什麼是絕緣材料？
2022.11.18
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一、什麼是絕緣材料？
絕緣材料並非絕對不導電，在一定的外加電壓強度作用下，超過本身的耐壓規格時，仍會發生導電、損耗、擊穿、電弧等物理狀況，而老化，會造成絕緣材料產生破損、耐壓減低、表面剝落等物理現象。▶ 物質大致可以分導體與絕緣體兩類，而絕緣體又稱電介質。在本身的耐電壓的規格下使其屏蔽不導電，其電阻率一般大於1010Ω·m的材料，稱為絕緣材料。
▶ 絕緣材料的特性為絕緣電阻、耐壓、防潮、耐高溫等。絕緣材的電阻率很高，通常在1010～1022Ω·m。於高頻變壓器中，絕緣材料常用於線圈與線圈或外界的電器隔離，以保證變壓器的安全運行。
二、絕緣材料分三大類
(1) 氣體 : 空氣距離於變壓器中，常做為絕緣的安全距離，高頻變壓器的初次級之間安全距離一般是7mm。(2) 液體 : 電機絕緣材料主要有礦物、合成絕緣油兩類。
(3) 固體 : 主要分有機與無機兩種。
有機固體絕緣高頻變壓器常見的有絕緣漆(Varnish)、絕緣膠(Epoxy)、絕緣紙(Nomex)、絕緣纖維(FR4)、塑料(PBT、Bakelite) 、套管(Teflon、Thermal casing) 、薄膜(PI、Mylar)、 膠帶 (Mylar、Kapton、PET)等。無機固體絕緣有雲母、玻璃、陶瓷等。
三、絕緣材料的性能與規格:
絕緣材料與安全可靠度有關，絕緣材料的主要規格有擊穿強度、耐溫、絕緣電阻、耐壓和機械應力強度等。必須使絕緣材料符電器絕緣的認證，常見的電氣絕緣系統概指變壓器、馬達、線圈等電氣產品的繞線絕緣材料組合，如UL所提供測試暨認證服務。
(1) 擊穿強度 : 在高於規範參數值的電壓強度，會造成絕緣損壞造成短路的電壓強度，稱為擊穿強度，單位為：V/mm。
(2) 耐熱性 : 在高於規格規範的溫度時，會造成絕緣材料性能降低，絕緣材料的耐溫性在規定的溫度下能長期工作並保證可靠，而耐熱等級區分為Y、A、E、B、F、H、N、R等8個等級。
• CALSS Y：耐溫限制90℃。如環氧樹質黏著劑或熔點低的塑粒等絕緣物。
• CALSS A：耐溫限制105℃。如漆包線、漆布、漆絲、油性漆等絕緣物。
• CALSS E： 耐溫限制120℃。如玻璃布、油性樹脂漆、漆包線等絕緣物。
• CALSS B：耐溫限制130℃。如環氧樹質黏著劑、漆包線、三層絕緣線、塑粒、絕緣膠帶等絕緣物。
• CALSS F：耐溫限制155℃。如環氧樹質黏著劑、玻璃纖維，塑粒、絕緣膠帶，漆包線、三層絕緣線。
• CLASS H：耐溫限制180℃，如環氧樹質黏著劑、玻璃纖維，塑粒、絕緣膠帶，漆包線、三層絕緣線、馬達線、扁平線。
• CLASS N : 耐溫限制200℃。
• CLASS R : 耐溫限制220℃。
(3)絕緣電阻 : 絕緣材料的電阻值為絕緣電阻，單位為Ω。絕緣材料的電阻率一般大於1010Ω·m以上，絕緣電阻會因為絕緣材料的環境溫度與表面狀況的不同而產生變數。
對於一般物體，電阻R，電阻率ρ、長度I與截面積A之間的關係如下 :
(2) 耐熱性 : 在高於規格規範的溫度時，會造成絕緣材料性能降低，絕緣材料的耐溫性在規定的溫度下能長期工作並保證可靠，而耐熱等級區分為Y、A、E、B、F、H、N、R等8個等級。
• CALSS Y：耐溫限制90℃。如環氧樹質黏著劑或熔點低的塑粒等絕緣物。
• CALSS A：耐溫限制105℃。如漆包線、漆布、漆絲、油性漆等絕緣物。
• CALSS E： 耐溫限制120℃。如玻璃布、油性樹脂漆、漆包線等絕緣物。
• CALSS B：耐溫限制130℃。如環氧樹質黏著劑、漆包線、三層絕緣線、塑粒、絕緣膠帶等絕緣物。
• CALSS F：耐溫限制155℃。如環氧樹質黏著劑、玻璃纖維，塑粒、絕緣膠帶，漆包線、三層絕緣線。
• CLASS H：耐溫限制180℃，如環氧樹質黏著劑、玻璃纖維，塑粒、絕緣膠帶，漆包線、三層絕緣線、馬達線、扁平線。
• CLASS N : 耐溫限制200℃。
• CLASS R : 耐溫限制220℃。
(3)絕緣電阻 : 絕緣材料的電阻值為絕緣電阻，單位為Ω。絕緣材料的電阻率一般大於1010Ω·m以上，絕緣電阻會因為絕緣材料的環境溫度與表面狀況的不同而產生變數。
對於一般物體，電阻R，電阻率ρ、長度I與截面積A之間的關係如下 :
在上式中，
• 電阻 R 單位為歐姆
• 長度 l 單位為公尺
• 截面面積 A 單位為平方公尺
• 電阻率 ρ 單位為歐姆·公尺
(4)機械應力強度 : 依不同的絕緣材料，相應定義拉伸、壓縮、彎曲、剪下、沖擊、疲勞等等各種可靠度驗證，稱為機械應力強度。
(5)其他規格 : 絕緣材料有固態與膠體固化，如膠狀固化絕緣材料其規格就包含了黏稠度、硬度、膨脹係數、固膠化時間與固化溫度等。而固態絕緣材料規格還會有滲透性、耐油性、伸長率、收縮率、耐溶劑性、耐電壓等。
四、絕緣材料的老化 :
電子產品的故障常發生在絕緣問題。在電場作用下絕緣材料會發生極化、電導、發熱、擊穿等現象，同時還要受機械、化學、環境等可變因素影響，等隨時間的增長而逐漸劣化的現象稱為老化，主要有三種老化。(1)電 老 化 : 絕緣材料在高壓下，集中於局部放電產生的老化。
(2)熱 老 化 : 是在高溫工作環境下．絕緣材料氧化、分解、變質，或與水份等產生的老化。
(3)環境老化 : 由於空氣與環境中的紫外線、鹽分、酸鹼性等產生的化學反應產生的老化。
五、防止絕緣老化的方法 :
絕緣材料一旦發生了老化，其絕緣性能不可逆，變壓器設計者一般會使用下列方法防止絕緣材料的老化。(1) 在電路板上使用三防膠或UV膠。
(2) 變壓器使用凡立水抽真空含浸。
(3) 加強電氣設計時局部放電的措施。
(4) 強化或增加絕緣保護。
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