插板变压器有什么作用(「讲解」常见的电工材料在变压器绝缘上的应用详解)

第一章固体绝缘材料 

一、概况 

固体绝缘材料可分有机、无机两类。有机固体绝缘材料包括绝缘漆、绝缘胶、绝缘纸、绝缘纤维制品、塑料、橡胶、漆布漆管及绝缘浸渍纤维制品、电工用薄膜、复合制品和粘带、电工用层压制品等。无机固体绝缘材料主要有云母、玻璃、陶瓷及其制品。相比之下，固体绝缘材料品种多样，也最为重要。

二、分类

三、常见固体绝缘材料举例 

1、NOMEX绝缘纸 

NOMEX 绝缘纸是一种高结晶、由热塑性芳香聚酰胺纤维合成、经特殊设备加工制成的耐高温的绝缘材料。即使温度超过 220℃时，它的稳定性依然良好。在液体冷却介质中高温运行不会裂解，正常工作状态下，该绝缘纸可耐受 180℃温度（变压器中普通绝缘纸为A 级绝缘105℃）。 

NOMEX绝缘纸是一种芳香族聚酰胺，由两种形式的芳香族聚酰胺的聚合物制成。细小的纤维状粘结颗粒一层析纤维是在很高的剪切作用下从聚合物上直接切下来的。这些颗粒与从纤维丝上切下的一定长度的短纤维混合在一起。 

短纤维及层析纤维两种组元在一种水基浆料中混合，再由专门的制纸机制成成连续的片状结构。刚从机器中出来的纸的密度较低，只具有中等的机械和电气性能。随后通过高温轧光来实现致密化及内部粘结。这样生产出来的NOMEX绝缘纸具有较高的机械强度、柔性和良好电气性能，而且可以在较高的温度下保持其特性。

根据电气化铁道牵引负荷的情况，在牵引变压器制造中使用新型绝缘材料，NOMEX 绝缘纸代替普通绝缘纸，提高变压器的过负荷能力，降低牵引变压器的安装容量，减少基本容量费的支出，从而降低电气化铁道运营成本，具有良好的应用前景。 

它具有独特而恰当的性能平衡，多年来被广泛用于变压器、电机、发电机以及其它电气设备以提高电气绝缘的可靠性。 

2、绝缘漆 

绝缘漆是以高分子聚合物为基础，能在一定的条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的重要绝缘材料。绝缘漆一般是由漆基、溶剂或稀释剂和辅助材料三部分组成，按使用范围及形态分为：浸渍漆、覆盖漆、硅钢片漆、防电晕漆四种。 

使用分类：

3、酚醛树脂 

酚醛树脂的优点是原材料来源丰富，工艺简单，成本低；具有较好的力学性能，电绝缘性能和热稳定性；酚醛树脂的产量占热固性树脂首位；电气绝缘材料生产中应用最多的一种。

酚醛树脂的缺点是机械性能较差，也不耐油和化学腐蚀，为了克服上述缺陷，人们对酚醛树脂进行了改性，在酚醛树脂中加入不同的填料可得到功能各异的改性酚醛塑料，如在配料中加入石棉、云母，能增加它的耐酸、耐碱、耐磨性，可用作化工设备的材料和电机、汽车的配件；加入玻璃纤维可以增加硬度，可用作机器零件等； 

酚醛树脂主要用于生产压塑粉、层压塑料；制造清漆或绝缘、耐腐蚀涂料。其中，压塑粉是可用模压、传递模塑和注射成型法制成各种塑料制品。常用木粉作填料，为制造某些高电绝缘性和耐热性制件，也用云母粉、石棉粉、石英粉等无机填料。热塑性酚醛树脂压塑粉主要用于制造开关、插座、插头等电气零件，日用品及其他工业制品。热固性酚醛树脂压塑粉主要用于制造高电绝缘制件。

第二章液体绝缘材料 

一、简介 

液体绝缘材料，是用以隔绝不同电位导体的液体，又可以成为绝缘油。它主要填充在固体材料内部或者极间空隙，以提高其介电性能，并改进设备的散热性能。 

性能：液体绝缘材料击穿强度高，介质损耗角正切（tgσ）小，绝缘电阻率高，相对介电常数小。此外，还具有优良的物理性能和化学性能，如气化温度高，闪点高，凝固点低，热导率大，热稳定性好，在电场作用下吸气性小等。 

二、分类： 

1、按极性强弱： 

弱极性、非极性、极性和强极性； 

2、按材料来源： 

⑴矿物绝缘油：从石油中提炼精制，用于制造变压器、电缆、电容器等，是现今工程上使用最多的液体绝缘材料。 

⑵合成绝缘油：人工合成的液体绝缘材料，现今投入使用的主要有芳烃合成油、硅油、酯类油、醚类和砜类合成油、聚丁烯等。 

⑶植物油：主要有蓖麻油、大豆油、菜籽油等，是工程上最早使用的液体绝缘材料。蓖麻油是优良的脉冲电容器的浸渍剂。 

三、几种常见液体绝缘材料介绍 

1、变压器油： 

变压器油是石油的一种分馏产物，其主要成分是烷烃，环烷族饱和烃，芳香族不饱和烃等化合物，俗称方棚油。良好的变压器油应该是清洁而透明的浅黄色液体，没有沉淀物、机械杂质悬浮物及棉絮状物质。如果变压器油收到污染和氧化，并产生树脂和沉淀物，变压器油的油质就会发生劣化，颜色也会从原先的浅黄色逐渐变成浅红色，直至变为深褐色的液体。当变压器有故障时，也会使其中的变压器油的颜色发生变化。 

