Isoliermaterialien gehören zu den wichtigsten Materialien in Transformatoren, deren Leistung und Qualität die Betriebssicherheit und Lebensdauer des Transformators direkt beeinflussen. In den letzten Jahren sind immer neue Isoliermaterialien für Transformatorprodukte auf den Markt gekommen. Als Mitarbeiter der Isoliergruppe, der täglich mit Isolierteilen zu tun hat, sollte man umfassendes Wissen über Isoliermaterialien erwerben. In dieser Schulung werden die Grundlagen und neuesten Entwicklungen von Transformator-Isoliermaterialien vorgestellt. Wir hoffen, dass die Schulung Ihr Isolierwissen erweitert und Ihnen bei der zukünftigen Produktion von Isolierteilen hilft.

1. Überblick über Transformator-Isoliermaterialien.

Mit der raschen Entwicklung von Wissenschaft und Technik werden elektrische Geräte wie Motoren und Transformatoren immer häufiger eingesetzt. Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Transformators hängen jedoch weitgehend von den verwendeten Isoliermaterialien ab. Isoliermaterialien werden von Personen, die mit der Konstruktion und Herstellung von Transformatoren beschäftigt sind, zunehmend geschätzt.

In den letzten zwei Jahrzehnten sind kontinuierlich neue Produkte, Technologien und Theorien im Bereich der Transformator-Isoliermaterialien entstanden und entwickelt worden, sodass Transformator-Isoliermaterialien und deren Anwendung eine äußerst wichtige Disziplin bilden.

1.1 Einführung in Isoliermaterialien

Isoliermaterialien, auch Dielektrika genannt, sind Materialien mit hohem spezifischem Widerstand und geringer Leitfähigkeit. Sie können verwendet werden, um geladene Leiter oder Leiter mit unterschiedlichem Potenzial zu isolieren, sodass der Strom in eine bestimmte Richtung fließt. In Transformatorprodukten erfüllen Isoliermaterialien auch Funktionen wie Wärmeableitung, Kühlung, Unterstützung, Fixierung, Lichtbogenlöschung, Verbesserung des Potenzialgradienten, Feuchtigkeits- und Schimmelschutz sowie Schutz der Leiter.

Isoliermaterialien werden nach Spannungsniveau klassifiziert: allgemein unterteilt in: Y (90°), A (105), E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C), C (größer als 180°C).

Die Wärmebeständigkeitsklasse des Transformator-Isoliermaterials bezieht sich auf die maximale Temperatur, der das Isoliermaterial im Transformator ausgesetzt sein darf. Bei korrekter Verwendung des Isoliermaterials kann eine Lebensdauer von 20 Jahren gewährleistet werden. Andernfalls gilt das 8°C-Gesetz (für jede Erhöhung der Isolierungstemperatur der Klasse A um 8°C halbiert sich die Lebensdauer, bei Klasse B sind es 10°C und bei Klasse H 12°C. Dieses Gesetz wird als 8°C-Gesetz der thermischen Alterung bezeichnet). Die Wärmebeständigkeit von Isoliermaterialien aus Hochpolymermaterialien ist halb so hoch wie die von anorganischen Dielektrika.

Die Eigenschaften von Isoliermaterialien stehen in engem Zusammenhang mit ihrer molekularen Zusammensetzung und Struktur.

Es gibt viele Arten von Transformator-Isoliermaterialien, die nach ihrer Form in gasförmige, flüssige und feste Isoliermaterialien unterteilt werden können.

2. Die vier grundlegenden Parameter der elektrischen Eigenschaften von Transformator-Isoliermaterialien.

Die vier grundlegenden Parameter der elektrischen Eigenschaften von Transformator-Isoliermaterialien umfassen Isolationswiderstand, Dielektrizitätskonstante, dielektrischer Verlustfaktor und Isolationsfestigkeit.

