绝缘材料的那些事儿

体积电阻率为10⁹~10²²Ω·cm的物质所构成的材料在电工技术上称为绝缘材料，又称为电介质。

绝缘材料对直流电流有非常大的阻力，由于它的电阻很高，在直流电压作用下，除了有极微小的表面泄漏电流外，实际上几乎是不导电的；而对交流电流则有电容电流通过，一般也认为是不导电的。绝缘材料的电阻率越大，其绝缘性能就越好。

（1）气体绝缘材料

通常情况下，常温常压下的干燥气体一般均有良好的绝缘性能，如空气、氮气、六氟化硫气等。目前用六氟化硫绝缘的气体变压器应用很广泛。

（2）液体绝缘材料

液体绝缘材料通常以油状存在，又称绝缘油，如变压器油、开关油、电容器油等。此外，液体绝缘材料还有绝缘胶等。

（3）固体绝缘材料

常见的固体绝缘材料主要为绝缘纸、绝缘纸板、木材、电工层压木、酚醛纸板、酚醛布板、玻璃布板等。

（1）电气性能

绝缘材料的电气性能是变压器最关键的性能，是决定绝缘材料取舍的重要因素。电气性能主要包含如下几个方面：

①绝缘电阻

加在绝缘体的两个电极之间的直流电压，除以通过两个电极之间的电流所得的商即为绝缘电阻。

绝缘电阻分为表面绝缘电阻和体积绝缘电阻。表面绝缘电阻表示阻碍电流沿电介质表面通过能力的大小；体积绝缘电阻表示阻碍电流沿电介质内部通过能力的大小。

②电气强度

当电场强度超过该介质所能承受的允许值(临界值)时，该介质就失去了绝缘性能，这种现象称为介质的电击穿。发生介质击穿时的电压称为击穿电压，而相应的电场强度称为介质的电气强度。

绝缘材料的电气强度取决于材料本身的预加工情况、温度、湿度等相关因素。变压器所用绝缘材料的电气性能还与变压器本身结构和使用条件有密切的关系。

固体绝缘材料出现电击穿后，它自身是不能恢复的，只有进行更换；而液体和气体的绝缘材料发生电击穿后，再经过一段时间后还能恢复原来的绝缘性能，属于弹性击穿。

③介质损耗

在交变电场中，绝缘材料吸收电能以热的形式耗散的功率称为介质损耗。介损用介质损耗角的正切(tanδ)来反映，即tanδ越大，介损就越大，介质温度就越高，材料老化就越快。

④介电常数

介电常数是表征在交变电场下电介质极化程度的一个物理量。对各向同性的线性绝缘介质而言，其介电常数为：

式中，ε为电介质的介电常数；ε₀为真空介电常数；ε_r为电介质的相对介电常数。

通常情况下，采用相对介电常数来衡量电介质的极化程度，ε_r越大，电介质在电场作用下的极化程度越大。

（2）耐热性能

变压器在投人使用后，其中的绝缘介质就处于较高温度的环境中，同时在电场的作用下，绝缘材料本身也产生热量。如果绝缘材料受热和散热不能平衡，温度就会继续升高，绝缘材料就迅速失去绝缘性能而导致击穿，这种绝缘介质的破坏称为热击穿。

反映绝缘材料耐热性能的指标有耐热性、稳定性、最高允许工作温度和耐热等级等，其基本定义如下：

①耐热性

表示绝缘材料在高温作用下，不改变介电性能、力学性能、理化性能等特性的能力。

②热稳定性

是指在温度反复变化情况下，绝缘材料不改变其介电性能、力学性能、理化性能等特性，并能保持正常状态的能力。

③最高允许工作温度

是指绝缘材料能长期(15~20年)保持所必需的介电性能、力学性能、理化性能而不起显著劣变的温度。

④耐热等级

表示绝缘材料的最高允许工作温度。绝缘材料耐热等级主要为90℃、105℃、120℃、130℃、155℃、180℃、200℃、220℃等。

（3）力学性能

变压器上所用的绝缘件，除起绝缘作用外，运行中都要承受压力、拉力等各种力的作用，这就要求绝缘材料在允许工作温度下有良好的力学性能。

反映绝缘材料力学性能的指标有强度和硬度等，其定义分别如下：

①硬度

表示材料表面受压后不变形的能力。

②强度

表示材料受力(拉力、压向力、弯曲力、冲击力、振动力)后不变形的能力。

（4）理化性能

绝缘件长期浸泡在变压器油中，变压器油对绝缘材料不能有腐蚀和溶解等现象，绝缘材料对变压器油的性能不能有不良的影响。对于户外用的绝缘材料，则要求在长期的使用中，能耐受紫外线以及雨水等因素的侵蚀。

对于气体绝缘材料，主要理化性能指标包括熔点、升华点、酸度等。

对于液体绝缘材料，主要理化性能指标包括闪点、凝点、粘度、酸值、界面张力、固体含量等。

对于固体绝缘材料，主要理化性能指标包括灰分、酸值、吸湿性、与变压器油的相容性等。