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Descripción del problema:
En resumen,
Análisis:
Materiales aislantes, introducción a los materiales aislantes
¿Qué son los materiales aislantes?
Los materiales aislantes comúnmente utilizados por los electricistas se pueden dividir en materiales aislantes inorgánicos, materiales aislantes orgánicos y aislamientos híbridos según su diferentes propiedades químicas. Los materiales aislantes inorgánicos más utilizados incluyen: mica, amianto, mármol, porcelana, vidrio, azufre, etc., que se utilizan principalmente como aislamiento de devanados de motores y aparatos eléctricos, placas base y aisladores de interruptores, etc. Los materiales aislantes orgánicos incluyen: goma laca, resina, caucho, hilo de algodón, papel, cáñamo, rayón, etc., que se utilizan principalmente para fabricar pintura aislante, revestimiento aislante para cables enrollados, etc. Los materiales aislantes híbridos son materiales aislantes de diversas formas elaborados a partir de los dos materiales anteriores y se utilizan como bases y carcasas de aparatos eléctricos.
Aplicación de materiales aislantes
La función de los materiales aislantes es aislar partes vivas con diferentes potenciales en los equipos eléctricos. Por lo tanto, el material aislante primero debe tener una alta resistencia de aislamiento y resistencia al voltaje, y puede evitar accidentes como fugas y averías. En segundo lugar, la resistencia al calor debe ser buena para evitar el envejecimiento y el deterioro debido al sobrecalentamiento a largo plazo, además, también debe tener buena conductividad térmica, resistencia a la humedad y protección contra rayos, alta resistencia mecánica y procesamiento conveniente; De acuerdo con los requisitos anteriores, los indicadores de rendimiento de los materiales aislantes de uso común incluyen resistencia del aislamiento, resistencia a la tracción, gravedad específica, coeficiente de expansión, etc.
Resistencia a la tensión soportada del aislamiento: cuanto mayor sea el voltaje aplicado a ambos extremos del aislador, mayor será la fuerza del campo eléctrico sobre las cargas del material y más fácil será que se produzcan colisiones de ionización, provocando averías. del aislante. El voltaje más bajo que provoca la ruptura de un aislador se llama voltaje de ruptura del aislador. Cuando un material aislante de 1 mm de espesor se rompe, el número de kilovoltios de voltaje que se deben aplicar se denomina resistencia a la tensión dieléctrica del material aislante, o rigidez dieléctrica para abreviar. Dado que los materiales aislantes tienen una cierta rigidez dieléctrica, los fabricantes de diversos equipos eléctricos, diversas herramientas de seguridad (pinzas eléctricas, bolígrafos de prueba, guantes aislantes, varillas aislantes, etc.) y diversos materiales eléctricos estipulan ciertos voltajes permitidos, que se denominan voltajes nominales. Voltaje. El voltaje que soporta durante el uso no debe exceder su voltaje nominal para evitar accidentes.
Resistencia a la tracción: Fuerza de tracción que puede soportar un material aislante por unidad de área de sección transversal. Por ejemplo, el vidrio puede soportar una fuerza de tracción de 1.400 Newtons por centímetro cuadrado de área de sección transversal.
El rendimiento aislante de los materiales aislantes está estrechamente relacionado con la temperatura. Cuanto mayor sea la temperatura, peores serán las propiedades aislantes del material aislante. Para garantizar la resistencia del aislamiento, cada material aislante tiene una temperatura de funcionamiento máxima permitida adecuada. Por debajo de esta temperatura, se puede utilizar de forma segura durante mucho tiempo. Si supera esta temperatura, envejecerá rápidamente. Según el grado de resistencia al calor, los materiales aislantes se dividen en grados Y, A, E, B, F, H, C, etc. Por ejemplo, la temperatura de funcionamiento máxima permitida de los materiales aislantes de Clase A es de 105 °C. La mayoría de los materiales aislantes comúnmente utilizados en transformadores de distribución y motores pertenecen a la Clase A.
Evaluación de la resistencia al calor y clasificación de materiales aislantes
1 Contenido y ámbito de aplicación
Esta norma especifica la clasificación de la resistencia al calor del aislamiento de productos eléctricos, determinando la Se explican los principios y tareas de evaluación y clasificación de la resistencia al calor.
