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(lái)，以對(duì)觸電起保護(hù)作用的一種安全措施。良好的絕緣對(duì)于保證電氣設(shè)備與線路的安全運(yùn)行，防止人身觸電事故的發(fā)生是最基本的和最可靠的手段。

絕緣通常可分為氣體絕緣、液體絕緣和固體絕緣三類。在實(shí)際應(yīng)用中，固體絕緣仍是最為廣泛使用，且最為可靠的一種絕緣物質(zhì)。

有強(qiáng)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(qiáng)電場(chǎng)）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(jí)相配合，而且須與使用環(huán)境及運(yùn)行條件相適應(yīng)，以保證絕緣的安全作用。

此外，由于腐蝕性氣體、蒸氣、潮氣、導(dǎo)電性粉塵以及機(jī)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(zhǎng)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(lái)說(shuō)，影響絕緣材料性能的主要指標(biāo)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(duì)絕緣材料來(lái)說(shuō)，總是希望電阻率盡可能高。

2、相對(duì)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(chǔ)能）。前者要求相對(duì)介電常數(shù)小，后者要求相對(duì)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(qiáng)度：在某一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)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(shí)的電壓稱為擊穿電壓（介電強(qiáng)度）。電氣強(qiáng)度是在規(guī)定條件下發(fā)生擊穿時(shí)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(duì)于絕緣材料而言，一般其擊穿電壓、電氣強(qiáng)度的值越高越好。

4、拉伸強(qiáng)度：是在拉伸試驗(yàn)中，試樣承受的最大拉伸應(yīng)力。它是絕緣材料力學(xué)性能試驗(yàn)應(yīng)用最廣、最有代表性的試驗(yàn)。

5、耐燃燒性：指絕緣材料接觸火焰時(shí)抵制燃燒或離開(kāi)火焰時(shí)阻止繼續(xù)燃燒的能力。隨著絕緣材料應(yīng)用日益擴(kuò)大，對(duì)其耐燃燒性要求更顯重要，人們通過(guò)各種手段，改善和提高絕緣材料的耐燃燒性。耐燃燒性越高，其安全性越好。

6、耐電弧：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,絕緣材料耐受沿其表面的電弧作用的能力。試驗(yàn)時(shí)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(shí)間來(lái)判斷絕緣材料的耐電弧性。時(shí)間值越大，其耐電弧性越好。

7、密封度：對(duì)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(chǔ)或記錄電的作用。

電導(dǎo)：是指電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下存在的泄漏電流。

介電損耗：是電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下存在電能的損耗。

介電強(qiáng)度：是指在強(qiáng)電場(chǎng)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(qiáng)度，較低的電導(dǎo)和介電損耗。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，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(qiáng)度的破壞，或叫介質(zhì)的擊穿。介質(zhì)擊穿時(shí)，相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱為介電強(qiáng)度，或稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。故介電強(qiáng)度是一種材料作為絕緣體時(shí)的耐電強(qiáng)度的量度。它定義為試樣被擊穿時(shí)，單位厚度承受的最大電壓， 表示為伏特每單位厚度；物質(zhì)的介電強(qiáng)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(qiáng)度參考值，其中橡膠類是以原膠作為參考材料。

電纜常用絕緣材料的介電強(qiáng)度（僅供參考）

材料 介電強(qiáng)度（kV/cm） 材料 介電強(qiáng)度（kV/cm）

空氣 33 XLPE 250

云母帶 180 低煙無(wú)鹵 200

聚酯帶 1300 EPDM 300

PVC 200 CPE 220

PE 250 硅橡膠 300

氣體絕緣材料具有高的電離場(chǎng)強(qiáng)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)，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(wú)腐蝕性，不易為放電所分解，而且比熱容大，導(dǎo)熱性、流動(dòng)性均好�？諝馐怯玫米顝V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(duì)地間均由空氣絕緣。高壓標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，氣泡的相對(duì)介電常數(shù)ε很小，因此加上電壓后氣泡上的電場(chǎng)較高。而氣泡本身的抗電強(qiáng)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(gè)介質(zhì)擊穿；由于在產(chǎn)生熱量的同時(shí)