电机高压绝缘简析

刘哲凯，李开进，陈建文

华南理工大学电力学院，广东广州 510641

0 引言

绝缘就是使用不同材料的介质把带电部分和不带电部分分隔开，以此对触电或者放电起到保护作用的一种安全技术。良好的绝缘才能够保证电气设备和线路安全可靠地运行以及防止人身触电的最可靠的也是最基本的手段。

而电机高压绝缘指的是高压条件下电机的绝缘技术。

1 电机绝缘分类

高压电机的绝缘根据不同的特点可以有很多种分类方法，如按照GB4706.1-2005，绝缘结构一般可分为基本绝缘、双重绝缘、加强绝缘、附加绝缘和功能性绝缘。这里主要简单介绍以下两种。

1.1 电机绝缘的形态与结构

绝缘按形态通常可以分成固体绝缘、液体绝缘和气体绝缘三大类。而实际上，固体绝缘是目前世界各国使用最广泛且绝缘性能最可靠的一种绝缘类型。工业固体绝缘按照组成的料具体可分成三类：有机材料、人工合成聚合物和无机材料。对于高压电机，则经常使用以云母作为主要材料，又以环氧树脂为粘合剂、以沥青为浸渍剂的组合绝缘。

电机内部除依赖外壳和绕组之间形成空气间隙构成绝缘外，外壳还提供接地附加安全防护。外壳与内部电磁线间是基本绝缘结构，电机外壳接地，不再需要绝缘罩盖。若电机外壳没接地，而与内部电磁线间有窄气隙作基本绝缘，绝缘罩盖相对外壳就是附加绝缘，整个系统构成双重绝缘，这样也符合对电机的防护要求[1]。

1.2 电机的绝缘等级及绝缘材料

高压电机的绝缘等级指的是其所用绝缘材料的耐受高温强度分级，一般可以分为A、E、B、F、H五个等级。不同绝缘材料耐热能力各有不同。一般来说，电气设备都有其规定限制其工作的最高温度，这是结合运行需要和绝缘材料的耐热性能确定的。各级绝缘都有其对应的绝缘材料，比如，B级的绝缘材料主要由云母等经有机胶胶合或浸渍而制成的，常用的B级绝缘材料主要有黄腊管、6520复合纸等。

一般根据高压电机的安全等级和使用环境选择绝缘材料，应用在高压电机方面的关键绝缘材料主要包括: 绝缘纸主要用于绕组和定子芯的绝缘；漆包线主要用于高压电机绕组绝缘；绝缘套管主要用于绕组线和高压电机引线连接处的绝缘；浸漆主要用于高压电机的防潮和绝缘。

2 绝缘测试

设计绝缘结构时应充分考虑以下因素：介电性能要求，机械性能，热性能，化学性能等。其中，电气性能是主要的，但不是决定性的。对高压电机，介电性能起着决定性作用。

基于以上因素的存在，为了安全和防止击穿，高压电机在投入运行之前都要通过各种测试，其中耐压试验和绝缘电阻的测量都是必不可少的。另外，由于随着使用时间的延长，高压电机的绝缘可能会受潮、老化甚至击穿，因此还要给电机定期地进行绝缘性能的测试。

2.1 耐压试验

一般要求试验电压是额定工作电压的1.2～1.5倍，持续通电一段时间，瞬时耐高压一般是要求2.5倍额定工作电压。若测量电压没有很明显的变化则说明绝缘性能合格。通常可分为匝间对地耐压试验和耐压试验两种，也可分为交流高压试验、直流高压试验、冲击电压试验等。

这类试验属于破坏性试验，对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷；其缺点是可能会对绝缘造成一定的损伤[2]。

2.2 绝缘电阻测量

测量电机的绝缘电阻是检验其绝缘性能最简单又可靠的辅助方法。由所测得的绝缘电阻值可发现电机绝缘击穿、受潮等贯通性缺陷，还能测出绝缘存在沾污、受潮或其它绝缘缺陷情况。 这种测试是非破坏性试验，因此用通过测量绝缘电阻来检验高压电机的绝缘性能是否还满足需要成为广泛应用的一种方法。而且，这种测试是十分必要的。

按我国标准GB755-87规定，电机绕组处于工作温度的时候，绝缘电阻R应满足大于等于Un/（1000+Pn/100）（兆欧）的要求。式中，Un指的是电机额定工作电压（伏）； Pn指的是电机额定工作功率（kW）。通常，在测试冷态绝缘电阻的时候，至少要求绝缘电阻满足R≥1兆欧/千伏。当然，还应考虑温度等因素对绝缘电阻大小的影响。

常用的测量方法一般有：兆欧表法，电桥法等。

3 典型问题及其解决方法

3.1 绝缘受潮

高压电机在受潮时，泄漏电流明显增加、绝缘电阻大大降低，在极不均匀电场中尤其显著。绝缘电阻低到一定数值后，是不允许运行的。特别是如果表面受潮，有污秽或者发生凝露时，就很容易引起表面沿面放电的发生，必须及时进行干燥处理。

常用的检测和处理方法有：定子铁损干燥法，外加电流干燥法，外加热源法，三相短路干燥法，热水循环干燥法等。

3.2 绝缘老化测量

介质在长期运行过程中，都会发生或大或小的物理变化和化学变化，从而导致其电气性能逐渐变差，这就是绝缘老化。加快绝缘老化的原因有：电的作用、热的作用和机械力的作用，以及氧化、水分与微生物的作用等，主要原因是这些作用引起的局部放电现象。

跟绝缘受潮类似，预防和处理老化要定期检测并进行相应的处理。

3.3 绝缘击穿

在强大电场作用下，气体绝缘被击穿之后，一旦撤去外加电压就可以自己恢复其固有的电气绝缘性能；可是固体绝缘却会不可逆地完全失去它的电气绝缘性能。故高压电机绝缘的选择必须跟电压等级相匹配，以此保证其安全作用。一旦被击穿后固体绝缘要报废，须重新更换。

4 电机高压绝缘处理的重要意义

1）提高高压电机绝缘的导热、耐热、耐潮和化学稳定等性能；

2）改善高压电机的电气性能，使设备运行安全可靠；

3）提高高压电机的工作效率，促进电力工业的稳定迅速发展；

4）提高高压电机绝缘的机械强度，延长其使用寿命。

5 结论

电机高压绝缘技术作为电机向高压方向的发展过程中必不可少的技术之一，是保障电机在高压运行条件下安全可靠工作极其重要的一部分。本文主要简单介绍了有关高压电机绝缘的一些基本概念和基础知识，为初学者和实际工作者了解电机高压绝缘知识提供一个比较概括的总结，对这方面的研究学习更进一步的工作有重要意义。

[1]魏刚.绝缘结构的识别与应用.检测技术，2010(4).

[2]施围.高电压工程基础.高电压技术，2011，1.