变压器油的分类： 

(1)按最低环境温度分：

25#变压器油，其凝固点的温度在-25摄氏度，可以在中国国内大部分地区使用，是我国现在最常用的变压器油。 

45#变压器油，其凝固点的温度在-45摄氏度，基本上在东北/西北/青藏等寒冷地区使用。 

10#变压器油，其凝固点的温度在-10摄氏度，其价格要比以上两种变压器油要低一点，在广东等南方亚热带地区某些地区还有使用。 

(2)按油基分： 石蜡基油。我国的石蜡基油主要产于大庆。有较好的化学稳定性和介电稳定性。但在电场的作用下易发生电离析出气体，使油粘度随温度的变化很大，在低温时油易凝固。

环烷基油。我国的环烷基油主要产于新疆克拉玛依。凝固点较低，25#和45#变压器油都是环烷基油。使用温度范围宽，介电损耗因数小，介电强度高。但是其抗氧化性能稍差。 

变压器油主要有三个作用： 

(1)绝缘作用。变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。把绝缘材料浸在油里，不仅可以提高绝缘强度，而且还可以免受潮气的侵蚀。 

(2)散热作用。变压器油的比热比较大，常常用作冷却剂。变压器运行时所产生的热量使得靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器的正常运行。 

(3)消弧作用。在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触出大量的气体，产生较大的压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。 变压器油的检测使用一体化的精密油介损测试仪，内部集成了介损油杯、温控仪、温度传感器、介损测试电桥、交流试验电源、标准电容器等主要部件。主要就变压器油的外观、颜色、水分、酸值、氧化安定性和击穿电压等性能进行测试。 

评价： 

通过查阅资料，我们发现，常用的变压器绝缘材料还有气体和固体两种形态。气体主要采用的是六氟化硫。与变压器油相比，六氟化硫气体受外界环境的影响会比较大，如气压大小、电场均匀度，尘埃含量等，也因此以六氟化硫作为绝缘介质的设备结构更复杂，对于生产车间的环境条件和加工的工艺的要求也更高。

除此之外，变压器油的散热性能优于六氟化硫，且成本更低。而固体材料主要有绝缘纸、绝缘纸板、成型绝缘件等。与变压器油相比，固体绝缘材料散热能力较差，而不能自愈，同时固体的材料在运输的过程中也没有液体的变压器油更方便，运输成本较高。 

同时，通过课程的学习，我们也知道了以变压器又作为绝缘介质的变压器在运输安装的时候，可以先将设备的其他部分运输到指定位置并进行安装，然后可以将变压器油单独通过油罐运输，并在设备安装的最后阶段灌入变压器油。在设备检测的时候可以通过检测变压器油的性能来判断设备的性能。

因为是液态，取样本也会非常的方便。如果变压器油性能劣化，不能再使用，也可以直接将劣化的油从设备中放出，然后更换新的变压器油，十分便捷。

2、硅油 

硅油是一种不同聚合度链状结构的聚有机硅氧烷。它是由二甲基二氯硅烷加

水水解制得初缩聚环体，环体经裂解、精馏制得低环体，然后把环体、封头剂、催化剂放在一起调聚就可得到各种不同聚合度的混合物，经减压蒸馏除去低沸物就可制得硅油。 

硅油一般是无色或者淡黄色、无味、无毒、不易挥发的液体，具有很小的蒸汽压、较高的闪点和燃点、较低的凝固点，较好的耐热性、电绝缘性、耐候性、疏水性、生理惰性以及较小的表面张力和温粘系数，常用作高级润滑油、防震油、绝缘油、消泡剂、脱模剂、擦光剂、隔离剂和真空扩散泵油等。 

硅油的分类： 

(1)按化学结构： 

甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油、含氰硅油等。最常用的是甲基硅油。 

(2)按用途： 

阻尼硅油、扩散泵硅油、液压油、绝缘油、热传递油、刹车油等。 以常用的二甲基硅油为例，硅油作为电力材料的主要用途有： 

(1)广泛用于电机、电器、电子仪表上作为耐温、耐电弧电晕、抗蚀、防潮、防尘的绝缘介质、目前还用做变压器、电容器、电视机的扫描变压器的浸渍剂等。 

(2)在玻璃、陶瓷器的表面上浸涂一层二甲基硅油，并在250-300℃温度下进行热处理之后，可形成一层半永久性的防水、防霉和绝缘性的薄膜。用它来处理绝缘器件，可以大大地提高器件的绝缘性能。 