Esta norma es aplicable a la clasificación de resistencia al calor de productos eléctricos y su aislamiento. También es aplicable a la clasificación de resistencia al calor de materiales aislantes, combinaciones simples y estructuras de aislamiento utilizadas en determinadas ocasiones específicas.
2 Estándares de referencia
GB 11026.1 Directrices para determinar la resistencia al calor de materiales aislantes eléctricos Parte 1: Procedimientos generales para formular métodos de prueba de envejecimiento térmico y evaluar los resultados de las pruebas
3 General
3.1 Grado de resistencia al calor
La vida útil del aislamiento de productos eléctricos se ve afectada por muchos factores (como la temperatura, el estrés eléctrico y mecánico, la vibración, los gases nocivos y las sustancias químicas). , Humedad, polvo y radiación, etc.), mientras que la temperatura suele ser el factor dominante en el envejecimiento de los materiales y estructuras aislantes.
Por lo tanto, existe un método de clasificación de resistencia al calor práctico y reconocido mundialmente, que consiste en dividir la resistencia al calor del aislamiento eléctrico en varios grados de resistencia al calor. Cada grado de resistencia al calor y el valor de temperatura correspondiente son los siguientes:
< p. > Temperatura de grado de resistencia al calor, ℃Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
200 200
220 220
250 250
La temperatura supera los 250 ℃, luego ajuste el nivel de resistencia al calor de acuerdo con el intervalo de 25 ℃.
También es posible indicar el nivel de resistencia al calor sin letras, pero se debe seguir la correspondencia anterior. Para equipos utilizados en condiciones especiales y con requisitos especiales (como se menciona en el Artículo 3.1.5), el método de clasificación anterior puede no ser aplicable y es posible que sea necesario utilizar otros métodos de identificación y clasificación.
El grado de resistencia al calor marcado en un producto eléctrico suele indicar la temperatura máxima que el producto puede soportar durante su vida útil prevista bajo carga nominal y otras condiciones especificadas. Por lo tanto, en productos eléctricos, la temperatura del aislamiento utilizado en el lugar con mayor temperatura no debe ser inferior a la temperatura correspondiente al grado de resistencia al calor del producto (de lo contrario, consulte el Artículo 3.1.2).
Por razones habituales, el término "grado de resistencia al calor" se utiliza actualmente generalmente para materiales aislantes, estructuras aislantes y productos eléctricos. Sin embargo, la tendencia futura es que los términos "índice de temperatura" e "índice de temperatura relativa" se recomiendan para materiales aislantes; el término "marca de identificación" se recomienda para estructuras aislantes; la "marca de identificación" de una estructura aislante sólo corresponde a la; diseñar productos específicos; mientras que, para los productos eléctricos, se mantiene el término "grado de resistencia al calor".
3.1.1 Condiciones de funcionamiento
La experiencia ha demostrado que si las normas para productos eléctricos (como máquinas eléctricas rotativas, transformadores, etc.) se basan en las temperaturas enumeradas en el artículo 3.1 y dar la debida consideración al producto desarrollado de acuerdo con factores únicos, entonces los productos eléctricos diseñados y fabricados de acuerdo con dichos estándares pueden tener una vida útil satisfactoria y económica en condiciones normales de funcionamiento.
3.1.2 Materiales aislantes en la estructura aislante
Indicar que un producto eléctrico tiene un determinado nivel de resistencia al calor no significa que cada material aislante en la estructura aislante del producto tenga la misma mismos Los mismos límites de temperatura.
El límite de temperatura de una estructura aislante puede no estar directamente relacionado con el límite de temperatura de cada material aislante que contiene. En una estructura aislante, el límite de temperatura del material aislante puede aumentar debido a la protección de otros materiales componentes, o el límite de temperatura de la estructura aislante puede ser inferior al límite de temperatura de cada material componente debido a la incompatibilidad entre materiales. Todas estas cuestiones deberían investigarse mediante experimentos funcionales.
3.1.3 Temperatura y aumento de temperatura
Las temperaturas enumeradas en esta norma se refieren a la temperatura máxima que el aislamiento de los productos eléctricos puede soportar, no al aumento de temperatura permitido de los productos eléctricos.
