電氣絕緣材料及阻燃措施

1、電氣防火安全技術(shù)第二章電氣絕緣材料及阻燃措施2主要內(nèi)容電氣絕緣材料電氣絕緣材料的燃燒電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性電氣絕緣材料的火災(zāi)預(yù)防3電氣絕緣材料什么是絕緣材料？它的作用是什么？又稱為電介質(zhì)，并非絕對(duì)不導(dǎo)電電絕緣的重要性對(duì)帶電體進(jìn)行封閉和隔離，防止觸電事故火災(zāi)角度，電氣系統(tǒng)接觸不良、過(guò)大電流引起著火；或者在火災(zāi)環(huán)境中，會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì) 假設(shè)帶電導(dǎo)體對(duì)地電壓220V，其外包覆絕緣體，人站在地面上接觸絕緣體后，有電流通過(guò)人體嗎？會(huì)不會(huì)產(chǎn)生明顯觸電感覺(jué)？為什么？4電氣絕緣材料絕緣材料的分類氣體絕緣材料液體絕緣材料固體絕緣材料 空氣、氮、氫、二氧化碳和六氟化硫（SF6），后者一般多用在高壓斷路器、氣體絕緣封

2、閉式組合電器GIS 碳?xì)浠衔锝^緣礦物油、硅油等。變壓器油、電容器油、電纜油等 樹脂絕緣漆、膠合熔敷粉末；紙、紙板；漆布、綁扎帶；絕緣云母制品、電工用膠帶；電工用塑料盒橡膠；玻璃、電瓷、環(huán)氧樹脂等5電氣絕緣材料電氣絕緣材料的分類材料化學(xué)角度有機(jī)絕緣材料：纖維材料、合成材料無(wú)機(jī)絕緣材料：石棉、云母燃燒性可燃性材料不燃性材料塑 料6電氣絕緣材料的性能絕緣材料的性能要求絕緣性機(jī)械性能熱性能（耐熱性）：防止熱量積累破壞絕緣性能對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性：熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)性、耐潮性、耐老化性電氣設(shè)備的質(zhì)量和使用壽命受絕緣材料的電、熱、機(jī)械、理化性能影響，而絕緣材料的性能和壽命與材料的組成成分、分子結(jié)構(gòu)關(guān)系密切7絕緣

3、材料的電氣性能導(dǎo)電性能：絕緣電阻率r（或電導(dǎo)率g）介電性能：相對(duì)介電常數(shù)er、介質(zhì)損耗角tand絕緣強(qiáng)度：擊穿場(chǎng)強(qiáng)EB8絕緣電阻率任何絕緣體都有帶電質(zhì)點(diǎn)，在電場(chǎng)中有電流通過(guò)漏導(dǎo)電流吸收電流充電電流9絕緣電阻率絕緣電阻率的影響因素溫度：溫度 ，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，離子遷移容易，電阻率呈指數(shù)規(guī)律下降濕度 濕度 ，絕緣電阻下降雜質(zhì)：含量 ，增加內(nèi)部導(dǎo)電離子，電介質(zhì)表面受污并吸附水分，降低體積電阻率和表面電阻率電場(chǎng)強(qiáng)度：電場(chǎng)強(qiáng)度 ，使固體和液體電介質(zhì)的離子遷移能力增強(qiáng)，電阻率下降10介電常數(shù)極化：電場(chǎng)使電介質(zhì)中分子、原子中的正負(fù)電荷發(fā)生偏移，其中心不重合，形成了電偶極子，它們的形成和定向排列即為極化介電常

