电气绝缘材料的性能优化

电气绝缘材料又名电介质，按国家标准GB/T29OO.5-2OO2规定电气绝缘材料的定义是：“用来使器件在电气上绝缘的材料”，也就是能够阻止电流通过的材料。

1.电气绝缘材料的基本性能

电气绝缘材料的作用是在电气设备中把电势不同的带电部分隔离开来。因此，电气绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故；其次耐热性能要好，避免因长期过热而老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮防雷性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。

根据上述要求，常用电气绝缘材料的性能指标有绝缘强度、耐热性、抗张强度等，见表1-22。

表1-22 电气绝缘材料的基本性能

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电气绝缘材料的电阻率

电气绝缘村料的电阻率常大于1O^-8Ω·m。电气绝缘村料对直流电流有非常大的阻力,在直流电压作用下,除了有极微小的表面泄漏电流外,实际上几乎是不导电的,而对于交流电流则有电容电流通过,但也认为是不导电的。电气绝缘村料的电阻率越大,绝缘性能越好。

电阻率的计算公式为p=RS／L,其中,p为电阻率（Ω·m）；S为横截面积（m²）；R为电阻值（Ω）；L为导线的长度（m）。

2.电气绝缘材料的耐热等级

电工产品绝缘的使用期受到多种因素（如温度、电和机械的应力、振动、有害气体、化学物质、潮湿、灰尘和辐照等）的影响，而温度通常是对电气绝缘材料和绝缘结构老化起支配作用的因素。因此已有一种实用的、被世界公认的耐热性分级方法，也就是将电气绝缘的耐热性划分为若干耐热等级。

按照耐热程度，把电气绝缘材料分为Y、A、E、B、F、H、C等级别。各耐热等级及所对应的温度值见表1-23。例如A级电气绝缘材料的最高允许工作温度为1O5℃，一般使用的配电变压器、电动机中的电气绝缘材料大多属于A级。

表1-23 电气绝缘材料耐热等级及所对应的温度值

在电工产品上标明的耐热等级，通常表示该产品在额定负载和规定的其他条件下达到预期使用期时能承受的最高温度。因此，在电工产品中，温度最高处所用绝缘的温度极限应该不低于该产品耐热等级所对应的温度。

3.电气绝缘材料的常见性能参数（见表1-24）

表1-24 电气绝缘材料的常见性能参数

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影响电气绝缘村料的电阻率的因素有温度、湿度、杂质、电场强度等。(https://www.xing528.com)

4.电气绝缘材料的老化

绝缘材料在运行过程中由于各种因素的作用而发生一系列的不可恢复的物理化学变化，导致材料电气性能与力学性能劣化，称为老化。老化的主要表现如下：

1）表观变化：材料变色、变轴、变形、龟裂、脆化。

2）物理化学性能变化：相对分子量、相对分子质量分布、熔点、溶解度、耐热性、耐寒性、透气性、透光性等。

3）机械性能：弹性、硬度、强度、伸长率、附着力、耐磨性等。

4）电性能：绝缘电阻、介质常数、介质损耗角正切、击穿强度等。

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绝缘材料的老化形式

○环境老化：含有酸、碱、盐类成分的污秽尘埃（或与雨、露、霜、雪相结合）对绝缘物的长期作用,会对绝缘村料（特别是有机绝缘村料）产生腐蚀。多数有机绝缘村料在阳光紫外线的作用下会逐渐老化。

○热老化：在较高温度下,电介质发生热裂解、氧化分解、交联,以及低分子挥发物的逸出,导致电介质失去弹性、变脆、发生龟裂,机械强度降低,也有些介质表现为变软、发粘、失去定形,同时,介质电性能变坏。热老化的程度主要取决于温度及热作用时间。此外,诸如空气中的湿度、压力、氧的含量、空气的流通程度等对热老化的速度也有一定影响。

○电老化：绝缘村料在电场的长时间作用下,物理、化学变化性能发生变化,最终导致介质被击穿,这个过程称为电老化。主要有三种类型：电离性老化（交流电压）；电导性老化（交流电压）；电解性老化（直流电压）。

5.电气绝缘材料的击穿

外电场增大到某一临界值，电气绝缘材料的电导突然剧增，材料由绝缘状态变导电状态，称为绝缘击穿。绝缘击穿可分为热击穿和电击穿。

（1）热击穿 在电场的作用下，介质内的损耗转化成的热量多于散逸的热量，使介质温度不断上升，最终造成介质本身的破坏，形成导电通道。

电气绝缘材料的热击穿与使用环境相关。

（2）电击穿 由于电场的作用使介质中的某些带电质点积聚的数量和运动的速度达到一定程度，使介质失去了绝缘性能，形成导电通道。

6.电气绝缘材料的使用期

电工产品的实际使用期取决于运行中的特定条件。这些条件可以随环境、工作周期和产品类型的不同而有很大的变化。此外，预期使用期还取决于产品尺寸、可靠性、有关设备的预期使用期以及经济性等方面的要求。

对某些电工产品，由于其特定的应用目的，要求其绝缘的使用期低于或高于正常值，或由于运行条件特殊，规定其温升高于或低于正常值，而使其绝缘的温度高于或低于正常值。

绝缘的使用期很大程度上取决于其对氧气、湿度、灰尘和化学物质的隔绝程度。在给定温度下，受到恰当保护的绝缘的使用期会比自由暴露在大气中的绝缘的使用期长，因而，用化学惰性气体或液体作冷却或保护介质，可延长绝缘的使用期。