论高压电机定子绝缘结构及防电晕措施

张春涛

摘要：所谓电动机绝缘结构，就是将两种或两种以上的绝缘材料合理地组合在一起，如果组合不好，会使结构中的绝缘功能低于组成材料的绝缘功能，从而影响绝缘整体的寿命。高压电机防电晕问题直接关系到电动机的安全可靠运行与使用寿命。

关键词：高压电机;绝缘结构;防晕处理

日常生活中，电动机所用材料主要有导电的铜、铝、导磁的钢铁及绝缘材料，其中最薄弱的部分是绝缘材料，所以说电动机的寿命就是绝缘材料的寿命，提高绝缘材料的质量是延长电动机寿命的关键，但单纯使用优质材料仅仅是一方面，还要把所需的优质材料合理地有效地组合在一起，才能真正延长电动机使用寿命。修理单位往往认为对于F级或B级电动机只要选用F级或B级绝缘材料凑合到一起，就是修理F级或B级电动机绝缘了，这是错误的概念。

一、高压电机定子绝缘结构

高压电动机定子绝缘结构包括股间绝缘、匝间绝缘、排间绝缘、对地绝缘、连接线和引线绝缘等。在高压电机绝缘故障中，匝间绝缘破压击穿率一直高于主绝缘对地击穿率。但由于匝间绝缘击穿常常引起主绝缘对地击穿，因此在判断事故时，匝间事故容易被掩盖，匝间绝缘质量很容易被人们忽视。下面重点谈谈匝间绝缘和对地绝缘。

1、匝间绝缘

匝间绝缘是线圈的每匝之间的绝缘，高压电动机匝间绝缘比对地绝缘故障多的原因是以往的匝间绝缘材料机械强度差、绝缘等级低、工艺性不良等造成。由于材质不良、线圈在绕制、张型、烘压等工艺过程中，都会使匝间绝缘遭受损伤，造成了匝间绝缘是线圈绝缘的薄弱环节，因此提高匝间绝缘水平是非常必要的。

尤其是采用“三合一”粉云母带做匝间绝缘材料，其优点是：①工艺性好，能保证線圈匝间绝缘与导线有整体性，但在拉形过程中，它又能允许线圈鼻部匝间有一定相对移动，保护匝间绝缘不被拉破（由于其中含有的聚酯薄膜起作用）。②机械强度高，由于这种云母带中有一层机械强度较高的聚酯薄膜，使云母带整体抗拉强度不低于1MPa。③绝缘等级较高，可达B级，因此可把A级、E级绝缘的电动机通过修理使提升至B级绝缘，仍按原等级使用时，可以提高电机过载能力和运行可靠性。

安全可靠、经济适用是匝间绝缘设计的首要原则。

绝缘结构处于高粉尘、高温、高湿、高海拔、强磁场、振动等环境中，所以要求绝缘结构具有以下性能和承受能力：

（1）应有能够的电气击穿强度;

（2）相应的耐热等级;

（3）应能承受制造过程中以及运行时的各种机械力;

（4）高压时应有良好的耐电晕性能;

绝缘厚度在不影响各项性能的情况下，越薄越好。

2、对地绝缘（槽绝缘）

高压电动机槽绝缘（即对地绝缘）是在线圈嵌入槽之前包扎和绝缘处理成型的。槽绝缘的厚度选择，要考虑以下因素：

①电动机额定电压大小和运行环境

②槽内裕度情况，槽壁平坦情况，除电气强度足够外，一定要结合槽内凹凸不平状况来考虑槽绝缘的机械强度。

③要考虑线圈在槽内承受对地相电压，槽内不同的线圈边之间承受0.5倍的额定线电压，同时还要承受大气过电压和操作过电压，因此要有足够的电气强度。

④还要考虑线圈端部的机械强度，要承受热胀冷缩和电磁力的作用。

由于高压线圈的绝缘处理方式不同，线圈主绝缘的单边厚度也不同，线圈主绝缘单边厚度逐渐减薄，从而提高电动机散热能力，节省贵重的绝缘材料，缩小电动机体积，降低电动机制造成本。

