绝缘知识

一、绝缘材料的电气性能

绝缘材料的电气性能主要表现在电场作用下材料的导电性能、介电性能及绝缘强度。它们分别以绝缘电阻率ρ(或电导γ) 、相对介电常数εr 、介质损耗角tanδ及击穿强度EB四个参数来表示。

1. 绝缘电阻率和绝缘电阻

任何电介质都不可能是绝对的绝缘体，总存在一些带电质点，主要为本征离子和杂质离子。在电场的作用下，它们可作有方向的运动，形成漏导电流，通常又称为泄漏电流。在外加电压作用下的绝缘材料的等效电路如图2-1a所示；在直流电压作用下的电流如图2-1b所示。图中，电阻支路的电流Ii即为漏导电流；流经电容和电阻串联支路的电流Ia称为吸收电流，是由缓慢极化和离子体积电荷形成的电流；电容支路的电流 IC 称为充电电流，是由几何电容等效应构成的电流。

(1) 在正常工作时（稳态），漏导电流决定了绝缘材料的导电性，因此，漏导支路的电阻越大，说明材料的绝缘性能越好。

（2）温度、湿度、杂质含量、电磁场强度的增加都会降低电介质材料的电阻率。

2. 介电常数

介电常数是表明电介质极化特征的性能参数。介电常数愈大，电介质极化能力愈强，产生的束缚电荷就愈多。束缚电荷也产生电场，且该电场总是削弱外电场的。现用电容器来说明介电常数的物理意义。设电容器极板间为真空时，其电容量为 Co，而当极板间充满某种电介质时，其电容量变为C，则C与Co的比值即该电介质的相对介电常数，即：

在填充电介质以后，由于电介质的极化，使靠近电介质表面处出现了束缚电荷，与其对应，在极板上的自由电荷也相应增加，即填充电介质之后，极板上容纳了更多的自由电荷，说明电容被增大。因此，可以看出，相对介电常数总是大于1的。绝缘材料的介电常数受电源频率、温度、湿度等因素而产生变化。频率增加，介电常数减小。温度增加，介电常数增大；但当温度超过某一限度后，由于热运动加剧，极化反而困难一些，介电常数减小。湿度增加，电介质的介电常数明显增加，因此，通过测量介电常数，能够判断电介质受潮程度。大气压力对气体材料的介电常数有明显影响，压力增大，密度就增大，相对介电增大。

3. 介质损耗

在交流电压作用下，电介质中的部分电能不可逆地转变成热能，这部分能量叫做介质损耗。单位时间内消耗的能量叫做介质损耗功率。介质损耗使介质发热，是电介质热击穿的根源。施加交流电压时，电流、电压的相量关系

总电流与电压的相位差φ，即电介质的功率因数角。功率因数角的余角δ称为介质损耗角。根据相量图，不难求出单位体积内介质损耗功率为

式中 : ω——电源角频率 , ω =2 π f;

ε——电介质介电常数 ;

E ——电介质内电场强度 ;

tans 一一介质损耗角正切。

由于P值与试验电压、试品尺寸等因素有关，难于用来对介质品质作严密的比较，所以，通常是以tanδ来衡量电介质的介质损耗性能。

总结：

①介质损耗将使介质发热，是介质热击穿的根源。

②电气设备中使用的电介质，要求它的tanδ值愈小愈好。而当绝缘受潮或劣化时，因有功电流明显增加，会使tanδ值剧烈上升。也就是说，tanδ能敏感地反映绝缘质量。因此，在要求高的场合，需进行介质损耗试验。