4、數(shù)：表征電介質(zhì)極化特性的性能參數(shù)。介電常數(shù)越大，極化能力越強(qiáng)，束縛電荷越多，對(duì)外電場(chǎng)的削弱越強(qiáng)相對(duì)介電常數(shù)假設(shè)電容器極板間為真空時(shí)，其電容量為C0，當(dāng)極板間充滿某種電介質(zhì)時(shí)，其電容量為C，則C與C0的比值即為該電介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)相對(duì)介電常數(shù)總是大于1的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，則介電常數(shù)就越大；介電常數(shù)越小，絕緣性就越好1112介電常數(shù)的影響因素電源頻率：頻率增加，極化程度下降，介電常數(shù)減小溫度：溫度增加，介電常數(shù)增大；超過(guò)某一限度后，熱運(yùn)動(dòng)使極化困難，介電常數(shù)減小濕度：濕度增加，介電常數(shù)增加：可測(cè)量介電常數(shù)來(lái)判斷電介質(zhì)受潮程度大氣壓力：壓力增大，氣體材料的介電常數(shù)增大13介質(zhì)損耗交流電壓作用下，電介質(zhì)

5、中的部分電能不可逆地轉(zhuǎn)換成熱能，這部分能量稱為介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗可由漏導(dǎo)電流引起，也可由極化引起介質(zhì)損耗是電介質(zhì)發(fā)生熱擊穿的根源14介質(zhì)損耗電介質(zhì)中電流與電壓的向量關(guān)系漏導(dǎo)電流吸收電流充電電流介質(zhì)損耗功率受潮或劣化會(huì)劇烈上升因此能反映絕緣質(zhì)量介質(zhì)損耗角15絕緣的破壞1、絕緣擊穿施加于電介質(zhì)上的電場(chǎng)強(qiáng)度高于某臨界值時(shí)，會(huì)使通過(guò)電介質(zhì)的電流突然猛增，絕緣材料被破壞，完全失去絕緣性能，即為電介質(zhì)的擊穿。此時(shí)的電壓稱為擊穿電壓，擊穿時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度簡(jiǎn)稱擊穿強(qiáng)度氣體電介質(zhì)的擊穿由碰撞電離導(dǎo)致的電擊穿：電子在電場(chǎng)中加速運(yùn)動(dòng)，碰撞產(chǎn)生電離，從而形成連鎖反應(yīng)，產(chǎn)生電子崩，進(jìn)而形成高電導(dǎo)通道，導(dǎo)致氣體擊穿氣體壓力對(duì)擊

6、穿電壓有影響：工程上用高真空和高氣壓提高擊穿場(chǎng)強(qiáng)，空氣在25-30kV/cm16絕緣的破壞液體電介質(zhì)的擊穿純凈液體的擊穿與氣體擊穿機(jī)理相似，即電子碰撞電離水分和纖維的影響：極化后定向排列，運(yùn)動(dòng)至電場(chǎng)強(qiáng)度最高處連成小橋，并貫通電極，電導(dǎo)劇增，局部溫度驟升，導(dǎo)致?lián)舸怏w的影響：液體的不均勻性使液體局部過(guò)熱，氣體遷移集中，形成氣泡，氣泡內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)較高，但氣體臨界場(chǎng)強(qiáng)比油低很多，使氣泡游離，局部發(fā)熱加劇，體積膨脹，氣泡擴(kuò)大，形成連通兩電極的導(dǎo)電小橋，導(dǎo)致?lián)舸馀輷舸C(jī)理液體絕緣材料必須先純化、脫水、脫氣，避免雜質(zhì)侵入17絕緣的破壞固體電介質(zhì)的擊穿電擊穿：強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致電子劇烈運(yùn)動(dòng)，與晶格上的原子碰撞而使之游離

