绝缘材料

绝缘材料的介电性能

电介质(绝缘体)是其中的正负电荷在电场作用下主要为极化的一大类物质。电介质禁带宽度E较大(大于4eV)，价带中的电子难以跃迁到导带，电荷处于束缚状态，因而在电场中只能极化，难以参加导电。

利用电介质的电绝缘性，在电工、电子设备中达到隔离不同电位的导体、限制电流流向的目的。因此，绝缘材料都具有击穿强度和体积电阻率高、tanδ低的特点，在应用中往往还需要它同时起机械支撑和固定、散热冷却、灭弧等作用。电介质作为电气功能材料应用时，不仅限于电绝缘性能，而是利用它的各种特性。随着高新技术的发展，功能电介质发展很快，并且得到了越来越广泛的应用。

应当注意绝缘材料的电气性能与环境条件有密切关系，通常不能用某一环培条件下测得的性能代表全部工作范围内的性能。此外，实验方法对材料性能的测量值也有强烈影响。

绝缘材料的老化

绝缘材料老化直接影响电工、电子设备的可靠性和使用寿命。

与金属等材料不同，绝缘材料的性能相当容易随时间延长而变化。在电工、电子设备长期运行或长期贮存时，在不同的老化因子作用下，绝缘材料特别是有机绝缘材料会发生一系列化学(降解、氧化和交联等)变化，导致绝缘材料分解，产生低分子挥发物，出现气孔，液体黏度变化，固体材料表面发黏、脆化、炭化、极性增大、变色、发生龟裂和变形等，从而使性能发生不可逆变化，逐步丧失原有的功能特性，这种现象称为老化。

绝缘材料的老化有热老化、大气老化、电老化和机械老化等。热老化主要是热和氧长期联合对绝缘材料作用;大气老化主要是光(特别是紫外线)、氧、臭氧、水和其他化学因素的长期联合作用;电老化主要是电场、热和氧的长期联合作用;机械老化主要是机械力、热和氧的联合作用。此外，高能射线、生物和微生物作用等也是不可忽视的老化因素。老化中出现的各种自由基对老化的发展有重要作用。

1.绝缘材料的热老化与耐温等级 温度是影响绝缘材料正常老化速率的最重要因素。各种绝缘系统，要按规定的老化试验方法，分别评定绝缘材料的耐热指数和绝缘系统的耐热等级，参见[EC60216标准。耐热指数由温度指数和半寿命温差两个参数构成:温度指数是在特定试验条件下，对应规定寿命(通常为20000h)的摄氏温度:对应寿命减半的温度为另一温度指数，半寿命温差是两个温度指数的差值。

如果使用温度超过绝缘材料规定的耐热等级、材料将加速老化。A级绝缘如果使用温度超过8℃寿命将缩短一半左右。B级绝缘使用温度超过10℃，H级绝缘使用温度超过12℃，寿命也将缩短一半。

2.电老化 放电类型是影响绝缘材料电老化速率的重要因素。在强的法向电场作用下，绝缘材料内部气隙将发生局部放电，表面间隙发生电晕放电;在强发散电场作用下，绝缘材料内部将在不同运行条件下分别发生电树枝化、水树枝化和化学树枝化放电。引起放电老化击穿;在强沿面电场作用下，绝缘材料表面将随电压的上升而分别发生沿面电晕放电、电火花放电和电弧放电，引起绝缘材料表面腐蚀、树枝状电痕化、炭化直至表面上导休间发生短路。电老化后的击穿与化学反应有关，其介电强度更低，是决定绝缘体系长期工作场强的主要因素。

绝缘材料的耐放电性可以根据规定的电老化试验方法进行评定。例如，根据电量试验得到的材料在一定的电晕放电或局部放电条件下直到击穿的时间长短表示材料的耐电晕性:根据电痕化试验得到的材料在规定电压和表面污秽条件下形成规定电痕化所需的时间长短表示材料的耐电痕性;根据电弧试验得到的材料在规定电压和电流下形成导电层直至电弧熄灭的时间长短表示材料的时电弧性。参见IEC出版物343、112、587和628，ASTM2275-1968、D3756-1979绝缘材料的寿命与多种因素有关，与绝缘体系结构紧密联系，因此，多因子老化试验最好通过接近相应绝缘体系的运行条件进行。

绝缘材料应用中需要注意的问题

1.绝缘材料的兼容性 绝缘系统内，各绝缘材料间应能相互容纳、彼此不会出现有害影响。绝缘系统多数是由几种绝缘材料组成的，兼容性差时，通过材料间分子相互扩散、电荷交换、材料运行中产生的老化产物的作用等使材料发生一系列物理、化学反应，从而使绝缘材料组合后性能显著降低。要根据产品结构特点和要求，通过规定的试验方法，评价不同绝缘材料组合时的兼容性，以确定合理的绝缘系统。

2.优化绝缘系统电场和热场分布绝缘材料串联组合时，绝缘系统电场与各组成材料阻抗成比例分布，把大、较小的绝缘材料放在电场强的部位，有利于改善电场分布，使绝缘材料所承受的最大场强降低。绝缘中气泡的低，但它小而高，承受的电场高，因而最易击穿，要力求消除它。绝缘系统中选用导热性高的材料可以降低绝缘层所承受的温度差，根据温度分布情况可以采用耐热指数较低的绝缘材料，以降低成本，实现绝缘系统设计的优化。

 

3.绝缘材料的环境友好 有些绝缘材料虽然介电性能好，但会危害环境或人们的健康，不宜选用。例如，不宜选用多氯联苯绝缘油、氟利昂气体，气体要逐步替代;电缆料、绝缘灌注胶等要尽量采用无卤低烟阻燃料。

4.确保绝缘系统的综合性能 绝缘系统的性能取决于材料结构、而绝缘材料内的化学结构和绝缘系统中材料的真正组合结构实际上是由绝缘工艺确定的，制备工艺中要尽量防止产生沿电场方向的长气隙和绝缘层皱折。合理的绝缘工艺是达到绝缘系统综合性能指标的可靠保证。

审核编辑 黄昊宇