1.電介質的電導

1.1 吸收現象

如圖1-8(a)所示，當S2處于斷開狀態(tài)，合上S1直流電壓U加在固體電介質時，通過介質中的電流將隨時間而衰減，最終達到某一穩(wěn)定值，其電流隨時間的變化曲線如圖1-8(b)所示，這種現象稱為吸收現象。

吸收現象是由電介質的極化所引起，無損極化產生電流i_c，有損極化產生電流i_a，如圖1-8(b)所示。顯然，無損極化迅速完成，所以i_c即刻衰減到零；而有損極化完成的時間較長，所以i_a較為緩慢地衰減到零，這部分電流稱為吸收電流。不隨時間變化的穩(wěn)定電流I_g稱為電介質的電導電流或泄漏電流。因此，通過電介質的電流由三部分組成，即

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

尚須指出，吸收電流是可逆的，即在圖1-8(a)的電路中，如斷開S1，除去外加電壓，并將S2閉合上，使電介質兩側的極板短路，這時會有與吸收電流變化規(guī)律相同的電流一i反向流過，如圖1-8(b)所示。

根據上述分析，可畫出電介質的三支路并聯等效電路，如圖1-9所示。圖中含有電阻R的支路代表電導電流支路，含有電容C的支路代表無圍極化引起的瞬時充電電流支路，而電阻r和電容?C串聯的支路則代表有損極化引起的吸收電流支路。

吸收現象在絕緣試驗中對判斷絕緣介質是否受潮很有用。因為當絕緣受潮時，其電導大大增加，電導電流I_g也大大增加，而吸收電流i_a的變化相對較小，且通過r很快衰減。據此，工程上通過測量加上直流電壓后t=15s和==60s時流過絕緣介質的電流I之比來反映吸收現象的強弱，此比值即為介質的吸收比 K，其表達式為

                                         (1-8)

對良好的絕緣，一般K≥1.3，當絕緣受潮或劣化時K值變小。此外，在對吸收現象較顯著的絕緣試驗中，如電纜、電容器等設備，要特別注意出吸收電流聚積起來的所謂“吸收電荷"對人身和設備安全的威脅。

1.2電介質的電導率

理想的絕緣應該是不導電的，但實際上絕對不導電的介質是不存在的。所有的絕緣材料都存在極弱的導電性，表示電導特性的物理量是電導率γ，它的倒數是電阻率ρ。電工絕緣材料的ρ一般為10⁸～10²⁰Ω·m；導體的ρ為10^-8～10^-4Ω·m；介乎二者之間的為半導體，半導體的ρ為10^-3～10⁷Ω·m。可見絕緣與導體只是相對而言，二者之間并無確切的界線。而是人為的劃分。幾種常用介質的電阻率列于表1-1。

需要指出，電介質的電導與金屬的電導有著本質的區(qū)別。氣體電介質的電導是由于游離出來的電子、正離子和負離子等在電場作用下移動而造成的；液體和固體電介質的電導是由于這些介質中所含雜質分子的化學分解或熱離解形成的帶電質點(主要是正、負離子)沿電場方向移動而造成的。因此，電介質的電導主要是離子式電導。金屬的電導是金屬導體中自由電子在電場作用下的定向流動所造成。所以，金屬的電導是電子式電導。此外，電介質的電導隨溫度的升高近似于指數規(guī)律增加，或者說其電阻率隨溫度的上升而下降，這恰恰與金屬導電的情況相反。這是因為，當溫度升高時，電介質中導電的離子數將因熱離解而增加；同時，溫度升高，分子間的相互作用力減小及離子的熱運動改變了原有受束縛的狀態(tài)，從而有利于離子的遷移，所以使電介質的電導率增加。電介質的電導率γ與溫度T之間的關系式為

                                                         (1-9)

式中：A、B為常數；T為絕對溫度。

在實際測試絕緣的電導特性時，通常用電阻來表示，稱為絕緣電阻。由于介質中的吸收現象，在外加直流電壓U作用下，介質中流過的電流i是隨時間而衰減的，因此，介質的電阻則隨時間增加，最后達到某一穩(wěn)定值。人們將電流達到穩(wěn)定的泄漏電流I_g時的電阻值作為電介質的絕緣電阻。一般情況下，加在絕緣上的直流電壓大約經過60s，泄漏電流即可達到穩(wěn)定值，因此常用R_60s的值作為穩(wěn)態(tài)絕緣電阻值R_∞。固體電介質的泄漏電流，除了通過介質本身體積的泄漏電流I_v外，還包含有沿金質表面的泄漏電流I_s，即I=I_v+I_s。因此，所測介質的絕緣電阻R實際上是體積電阻R_v和表面電阻R_s相并聯的等效電阻，即

                                     (1-10)

由于介質的表面電阻取決于表面吸附的水分和臟污，受外界條件的影響較大，因此，為消除或減小介質表面狀況對所測絕緣電阻的影響，一般應在測試之前首先對介質表面進行清潔處理，并在測量接線上采取一定的措施(將在5.2節(jié)中具體介紹)，以減小表面泄漏電流對測量的影響。

電介質的電導在工程實際中的意義：

(1)在絕緣預防性試驗巾，通過測量絕緣電阻和泄漏電流來反映絕緣的電導特性，以判斷絕緣是否受潮或存在其他劣化現象。在測試過程中應消除或減小表面電導對測量結果的影響，同時還要注意測量時的溫度。

(2)對于串聯的多層電介質的絕緣結構，在直流電壓下的穩(wěn)態(tài)電壓分布與各層介質的電導成反比。因此設計用于直流的設備絕緣時，要注意所用電介質的電導率的合理搭配，達到均衡電壓分布的效果，以便盡可能使材料得到合理使用。同時，電介質的電導隨溫度的升高而增加，這對正確使用和分析絕緣狀況有指導意義。

(3)表面電阻對絕緣電阻的影響使人們注意到如何合理地利用表面電阻。如果要減小表面泄漏電流，應設法提高表面電阻，如對表面進行清潔、干燥處理或涂敷憎水性涂料等；如果要減小某部分的電場強度，則需減小表面電阻，如在高壓套管法蘭附近涂半導體釉，高壓電機定子繞組露出槽口的部分涂半導體漆等，都是為了減小該處的電場強度，以消除電暈。