Las normas sobre equipos eléctricos suelen especificar el aumento de temperatura pero no la temperatura. Al determinar los métodos de medición y los aumentos de temperatura permitidos en dichos estándares, se deben considerar los siguientes factores, como las características de la estructura, la conductividad térmica y el espesor del aislamiento, la facilidad de inspección de cada parte del aislamiento, los métodos de ventilación, la carga. caracteristicas,etc.
3.1.4 Otros factores que influyen
Además de los factores térmicos, la capacidad del aislamiento para mantener su eficacia también se ve afectada por ciertas condiciones (como las tensiones mecánicas impuestas sobre el aislamiento y sus estructuras de soporte) y la influencia de ciertos factores (como vibraciones y diferentes expansiones térmicas). A medida que aumenta el tamaño del producto, los efectos de la vibración y la expansión térmica se vuelven más importantes. La temperatura de la atmósfera y la presencia de polvo, productos químicos u otros contaminantes también pueden tener efectos nocivos. Todos estos factores deben considerarse al diseñar un producto en particular. Consulte la Información de orientación para evaluar e identificar estructuras aislantes de equipos eléctricos para obtener más detalles.
3.1.5 Vida útil del aislamiento
La vida útil real de los productos eléctricos depende de las condiciones específicas de funcionamiento.
Estas condiciones pueden variar mucho según el entorno, el ciclo de trabajo y el tipo de producto. Además, la vida útil esperada también depende de requisitos como el tamaño del producto, la confiabilidad, la vida útil esperada del equipo relevante y la eficiencia económica.
Para algunos productos eléctricos, debido a sus propósitos de aplicación específicos, se requiere que la vida útil del aislamiento sea menor o mayor que el valor normal, o debido a condiciones especiales de operación, se requiere que el aumento de temperatura ser superior o inferior al valor normal, y la temperatura a la que está aislado es extremadamente superior o inferior a la normal.
La vida útil de un aislamiento depende en gran medida de qué tan bien bloquea el oxígeno, la humedad, el polvo y los productos químicos. A una temperatura determinada, la vida útil de un aislamiento debidamente protegido será más larga que la de un aislamiento expuesto libremente a la atmósfera. Por lo tanto, el uso de gases o líquidos químicamente inertes como cualidades refrescantes o protectoras puede extender la vida útil del aislamiento.
3.1.6 Limitación de la temperatura de funcionamiento
Además del envejecimiento, algunos materiales se ablandarán o sufrirán otro deterioro cuando se calienten por encima de una determinada temperatura, pero volverán a su rendimiento original después enfriamiento. Se debe tener cuidado al utilizar dichos materiales para garantizar que funcionen dentro del rango de temperatura adecuado.
3.2 Selección y determinación del aislamiento
Las unidades de investigación, diseño y fabricación de productos eléctricos deben seleccionar materiales de aislamiento y estructuras de aislamiento adecuados en función de los límites de temperatura del aislamiento. La base para determinar límites de temperatura razonables para el aislamiento sólo puede ser la experiencia operativa o pruebas adecuadas y aceptables. La experiencia operativa es una base importante para seleccionar materiales aislantes y estructuras aislantes. Sin embargo, al seleccionar nuevos materiales y estructuras, la base para esta selección son las pruebas adecuadas (ver cláusula 4.2).
4 Evaluación de la resistencia al calor
4.1 Evaluación de la resistencia al calor de materiales aislantes
Muchos materiales aislantes de la misma categoría pueden tener resistencias al calor muy diferentes. Por lo tanto, no es apropiado juzgar la resistencia al calor de los materiales aislantes basándose en sus nombres químicos.
Se utilizan varios materiales aislantes en la estructura aislante de productos eléctricos, y su respectiva resistencia al calor puede verse afectada por otros materiales. Además, la resistencia al calor de diversos materiales también depende en gran medida de las funciones específicas que desempeñan en las estructuras aislantes.
En lo que respecta al uso de materiales aislantes en productos eléctricos, la evaluación de materiales tiene dos propósitos: uno es evaluar un determinado material como componente de la estructura de aislamiento eléctrico, y el otro es evaluar el Material utilizado solo o La evaluación de un material como parte integral de una combinación simple que conforma una estructura aislante.
Generalmente, las pruebas de calificación y la experiencia operativa se reconocen como una base aceptable para la evaluación de la resistencia térmica de los materiales aislantes.
