電介質的電導與性能

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

【正文】

一、電介質電導的基本概念

電介質的內部總有一些自由的帶電質點，在電場的作用下，帶電質點會定向運動形成電流，即電介質具有一定的導電性。表征電介質電導大小的物理量是絕緣的電導率P (或絕緣的電阻率)。

電介質的電導與金屬導體的電導有著本質的區別。電介質的電導主要是由離子移動造成的，電導很小，其電阻率P在10⁹～10²²Ω·cm范圍。隨著溫度的升高，電導增大，即電介質的電導具有正的溫度系數。在外施電壓的作用下，由介質的電導所引起的電流稱為泄漏電流，溫度越高，泄漏電流越大。所以在測量絕緣電阻或漏電流時應盡量在同一溫度下進行，以便于對測量結果進行比較。電介質電導的數值與電壓也有關系，通常在電介質接近擊穿時電導急劇上升。

導體的電導主要由電子移動造成，電導極大，其電阻率P在10^-6～10^-2Ω·cm范圍。隨著溫度的升高，金屬的電導減小。

二、電介質的電導

1.氣體電介質的電導

外界游離因素在氣體中會產生少量帶電離子，在外電場作用下，這些帶電離子定向運動構成氣體電介質的電導。氣體電介質中電流與電壓的關系如圖 TYB201401002-1所示。當電場強度很小時(U＜U_a)，電流隨電壓的升高而增加：當中場強度增大時（U_a＜U< U_b)，電流趨于飽和，這是因為外界游離因素產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度。此時ab 段內氣體的電導很小，氣體仍處于絕緣狀態。當電場強度繼續增大時（U> U_b），氣體電介質中將發生碰撞游離使電導迅速增大。當電壓達U_c時，氣隙被擊穿。

2.液體電介質的電導

液體電介質的電導主要由離子電導和電泳電導構成。離子電導是由液體本身和所含雜質的分子離解出的離子造成。電泳電導是由液體中的膠體質點吸附電荷帶電造成的。

中性液體電介質本身分子不易離解，其電導主要是雜質分子離解出的離子；極性液體電介質的電導由雜質分子和電介質本身分子離解出的離子共同形成。所以當其他條件相同時，極性液體電介質的電導大于中性液體電介質的電導。強極性液體電介質如水、酒精等，其電導率已很大，所以不能作為絕緣材料使用。

液體電介質的電導與分子的極性、電場強度、溫度及液體的純凈度有關。離子電導隨溫度的升高面增大。電場強度較小時，電導接近為一常數，電場強度較大時(超過某一定值)，離解出來的離子數迅速增加，電導也就迅速增加。雜質對液體電介質的電導影響很大，尤其是中性液體電介質。當液體電介質中的雜質含量增大時，其電導明顯增大。

3.固體電介質的電導

固體電介質的電導分為體積電導和表面電導兩種。

體積電導由固體介質本身的離子和雜質離子構成，影響體積電導的因素主要有電場強度、溫度和雜質。在電場強度較低時，固體介質的電導率與電場強度關系很小，場強較高時，介質電導隨場強增大而迅速增大。溫度升高，固體電介質的電導增大。固體電介質中常含有雜質，雜質使電介質內部導電粒子的數目增加，其電導增大。

表面電導主要由電介質表面吸附的水分和污物引起。固體電介質表面干燥清潔時，其表面電導很小；當電介質表面吸附潮氣或沉積有污物時，其表面電導顯著增大。表面電導的大小還與固體電介質本身的性質有關。憎水性電介質表面不易形成連續的水膜，表面電導比親水性電介質的小。采取使介質表面潔凈、烘干或涂以石蠟、有機硅、絕緣漆等措施，可以降低屯介質的表面電導。

在測量固體電介質的淮漏電流(絕緣電阻)時，應采取措施消除電介質表面狀況對測量值的影響。

三、介質電導在工程實際中的意義

(1)電介質電導是絕緣預防性試驗的紐論依據。通過測量絕緣電阻、泄漏電流可以判斷電氣設備的絕緣狀況。

(2)多層電介質在直流電壓作用下的穩態電壓分布與各層電介質的電導成反比，選擇合適的電導率可使各層電介質之間的電壓分布較合理。

(3)注意環境條件對介質電導的影響，如濕度對固體電介質表面電導的影響，對親水性材料應進行防水處理；測量電氣設備的絕緣中阻和泄漏電流時應注意濕度對測量值的影響。