体积电阻率表面电阻率测定仪的电导

1.电介质的电导

1.1 吸收现象

如图1-8(a)所示，当S2处于断开状态，合上S1直流电压U加在固体电介质时，通过介质中的电流将随时间而衰减，最终达到某一稳定值，其电流随时间的变化曲线如图1-8(b)所示，这种现象称为吸收现象。

吸收现象是由电介质的极化所引起，无损极化产生电流i_c，有损极化产生电流i_a，如图1-8(b)所示。显然，无损极化迅速完成，所以i_c即刻衰减到零；而有损极化完成的时间较长，所以i_a较为缓慢地衰减到零，这部分电流称为吸收电流。不随时间变化的稳定电流I_g称为电介质的电导电流或泄漏电流。因此，通过电介质的电流由三部分组成，即

                       i=i_c+i_a+I_g                            (1-7)

尚须指出，吸收电流是可逆的，即在图1-8(a)的电路中，如断开S1，除去外加电压，并将S2闭合上，使电介质两侧的极板短路，这时会有与吸收电流变化规律相同的电流一i反向流过，如图1-8(b)所示。

根据上述分析，可画出电介质的三支路并联等效电路，如图1-9所示。图中含有电阻R的支路代表电导电流支路，含有电容C的支路代表无围极化引起的瞬时充电电流支路，而电阻r和电容∆C串联的支路则代表有损极化引起的吸收电流支路。

吸收现象在绝缘试验中对判断绝缘介质是否受潮很有用。因为当绝缘受潮时，其电导大大增加，电导电流I_g也大大增加，而吸收电流i_a的变化相对较小，且通过r很快衰减。据此，工程上通过测量加上直流电压后t=15s和==60s时流过绝缘介质的电流I之比来反映吸收现象的强弱，此比值即为介质的吸收比 K，其表达式为

                                         (1-8)

对良好的绝缘，一般K≥1.3，当绝缘受潮或劣化时K值变小。此外，在对吸收现象较显著的绝缘试验中，如电缆、电容器等设备，要特别注意出吸收电流聚积起来的所谓“吸收电荷”对人身和设备安全的威胁。

1.2电介质的电导率

理想的绝缘应该是不导电的，但实际上绝对不导电的介质是不存在的。所有的绝缘材料都存在极弱的导电性，表示电导特性的物理量是电导率γ，它的倒数是电阻率ρ。电工绝缘材料的ρ一般为10⁸～10²⁰Ω·m；导体的ρ为10^-8～10^-4Ω·m；介乎二者之间的为半导体，半导体的ρ为10^-3～10⁷Ω·m。可见绝缘与导体只是相对而言，二者之间并无确切的界线。而是人为的划分。几种常用介质的电阻率列于表1-1。

需要指出，电介质的电导与金属的电导有着本质的区别。气体电介质的电导是由于游离出来的电子、正离子和负离子等在电场作用下移动而造成的；液体和固体电介质的电导是由于这些介质中所含杂质分子的化学分解或热离解形成的带电质点(主要是正、负离子)沿电场方向移动而造成的。因此，电介质的电导主要是离子式电导。金属的电导是金属导体中自由电子在电场作用下的定向流动所造成。所以，金属的电导是电子式电导。此外，电介质的电导随温度的升高近似于指数规律增加，或者说其电阻率随温度的上升而下降，这恰恰与金属导电的情况相反。这是因为，当温度升高时，电介质中导电的离子数将因热离解而增加；同时，温度升高，分子间的相互作用力减小及离子的热运动改变了原有受束缚的状态，从而有利于离子的迁移，所以使电介质的电导率增加。电介质的电导率γ与温度T之间的关系式为

                                                         (1-9)

式中：A、B为常数；T为绝对温度。

在实际测试绝缘的电导特性时，通常用电阻来表示，称为绝缘电阻。由于介质中的吸收现象，在外加直流电压U作用下，介质中流过的电流i是随时间而衰减的，因此，介质的电阻则随时间增加，最后达到某一稳定值。人们将电流达到稳定的泄漏电流I_g时的电阻值作为电介质的绝缘电阻。一般情况下，加在绝缘上的直流电压大约经过60s，泄漏电流即可达到稳定值，因此常用R_60s的值作为稳态绝缘电阻值R_∞。固体电介质的泄漏电流，除了通过介质本身体积的泄漏电流I_v外，还包含有沿金质表面的泄漏电流I_s，即I=I_v+I_s。因此，所测介质的绝缘电阻R实际上是体积电阻R_v和表面电阻R_s相并联的等效电阻，即

                                     (1-10)

由于介质的表面电阻取决于表面吸附的水分和脏污，受外界条件的影响较大，因此，为消除或减小介质表面状况对所测绝缘电阻的影响，一般应在测试之前首先对介质表面进行清洁处理，并在测量接线上采取一定的措施(将在5.2节中具体介绍)，以减小表面泄漏电流对测量的影响。

电介质的电导在工程实际中的意义：

(1)在绝缘预防性试验巾，通过测量绝缘电阻和泄漏电流来反映绝缘的电导特性，以判断绝缘是否受潮或存在其他劣化现象。在测试过程中应消除或减小表面电导对测量结果的影响，同时还要注意测量时的温度。

(2)对于串联的多层电介质的绝缘结构，在直流电压下的稳态电压分布与各层介质的电导成反比。因此设计用于直流的设备绝缘时，要注意所用电介质的电导率的合理搭配，达到均衡电压分布的效果，以便尽可能使材料得到合理使用。同时，电介质的电导随温度的升高而增加，这对正确使用和分析绝缘状况有指导意义。

(3)表面电阻对绝缘电阻的影响使人们注意到如何合理地利用表面电阻。如果要减小表面泄漏电流，应设法提高表面电阻，如对表面进行清洁、干燥处理或涂敷憎水性涂料等；如果要减小某部分的电场强度，则需减小表面电阻，如在高压套管法兰附近涂半导体釉，高压电机定子绕组露出槽口的部分涂半导体漆等，都是为了减小该处的电场强度，以消除电晕。