淺析影響電機(jī)絕緣老化的因素及改進(jìn)措施

摘 要：文章介紹了影響電機(jī)絕緣老化的原因，然后針對(duì)這些影響因素提出了改善絕緣老化的處理方法。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；絕緣老化；影響因素；改進(jìn)措施

1 引言

絕緣是電機(jī)中的重要組成部分，絕緣材料影響著電機(jī)使用的安全性和可靠性，同時(shí)也是決定電機(jī)壽命的重要因素之一。在長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，電機(jī)由于受到電氣故障、溫度、摩擦和機(jī)械震動(dòng)的共同作用以及不同外部環(huán)境條件的影響，其定、轉(zhuǎn)子繞組以及鐵芯疊片之間的絕緣部分會(huì)逐漸產(chǎn)生老化，絕緣電阻值下降，最終喪失其應(yīng)有的性能，使電機(jī)不能繼續(xù)安全運(yùn)行。因此，對(duì)電機(jī)的絕緣老化原因進(jìn)行分析，然后采取適當(dāng)?shù)奶幚硎侄魏透倪M(jìn)措施，就能減緩電機(jī)絕緣老化的速度，延長(zhǎng)電機(jī)的安全使用壽命。

2 電機(jī)絕緣老化原因

總結(jié)起來(lái)，影響電機(jī)絕緣老化的因素主要有如下的幾個(gè)：

2.1 電氣因素。在電氣設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中，絕緣材料會(huì)受到工作電壓和過(guò)電壓的作用，其在電場(chǎng)的作用下發(fā)生不可逆的變化直至性能失效，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)之為電老化。電機(jī)在通電狀態(tài)下，電機(jī)的繞組和繞組之間，繞組對(duì)地之間將產(chǎn)生均勻或不均勻的電場(chǎng)，在電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)作用下，電機(jī)的絕緣部分將產(chǎn)生變化。在長(zhǎng)期的工作電壓下，電機(jī)會(huì)存在局部放電和電老化、絕緣的電暈腐蝕和樹(shù)枝劣化等現(xiàn)象，絕緣的介質(zhì)損耗過(guò)大，絕緣結(jié)構(gòu)將因過(guò)熱而損壞。絕緣材料表面如果發(fā)生局部放電，在電暈作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生臭氧和幾種氧化物，由于電暈會(huì)生成一些高速電子和離子，會(huì)腐蝕有機(jī)絕緣材料造成局部損壞。在操作過(guò)電壓和雷擊過(guò)電壓的作用下，絕緣內(nèi)部可能發(fā)生局部損壞，當(dāng)以后再承受過(guò)電壓作用時(shí)，損壞處的范圍將會(huì)逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致絕緣材料被完全擊穿。

2.2 溫度因素。絕緣在電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中因周?chē)h(huán)境溫度過(guò)高，或因電力設(shè)備本身發(fā)熱而導(dǎo)致絕緣溫度升高，此時(shí)高分子化合物的分子鏈容易破裂，樹(shù)脂材料的粘結(jié)強(qiáng)度隨之降低，使得絕緣變硬、變脆，絕緣的機(jī)械強(qiáng)度下降、結(jié)構(gòu)變形。在高溫環(huán)境下，會(huì)因氧化、聚合會(huì)導(dǎo)致材料喪失彈性，或因材料裂解而造成絕緣擊穿。此外，電機(jī)內(nèi)部的油垢及灰塵會(huì)阻塞通風(fēng)道，影響電機(jī)散熱，導(dǎo)致電機(jī)鐵芯繞組溫度升高.加速電機(jī)繞組外層絕緣材料老化。

2.3 氧化因素。從上面的溫度因素中可以看到，絕緣材料的氧化老化與溫度有密切關(guān)系，而且當(dāng)空氣流動(dòng)頻繁時(shí)會(huì)帶入新鮮空氣加速氧化反應(yīng)。同時(shí)，空氣的水分、臭氧、酸和氮氧化物等的作用會(huì)改變絕緣材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)性，導(dǎo)致其電氣和機(jī)械性能降低。

2.4 濕度因素。環(huán)境的相對(duì)濕度會(huì)影響絕緣材料表面的放電性能，由電暈產(chǎn)生的氧化物在潮濕環(huán)境下會(huì)變成硝酸、亞硝酸腐蝕金屬，使得絕緣材料變脆。再比如在以往檢修時(shí)，利用一些有機(jī)溶劑對(duì)電機(jī)內(nèi)部及絕緣部分進(jìn)行清洗，如果不及時(shí)進(jìn)行烘干，它們會(huì)揮發(fā)形成氣隙，當(dāng)絕緣材料吸收濕氣或表面產(chǎn)生凝露時(shí)，由于水分子的尺寸和粘度都很小，水分能透入絕緣裂紋中侵入到絕緣結(jié)構(gòu)的表面和內(nèi)部。由于水的相對(duì)介電系數(shù)很大，使得介質(zhì)中離子濃度增大，再加上水本身的電導(dǎo)率比較大，因此絕緣材料吸濕后其電導(dǎo)率會(huì)大大增加，絕緣體的絕緣電阻降低，介電損耗增加，絕緣材料的擊穿電壓下降。同時(shí)，水分子的存在會(huì)使絕緣層逐漸龜裂、剝落、脫殼，造成局部放電量增加，其結(jié)果都是導(dǎo)致絕緣層的電氣性能、機(jī)械性能降低，最終造成絕緣結(jié)構(gòu)的破壞，減少電機(jī)的使用壽命。