7、，并迅速擴(kuò)展下去導(dǎo)致?lián)舸┨攸c(diǎn)：電壓作用時(shí)間短、擊穿電壓高擊穿場(chǎng)強(qiáng)與電場(chǎng)均勻程度影響密切相關(guān)與環(huán)境溫度、電壓作用時(shí)間幾乎無(wú)關(guān)熱擊穿：強(qiáng)電場(chǎng)作用下，介質(zhì)損耗等產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，使溫度上升，電介質(zhì)局部熔化、燒焦或燒裂，導(dǎo)致?lián)舸┨攸c(diǎn)：電壓作用時(shí)間長(zhǎng)、擊穿電壓較低擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨環(huán)境溫度上升而下降與電場(chǎng)均勻程度關(guān)系不大18絕緣的破壞固體電介質(zhì)的擊穿電化學(xué)擊穿：在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，由游離、發(fā)熱和化學(xué)反應(yīng)等因素的綜合效應(yīng)造成的擊穿特點(diǎn)：電壓作用時(shí)間長(zhǎng)、擊穿電壓很低與材料本身的耐游離性能、制造工藝、工作條件有關(guān)放電擊穿：強(qiáng)電場(chǎng)作用下，內(nèi)部氣泡首先發(fā)生碰撞游離而放電，繼而加熱其他雜質(zhì)，使之氣化形成氣泡，由氣泡放

8、電進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致?lián)舸┕腆w電介質(zhì)擊穿后將失去絕緣性能19絕緣的破壞上述多種擊穿形式往往同時(shí)共存tand大，耐熱性差的低壓電氣設(shè)備，工作溫度高、散熱條件差時(shí)：熱擊穿高壓電氣設(shè)備：放電擊穿脈沖電壓：電擊穿電壓作用時(shí)間非常長(zhǎng)時(shí)：電化學(xué)擊穿20絕緣的破壞2、絕緣老化電氣設(shè)備在運(yùn)行中，由于受熱、光、電、氧、機(jī)械力（包括超聲波）、輻射線、微生物等長(zhǎng)期作用，產(chǎn)生一系列不可逆的物理化學(xué)變化，導(dǎo)致絕緣材料的電氣性能和機(jī)械性能劣化熱老化：低壓電氣設(shè)備絕緣材料老化的主要因素；超過(guò)極限耐熱溫度，老化將加劇21絕緣耐熱分級(jí)及其極限溫度耐熱分級(jí)極限溫度/oCYAEBFHC90105120130155180180電老化：局部

9、放電引起，是高壓電氣設(shè)備絕緣材料老化的主因。局部放電產(chǎn)生的臭氧、氮氧化物、高速粒子會(huì)降低絕緣性能，并使局部發(fā)熱，促使材料性能惡化23絕緣的破壞3、絕緣損壞由于不正確選用絕緣材料、不正確地進(jìn)行電氣設(shè)備及線路的安裝、不合理地使用電氣設(shè)備等，導(dǎo)致絕緣材料收到外界腐蝕性液體、氣體、蒸氣、潮氣、粉塵的污染和侵蝕，或受到外界熱源或機(jī)械因素的作用，在較短或很短的時(shí)間內(nèi)失去其電氣性能或機(jī)械性能的現(xiàn)象24絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn)檢查電氣設(shè)備或線路的絕緣指標(biāo)是否符合要求包括絕緣電阻試驗(yàn)、耐壓試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)和介質(zhì)損耗試驗(yàn)絕緣電阻試驗(yàn)絕緣電阻的測(cè)量比較法（屬于伏安法）、泄漏法、兆歐表兆歐表測(cè)量絕緣電阻：在被測(cè)物上加上直

10、流電壓，測(cè)量通過(guò)的泄漏電流，從而測(cè)得絕緣電阻值25絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn)26絕緣檢測(cè)和絕緣試驗(yàn)吸收比的測(cè)定加壓測(cè)量開始后60s讀取的絕緣電阻值和加壓測(cè)量開始后15s讀取的絕緣電阻值之比變壓器、電容器、交流電動(dòng)機(jī)等高壓設(shè)備，需測(cè)量吸收比可以確定材料受潮程度和內(nèi)部缺陷情況：受潮或內(nèi)部有缺陷時(shí)，泄漏電流大，充電快，吸收比??；反之干燥時(shí)，泄漏電流小，充電過(guò)程慢，吸收比大27耐壓試驗(yàn)檢查電氣設(shè)備承受過(guò)電壓的能力保證電氣設(shè)備安全運(yùn)行的有效手段工頻交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、沖擊電壓試驗(yàn)工頻高壓試驗(yàn)裝置28絕緣材料制品電線電纜絕緣護(hù)套和絕緣管片狀絕緣及層壓絕緣絕緣紙和絕緣板：發(fā)電設(shè)備、輸配電設(shè)備絕緣帶：絕緣；防