③ 影响绝缘材料介质损耗的因素主要有频率、温度、湿度、电场强度和辐射。影响过程比较复杂，从总的趋势上来说，随着上述因素的增强，介质损耗增加。

二、绝缘的破坏

1. 绝缘击穿

绝缘材料所具备的绝缘性能一般是指其承受的电压在一定范围内所具备的性能。当承受的电压超出了相应的范围时，就会出现击穿现象。电介质击穿是指电介质在强电场作用下遭到急剧破坏，丧失绝缘性能的现象。击穿电压是指使电介质产生击穿的最小电压。击穿强度是指使电介质产生击穿的最小电场强度（也叫耐压强度）。对于电介质通常用平均击穿强度表示：EB=UB/d (KV/cm)

UB:击穿电压 d:击穿处绝缘厚度

(1) 气体电介质的击穿

气体击穿是由碰撞电离导致的电击穿。在强电场中，带电质点(主要是电子)在电场中获得足够的动能，当它与气体分子发生碰撞时，能够使中性分子电离为正离子和电子。新形成的电子又在电场中积累能量而碰撞其他分子，使其电离，这就是碰撞电离。碰撞电离过程是一个连锁反应过程，每一个电子碰撞产生一系列新电子，因而形成电子崩。电子崩向阳极发展，最后形成一条具有高电导的通道，导致气体击穿。

(2) 液体电介质的击穿

液体电介质的击穿特性与其纯净度有关，一般认为纯净液体的击穿与气体的击穿机理相似，是由电子碰撞电离最后导致击穿。但液体的密度大，电子自由行程短，积聚能量小，因此击穿场强比气体高。

工程上液体绝缘材料不可避免地含有气体、液体和固体杂质。在强电场的作用下定向排列，运动到电场强度最高处联成小桥，小桥贯穿两电极间引起电导剧增，局部温度骤升，最后导致击穿。为了保证绝缘质量，在液体绝缘材料使用之前，必须对其进行纯化、脱水、脱气处理；在使用过程中应避免这些杂质的侵入。液体电介质击穿后，绝缘性能在一定程度上可以得到恢复。

(3) 固体电介质的击穿

固体电介质的击穿有电击穿、热击穿、电化学击穿、放电击穿等形式。绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电、电化学等多种形式同时存在，很难截然分开。一般来说，在采用tanδ值大、耐热性差的电介质的低压电气设备，在工作温度高、散热条件差时，热击穿较为多见。而在高压电气设备中，放电击穿的概率就大些。脉冲电压下的击穿一般属于电击穿。当电压作用时间达数十小时乃至数年时，大多数属于电化学击穿。

2. 绝缘老化

电气设备在运行过程中,其绝缘材料由于受热、电、光、氧、机械力(包括超声波) 、辐射线、微生物等因素的长期作用，产生一系列不可逆的物理变化和化学变化，导致绝缘材料的电气性能和机械性能的劣化。绝缘老化过程十分复杂。主要是热老化和电老化。

(1) 热老化。一般在低压电气设备中，促使绝缘材料老化的主要因素是热。其热源可能是内部的也可能是外部的。每种绝缘材料都有其极限耐热温度，当超过这一极限温度时，其老化将加剧，电气设备的寿命就缩短。

(2) 电老化。它主要是由局部放电引起的。在高压电气设备中，促使绝缘材料老化的主要原因是局部放电。局部放电时产生的臭氧、氮氧化物、高速粒子都会降低绝缘材料的性能，局部放电还会使材料局部发热，促使材料性能恶化。

3. 绝缘损坏

绝缘损坏是指由于不正确选用绝缘材料，不正确地进行电气设备及线路的安装，不合理地使用电气设备等，导致绝缘材料受到外界腐蚀性液体、气体、蒸气、潮气、粉尘的污染和侵蚀，或受到外界热源、机械因素的作用，在较短或很短的时间内失去其电气性能或机械性能的现象。

对策：

（1）避开有腐蚀性物质和外界高温的场所；

（2）正确使用和安装电气设备和线路，保持过流、过热保护装置的完好；（3）严禁乱拉乱扯，防止机械性损伤绝缘物；

（4）应采取防止小动物损伤绝缘的措施。

三、绝缘检测和绝缘试验