2.5 機(jī)械因素。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的機(jī)械振動(dòng)會(huì)引起交變機(jī)械負(fù)荷，在電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、內(nèi)部撞擊和短路電流電動(dòng)力的作用下，絕緣的槽部、端部及槽口處會(huì)受到擠壓或拉伸，定子線圈產(chǎn)生位移或端部下垂，絕緣遭到一定程度的破壞，機(jī)械強(qiáng)度下降。此外，電機(jī)產(chǎn)品本身的粗制濫造，如嵌線工藝和極相組接線方式的不正確、電機(jī)定子轉(zhuǎn)子繞組焊接不牢等會(huì)使電機(jī)運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)加大，部件容易松動(dòng)，從而造成繞組外層的絕緣磨損。

此外，對(duì)于在惡劣環(huán)境中工作如化工企業(yè)中的高壓電機(jī)，周?chē)h(huán)境中的粉塵、油污、尿素、鹽分子和其他腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入到電機(jī)后，將會(huì)對(duì)絕緣層產(chǎn)生不同程度的污染侵蝕。

3 絕緣老化的改進(jìn)措施

當(dāng)電機(jī)的絕緣部分發(fā)生老化以后，最直接最徹底的辦法就是更換整臺(tái)電機(jī)，但是這樣做的投入大而且減少了電機(jī)的實(shí)際可使用時(shí)間，造成了浪費(fèi)。因此，針對(duì)上述影響電機(jī)絕緣老化的因素，本文提出了以下的改進(jìn)措施。

3.1 使用新型絕緣材料。局部的電暈放電是絕緣材料遭到破壞的最重要原因之一，因此從耐電暈方面考慮，首先需要改善絕緣材料的性能。目前漆包線普遍使用耐熱等級(jí)最高的有機(jī)電工絕緣材料聚酞亞胺可在200-260℃的溫度下長(zhǎng)期工作，其工頻擊穿電壓能夠達(dá)到10kV，但在1kV的高頻脈沖電壓作用下只需一個(gè)小時(shí)即被擊穿。如果在其中填充無(wú)機(jī)納米材料如納米Ti02微粉改性后，絕緣材料的絕緣性能會(huì)顯著提高，特別是在變頻電機(jī)中這樣的絕緣材料壽命會(huì)比一般的長(zhǎng)許多。

3.2 改善電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境，確保通風(fēng)，定期清潔風(fēng)扇和過(guò)濾裝置的灰塵、油污和水蒸氣。通過(guò)通風(fēng)降低電機(jī)運(yùn)行溫度的前提是確保電機(jī)內(nèi)部的干燥，這也是電機(jī)檢修時(shí)的重要步驟，電機(jī)干燥的方法較多，比如用電阻器或紅外線燈泡加熱等，但加熱時(shí)繞組最高溫度不應(yīng)超過(guò)90℃，機(jī)殼上部應(yīng)有一個(gè)小窗，以定期排除潮氣。然后，需要清洗堵塞在電機(jī)通風(fēng)道內(nèi)的污漬，清洗掉粘結(jié)在絕緣材料表面的污垢、浸入絕緣裂紋和氣孔中以及繞組和鐵芯絕緣材料空隙中的油污和灰塵。

3.3 提高電機(jī)制作和檢修水平。電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和撞擊，如果電機(jī)在制作時(shí)工藝不到位很可能造成定、轉(zhuǎn)子繞組上絕緣材料的損壞。在檢修時(shí)對(duì)于局部損傷的電機(jī)，要首先對(duì)電機(jī)做干燥處理，然后選用干凈的絕緣材料將絕緣損傷的部位包扎緊實(shí)，排除空氣，最后再對(duì)絕緣損壞的電機(jī)繞組進(jìn)行重新浸漆處理，使絕緣漆填充到繞組中細(xì)小的裂紋、槽內(nèi)間隙、局部缺陷和開(kāi)口氣孔中，提高絕緣強(qiáng)度。同時(shí)，在繞組表面可以再覆蓋一層漆膜以增加絕緣的防塵、防潮能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

絕緣老化是電機(jī)的主要故障之一，也影響著電機(jī)安全和壽命，因此對(duì)于電機(jī)的絕緣故障需要及時(shí)進(jìn)行排除和檢修。本文分析了影響絕緣老化故障的五個(gè)主要原因：電氣因素、溫度因素、氧化因素、濕度因素和機(jī)械因素，針對(duì)這些影響因素，確定了改進(jìn)絕緣老化故障的措施，對(duì)實(shí)際的電機(jī)運(yùn)行和檢修有著一定的參考價(jià)值。

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