11、治工作表面磨損，防潮、標(biāo)記、隔離、補(bǔ)強(qiáng)及綁扎澆注和包封材料：石蠟液體電介質(zhì)氣體電介質(zhì)電氣設(shè)備外殼電線管密封材料292.2 電氣絕緣材料的燃燒302.2.1 微觀燃燒過(guò)程1.加熱階段材料在內(nèi)部或外部熱源作用下，溫度逐漸升高，物理性能，比如彈性、顏色等變化較小2.物相轉(zhuǎn)化階段材料進(jìn)入玻璃化溫度的階段溫度范圍比較狹窄機(jī)械性能及熱性能迅速改變比較硬和脆的狀態(tài)具有黏性或橡膠狀的狀態(tài)313.降解階段熱穩(wěn)定性最差、化學(xué)鍵最弱的化學(xué)鍵斷裂，材料整體或許還是穩(wěn)定的，但材料出現(xiàn)褪色（化學(xué)鍵斷裂的結(jié)果）兩種降解類型：缺氧下的熱降解；熱和氧共同作用下的熱-氧化降解影響材料降解的因素分解溫度熱穩(wěn)定性最差、化學(xué)鍵最弱部分

12、所占比例分解潛熱324.分解階段大部分化學(xué)鍵達(dá)到斷裂點(diǎn)質(zhì)量發(fā)生變化物理整體性完全喪失，材料粉碎；或者質(zhì)量的損失導(dǎo)致重新排列后性能發(fā)生變化聚合物的分解產(chǎn)物有兩種：殘留分子鏈，使聚合物保持原有的某些完整性；聚合物的碎粒，很容易氧化而燃燒降解和分解經(jīng)常難有明顯的界限334.分解階段影響分解階段的因素構(gòu)成大塊聚合物的各種化學(xué)鍵的分解溫度各種鍵分解的潛熱分解的性質(zhì)，即聚合物的分解方式，由可燃和不可燃碎粒的相對(duì)數(shù)量決定5.氧化階段足夠高的溫度及充足的氧氣下，聚合物碎粒急劇氧化，足以產(chǎn)生熱并在氣相中燃燒，或以固體殘留物的形式灼熱發(fā)光342.2.2 宏觀燃燒過(guò)程宏觀與微觀的區(qū)別：微觀只考慮單一的基本材料宏觀考

13、慮的是材料整體的燃燒，包括材料中的添加劑宏觀燃燒也有五個(gè)階段352.2.2 宏觀燃燒階段1. 加熱階段外部熱源的熱量作用于材料，使其溫度逐漸升高暴露表面的熱量來(lái)源 暴露表面里有添加劑或防護(hù)涂層或防護(hù)覆蓋物的塑料火焰的熱輻射燃燒氣體的熱傳導(dǎo)和對(duì)流接觸固態(tài)物質(zhì)的熱傳導(dǎo)362.2.2 宏觀燃燒階段影響溫升速率的因素外部熱流速度溫差材料的比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量材料溫度升高1度所需的熱量導(dǎo)熱系數(shù)：給定溫差下，熱量流經(jīng)給定厚度材料的速率熔化潛熱、氣化潛熱：被加熱時(shí)內(nèi)部發(fā)生的變化372.2.2 宏觀燃燒階段2. 分解階段分解釋放的物質(zhì)：可燃?xì)怏w：甲烷、乙烷、乙烯等不可燃?xì)怏w：二氧化碳、氯化氫、溴化氫等液體：部分材料

