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技術(shù)文章

電纜絕緣性能的探討
DQZHAN技術(shù)訊：電纜絕緣性能的探討
所謂絕緣就是使用不導(dǎo)電的物質(zhì)將帶電體隔離或包裹起來，以對觸電起保護作用的一種**措施。良好的絕緣對于保證電氣設(shè)備與線路的**運行，防止人身觸電事故的發(fā)生是*基本的和*可靠的手段。
絕緣通?？煞譃闅怏w絕緣、液體絕緣和固體絕緣三類。在實際應(yīng)用中，固體絕緣仍是*為廣泛使用，且*為可靠的一種絕緣物質(zhì)。
有強電作用下，絕緣物質(zhì)可能被擊穿而喪失其絕緣性能。在上述三種絕緣物質(zhì)中，氣體絕緣物質(zhì)被擊穿后，一旦去掉外界因素(強電場)后即可自行恢復(fù)其固有的電氣絕緣性能;而固體絕緣物質(zhì)被擊穿以后，則不可逆地完全喪失了其電氣絕緣性能。因此，電氣線路與設(shè)備的絕緣選擇必須與電壓等級相配合，而且須與使用環(huán)境及運行條件相適應(yīng)，以保證絕緣的**作用。
此外，由于腐蝕性氣體、蒸氣、潮氣、導(dǎo)電性粉塵以及機械操作等原因，均可能使絕緣物質(zhì)的絕緣性能降低甚至破壞。而且，日光、風(fēng)雨等環(huán)境因素的長期作用，也可以使絕緣物質(zhì)老化而逐漸失去其絕緣性能。
概括來說，影響絕緣材料性能的主要指標有：
1、絕緣電阻、電阻率：電阻是電導(dǎo)的倒數(shù)，電阻率是單位體積內(nèi)的電阻。材料導(dǎo)電越小，其電阻越大，兩者成倒數(shù)關(guān)系，對絕緣材料來說，總是希望電阻率盡可能高。
2、相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切：絕緣材料用途有二：電網(wǎng)絡(luò)各部件的相互絕緣和電容器的介質(zhì)(儲能)。前者要求相對介電常數(shù)小，后者要求相對介電常數(shù)大，而兩者都要求介質(zhì)損耗角正切小，尤其是在高頻與高壓下應(yīng)用的絕緣材料，為使介質(zhì)損耗小，都要求采用介質(zhì)損耗角正切小的絕緣材料。
3、擊穿電壓、電氣強度：在某一個強電場下絕緣材料發(fā)生破壞，失去絕緣性能變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，稱為擊穿。擊穿時的電壓稱為擊穿電壓(介電強度)。電氣強度是在規(guī)定條件下發(fā)生擊穿時電壓與承受外施電壓的兩電極間距離之商，也就是單位厚度所承受的擊穿電壓。對于絕緣材料而言，一般其擊穿電壓、電氣強度的值越高越好。
4、拉伸強度：是在拉伸試驗中，試樣承受的*大拉伸應(yīng)力。它是絕緣材料力學(xué)性能試驗應(yīng)用*廣、*有代表性的試驗。
5、耐燃燒性：指絕緣材料接觸火焰時抵制燃燒或離開火焰時阻止繼續(xù)燃燒的能力。隨著絕緣材料應(yīng)用日益擴大，對其耐燃燒性要求更顯重要，人們通過各種手段，改善和提高絕緣材料的耐燃燒性。耐燃燒性越高，其**性越好。
6、耐電弧：在規(guī)定的試驗條件下,絕緣材料耐受沿其表面的電弧作用的能力。試驗時采用交流高壓小電流，借高壓在兩電極間產(chǎn)生的電弧作用，使絕緣材料表面形成導(dǎo)電層所需的時間來判斷絕緣材料的耐電弧性。時間值越大，其耐電弧性越好。
7、密封度：對油質(zhì)、水質(zhì)的密封隔離比較好。
而影響電介質(zhì)的四大基本常數(shù)是：
介電常數(shù)：是指以電極化的方式傳遞、存儲或記錄電的作用。
電導(dǎo)：是指電介質(zhì)在電場作用下存在的泄漏電流。
介電損耗：是電介質(zhì)在電場作用下存在電能的損耗。
介電強度：是指在強電場下可能導(dǎo)致電介質(zhì)的破壞。
好的電介質(zhì)要求較容易極化，具有較高的介電常數(shù)和介電強度，較低的電導(dǎo)和介電損耗。當電場強度超過某一臨界值時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱介電強度的破壞，或叫介質(zhì)的擊穿。介質(zhì)擊穿時，相應(yīng)的臨界電場強度稱為介電強度，或稱為擊穿電場強度。故介電強度是一種材料作為絕緣體時的耐電強度的量度。它定義為試樣被擊穿時，單位厚度承受的*大電壓，表示為伏特每單位厚度;物質(zhì)的介電強度越大， 它作為絕緣體的質(zhì)量越好。下表列出了電纜常用絕緣材料的介電強度參考值，其中橡膠類是以原膠作為參考材料。

氣體絕緣材料具有高的電離場強和擊穿場強，擊穿后能迅速恢復(fù)絕緣性能，化學(xué)穩(wěn)定性好，不燃、不爆、不老化，無腐蝕性，不易為放電所分解，而且比熱容大，導(dǎo)熱性、流動性均好?？諝馐怯玫?廣泛的氣體絕緣材料。例如，交、直流輸電線路的架空導(dǎo)線間，架空導(dǎo)線對地間均由空氣絕緣。高壓標準電容器也采用氣體絕緣介質(zhì)，早期采用高氣壓的氮或二氧化碳，現(xiàn)多用六氟化硫(SF6)。SF6還用于制造高壓斷路器、金屬封閉式組合電器、氣體絕緣的輸電管道電纜和氣體絕緣變壓器等。
我們討論的絕緣材料中含有氣泡時，氣泡的相對介電常數(shù)ε很小，因此加上電壓后氣泡上的電場較高。而氣泡本身的抗電強度比固體介質(zhì)要低的多(一般空氣的Eb≈33kv/cm)，所以首先氣泡擊穿，引起其他放電(電離)，產(chǎn)生大量的熱，容易引起整個介質(zhì)擊穿;由于在產(chǎn)生熱量的同時，形成相當高的內(nèi)應(yīng)力，材料也易喪失機械強度而被破壞。
空氣的相對介電常數(shù)接近1，而所有的固體絕緣材料都大于1。在一個電場中的強度是按各種絕緣材料的介電常數(shù)來分配的，與介電常數(shù)成反比。所以我們希望各種絕緣材料的介電常數(shù)都等于空氣的介電常數(shù)1，這是*理想不過的。當然這是不可能的。所以只有去選擇介電常數(shù)盡量低的材料(當然還要考慮其他的因素--比如耐溫、絕緣性能、絕緣電阻和成本等綜合因素來選擇)。但如果兩種材料的介電常數(shù)相差很大，他們之間的場強極不均勻，會造成介電常數(shù)低的材料(比如空氣)場強反而很大，先被擊穿的**后果。故相對介電常數(shù)與介質(zhì)的電性能沒有直接和必然的關(guān)系。

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