論高壓電機定子絕緣結構及防電暈措施

張春濤

摘要：所謂電動機絕緣結構，就是將兩種或兩種以上的絕緣材料合理地組合在一起，如果組合不好，會使結構中的絕緣功能低于組成材料的絕緣功能，從而影響絕緣整體的壽命。高壓電機防電暈問題直接關系到電動機的安全可靠運行與使用壽命。

關鍵詞：高壓電機;絕緣結構;防暈處理

日常生活中，電動機所用材料主要有導電的銅、鋁、導磁的鋼鐵及絕緣材料，其中最薄弱的部分是絕緣材料，所以說電動機的壽命就是絕緣材料的壽命，提高絕緣材料的質量是延長電動機壽命的關鍵，但單純使用優質材料僅僅是一方面，還要把所需的優質材料合理地有效地組合在一起，才能真正延長電動機使用壽命。修理單位往往認為對于F級或B級電動機只要選用F級或B級絕緣材料湊合到一起，就是修理F級或B級電動機絕緣了，這是錯誤的概念。

一、高壓電機定子絕緣結構

高壓電動機定子絕緣結構包括股間絕緣、匝間絕緣、排間絕緣、對地絕緣、連接線和引線絕緣等。在高壓電機絕緣故障中，匝間絕緣破壓擊穿率一直高于主絕緣對地擊穿率。但由于匝間絕緣擊穿常常引起主絕緣對地擊穿，因此在判斷事故時，匝間事故容易被掩蓋，匝間絕緣質量很容易被人們忽視。下面重點談談匝間絕緣和對地絕緣。

1、匝間絕緣

匝間絕緣是線圈的每匝之間的絕緣，高壓電動機匝間絕緣比對地絕緣故障多的原因是以往的匝間絕緣材料機械強度差、絕緣等級低、工藝性不良等造成。由于材質不良、線圈在繞制、張型、烘壓等工藝過程中，都會使匝間絕緣遭受損傷，造成了匝間絕緣是線圈絕緣的薄弱環節，因此提高匝間絕緣水平是非常必要的。

尤其是采用“三合一”粉云母帶做匝間絕緣材料，其優點是：①工藝性好，能保證線圈匝間絕緣與導線有整體性，但在拉形過程中，它又能允許線圈鼻部匝間有一定相對移動，保護匝間絕緣不被拉破（由于其中含有的聚酯薄膜起作用）。②機械強度高，由于這種云母帶中有一層機械強度較高的聚酯薄膜，使云母帶整體抗拉強度不低于1MPa。③絕緣等級較高，可達B級，因此可把A級、E級絕緣的電動機通過修理使提升至B級絕緣，仍按原等級使用時，可以提高電機過載能力和運行可靠性。

安全可靠、經濟適用是匝間絕緣設計的首要原則。

絕緣結構處于高粉塵、高溫、高濕、高海拔、強磁場、振動等環境中，所以要求絕緣結構具有以下性能和承受能力：

（1）應有能夠的電氣擊穿強度;

（2）相應的耐熱等級;

（3）應能承受制造過程中以及運行時的各種機械力;

（4）高壓時應有良好的耐電暈性能;

絕緣厚度在不影響各項性能的情況下，越薄越好。

2、對地絕緣（槽絕緣）

高壓電動機槽絕緣（即對地絕緣）是在線圈嵌入槽之前包扎和絕緣處理成型的。槽絕緣的厚度選擇，要考慮以下因素：

①電動機額定電壓大小和運行環境

②槽內裕度情況，槽壁平坦情況，除電氣強度足夠外，一定要結合槽內凹凸不平狀況來考慮槽絕緣的機械強度。

③要考慮線圈在槽內承受對地相電壓，槽內不同的線圈邊之間承受0.5倍的額定線電壓，同時還要承受大氣過電壓和操作過電壓，因此要有足夠的電氣強度。

④還要考慮線圈端部的機械強度，要承受熱脹冷縮和電磁力的作用。

由于高壓線圈的絕緣處理方式不同，線圈主絕緣的單邊厚度也不同，線圈主絕緣單邊厚度逐漸減薄，從而提高電動機散熱能力，節省貴重的絕緣材料，縮小電動機體積，降低電動機制造成本。