2.1 Isolationswiderstand

2.1.1 Das Konzept des Isolationswiderstands

Der Widerstand eines Isoliermaterials bezieht sich darauf, dass das Isoliermaterial unter der Wirkung einer Gleichspannung lange Zeit unter Druck gesetzt wird und der Ladestrom und der Absorptionsstrom auf der Leitung verschwinden. Nur der Widerstandswert, wenn der Leckstrom fließt. Allgemein wird festgelegt, dass nach einer Minute unter Spannung der gemessene Widerstandswert als Isolationswiderstand gilt. Für Hochspannungs- und Großleistungstransformatoren wird der Isolationswiderstand nach 10 Minuten unter Spannung gemessen.

2.1.2 Faktoren, die den Isolationswiderstand beeinflussen

2.1.2.1 Der Zusammenhang zwischen Temperatur und Isolationswiderstand

Mit steigender Temperatur sinkt der spezifische Widerstand exponentiell. Dies liegt daran, dass bei steigender Temperatur die thermische Bewegung der Moleküle zunimmt und die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle steigt, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die molekulare kinetische Energie die Aktivierungsenergie erreicht, und Ionen leichter übertragen werden.

2.1.2.2 Der Zusammenhang zwischen Feuchtigkeit und Isolationswiderstand

Wasser, das in das Dielektrikum eindringt, erhöht die Anzahl der leitfähigen Ionen und kann die Dissoziation von Verunreinigungen und polaren Molekülen fördern. Daher nimmt der Isolationswiderstand mit steigender Feuchtigkeit ab, insbesondere bei Isolierpapier oder Isolierpappe, wo der Isolationswiderstand noch stärker abnimmt.

Die Oberflächenfeuchtigkeit des Dielektrikums hat einen sehr empfindlichen Einfluss auf den Oberflächenwiderstand. Die Anziehungskraft hydrophiler Materialien wie ionischer Kristalle oder polarer Materialien auf Wasser ist größer als die Kohäsion zwischen Wassermolekülen, und die kontinuierliche Wasserschicht auf der Oberfläche verringert den Oberflächenwiderstand. Daher sinkt der Isolationswiderstand elektrischer Geräte aufgrund von Feuchtigkeit, was zu übermäßigem Leckstrom und Geräteschäden führen kann.

2.1.2.3 Der Zusammenhang zwischen Verunreinigungen und Isolationswiderstand

Verunreinigungen im Dielektrikum erhöhen direkt die Anzahl der leitfähigen Ionen, was zu einem geringeren Widerstand führt. Verunreinigungen können leicht in polare Materialien eindringen und die Dissoziation polarer Moleküle fördern, wodurch mehr leitfähige Ionen entstehen.

Wenn die Oberfläche des Dielektrikums durch Verunreinigungen verschmutzt wird und Feuchtigkeit aufnimmt, sinkt die Oberflächenleitfähigkeit rapide. Der Isolationswiderstand des Isoliermaterials ist einer der empfindlichsten Parameter, die den Verunreinigungsgehalt des Materials widerspiegeln. In den Normen für Isoliermaterialien wird häufig die Messung des Volumenwiderstands verwendet, um den Verunreinigungsgehalt von Isoliermaterialien zu bestimmen. Um das Isolationsniveau von Isoliermaterialien sicherzustellen, müssen Isoliermaterialhersteller die Sauberkeit der Produktionsumgebung streng kontrollieren.

2.1.2.4 Der Zusammenhang zwischen elektrischer Feldstärke und Isolationswiderstand Wenn die elektrische Feldstärke nicht zu hoch ist, hat sie wenig Einfluss auf die Ionenübertragungsfähigkeit und den spezifischen Widerstand. Wenn die elektrische Feldstärke zunimmt, steigt die Übertragungsfähigkeit der Ionen mit der Feldstärke, was zu einem geringeren spezifischen Widerstand führt. Wenn die elektrische Feldstärke so weit erhöht wird, dass das Dielektrikum kurz vor dem Durchschlag steht, sinkt der spezifische Widerstand exponentiell aufgrund einer großen Anzahl von Elektronenübertragungen.