固體電介質(zhì)的體積絕緣電阻率與表面絕緣電阻率

一、電介質(zhì)電導(dǎo)的概念與電導(dǎo)率

電介質(zhì)的基本功能是將不同電位的導(dǎo)體分隔開，它應(yīng)是不導(dǎo)電的，但這種不導(dǎo)電并非絕對(duì)不導(dǎo)電，而是導(dǎo)電性非常差，在電介質(zhì)內(nèi)部或多或少存在數(shù)量很少的帶電粒子，它們?cè)陔妶?chǎng)作用下(當(dāng)加上電壓后)會(huì)不同程度地作定向移動(dòng)而形成傳導(dǎo)電流（即電導(dǎo)電流)，這就是電介質(zhì)的電導(dǎo)過程。與導(dǎo)體的導(dǎo)電過程相比，在電介質(zhì)電導(dǎo)過程中所流過的電導(dǎo)電流是非常小的。表征電導(dǎo)過程進(jìn)行強(qiáng)弱程度的物理量為電導(dǎo)率γ，或它的倒數(shù)——電阻率ρ。電介質(zhì)的電阻率一般為10¹⁰~10²⁴Ω·cm，而導(dǎo)體的電阻率僅為10^-6~10^-2Ω·cm，可見兩著差別之大。常用電介質(zhì)的電導(dǎo)率見表2-1.

二、電介質(zhì)電導(dǎo)的特性

1.離子性電導(dǎo)

電介質(zhì)的電導(dǎo)過程與導(dǎo)體的導(dǎo)電過程之間的差別不僅在于形成電導(dǎo)電流的能力（這取決于帶電粒子數(shù)量的多少)差別很大，而且電導(dǎo)的本質(zhì)也是截然不同的。電介質(zhì)中的少量帶電粒子主要是離子，所以電介質(zhì)電導(dǎo)為離子性電導(dǎo)。面金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)性質(zhì)為電子性電導(dǎo)，即形成電導(dǎo)電流的帶電粒子為金屬中的大量自由電子。

2.溫度的影響

電介質(zhì)電導(dǎo)與溫度有密切的關(guān)系。溫度越高，離子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈，就越容易改變?cè)?/span> 受束縛的狀態(tài)，因而在電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng)的離子數(shù)量和速度都要增加，即電導(dǎo)隨溫度升高而增大。電導(dǎo)增大的規(guī)律近似于指數(shù)規(guī)律。溫度為t℃時(shí)的電導(dǎo)率和電阻率分別為

式中 γ₂₀、ρ₂₀——20℃時(shí)的電導(dǎo)率和電阻率；

α——絕緣材料的溫度系數(shù)。

三、電介質(zhì)在直流電壓作用下的吸收現(xiàn)象

一固體電介質(zhì)加上直流電壓U，如圖2-7(a)所示。然后觀察開關(guān)S1合上之后流過介質(zhì)電流i的變化情況。可以觀察到電路中的電流從大到小隨時(shí)間衰減，最終穩(wěn)定于某一數(shù)值，此現(xiàn)象就稱為“吸收"現(xiàn)象。將此電流畫成曲線如圖2-7(b)所示。電流i的曲線也稱為吸收曲線。這里的“吸收"是比較形象的說法，好像有一部分電流被介質(zhì)吸收掉似的， 以致電流慢慢減小。

根據(jù)電介質(zhì)在電壓作用下發(fā)生的極化和電導(dǎo)過程，就不難解釋為什么會(huì)出現(xiàn)“吸收"現(xiàn)象了。在直流電壓作用下，電介質(zhì)的等值電路如圖2-8所示。顯然，流過介質(zhì)的電流i由三個(gè)分量組成，即

其中i_c為純電容電流，它存在時(shí)間極短，很快衰減至零；i_a為有損極化所對(duì)應(yīng)的電流，即夾層極化和偶極子式極化時(shí)的電流，它隨時(shí)間衰減，被稱為吸收電流。吸收電流衰減的快慢程度取決于介質(zhì)的材料及結(jié)構(gòu)等因素，普通不是很大設(shè)備的絕緣，一般1min都衰減至零，但大的設(shè)備(如大型變壓器、發(fā)電機(jī))可達(dá)10min； 為電介質(zhì)中少量離子定向移動(dòng)所形成的電導(dǎo)電流，它不隨時(shí)間變化，的數(shù)值非常小，一般以μA（微安）（10^-6A）為單位來計(jì)量，稱為泄漏電流（也是形象說法），泄漏電流為純阻性電流。泄漏電流所對(duì)應(yīng)的電阻稱為絕緣電阻。絕緣電阻一般都以MΩ(10^-6Ω)為單位計(jì)量。絕緣電阻的大小取決于絕緣介質(zhì)的電阻率、尺寸大小、溫度等因素。而泄漏電流的大小除了與上述因素有關(guān)之外，還與施加電壓的高低有關(guān)。將上述三個(gè)電流在每個(gè)時(shí)刻疊加起來就得到流過介質(zhì)的電流i，此電流是可以用μA(微安)表直接測(cè)量出來的。這就說明了為什么會(huì)出現(xiàn)吸收現(xiàn)象。

根據(jù)上述分析可以看到：加上直流電壓后，經(jīng)過一定時(shí)間(一般為1min)，極化過程結(jié)束，僅存在電導(dǎo)過程，流過介質(zhì)的電流i等于泄漏電流，此時(shí)對(duì)應(yīng)的電阻即為絕緣電阻，這就是工程應(yīng)用上測(cè)泄漏電流和絕緣電阻的基本原理。

四、固體電介質(zhì)的體積絕緣電阻與表面絕緣電阻

對(duì)于固體介質(zhì)，測(cè)泄漏電流(或絕緣電阻)時(shí)若不采取特別措施，就像圖2-7(a)那樣，那么測(cè)到的泄漏電流（或絕緣電阻)實(shí)際上還包括表面泄漏電流(或表面絕緣電阻)，即泄漏電流(或絕緣電阻)為流過介質(zhì)內(nèi)部的泄漏電流與流過介質(zhì)表面泄漏電流之和(或體積絕緣電阻與表面絕緣電阻的并聯(lián)值)。這樣當(dāng)介質(zhì)表面臟污或受潮時(shí)，所測(cè)到泄漏電流偏大(或絕緣電阻偏小)，就不能根據(jù)泄漏電流值(或絕緣電阻值)來判斷電介質(zhì)內(nèi)在絕緣性能的好壞，為此在測(cè)量中要采取措施清除表面泄漏所造成的影響。

了解電介質(zhì)的電導(dǎo)過程和吸收觀象，在工程實(shí)際中是有意義的。比如以此為依據(jù)，通過絕緣電阻、泄漏電流以及后面要講的吸收比，極化指數(shù)的測(cè)量來判斷絕緣性能的好壞。又比 如高壓電機(jī)定子繞組出槽口部分和高壓套管法蘭附近的表面涂半導(dǎo)體漆來減小其表面絕緣電阻，以降低這此部位表面的電場(chǎng)強(qiáng)度，消除電暈，從而提高沿面閃絡(luò)電壓。