電介質(zhì)的電導(dǎo)與性能

【模塊描述】本模塊介紹電介質(zhì)電導(dǎo)的基本概念、特點(diǎn)及氣體、液體和固體電介質(zhì)的電導(dǎo)。通過定義講解、理論分析，了解電介質(zhì)電導(dǎo)的知識(shí)及其在工程上的意義。

【正文】

一、電介質(zhì)電導(dǎo)的基本概念

電介質(zhì)的內(nèi)部總有一些自由的帶電質(zhì)點(diǎn)，在電場(chǎng)的作用下，帶電質(zhì)點(diǎn)會(huì)定向運(yùn)動(dòng)形成電流，即電介質(zhì)具有一定的導(dǎo)電性。表征電介質(zhì)電導(dǎo)大小的物理量是絕緣的電導(dǎo)率P (或絕緣的電阻率)。

電介質(zhì)的電導(dǎo)與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)有著本質(zhì)的區(qū)別。電介質(zhì)的電導(dǎo)主要是由離子移動(dòng)造成的，電導(dǎo)很小，其電阻率P在10⁹～10²²Ω·cm范圍。隨著溫度的升高，電導(dǎo)增大，即電介質(zhì)的電導(dǎo)具有正的溫度系數(shù)。在外施電壓的作用下，由介質(zhì)的電導(dǎo)所引起的電流稱為泄漏電流，溫度越高，泄漏電流越大。所以在測(cè)量絕緣電阻或漏電流時(shí)應(yīng)盡量在同一溫度下進(jìn)行，以便于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。電介質(zhì)電導(dǎo)的數(shù)值與電壓也有關(guān)系，通常在電介質(zhì)接近擊穿時(shí)電導(dǎo)急劇上升。

導(dǎo)體的電導(dǎo)主要由電子移動(dòng)造成，電導(dǎo)極大，其電阻率P在10^-6～10^-2Ω·cm范圍。隨著溫度的升高，金屬的電導(dǎo)減小。

二、電介質(zhì)的電導(dǎo)

1.氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)

外界游離因素在氣體中會(huì)產(chǎn)生少量帶電離子，在外電場(chǎng)作用下，這些帶電離子定向運(yùn)動(dòng)構(gòu)成氣體電介質(zhì)的電導(dǎo)。氣體電介質(zhì)中電流與電壓的關(guān)系如圖 TYB201401002-1所示。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度很小時(shí)(U＜U_a)，電流隨電壓的升高而增加：當(dāng)中場(chǎng)強(qiáng)度增大時(shí)（U_a＜U< U_b)，電流趨于飽和，這是因?yàn)橥饨缬坞x因素產(chǎn)生的離子接近全部落入電極形成電流，電流的大小取決于外界游離因素的強(qiáng)度。此時(shí)ab 段內(nèi)氣體的電導(dǎo)很小，氣體仍處于絕緣狀態(tài)。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度繼續(xù)增大時(shí)（U> U_b），氣體電介質(zhì)中將發(fā)生碰撞游離使電導(dǎo)迅速增大。當(dāng)電壓達(dá)U_c時(shí)，氣隙被擊穿。

2.液體電介質(zhì)的電導(dǎo)

液體電介質(zhì)的電導(dǎo)主要由離子電導(dǎo)和電泳電導(dǎo)構(gòu)成。離子電導(dǎo)是由液體本身和所含雜質(zhì)的分子離解出的離子造成。電泳電導(dǎo)是由液體中的膠體質(zhì)點(diǎn)吸附電荷帶電造成的。

中性液體電介質(zhì)本身分子不易離解，其電導(dǎo)主要是雜質(zhì)分子離解出的離子；極性液體電介質(zhì)的電導(dǎo)由雜質(zhì)分子和電介質(zhì)本身分子離解出的離子共同形成。所以當(dāng)其他條件相同時(shí)，極性液體電介質(zhì)的電導(dǎo)大于中性液體電介質(zhì)的電導(dǎo)。強(qiáng)極性液體電介質(zhì)如水、酒精等，其電導(dǎo)率已很大，所以不能作為絕緣材料使用。

液體電介質(zhì)的電導(dǎo)與分子的極性、電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度及液體的純凈度有關(guān)。離子電導(dǎo)隨溫度的升高面增大。電場(chǎng)強(qiáng)度較小時(shí)，電導(dǎo)接近為一常數(shù)，電場(chǎng)強(qiáng)度較大時(shí)(超過某一定值)，離解出來的離子數(shù)迅速增加，電導(dǎo)也就迅速增加。雜質(zhì)對(duì)液體電介質(zhì)的電導(dǎo)影響很大，尤其是中性液體電介質(zhì)。當(dāng)液體電介質(zhì)中的雜質(zhì)含量增大時(shí)，其電導(dǎo)明顯增大。

3.固體電介質(zhì)的電導(dǎo)

固體電介質(zhì)的電導(dǎo)分為體積電導(dǎo)和表面電導(dǎo)兩種。

體積電導(dǎo)由固體介質(zhì)本身的離子和雜質(zhì)離子構(gòu)成，影響體積電導(dǎo)的因素主要有電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度和雜質(zhì)。在電場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，固體介質(zhì)的電導(dǎo)率與電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系很小，場(chǎng)強(qiáng)較高時(shí)，介質(zhì)電導(dǎo)隨場(chǎng)強(qiáng)增大而迅速增大。溫度升高，固體電介質(zhì)的電導(dǎo)增大。固體電介質(zhì)中常含有雜質(zhì)，雜質(zhì)使電介質(zhì)內(nèi)部導(dǎo)電粒子的數(shù)目增加，其電導(dǎo)增大。

表面電導(dǎo)主要由電介質(zhì)表面吸附的水分和污物引起。固體電介質(zhì)表面干燥清潔時(shí)，其表面電導(dǎo)很小；當(dāng)電介質(zhì)表面吸附潮氣或沉積有污物時(shí)，其表面電導(dǎo)顯著增大。表面電導(dǎo)的大小還與固體電介質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)。憎水性電介質(zhì)表面不易形成連續(xù)的水膜，表面電導(dǎo)比親水性電介質(zhì)的小。采取使介質(zhì)表面潔凈、烘干或涂以石蠟、有機(jī)硅、絕緣漆等措施，可以降低屯介質(zhì)的表面電導(dǎo)。

在測(cè)量固體電介質(zhì)的淮漏電流(絕緣電阻)時(shí)，應(yīng)采取措施消除電介質(zhì)表面狀況對(duì)測(cè)量值的影響。

三、介質(zhì)電導(dǎo)在工程實(shí)際中的意義

(1)電介質(zhì)電導(dǎo)是絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的紐論依據(jù)。通過測(cè)量絕緣電阻、泄漏電流可以判斷電氣設(shè)備的絕緣狀況。

(2)多層電介質(zhì)在直流電壓作用下的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層電介質(zhì)的電導(dǎo)成反比，選擇合適的電導(dǎo)率可使各層電介質(zhì)之間的電壓分布較合理。

(3)注意環(huán)境條件對(duì)介質(zhì)電導(dǎo)的影響，如濕度對(duì)固體電介質(zhì)表面電導(dǎo)的影響，對(duì)親水性材料應(yīng)進(jìn)行防水處理；測(cè)量電氣設(shè)備的絕緣中阻和泄漏電流時(shí)應(yīng)注意濕度對(duì)測(cè)量值的影響。