评价： 

硅油是一种合成绝缘油，有非常好的电绝缘性，同时抗氧化，对金属无腐蚀，高闪点，高燃点，低凝固点，是优良的绝缘材料。但是，与变压器油相比，硅油的热膨胀系数较大，可能会产生超压的问题，同时气体的溶解度也较大，相较与变压器油来说不怎么适合制成气密性设备，所以在这个方面变压器油使用的也就更为广泛。

在查阅资料的过程中，我们还发现硅油具有一定的吸湿性，在空气中能够吸收水分。我们知道，当液体绝缘材料中水含量达到一定值时，电气性能会急剧下降，严重影响到硅油的绝缘性质。

第三章气体绝缘材料 

一、简介 

气体在放电电压以下具有很高的绝缘电阻，而且一旦发生绝缘破坏也很容易自行恢复。气体所具有的独特特性使之可被用作绝缘材料，然而并不是所有的气体都能够作为绝缘材料，气体绝缘材料需要具备以下几个特性： 

①气体有很好的击穿场强，并且击穿后其绝缘性能够迅速、自动的恢复。②化学性质稳定、惰性大，无腐蚀性，无毒。③不会燃烧，也不会爆炸，不会因为放电作用而分解。④热稳定性高，热容量大，导热性和流动性要好。⑤成本低，容易获得。⑥液化温度低。

二、纯气体绝缘材料 

1、空气 

空气在自然界中分布最广且最廉价，是应用最广的一种气体电介质。作为一种混合介质，空气具有液化温度低（-192℃）击穿后能自愈，物理化学性能稳定等优点，所以在断路器中多以空气为绝缘介质。 

影响空气间隙放电电压的因素主要有三个：一是电场分布情况，二是电压的形式，如直流电压，交流电压或雷电冲击电压等，三是大气条件，如气压，温度，湿度等。 

2、SF6气体 

⑴优点： 

六氟化硫是一种电负性气体，具有很高的击穿场强，在均匀电场下约为空气的2.5倍，当气体压力为0.2MPa时，其绝缘强度相当于绝缘油。同时SF6气体具有非常好的灭弧性能，约为空气的10倍以上。SF6气体在高压电气设备中的应用日益广泛。在全封闭组合电器、断路器、气体绝缘变压器、充气管路电缆中都有很好的应用。 

⑵缺点： 

SF6是一种极其稳定的气体，同时它有很强的吸收红外辐射的能力，有很强的温室效应。1997年的京都议定书将其列为6种主要的温室效应气体之一。因此在其他大量使用SF6的行业，已经停止或大幅降低了用量。电力应用方面也在积极的寻找可替代的材料。

3、氮气 

⑴优点： 

氮气的化学性质比空气更稳定，且不助燃。压缩氮气在电气设备中是一种常用的气体电介质。 

⑵缺点： 

用N2代替SF6时，在气体绝缘变压器（GIS）中，将使其尺寸增加1-1.6倍，且压力需要提高2倍才行，在实际应用中用户难以接受。 

三、混合气体绝缘材料 

1、SF6/N2混合气体 

国际上探讨SF6混合气体始于20世纪50年代。应用混合气体进行绝缘的基本原理是：应用具有一定电负性的气体（如SF6）和缓冲气体（如N2），利用他们的协同效应来克服SF6气体的缺点，改善其他性能。除文章开头提到的气体绝缘材料需要普遍具备的特性外，混合气体还需要具备以下特点：①混合气体的抗电能力要高，以便缩小设备的绝缘尺寸。②混合气体对电场均匀程度的敏感性要低。 

虽然国内外研究部门研究了多种混合气体，除SF6/N2混合气体较为有前途外，其他混合气体都不不是很让人满意。 

⑴优点： 

首先N2的液化温度较低，SF6/N2对的液化温度主要取决于SF6的分压力，这样在SF6/N2混合气体中，取一定成分的N2，可以使得混合气体在比较低的温度、比较大的气压下完全可以使用；其次N2的成本很低，可以降低混合气体的成本；再次混合气体中SF6的比例减少，可以使其分解时放出的毒物减少。采用SF6含量为20%的N2/SF6混合气体，GIC的充气压力只需要增加到原来设计的1.4倍，这在工程应用中也是可行的。 

⑵缺点： 

SF6及N2的比例会影响到其混合气体的电气特性，因此在工程应用中如何控制其比例以达到所需求的效果还有待研究。 

2、SF6/CO2混合气体 

CO2也具有绝缘气体所要求的特点，因此在混合气体的探索中，人们也尝试 用SF6/CO2混合气体来代替纯SF6气体。 

⑴优点： 

在不均匀电场的击穿强度，特别是在雷电冲击电压下的击穿强度情况下，SF6/CO2的表现要优于SF6/N2。同时在气膜复合绝缘中的局部放电特性也优于SF6/N2。因此在一些特定场合及条件下，采用SF6/CO2混合气体未尝不是一个好选择。 

⑵缺点： 

SF6/CO2混合气体在均匀电场中的击穿强度稍逊于同样混合比的SF6/N2混合气体。但目前对于这两种气体在混合情况下的放电产物研究还不是非常充分，因此在实际应用中并不十分常见。