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电缆绝缘性能的探讨
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伟德国际娱乐场:电缆绝缘性能的探讨
加入时间:2017/9/21 10:05:35

  所谓绝缘就是使用不导电的物质将带电体隔离或包裹起来,以对触电起保护作用的一种安全措施。良好的绝缘对于保证电气设备与线路的安全运行,防止人身触电事故的发生是最基本的和最可靠的手段。

绝缘通常可分为气体绝缘、液体绝缘和固体绝缘三类。在实际应用中,固体绝缘仍是最为广泛使用,且最为可靠的一种绝缘物质。

有强电作用下,绝缘物质可能被击穿而丧失其绝缘性能。在上述三种绝缘物质中,气体绝缘物质被击穿后,一旦去掉外界因素(强电场)后即可自行恢复其固有的电气绝缘性能;而固体绝缘物质被击穿以后,则不可逆地完全丧失了其电气绝缘性能。因此,电气线路与设备的绝缘选择必须与电压等级相配合,而且须与使用环境及运行条件相适应,以保证绝缘的安全作用。

此外,由于腐蚀性气体、蒸气、潮气、导电性粉尘以及机械操作等原因,均可能使绝缘物质的绝缘性能降低甚至破坏。而且,日光、风雨等环境因素的长期作用,也可以使绝缘物质老化而逐渐失去其绝缘性能。

概括来说,影响绝缘材料性能的主要指标有:

1、绝缘电阻、电阻率:电阻是电导的倒数,电阻率是单位体积内的电阻。材料导电越小,其电阻越大,两者成倒数关系,对绝缘材料来说,总是希望电阻率尽可能高。

2、相对介电常数和介质损耗角正切:绝缘材料用途有二:电网络各部件的相互绝缘和电容器的介质(储能)。前者要求相对介电常数小,后者要求相对介电常数大,而两者都要求介质损耗角正切小,尤其是在高频与高压下应用的绝缘材料,为使介质损耗小,都要求采用介质损耗角正切小的绝缘材料。

3、击穿电压、电气强度:在某一个强电场下绝缘材料发生破坏,失去绝缘性能变为导电状态,称为击穿。击穿时的电压称为击穿电压(介电强度)。电气强度是在规定条件下发生击穿时电压与承受外施电压的两电极间距离之商,也就是单位厚度所承受的击穿电压。对于绝缘材料而言,一般其击穿电压、电气强度的值越高越好。

4、拉伸强度:是在拉伸试验中,试样承受的最大拉伸应力。它是绝缘材料力学性能试验应用最广、最有代表性的试验。

5、耐燃烧性:指绝缘材料接触火焰时抵制燃烧或离开火焰时阻止继续燃烧的能力。随着绝缘材料应用日益扩大,对其耐燃烧性要求更显重要,人们通过各种手段,改善和提高绝缘材料的耐燃烧性。耐燃烧性越高,其安全性越好。

6、耐电弧:在规定的试验条件下,绝缘材料耐受沿其表面的电弧作用的能力。试验时采用交流高压小电流,借高压在两电极间产生的电弧作用,使绝缘材料表面形成导电层所需的时间来判断绝缘材料的耐电弧性。时间值越大,其耐电弧性越好。

7、密封度:对油质、水质的密封隔离比较好。

而影响电介质的四大基本常数是:

介电常数:是指以电极化的方式传递、存储或记录电的作用。

电导:是指电介质在电场作用下存在的泄漏电流。
介电损耗:是电介质在电场作用下存在电能的损耗。
介电强度:是指在强电场下可能导致电介质的破坏。
好的电介质要求较容易极化,具有较高的介电常数和介电强度,较低的电导和介电损耗。当电场强度超过某一临界值时,介质由介电状态变为导电状态,这种现象称介电强度的破坏,或叫介质的击穿。介质击穿时,相应的临界电场强度称为介电强度,或称为击穿电场强度。故介电强度是一种材料作为绝缘体时的耐电强度的量度。它定义为试样被击穿时,单位厚度承受的最大电压, 表示为伏特每单位厚度;物质的介电强度越大, 它作为绝缘体的质量越好。下表列出了电缆常用绝缘材料的介电强度参考值,其中橡胶类是以原胶作为参考材料。
电缆常用绝缘材料的介电强度(仅供参考)
材料 介电强度(kV/cm) 材料 介电强度(kV/cm)
空气 33 XLPE 250
云母带 180 低烟无卤 200
聚酯带 1300 EPDM 300
PVC 200 CPE 220
PE 250 硅橡胶 300

气体绝缘材料具有高的电离场强和击穿场强,击穿后能迅速恢复绝缘性能,化学稳定性好,不燃、不爆、不老化,无腐蚀性,不易为放电所分解,而且比热容大,导热性、流动性均好。空气是用得最广泛的气体绝缘材料。例如,交、直流输电线路的架空导线间,架空导线对地间均由空气绝缘。高压标准电容器也采用气体绝缘介质,早期采用高气压的氮或二氧化碳,现多用六氟化硫(SF6)。SF6还用于制造高压断路器、金属封闭式组合电器、气体绝缘的输电管道电缆和气体绝缘变压器等。
我们讨论的绝缘材料中含有气泡时,气泡的相对介电常数ε很小,因此加上电压后气泡上的电场较高。而气泡本身的抗电强度比固体介质要低的多(一般空气的Eb≈33kv/cm),所以首先气泡击穿,引起其他放电(电离),产生大量的热,容易引起整个介质击穿;由于在产生热量的同时,形成相当高的内应力,材料也易丧失机械强度而被破坏。
     空气的相对介电常数接近1,而所有的固体绝缘材料都大于1。在一个电场中的强度是按各种绝缘材料的介电常数来分配的,与介电常数成反比。所以我们希望各种绝缘材料的介电常数都等于空气的介电常数1,这是最理想不过的。当然这是不可能的。所以只有去选择介电常数尽量低的材料(当然还要考虑其他的因素--比如耐温、绝缘性能、绝缘电阻和成本等综合因素来选择)。但如果两种材料的介电常数相差很大,他们之间的场强极不均匀,会造成介电常数低的材料(比如空气)场强反而很大,先被击穿的不良后果。故相对介电常数与介质的电性能没有直接和必然的关系。

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