绝缘材料体积表面电阻率测试仪

绝缘材料体积表面电阻率测试仪测试原理：根据欧姆定律，被测电阻Rx等于施加电压V除以通过的电流I。传统的高阻计的工作原理是测量电压V固定，通过测量流过取样电阻的电流I来得到电阻值。从欧姆定律可以看出，由于电流I是与电阻成反比，而不是成正比，所以电阻的显示值是非线性的，即电阻无穷大时，电流为零，即表头的零位处是∞，其附近的刻度非常密，分辨率很低。整个刻度是非线性的。又由于测量不同的电阻时，其电压V也会有些变化，所以普通的高阻计是精度差、分辨率低。本台电阻率测试仪是同时测出电阻两端的电压V和流过电阻的电流I，通过内部的大规模集成电路完成电压除以电流的计算，然后把所得到的结果经过A/D转换后以数字显示出电阻值，即便是电阻两端的电压V和流过电阻的电流I是同时变化，其显示的电阻值不象普通高阻计那样因被测电压V的变化或电流Ｉ的变化而变，所以，即使测量电压、被测量电阻、电源电压等发生变化对其结果影响不大，其测量精度很高()，从理论上讲其误差可以做到零，而实际误差可以做到千分之几或万分之几。

绝缘材料体积表面电阻率测试仪——电缆半导电屏蔽层电阻率试验的研究

在中、高压电力电缆生产过程中，由于制造工艺 的原因，不可避免地在导体的外表面存在端或突 起，这些端或突起处的电场非常高，将会导致导体端或突起处绝缘的交流击穿场强降低…。高的电场必然导致端或突起向绝缘中注入空 间电荷“。根据最新的研究成果，注入的空问电荷 将引起绝缘的电树枝化或水树枝化o’4。。而绝缘的 外表面和金属屏蔽之间不可避免她存在空气间隙， 在电场作用下会引发问隙放电。为了缓和电缆内部 的电场集中，改善绝缘层内外表面电场应力分布，提 高电缆的电气强度，要求在导电线芯和绝缘层、绝缘 层和金属屏蔽层之间分别加有～层半导电屏蔽层， 称为导体屏蔽层和绝缘屏蔽层。

国内外学者研究表明，控制半导电屏蔽层性能 是改善电缆运行特性、提高电缆运行寿命的重要技术措施，而屏蔽层电阻率是其中的一个重要指标。 在IEC标准中，IEC 60840对电缆半导电屏蔽层一直有电阻率的要求，1EC 60502直到1997年版本才 增加了半导电屏蔽电阻率的试验要求。我国中高 压电力电缆现行标准GB／T 12706--2002等效采用了IEC 60502(1997)。近年来，国内外所有的6 kV及 以上电力电缆均按照标准进行了导体屏蔽层和绝缘屏蔽层电阻率的试验。

按照IEC标准和国家标准的附录中规定的半导 电屏蔽层电阻率的测试方法进行试验，我们发现该 测试方法存在一些问题。比如按照标准所规定的， 试样放入预热到规定温度(90。C)的烘箱中，30 min 后测量电阻。但实际上不同导体截面，不同绝缘厚度的电缆，放在同一个烘箱中，经过30 rain后，电缆 屏蔽层实际达到的温度是不相同的，这样必然导致 测量的结果存在很大的分散性，无法真实反映电缆 屏蔽层的电气特性；另外标准中没有对烘箱的技术 参数进行具体的规定，由于各个烘箱的热滞后时间 不同，同一个样品放在不同制造商生产的烘箱中，在相同的短时间内，电缆屏蔽层的温度也不相同；或者 即使使用同厂同种型号的烘箱，放人试样的多少也 直接影响30 min后电缆屏蔽层的温度高低，这样也 会导致电缆屏蔽层电气特性测量结果的分散性。

根据屏蔽层材料的固有特性，屏蔽层材料的电 阻与温度有很大关系，测试过程中电缆屏蔽层温度 的不确定性是导致试验结果的不确定的重要原因之一。为了能够定量分析电缆中半导电屏蔽层电阻随 温度和时间变化的过程，本文分别研究了国内外不 同半导电屏蔽料生产的电缆样品屏蔽层电阻与温度 的关系，以及在恒定温度下(90。C)屏蔽层电阻与时 间的关系，为完善IEC标准和国家标准中关于半导 电屏蔽层电阻率的测试方法奠定基础。

2试验方法

2．1试样的制备

取国内外屏蔽料生产的电缆各一段，按照标准 要求分别将电缆经过相容性老化(100。C，7 d)试验。 对老化前和老化后的电缆线芯样品按标准附录所规 定的要求制备绝缘屏蔽层和导体屏蔽层试样。