二、高压电动机防电晕措施

高压电动机额定电压在10KV及以上或处于高原地带的6KV电动机，如果不做防电晕处理，线圈在电场作用下会击穿周围空气使绝缘起腐蚀作用并加速老化。表现在局部温度增高，空气游离产生臭氧和氮的氧化物与水作用，形成酸性物质，腐蚀绝缘层机制强度降低。

1、高压电动机产生电晕的原因是：当高压电机在运行时，线圈表面有较高的对地电位，铁芯和线圈端部导线构成了一个电容器，其介质是绝缘层和空气，在线圈出槽口、通风槽口和线圈与端箍连接处电场较高的部位，空气易游离出现电晕。

2、电动机最易产生电晕的部位是：电场分布不均匀和偏高的地方，如槽口、通风沟、线圈表面与铁槽间隙、线圈之间隙、线圈与端箍之间等处最易产生电晕现象。电晕会使空气局部游离，产生臭氧（O3）及氮的氧化物（N2O、NO、NO3、N2O4）而腐蚀绝缘。特别是有机绝缘材料，将使线圈加速老化和损坏，进而使电机绕组发生故障。因此，防电晕的目的是均匀电场和改善防晕层表面介质状况，以提高线圈起始电晕电压值，也叫起晕电压值。起晕电压值还与海拔高度和潮湿环境有关。可以认为海拔每升高100m，起晕电压降低1%;湿度每增加10%，起晕电压下降10%。要求起晕电压值大于或等于1.5倍额定电压。

在特殊环境中，有时3KV电动机也要求做防晕处理。当前防晕结构和工艺是采用先进的涂敷性工艺，特别是防晕层薄，附着力强，耐电晕性能好，操作方便。防止高压电动机产生电晕的原则是在线圈表面增加一半导电层，使电容电流由半导电流层流到铁芯，而不会使空气游离。

3、电动机修理时做防晕措施有以下几种情况：

①、对于6KV电动机，可防晕可不防晕的情况下，如果用户要求做防晕处理，电动机是使用在海拔1000m以下普通场所，则采取涂刷办法，即将线圈表面砂毛，直线部分直接采用环氧型的低电防晕漆涂刷1～2次晒干即可。线圈端部涂刷高压阻漆1～2次，低电阻漆与高压阻漆之间自动形成中电阻漆。

②、线圈采用热压工艺时电晕层处理方法：当线圈包扎云母带之后，再在直线部分的外表面半叠包一层0.15mm×25mm低电阻防电晕玻璃丝带，然后和主绝缘一起模压成型，而端部是把线圈表面砂毛，涂刷高电阻防晕漆，漆未干前再平包一层0.1mm×25mm的无碱玻璃带，最后再涂两层高电阻防晕漆。无碱玻璃丝带药经过200℃加热3～4h的脱蜡处理。半导体电晕漆是环氧酯体系，低电阻漆有134B级和140F级两种，或者采用X871-1型低电阻漆，使用时加入3%干燥剂即可。高电阻漆有135B和141F级。

半导体电晕玻璃带是以0.06mm玻璃丝带为基础涂刷电晕漆的薄型防晕带，包扎线圈后单边防晕层厚度仅0.15-0.2mm，质量较好，防晕层较薄（以前是0.6mm，）表面电阻稳定，不需在低温下贮存，包扎时也不抽丝。

高压电机防电晕问题直接关系到电动机的安全可靠运行与使用寿命，为此，制定以上防电晕措施是非常必要的。

参考文献：

[1] 赵家礼主编.电动机修理手册.北京：机械工业出版社.2008

[2] 汪国梁主编.电机学.北京：机械工业出版社.1988

[3] 许实章主编，电机学第2版.北京：机械工业出版社.1990

（作者单位：中车永济电机有限公司）