电介质的电导

（一）电介质电导的概念与电导率

电介质的基本功能是将不同电位的导体分隔开，它应是不导电的，但这种不导电并非绝对不导电，而是导电性非常差。在电介质内部存在数量很少的带电粒子，它们在电场作用下（当加上电压后）会不同程度地作定向移动而形成传导电流，这一过程叫作电介质的电导过程。那么电介质（或导体）在电导过程中的导电能力的大小就叫电导，常用G表示（G的倒数就是电阻R ）， G的单位是西门子（S）。表征物质电导能力的物理量为电导率γ （ γ的倒数就是电阻率ρ ），γ的单位是西门子每米（S·m-1）。与导体的导电过程相比，在电介质电导过程中所流过的电导电流是非常小的，所以电介质的电导很小。电介质电导率一般为10-22　～10-8　S·m-1，而导体的电导率为104～108 S · m-1，可见两者差别之大。常用电介质的电导率如表1.1所示。

（二）电介质电导的特性

1.离子性电导

电介质的电导过程与导体的电导过程之间的差别不仅在于形成电流的能力（这取决于带电粒子数量的多少）差别很大，而且其本质也是截然不同的。电介质中的少量带电粒子主要是离子，所以电介质电导为离子性电导；而金属导体的电导性质为电子性电导，即形成电导电流的带电粒子为金属的大量自由电子。

2.温度的影响

电介质电导与温度有密切的关系。温度越高，离子的热运动越剧烈，就越容易改变原有受束缚的状态，因而在电场作用下作定向移动的离子数量和速度都要增加，即电导随温度升高而增大。电导增大的规律近似按指数规律。温度为t℃时的电导率和电阻率分别为

（1-6）

（1-7）

式中　γ20，ρ20—20℃时的电导率和电阻率；

　　　α——绝缘材料的温度系数。

（三）电介质在直流电压作用下的吸收现象

一固体电介质加上直流电压U，如图1.7 （ a）所示，然后观察开关S1合上之后流过介质的电流i的变化情况。可以观察到电路中的电流从大到小随时间衰减，最终稳定于某一数值，此现象就称为“吸收”现象。将此电流画成曲线，如图1.7 （b）所示。电流i的曲线也称为吸收曲线。这里的“吸收”是比较形象的说法，好像有一部分电流被介质吸收掉似的，以至于电流慢慢减小。根据电介质在电压作用下发生的极化和电导过程，就不难解释为什么会出现“吸收”现象了。在直流电压作用下，电介质的等值电路如图1.8所示。显然，流过介质的电流i由三个分量组成，即

（1-8）

图1.7　直流电压下流过电介质的电流

图1.8　直流电压下电介质等值电路

其中，iC为纯电容电流，它存在时间极短，很快衰减至零；iA为有损极化所对应的电流，即夹层极化和偶极子式极化时的电流，它随时间衰减，被称为吸收电流。吸收电流衰减的快慢程度取决于介质的材料及结构等因素，普通设备吸收电流一般1 min即衰减至零，但大的设备（如大型变压器、发电机）可达10 min ； iG为电介质中少量离子定向移动所形成的电导电流，它不随时间变化，iG的数值非常小，一般以μA（微安）为单位来计量，称为泄漏电流（也是形象说法），泄漏电流为纯阻性电流。

泄漏电流所对应的电阻R=U/iG称为绝缘电阻。绝缘电阻一般都以MΩ（即106Ω）为单位计量。绝缘电阻的大小取决于绝缘介质的电阻率、尺寸大小、温度等因素。而泄漏电流的大小除了与上述因素有关之外，还与施加电压的高低有关。将上述三个电流iC、 iA、 iG在每个时刻叠加起来就得到流过介质的电流i，如图1.7 （b）所示，此电流是可以用微安（μA ）表直接测量出来的。这就说明了为什么会出现吸收现象。根据上述分析可以看到：加上直流电压后，经过一定时间（一般为1 min），极化过程结束，仅存在电导过程，流过介质的电流i等于泄漏电流，此时对应的电阻即为绝缘电阻，这就是工程应用上测量泄漏电流和绝缘电阻的基本原理。

（四）固体电介质的体积绝缘电阻与表面绝缘电阻

对于固体电介质，测量泄漏电流（或绝缘电阻）时若不采取特别措施，就像图1.7 （a ）那样，那么测到的泄漏电流（或绝缘电阻）实际上还包括表面泄漏电流（或表面绝缘电阻），即测得电流（或绝缘电阻）为流过介质内部的泄漏电流与流过介质表面泄漏电流之和（或体积绝缘电阻与表面绝缘电阻的并联值）。这样当介质表面脏污或受潮时，所测到泄漏电流偏大（或绝缘电阻偏小），就不能根据泄漏电流值（或绝缘电阻值）来判断电介质内在绝缘性能的好坏，为此在测量中要采取措施消除表面泄漏所造成的影响。

了解电介质的电导过程和吸收现象，在工程实际中是有意义的。比如以此为依据，通过绝缘电阻、泄漏电流以及后面要讲的吸收比、极化指数的测量来判断绝缘性能的好坏。又比如高压电机定子绕组出槽口部分和高压套管法兰附近的表面涂半导体漆来减小其表面绝缘电阻，以降低这些部位表面的电场强度，消除电晕，从而提高沿面闪络电压。