絕緣材料體積表面電阻率測試儀測試原理：根據(jù)歐姆定律，被測電阻Rx等于施加電壓V除以通過的電流I。傳統(tǒng)的高阻計的工作原理是測量電壓V固定，通過測量流過取樣電阻的電流I來得到電阻值。從歐姆定律可以看出，由于電流I是與電阻成反比，而不是成正比，所以電阻的顯示值是非線性的，即電阻無窮大時，電流為零，即表頭的零位處是∞，其附近的刻度非常密，分辨率很低。整個刻度是非線性的。又由于測量不同的電阻時，其電壓V也會有些變化，所以普通的高阻計是精度差、分辨率低。本臺電阻率測試儀是同時測出電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I，通過內(nèi)部的大規(guī)模集成電路完成電壓除以電流的計算，然后把所得到的結(jié)果經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后以數(shù)字顯示出電阻值，即便是電阻兩端的電壓V和流過電阻的電流I是同時變化，其顯示的電阻值不象普通高阻計那樣因被測電壓V的變化或電流Ｉ的變化而變，所以，即使測量電壓、被測量電阻、電源電壓等發(fā)生變化對其結(jié)果影響不大，其測量精度很高()，從理論上講其誤差可以做到零，而實際誤差可以做到千分之幾或萬分之幾。

絕緣材料體積表面電阻率測試儀——電纜半導(dǎo)電屏蔽層電阻率試驗的研究

在中、高壓電力電纜生產(chǎn)過程中，由于制造工藝 的原因，不可避免地在導(dǎo)體的外表面存在端或突 起，這些端或突起處的電場非常高，將會導(dǎo)致導(dǎo)體端或突起處絕緣的交流擊穿場強(qiáng)降低…。高的電場必然導(dǎo)致端或突起向絕緣中注入空 間電荷“。根據(jù)最新的研究成果，注入的空問電荷 將引起絕緣的電樹枝化或水樹枝化o’4。。而絕緣的 外表面和金屬屏蔽之間不可避免她存在空氣間隙， 在電場作用下會引發(fā)問隙放電。為了緩和電纜內(nèi)部 的電場集中，改善絕緣層內(nèi)外表面電場應(yīng)力分布，提 高電纜的電氣強(qiáng)度，要求在導(dǎo)電線芯和絕緣層、絕緣 層和金屬屏蔽層之間分別加有～層半導(dǎo)電屏蔽層， 稱為導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層。

國內(nèi)外學(xué)者研究表明，控制半導(dǎo)電屏蔽層性能 是改善電纜運行特性、提高電纜運行壽命的重要技術(shù)措施，而屏蔽層電阻率是其中的一個重要指標(biāo)。 在IEC標(biāo)準(zhǔn)中，IEC 60840對電纜半導(dǎo)電屏蔽層一直有電阻率的要求，1EC 60502直到1997年版本才 增加了半導(dǎo)電屏蔽電阻率的試驗要求。我國中高 壓電力電纜現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB／T 12706--2002等效采用了IEC 60502(1997)。近年來，國內(nèi)外所有的6 kV及 以上電力電纜均按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層電阻率的試驗。

按照IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的附錄中規(guī)定的半導(dǎo) 電屏蔽層電阻率的測試方法進(jìn)行試驗，我們發(fā)現(xiàn)該 測試方法存在一些問題。比如按照標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的， 試樣放入預(yù)熱到規(guī)定溫度(90。C)的烘箱中，30 min 后測量電阻。但實際上不同導(dǎo)體截面，不同絕緣厚度的電纜，放在同一個烘箱中，經(jīng)過30 rain后，電纜 屏蔽層實際達(dá)到的溫度是不相同的，這樣必然導(dǎo)致 測量的結(jié)果存在很大的分散性，無法真實反映電纜 屏蔽層的電氣特性；另外標(biāo)準(zhǔn)中沒有對烘箱的技術(shù) 參數(shù)進(jìn)行具體的規(guī)定，由于各個烘箱的熱滯后時間 不同，同一個樣品放在不同制造商生產(chǎn)的烘箱中，在相同的短時間內(nèi)，電纜屏蔽層的溫度也不相同；或者 即使使用同廠同種型號的烘箱，放人試樣的多少也 直接影響30 min后電纜屏蔽層的溫度高低，這樣也 會導(dǎo)致電纜屏蔽層電氣特性測量結(jié)果的分散性。

根據(jù)屏蔽層材料的固有特性，屏蔽層材料的電 阻與溫度有很大關(guān)系，測試過程中電纜屏蔽層溫度 的不確定性是導(dǎo)致試驗結(jié)果的不確定的重要原因之一。為了能夠定量分析電纜中半導(dǎo)電屏蔽層電阻隨 溫度和時間變化的過程，本文分別研究了國內(nèi)外不 同半導(dǎo)電屏蔽料生產(chǎn)的電纜樣品屏蔽層電阻與溫度 的關(guān)系，以及在恒定溫度下(90。C)屏蔽層電阻與時 間的關(guān)系，為完善IEC標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于半導(dǎo) 電屏蔽層電阻率的測試方法奠定基礎(chǔ)。

2試驗方法

2．1試樣的制備

取國內(nèi)外屏蔽料生產(chǎn)的電纜各一段，按照標(biāo)準(zhǔn) 要求分別將電纜經(jīng)過相容性老化(100。C，7 d)試驗。 對老化前和老化后的電纜線芯樣品按標(biāo)準(zhǔn)附錄所規(guī) 定的要求制備絕緣屏蔽層和導(dǎo)體屏蔽層試樣。