二、高壓電動機防電暈措施

高壓電動機額定電壓在10KV及以上或處于高原地帶的6KV電動機，如果不做防電暈處理，線圈在電場作用下會擊穿周圍空氣使絕緣起腐蝕作用并加速老化。表現在局部溫度增高，空氣游離產生臭氧和氮的氧化物與水作用，形成酸性物質，腐蝕絕緣層機制強度降低。

1、高壓電動機產生電暈的原因是：當高壓電機在運行時，線圈表面有較高的對地電位，鐵芯和線圈端部導線構成了一個電容器，其介質是絕緣層和空氣，在線圈出槽口、通風槽口和線圈與端箍連接處電場較高的部位，空氣易游離出現電暈。

2、電動機最易產生電暈的部位是：電場分布不均勻和偏高的地方，如槽口、通風溝、線圈表面與鐵槽間隙、線圈之間隙、線圈與端箍之間等處最易產生電暈現象。電暈會使空氣局部游離，產生臭氧（O3）及氮的氧化物（N2O、NO、NO3、N2O4）而腐蝕絕緣。特別是有機絕緣材料，將使線圈加速老化和損壞，進而使電機繞組發生故障。因此，防電暈的目的是均勻電場和改善防暈層表面介質狀況，以提高線圈起始電暈電壓值，也叫起暈電壓值。起暈電壓值還與海拔高度和潮濕環境有關。可以認為海拔每升高100m，起暈電壓降低1%;濕度每增加10%，起暈電壓下降10%。要求起暈電壓值大于或等于1.5倍額定電壓。

在特殊環境中，有時3KV電動機也要求做防暈處理。當前防暈結構和工藝是采用先進的涂敷性工藝，特別是防暈層薄，附著力強，耐電暈性能好，操作方便。防止高壓電動機產生電暈的原則是在線圈表面增加一半導電層，使電容電流由半導電流層流到鐵芯，而不會使空氣游離。

3、電動機修理時做防暈措施有以下幾種情況：

①、對于6KV電動機，可防暈可不防暈的情況下，如果用戶要求做防暈處理，電動機是使用在海拔1000m以下普通場所，則采取涂刷辦法，即將線圈表面砂毛，直線部分直接采用環氧型的低電防暈漆涂刷1～2次曬干即可。線圈端部涂刷高壓阻漆1～2次，低電阻漆與高壓阻漆之間自動形成中電阻漆。

②、線圈采用熱壓工藝時電暈層處理方法：當線圈包扎云母帶之后，再在直線部分的外表面半疊包一層0.15mm×25mm低電阻防電暈玻璃絲帶，然后和主絕緣一起模壓成型，而端部是把線圈表面砂毛，涂刷高電阻防暈漆，漆未干前再平包一層0.1mm×25mm的無堿玻璃帶，最后再涂兩層高電阻防暈漆。無堿玻璃絲帶藥經過200℃加熱3～4h的脫蠟處理。半導體電暈漆是環氧酯體系，低電阻漆有134B級和140F級兩種，或者采用X871-1型低電阻漆，使用時加入3%干燥劑即可。高電阻漆有135B和141F級。

半導體電暈玻璃帶是以0.06mm玻璃絲帶為基礎涂刷電暈漆的薄型防暈帶，包扎線圈后單邊防暈層厚度僅0.15-0.2mm，質量較好，防暈層較薄（以前是0.6mm，）表面電阻穩定，不需在低溫下貯存，包扎時也不抽絲。

高壓電機防電暈問題直接關系到電動機的安全可靠運行與使用壽命，為此，制定以上防電暈措施是非常必要的。

參考文獻：

[1] 趙家禮主編.電動機修理手冊.北京：機械工業出版社.2008

[2] 汪國梁主編.電機學.北京：機械工業出版社.1988

[3] 許實章主編，電機學第2版.北京：機械工業出版社.1990

（作者單位：中車永濟電機有限公司）