Cuando se base en la experiencia operativa, tenga en cuenta: se debe garantizar que la experiencia sea aplicable. Pero en algunos casos, puede resultar apropiado transferir una experiencia a otra aplicación. Deberían desarrollarse métodos apropiados para determinar la relación entre la experiencia operativa.
La investigación sobre métodos de prueba para la evaluación de materiales ha logrado avances significativos. La determinación y expresión de la resistencia al calor de los materiales aislantes se ha vuelto más completa y se puede encontrar en GB 11026.1, y se desarrollarán otras partes de la guía.
Para un material, utilizando diferentes propiedades (como eléctricas, mecánicas, etc.), métodos y criterios de falla para realizar mapas de resistencia al calor, es posible obtener diferentes índices de temperatura y semidiferencias. Los diferentes índices de temperatura y semidiferencias indican diferencias en la resistencia al calor y, a su vez, determinan cómo se utiliza el material y las funciones que puede realizar.
Los resultados obtenidos de las pruebas en muestras estándar pueden diferir de los obtenidos cuando el material se prueba en su forma de uso real. Las estructuras aisladas están más cerca de la realidad. Por tanto, los resultados de los ensayos realizados en estructuras aislantes pueden demostrar la idoneidad del material para la aplicación en cuestión.
4.2 Evaluación de la resistencia al calor de la estructura de aislamiento
Para evaluar la resistencia al calor de la estructura de aislamiento, es mejor utilizar la experiencia operativa relevante como base. En ausencia de dicha experiencia operativa, se deberían realizar pruebas funcionales apropiadas. Para ello, se requiere una estructura probada por la experiencia operativa como estructura de aislamiento de referencia. Evaluar la resistencia térmica de nuevas estructuras aislantes comparándola con ella.
Las unidades de investigación de aislamiento y las unidades de investigación, diseño, fabricación, prueba y usuario de productos eléctricos deben diseñar y realizar pruebas apropiadas. Al diseñar pruebas apropiadas y desarrollar procedimientos de prueba estandarizados para la evaluación de la resistencia al calor, se debe consultar la información relevante para la evaluación de estructuras aislantes.
A la hora de seleccionar cada componente de la estructura aislante, se pueden consultar los resultados de la evaluación de la resistencia al calor de un solo material (ver Artículo 4.1).
Siempre que un determinado material aislante tenga características operativas satisfactorias demostradas mediante pruebas de estructuras aislantes adecuadas o experiencia operativa, se puede determinar si el material es adecuado para una estructura aislante específica. No es necesario considerar la resistencia al calor del propio material.
Para estructuras de aislamiento muy simples que están sujetas a esfuerzos únicos, se puede decidir según la situación específica si es necesario realizar pruebas funcionales de la estructura de aislamiento o si es más sencillo realizar una evaluación; Según los datos de resistencia al calor del material, puede obtener resultados satisfactorios. Si es necesario evaluar si un determinado material es adecuado para un determinado producto eléctrico, se deben utilizar materiales que hayan sido probados mediante una experiencia operativa adecuada como materiales de referencia para realizar pruebas de comparación. En este sentido, las unidades pertinentes deben proporcionar información sobre materiales que hayan sido probados mediante experiencia operativa en aplicaciones específicas. Al mismo tiempo, se deben proporcionar directrices sobre cómo evaluar la experiencia operativa para permitir la clasificación adecuada de los materiales.
Se deben desarrollar procedimientos de prueba estandarizados adecuados para la evaluación comparativa. En ausencia de tales procedimientos de prueba estandarizados, las unidades de investigación de aislamiento y las unidades de investigación, diseño, fabricación, prueba y usuario de productos eléctricos deben seleccionar procedimientos de prueba apropiados para las pruebas.
5 Clasificación
Consulte el artículo 3.1 (especialmente los artículos 3.1.5 y 3.1.6) y el artículo 4.2 para conocer la clasificación de resistencia al calor de los productos eléctricos y su aislamiento.
Si las pruebas o la experiencia operativa muestran que un determinado material aislante, combinación simple o estructura aislante puede funcionar de manera confiable a una temperatura específica en una aplicación específica, se le puede otorgar la clasificación adecuada de acuerdo con el Artículo 3.1 de resistencia al calor. nivel.