固體電介質的體積絕緣電阻率與表面絕緣電阻率

一、電介質電導的概念與電導率

電介質的基本功能是將不同電位的導體分隔開，它應是不導電的，但這種不導電并非絕對不導電，而是導電性非常差，在電介質內部或多或少存在數量很少的帶電粒子，它們在電場作用下(當加上電壓后)會不同程度地作定向移動而形成傳導電流（即電導電流)，這就是電介質的電導過程。與導體的導電過程相比，在電介質電導過程中所流過的電導電流是非常小的。表征電導過程進行強弱程度的物理量為電導率γ，或它的倒數——電阻率ρ。電介質的電阻率一般為10¹⁰~10²⁴Ω·cm，而導體的電阻率僅為10^-6~10^-2Ω·cm，可見兩著差別之大。常用電介質的電導率見表2-1.

二、電介質電導的特性

1.離子性電導

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

2.溫度的影響

電介質電導與溫度有密切的關系。溫度越高，離子的熱運動越劇烈，就越容易改變原有 受束縛的狀態，因而在電場作用下作定向移動的離子數量和速度都要增加，即電導隨溫度升高而增大。電導增大的規律近似于指數規律。溫度為t℃時的電導率和電阻率分別為

式中 γ₂₀、ρ₂₀——20℃時的電導率和電阻率；

α——絕緣材料的溫度系數。

三、電介質在直流電壓作用下的吸收現象

一固體電介質加上直流電壓U，如圖2-7(a)所示。然后觀察開關S1合上之后流過介質電流i的變化情況。可以觀察到電路中的電流從大到小隨時間衰減，最終穩定于某一數值，此現象就稱為“吸收"現象。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吸收掉似的， 以致電流慢慢減小。

根據電介質在電壓作用下發生的極化和電導過程，就不難解釋為什么會出現“吸收"現象了。在直流電壓作用下，電介質的等值電路如圖2-8所示。顯然，流過介質的電流i由三個分量組成，即

其中i_c為純電容電流，它存在時間極短，很快衰減至零；i_a為有損極化所對應的電流，即夾層極化和偶極子式極化時的電流，它隨時間衰減，被稱為吸收電流。吸收電流衰減的快慢程度取決于介質的材料及結構等因素，普通不是很大設備的絕緣，一般1min都衰減至零，但大的設備(如大型變壓器、發電機)可達10min； 為電介質中少量離子定向移動所形成的電導電流，它不隨時間變化，的數值非常小，一般以μA（微安）（10^-6A）為單位來計量，稱為泄漏電流（也是形象說法），泄漏電流為純阻性電流。泄漏電流所對應的電阻稱為絕緣電阻。絕緣電阻一般都以MΩ(10^-6Ω)為單位計量。絕緣電阻的大小取決于絕緣介質的電阻率、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之外，還與施加電壓的高低有關。將上述三個電流在每個時刻疊加起來就得到流過介質的電流i，此電流是可以用μA(微安)表直接測量出來的。這就說明了為什么會出現吸收現象。

根據上述分析可以看到：加上直流電壓后，經過一定時間(一般為1min)，極化過程結束，僅存在電導過程，流過介質的電流i等于泄漏電流，此時對應的電阻即為絕緣電阻，這就是工程應用上測泄漏電流和絕緣電阻的基本原理。

四、固體電介質的體積絕緣電阻與表面絕緣電阻

對于固體介質，測泄漏電流(或絕緣電阻)時若不采取特別措施，就像圖2-7(a)那樣，那么測到的泄漏電流（或絕緣電阻)實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)為流過介質內部的泄漏電流與流過介質表面泄漏電流之和(或體積絕緣電阻與表面絕緣電阻的并聯值)。這樣當介質表面臟污或受潮時，所測到泄漏電流偏大(或絕緣電阻偏小)，就不能根據泄漏電流值(或絕緣電阻值)來判斷電介質內在絕緣性能的好壞，為此在測量中要采取措施清除表面泄漏所造成的影響。

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