电气绝缘及基本试验

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1、电气绝缘及基本绝缘试验1、电介质的基本知识1.1、综述电介质即绝缘材料，是电气设备、装置中用来隔离存在不同电位的导体的物质，通过在各类导体（包括大地）间的绝缘割断功用控制电流的方向。由于电介质的绝缘性能，使得其在电气设备、装置得制造中得到广泛应用，如制作各类绝缘支撑、改善电位梯度、保护导体、冷却导体等。电介质长期受到电场、热能、机械应力等的破坏，在电场的作用下，电介质将会发生极化、电导、损耗和击穿等现象，这些现象的相关物理参数可以用相对介电系数、电导率（或电阻率）、介质损耗因数、击穿电压来表征。1.2

2、、电介质的极化1.2.1、电介质极化的基本概念根据电介质的分子结构的不同，电介质被人为的分为极性电介质和非极性电介质两大类。非极性电介质分子的正、付电荷作用中心重合，对单个分子来说对外呈中性。极性电介质分子的正、付电荷的作用中心间存在一定距离，于是单个分子对外呈电性。由于分子热运动的存在，电介质内的极性分子呈不规则排列，其所带正、付电性相互抵消，因此即使是极性电介质，对电介质整体而言，对外也呈中性。极性电介质和非极性电介质，在电场中所呈现出的性质不同。非极性电介质在电场中，其分子内互相起束缚作用的正、

3、付电荷受电场力的作用，沿电场力的方向发生微小的弹性位移。而极性电介质的分子原先就带不同极性的电荷，在电场力的作用下，这些带电荷的分子就会沿电场力的方向做规则性运动，于是，原先对外呈中性的极性电介质对外呈现出电性。这种电介质在外电场作用下发生的束缚电荷的弹性位移和极性电介质分子发生的规则性转向运动，就是通常所说的电介质的极化现象。1.2.2、电介质极化的基本形式简介电介质极化的种类较多，但基本形式只有四种，即电子式极化，离子式极化，偶极式极化，夹层式极化。电子式极化。由于电介质原子内的电子的位移所形成的

4、极化即电子式极化。因为电子的质量极小，所以极化时间极短，决定了这种极化不受外电场频率的影响。电子式极化在外电场消失后将会由于正、付电荷的相互吸引而能够迅速自动回复到原先的中性状态，所以这种极化方式只引起纯电容电流，没有能量的损耗，属于弹性极化。在温度升高时，电子式极化由于电子与原子核的结合力减弱，极化性能有微弱的加强；但温度升高的同时，电介质的膨胀又使得电介质单位体积的质量有所减少，比较之下，后者的影响稍微强一些，所以总体看来温度升高后电介质电子式极化性能略有下降。离子式极化。固体云母、玻璃、陶瓷等具

5、有离子式结构的电介质，在电场作用下，正、付离子的相互作用中心不再重合，电介质整体对外显示出电性，这种异性离子间的相对位移即离子式极化。离子式极化也是一种弹性极化，没有能量损耗，极化过程也极短，不随外施电压的频率而改变。离子式极化受温度影响很大，随着温度的升高，极化性能越强，尽管离子密度随温度的升高减小致使极化降低，但总体看，离子式极化还是具有正温度系数。偶极式极化。松香、橡胶、胶木等由偶极分子组成的电介质，在外电场作用下，偶极分子发生转向或顺电场方向做规则运动，对外显示出电性，即是偶极极化。偶极极化因

6、为分子的转向需要消耗能量来克服分子间吸引力和摩擦力，所以极化时间较长，因此受外电场的频率影响大，当外电场频率很快时，偶极分子的转向很难及时跟随，最终极化将减弱。温度对偶极极化的影响也很大，温度升高时，分子间吸引力减弱，极化加强，但同时由于分子热运动加剧，分子的规则性转向受阻，使极化减弱，相比之下，前者优势明显，所以温度升高时，偶极分子组成的电介质的介电系数增大，只是随温度的不断升高其介电系数的增长比率将逐渐降低。偶极式极化属于非弹性极化。夹层式极化。由多种电介质组成的复合电介质，如大部分高电压设备的绝

7、缘介质，在外电场的作用下，两种不同的电介质的分界面上将发生电荷的移动和累计，即夹层极化现象。夹层极化过程非常缓慢，而且整个过程相当于通过电阻对电容进行充放电，所以夹层极化过程需要消耗能量。空间电荷的极化。即电介质内的自由离子在电场作用下，改变其分布状况，在电极附近形成空间电荷的现象，这种极化过程缓慢。电介质的极化现象在电气设备的制造等实践中应用非常广泛，如可以通过选用介电系数大的电介质可以增大电容的电容量；电缆等的多层绝缘就是利用夹层极化的绝缘吸收性能；通过测试介质在松弛极化过程中的损耗检验电介质的绝

8、缘性能。1.3、电介质的电导电介质并不是完全绝缘的，其中总是要存在一些联系较弱的带电质子，主要是正、付离子，这些质子在电场作用下所做的有规则运动，即电介质的电导。电导率γ即表征电介质电导大小的物理量，其倒数是电阻率ρ。电介质的电导率一般为1010～1022Ω·cm,半导体的电导率一般为10-2～109Ω·cm,导体的电导率一般为10-6～10-2Ω·cm。电介质的电导属于离子性的，所以温度的升高，将使电介质的电导电流按一定规律增大，也就是说，电介质的电阻