2．2测试过程和测试电极

针对以上情况，为了避免由于电缆结构和烘箱 因素对电缆屏蔽层温度的影响，将热电偶直接安置 在电缆屏蔽层之间，试验时读取屏蔽层的温度。由 于电缆导体长期允许运行的工作温度为90。c，导体 屏蔽层的工作温度也在90。C左右，绝缘屏蔽层的 温度相对低一些。由此可见，IEC标准或国家标准 在考察半导电屏蔽层的电阻特性时，以90。C时的 电阻为参考值是合理的。测试的内容和过程如下：

(1)电缆屏蔽层的电阻一温度特性。在40。C～ 120。C范围内每增10。C为一个温度点，并在该温度 点下稳定0．5 h后测试屏蔽层的电阻值；

(2)电缆屏蔽层的电阻一时间特性。测试屏蔽层 到达90。C时的电阻值，并在该稳定温度条件下，测 量不同时间的屏蔽层电阻值；

测试电极如图1所示。其中，绝缘屏蔽层采用 镀银电极加自粘铜带绕包；而导体屏蔽层采用镀银 电极。

3试验结果和讨论

图2和图3分别为测量国内外半导电屏蔽料生 产的电缆在老化前后电缆绝缘屏蔽层和导体屏蔽层 的电阻．温度特性。从图中可以看到国外半导电屏 蔽料生产的电缆的导体和绝缘屏蔽层电阻达到峰值 的温度均在90。C以上。国内半导电料屏蔽生产的 电缆的导体屏蔽层电阻达到最大值的温度在80。C ～90。C之问；绝缘屏蔽层电阻达到最大值的温度超 过90。C。根据这项实验结果可以发现，如果只测量 90 oC时的电阻值，将无法得到导体屏蔽层的最大电 阻值。这与我们在试验过程中常常发现有的试样在 升温过程中屏蔽层电阻率不合格，但在烘箱中恒温 放置一段时间后，电阻率又合格的现象是相吻合的。

半导电材料的导电机理比较复杂，一般认为，半 导电层的导电的载流子有两类：一类是电子或空穴， 另一类是离子。电子电导的过程是电子在导电网络 中通过导带传导，而在各导电网络之间由于存在绝 缘的阻隔，因此导电网络之问的电导是通过隧道效 应实现的；离子电导是通过离子在势垒问受热作用 发生跃迁而实现的。在温度较低时，从室温到电阻 达到最大值时的这段温度区域，虽然电导是由电子 电导和离子电导构成，但是由于温度相对较低。离子 受热的作用而发生跃迁的几率较小，所以以电子电 导为主。在这段温度区域，随着温度升高，导电网络 之间的距离增大，电导降低。当温度从最大电阻值 开始继续升温，此时温度较高，离子受热作用，活化 能增大，有更多的离子参与电导，载流子浓度变大， 所以电导变大。这就导致屏蔽电阻先随温度的升高 而增大，后随温度的升高而减小的现象。

图4和图5分别为以国内外半导电屏蔽料生产 的电缆在老化前后电缆绝缘屏蔽层和导体屏蔽层在 90。C下恒温后屏蔽电阻随时问变化的过程(图中横 坐标中0点代表试样刚到90 oc时对应纵坐标屏蔽 电阻值)。从图中可以发现：

(1)无论是国内料还是国外科制备的电缆经过 老化后，屏蔽电阻普遍增大，但是国内料制成的屏蔽层其电阻的增幅更大。

(2)半导电屏蔽层的电阻随着加热时间的增加而下降，从电缆屏蔽层温度达到90。C时的电阻作 为基准，到电阻达到稳定，需要48 h左右，电阻下降 的幅值可达35％左右。

这个实验结果说明半导电屏蔽层的电阻率必须 在一定温度下经过相当长的时间才能得到一个相对 稳定值。

这种电阻随时间逐渐减小并且最终达到稳定的 过程可能与离子跳跃的电导过程中，离子受热作用 发生跃迁的几率随时间达到饱和的过程有关，并且 导电网络在较高温度下随着聚合物分子链重排并最 终趋于平衡状态有关。但是具体是什么原因导致这 个现象，还需要通过其他的一些实验来证实，我们将 在今后的研究中报导。

根据上面的实验结果发现，不同的电缆屏蔽料 生产的电缆屏蔽层的电阻随温度的变化过程，以及 在恒定温度下电阻随时间的变化过程发现，如果按 照IEC标准或国家标准规定的加热时间测量，则由 于屏蔽层的实际温度不同，以及试样的恒温时问不 同而导致试验结果不具有可比性

另外一个事实是电缆在运行过程中的状态受负 荷的影响非常大。如果负荷不足，那么电缆实际温 度可能未达到额定工作温度，此时半导电层电阻率 如果超过标准所规定的值，对电缆的长期运行将会 造成多大的影响，目前还没有这方面的研究报道。 但作为对电力电缆的性能的评价，应当以刻的条件来评价。