一种基于机械冲头撞击绝缘材料来评估绝缘材料性能的方法

技术领域

本发明涉及高压电机绝缘材料领域。涉及一种用自制不同结构的冲头，为高压电机定子线棒绝缘材料引入缺陷，后通过测试带有缺陷绝缘材料的电气性能和宏、微观特征，来评估绝缘材料性能的方法。

背景技术

电机的主绝缘技术是高压电机制造中的关键技术之一,定子主绝缘是高压电机绝缘系统中最重要的部分,它直接影响到电机的运行可靠性和使用寿命，并在很大程度上决定了电机运行的关键技术经济指标。

目前世界上高压电机定子线棒主绝缘系统归纳起来可分为两大类,一是少胶粉云母带真空压力浸渍的连续式绝缘,另一种是环氧多胶粉云母带模压或液压连续式绝缘。少胶粉云母带真空压力浸渍的连续式绝缘的定子线棒主绝缘材料是采用环氧胶粘剂或不饱和聚酰亚胺树脂胶粘剂等粘合生云母纸和补强材料而成；环氧多胶粉云母带模压或液压连续式绝缘的定子线棒主绝缘材料是以熟云母纸为基材,采用环氧胶粘剂粘合熟云母纸和补强材料而成。

上述两种绝缘系统的核心绝缘材料均为云母带，因而云母带是定子主绝缘的基础,是高压电机主绝缘材料的关键,高性能的云母带是制造性能优异的大电机定子主绝缘的必要因素,它的好坏决定着制造电机关键技术——高压电机主绝缘技术的能否正常体现。

云母带是由胶粘剂粘合绝缘材料和补强材料,经烘焙、卷制、分切而成，适用于高压电机主绝缘材料和其它电器的绝缘。云母带经历了由以天然树脂及片云母材料为基本结构到以合成树脂为胶粘剂,以片云母或粉云母纸为主体的主绝缘材料的历程。

绝缘材料主要采用云母,云母的介电强度高,损耗小,耐热性能好,具有优良的耐电晕性。胶粘剂主要采用环氧胶粘剂、醇酸胶粘剂和沥青胶粘剂等,目前多胶粉云母带大多采用环氧树脂作为胶粘剂的主要成分,其固化后粘接性好,固化收缩率小,并且具有良好的电气、机械性能、耐潮湿性和耐化学性补强材料主要采用云母带纸、丝绸、薄膜和无碱玻璃布等,补强材料提高了云母带的机械强度,使其在包扎过程中能够承受较大的张力,避免云母受到大的损伤,同时它也成为固化后的绝缘骨架。

大型高压电机运行的可靠性和电力系统的稳定与安全息息相关，定子线棒是大型电机中的核心部件，其绝缘性能对大型电机运行的可靠性有着直接影响。

定子线棒在装配、运输和运行的过程中有可能受到不同程度的机械损伤，机械冲击就是其中的一种，会造成定子线棒绝缘材料产生缺陷，对电机运行安全留下安全隐患。在对线棒进行维修的时候，机组停转会带来巨大损失。

机械冲击是指机械系统或其中的一部分受到突然、急剧、非周期性的激励时，发生的时间甚快于系统固有振动周期的状态的骤然变化。一般用一个冲击参量随时间变化的关系来描述冲击运动，冲击会带来损坏机械设备。

绝缘材料性能包括：缺陷广度和深度、击穿强度、电应力寿命等。

以往的方法仅针对振动、电磁力等机械应力对定子线棒绝缘材料损伤进行评估，目前还没有一套系统的方法能够有效预测出机械冲击给定子线棒绝缘材料带来的损害。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种简便、快捷、经济的基于机械冲头撞击绝缘材料来评估绝缘材料性能的方法。该方法可预测工程应用中机械冲击对绝缘材料性能的影响，为该材料的使用与快速故障检测提供参考。探究不同机械冲击对绝缘电性能的影响，从材料学角度，探究机械冲击后电应力加速前后的微观差异，实现裂纹标准模型-电应力协同发展-电气强度的数据库，未来将达到未知样品测试结果调入数据库即可相互印证的目的。

为了实现上述目的，本发明所采用一下技术方案。

一种基于机械冲头撞击绝缘材料来评估绝缘材料性能的方法，包括以下步骤：

（1）绝缘样品的固化

将绝缘单层试样叠成2~6层，使用聚乙烯薄膜包裹，铁板夹持。上加10~30kg重物放入烘箱，在160℃下加热2h，取出放置冷却，撕去薄膜备用。

所述绝缘单层试样为少胶粉云母带、环氧多胶粉云母带。

（2）引入缺陷

分别使用不同结构的冲头加在一定质量的重锤上，分别提升至一定的高度做自由落体运动，撞击放置在下方的绝缘试样，形成缺陷。

所述冲头结构可以为圆锥体、圆柱体、三棱柱体、半球体、四棱柱体、三棱锥体、四棱锥体。

所述重锤质量为2~5kg，底部可与冲头活动式连接；

所述高度为0~120cm;

（3）性能检测

将引入缺陷的试样使用尺度仪器测试其缺陷的深度和面积；持续增加电压直至击穿，得到击穿瞬时电压，计算出击穿强度；或加一稳定电压，直至绝缘试样失效，得到电应力加速寿命。

所述仪器为：标有刻度的尺子，游标卡尺；

所述持续增加电压范围为0~100kV;

所述稳定电压为10kV~20kV；

（4）结果分析

将每种缺陷试样的性能数据进行对比，记录，可以与实际应用中的绝缘试样数据通过厚度比例进行数据印证。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1：一种基于机械冲头撞击绝缘材料来评估绝缘材料性能的方法，包括以下步骤,

（1）将规格为4cm x 4cm x1mm的单层环氧多胶粉云母带试样叠成5层，使用聚乙烯薄膜包裹，铁板夹持。上加15kg重物放入烘箱，在160℃下加热2h，取出放置冷却，撕去薄膜备用。

（2）分别使用圆锥、半球、圆柱的冲头加2kg质量的重锤上，分别提升至20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、120cm 的高度做自由落体运动，撞击放置在下方的绝缘试样，形成缺陷。

（3）性能检测

将引入缺陷的试样使用游标卡尺测试其缺陷的深度和面积；持续增加电压直至击穿，得到击穿瞬时电压，计算出击穿强度

（4）结果分析

将每种缺陷试样的性能数据进行对比，记录，可以与实际应用中的绝缘试样数据通过厚度比例进行数据印证。

实施例2：一种基于机械冲头撞击绝缘材料来评估绝缘材料性能的方法，包括以下步骤：

（1）将规格为10cm x 10cm x 1mm的单层环氧多胶粉云母带试样叠成2层，使用聚乙烯薄膜包裹，铁板夹持。上加15kg重物放入烘箱，在160℃下加热2h，取出放置冷却，撕去薄膜备用。

（2）分别使用三棱锥、三棱柱的冲头加在2kg质量的重锤上，分别提升至5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm的高度做自由落体运动，撞击放置在下方的绝缘试样，形成缺陷。

（3）性能检测

将引入缺陷的试样使用游标卡尺测试其缺陷的深度和面积；加一稳定电压14kV，直至绝缘试样失效，得到电应力加速寿命。

（4）结果分析

将每种缺陷试样的性能数据进行对比，记录，可以与实际应用中的绝缘试样数据通过厚度比例进行数据印证。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在本发明的精神和原则内可以有各种更改和变化，这些等同的变型或替换等，均包含在本发明的保护范围之内。