14、分解而產(chǎn)生的聚合物固體：以碳的殘留物或炭的形式出現(xiàn)帶走的固體粒子：以煙霧形式出現(xiàn)的聚合物顆粒382. 分解階段氣體氣體會(huì)擴(kuò)散至鄰近大氣中；可燃性氣體會(huì)出現(xiàn)燃燒；刺激性和毒性。不希望材料分解時(shí)產(chǎn)生氣體液體可能蔓延，影響原來(lái)不相鄰的其他區(qū)域，并且有氣化的潛在可能。也是不希望在分解時(shí)產(chǎn)生的固體殘留物最希望得到的產(chǎn)物，有助于維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保護(hù)分解時(shí)的“單位質(zhì)量”，阻礙空氣和可燃?xì)怏w的混合392.2.2 宏觀燃燒階段影響分解狀態(tài)的材料特性起始分解溫度分解潛熱：材料分解時(shí)吸收或釋放的熱量分解性狀：材料的分解方式，不同分解產(chǎn)物的相對(duì)數(shù)量，物相變化等402.2.2 宏觀燃燒階段3. 引燃階段可燃性氣體在足

15、夠氧氣或氧化劑存在下引燃，并開始燃燒能否燃燒？周圍有無(wú)引燃源（火焰、火花等）氣體混合物的溫度氣體混合物的成分412.2.2 宏觀燃燒階段引燃階段的影響因素閃燃溫度：材料釋放出的氣體能被火花或火焰引燃的溫度自燃溫度：某一溫度下，材料內(nèi)部所發(fā)生的反應(yīng)能使材料自行維持于燃點(diǎn)，這一溫度即為自燃溫度極限氧濃度：材料能維持引燃和燃燒所需的最小氧氣量。氧氣濃度少于21%不能繼續(xù)燃燒的材料稱為自熄材料；如果氧氣濃度低于21%，材料根本不能引燃，稱為不燃材料422.2.2 宏觀燃燒階段4. 燃燒階段“單位質(zhì)量”燃料進(jìn)入燃燒狀態(tài)，意味著燃燒將向周圍擴(kuò)散5. 蔓延階段燃燒從最初的“質(zhì)量”向相鄰的“質(zhì)量”蔓延的過(guò)程4

16、32.2.3 室內(nèi)整體規(guī)模的燃燒過(guò)程初始火焰階段物品結(jié)構(gòu)材料的分解溫度物品引燃容易程度：閃燃溫度或自燃溫度。處于火焰中，用閃燃溫度測(cè)定；處于熱源中，用自燃溫度測(cè)定；處于空氣和最初火焰形成的可燃?xì)怏w中，用極限氧濃度測(cè)定暴露程度：有涂層或遮蔽時(shí)，更難被火焰燒壞材料的數(shù)量442.2.3 室內(nèi)整體規(guī)模的燃燒過(guò)程火焰增大階段：熱傳導(dǎo)、對(duì)流和熱輻射的作用驟燃階段：也稱為轟燃階段，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，室內(nèi)所有可燃材料幾乎同時(shí)發(fā)生燃燒燃燒擴(kuò)散至所有可燃物表面室內(nèi)燃燒由燃料控制轉(zhuǎn)向通風(fēng)控制火焰全面擴(kuò)大階段火焰蔓延階段452.2.4 燃燒環(huán)境對(duì)人的威脅分析火災(zāi)危險(xiǎn)性時(shí)，需考慮絕緣材料的種類、多少、暴露程度等因素燃燒

17、環(huán)境對(duì)人的威脅缺氧低于17%，體力變?nèi)酰?014%，判斷失誤，神志不清；68%，呼吸停滯，68min內(nèi)窒息死亡10%的氧濃度是人在燃燒環(huán)境中的最低生存氧濃度火焰皮膚感溫溫度保持65.5度以上就會(huì)在1s內(nèi)燃燒熱量導(dǎo)致人體燃燒、出汗、脫水、呼吸道堵塞（水腫）最高極限溫度148.9度，呼吸高度1.5m燃燒氣體煙氣，主要是CO，是火災(zāi)造成死亡的第一原因毒性、高溫?zé)熿F：妨礙逃離和疏散、妨礙救人和滅火47建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低美國(guó)“911”2004年，湖南衡陽(yáng)建筑火災(zāi)使建筑坍塌482.3 電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性492.3 電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性陰燃無(wú)火焰的燃燒陰燃敏感性：材料內(nèi)部維持文火燃燒的一種傾向文

