲母原料處理與煅燒化學製漿法大致相同,所不同的是用高壓水流將雲母碎分剝破碎成有一定徑厚比的雲母鱗片,然後經分級,脫水而成。

2)雲母紙抄造將符合要求的雲母紙漿用符合標準的水進行稀釋,為確保雲母紙抄造順利進行,必須使雲母鱗片均勻地懸浮在漿液中,並在網部形成均勻的紙胎,溼的紙胎黏附在毛毯上,再經脫水、乾燥、捲製、分切而成雲母紙。

2.1.3.2.雲母紙的效能和用途

雲母紙按其製造方法可分為熟紙、生紙、混抄紙三種,效能見表2。

1)熟紙(mpm1型) 外觀呈金黃色,柔軟性好、滲透性好,應用於高壓電機用的多膠模壓(或液壓)連續式絕緣體系的多膠粉雲母帶中。

2)生紙(mpm2型) 外觀呈銀白色,生紙與熟紙的不同是生紙未經煅燒和化學處理,雲母結構未被破壞,保持了天然雲母的優良特性。適用於真空壓力浸漬(vpi)的連續式絕緣體系中的少膠粉雲母帶、中膠帶中。

3)混抄紙(mpm3) 型將熟紙和生紙的基材,以一定的比例相互混合,獲得介於熟紙和生紙之間的特性。應用於具有特殊需求的絕緣體系中。

表2-2雲母紙的效能

2.1.3.3.影響雲母紙質量的因素

雲母紙的質量除了與製造工藝、操作技術有密切關係外,還有一些因素對雲母紙的效能有著重大的影響。

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