18、火燃燒伴有灼熱白熾化現(xiàn)象，并有煙霧通過(guò)疏松材料緩慢蔓延，溫度低，氧化不完全大多數(shù)電絕緣材料不具有陰燃的敏感性：熱塑性處理、浸漬處理502.3 電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性著火性材料在規(guī)定溫度、時(shí)間、氧氣濃度的條件下，被小火焰或火花點(diǎn)燃著火的容易程度材料加熱能不能著火，取決于熱量大小和加熱時(shí)間電絕緣材料中，熱傳導(dǎo)較快的材料不容易被小引火源陰燃512.3 電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性電氣裝置材料的易著火性試驗(yàn)：熱線著火試驗(yàn)：用導(dǎo)線在材料上饒三圈，每圈間隔6.4mm，通65W的電流，使導(dǎo)線熾熱發(fā)紅，不超過(guò)5min。大電流電弧著火試驗(yàn)：電源電壓220V，電流32.7A產(chǎn)生的電弧，以40次min對(duì)試樣加熱，

19、時(shí)間不超過(guò)5min522.3 電氣絕緣材料的火焰響應(yīng)特性閃燃傾向材料產(chǎn)生的火焰一閃即滅或擴(kuò)散極快的燃燒現(xiàn)象電氣設(shè)備中，可燃?xì)怏w電介質(zhì)和可燃液體電介質(zhì)，都會(huì)產(chǎn)生可燃的空氣混合物，有閃燃危險(xiǎn)性53火焰擴(kuò)散表示材料的易燃性，指火焰沿著某一材料表面擴(kuò)展的燃燒現(xiàn)象取決于材料內(nèi)部能否產(chǎn)生可燃?xì)怏w，并從表面逸出絕緣電線電纜的火焰擴(kuò)散是電絕緣材料引發(fā)火災(zāi)的主要危險(xiǎn)，受其種類、線徑、數(shù)量、電纜間隙、放置狀態(tài)（水平、豎直）等影響54放熱放熱表征了材料對(duì)火災(zāi)的危害程度，放熱多危害大材料燃燒釋放的熱量和速率，影響火焰周圍的溫度和火焰擴(kuò)散的速率放熱速率：材料完全燃燒期間，單位時(shí)間、單位面積上所釋放出的熱量受電纜絕緣材料

20、的類型、電纜規(guī)格、數(shù)量、電纜間隙的影響55耐火性材料或產(chǎn)品在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，保證其性能的完整性不受破壞而能經(jīng)受的時(shí)間一般只針對(duì)完整的系統(tǒng)，比如建筑的墻或地板等易滅火性氧指數(shù)是衡量材料熄滅難易程度的指標(biāo)氧指數(shù)越高，熄滅越容易，越低則熄滅越難可通過(guò)氧指數(shù)儀來(lái)測(cè)定材料的氧指數(shù)煙霧釋放燃燒產(chǎn)生的一種可見的、不發(fā)光的、懸浮于空氣中的粒子可用煙密度計(jì)測(cè)定，以光密度來(lái)度量有毒氣體釋放CO，氫氰酸（HCN），NO2，HCl，硫化物等腐蝕氣體釋放聚氯乙烯釋放的氯化氫572.4 電氣絕緣材料的火災(zāi)預(yù)防58電氣絕緣材料的火災(zāi)預(yù)防材料：提高材料自身的阻燃性系統(tǒng)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理應(yīng)用：材料應(yīng)用遵循一定的原則59提高材料阻燃性阻燃性：在一個(gè)或多個(gè)階段中破壞燃燒過(guò)程