2．2測試過程和測試電極

針對以上情況，為了避免由于電纜結(jié)構(gòu)和烘箱 因素對電纜屏蔽層溫度的影響，將熱電偶直接安置 在電纜屏蔽層之間，試驗時讀取屏蔽層的溫度。由 于電纜導(dǎo)體長期允許運行的工作溫度為90。c，導(dǎo)體 屏蔽層的工作溫度也在90。C左右，絕緣屏蔽層的 溫度相對低一些。由此可見，IEC標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn) 在考察半導(dǎo)電屏蔽層的電阻特性時，以90。C時的 電阻為參考值是合理的。測試的內(nèi)容和過程如下：

(1)電纜屏蔽層的電阻一溫度特性。在40。C～ 120。C范圍內(nèi)每增10。C為一個溫度點，并在該溫度 點下穩(wěn)定0．5 h后測試屏蔽層的電阻值；

(2)電纜屏蔽層的電阻一時間特性。測試屏蔽層 到達(dá)90。C時的電阻值，并在該穩(wěn)定溫度條件下，測 量不同時間的屏蔽層電阻值；

測試電極如圖1所示。其中，絕緣屏蔽層采用 鍍銀電極加自粘銅帶繞包；而導(dǎo)體屏蔽層采用鍍銀 電極。

3試驗結(jié)果和討論

圖2和圖3分別為測量國內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽料生 產(chǎn)的電纜在老化前后電纜絕緣屏蔽層和導(dǎo)體屏蔽層 的電阻．溫度特性。從圖中可以看到國外半導(dǎo)電屏 蔽料生產(chǎn)的電纜的導(dǎo)體和絕緣屏蔽層電阻達(dá)到峰值 的溫度均在90。C以上。國內(nèi)半導(dǎo)電料屏蔽生產(chǎn)的 電纜的導(dǎo)體屏蔽層電阻達(dá)到最大值的溫度在80。C ～90。C之問；絕緣屏蔽層電阻達(dá)到最大值的溫度超 過90。C。根據(jù)這項實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，如果只測量 90 oC時的電阻值，將無法得到導(dǎo)體屏蔽層的最大電 阻值。這與我們在試驗過程中常常發(fā)現(xiàn)有的試樣在 升溫過程中屏蔽層電阻率不合格，但在烘箱中恒溫 放置一段時間后，電阻率又合格的現(xiàn)象是相吻合的。

半導(dǎo)電材料的導(dǎo)電機(jī)理比較復(fù)雜，一般認(rèn)為，半 導(dǎo)電層的導(dǎo)電的載流子有兩類：一類是電子或空穴， 另一類是離子。電子電導(dǎo)的過程是電子在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 中通過導(dǎo)帶傳導(dǎo)，而在各導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之間由于存在絕 緣的阻隔，因此導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)之問的電導(dǎo)是通過隧道效 應(yīng)實現(xiàn)的；離子電導(dǎo)是通過離子在勢壘問受熱作用 發(fā)生躍遷而實現(xiàn)的。在溫度較低時，從室溫到電阻 達(dá)到最大值時的這段溫度區(qū)域，雖然電導(dǎo)是由電子 電導(dǎo)和離子電導(dǎo)構(gòu)成，但是由于溫度相對較低。離子 受熱的作用而發(fā)生躍遷的幾率較小，所以以電子電 導(dǎo)為主。在這段溫度區(qū)域，隨著溫度升高，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 之間的距離增大，電導(dǎo)降低。當(dāng)溫度從最大電阻值 開始繼續(xù)升溫，此時溫度較高，離子受熱作用，活化 能增大，有更多的離子參與電導(dǎo)，載流子濃度變大， 所以電導(dǎo)變大。這就導(dǎo)致屏蔽電阻先隨溫度的升高 而增大，后隨溫度的升高而減小的現(xiàn)象。

圖4和圖5分別為以國內(nèi)外半導(dǎo)電屏蔽料生產(chǎn) 的電纜在老化前后電纜絕緣屏蔽層和導(dǎo)體屏蔽層在 90。C下恒溫后屏蔽電阻隨時問變化的過程(圖中橫 坐標(biāo)中0點代表試樣剛到90 oc時對應(yīng)縱坐標(biāo)屏蔽 電阻值)。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：

(1)無論是國內(nèi)料還是國外科制備的電纜經(jīng)過 老化后，屏蔽電阻普遍增大，但是國內(nèi)料制成的屏蔽層其電阻的增幅更大。

(2)半導(dǎo)電屏蔽層的電阻隨著加熱時間的增加而下降，從電纜屏蔽層溫度達(dá)到90。C時的電阻作 為基準(zhǔn)，到電阻達(dá)到穩(wěn)定，需要48 h左右，電阻下降 的幅值可達(dá)35％左右。

這個實驗結(jié)果說明半導(dǎo)電屏蔽層的電阻率必須 在一定溫度下經(jīng)過相當(dāng)長的時間才能得到一個相對 穩(wěn)定值。

這種電阻隨時間逐漸減小并且最終達(dá)到穩(wěn)定的 過程可能與離子跳躍的電導(dǎo)過程中，離子受熱作用 發(fā)生躍遷的幾率隨時間達(dá)到飽和的過程有關(guān)，并且 導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在較高溫度下隨著聚合物分子鏈重排并最 終趨于平衡狀態(tài)有關(guān)。但是具體是什么原因?qū)е逻@ 個現(xiàn)象，還需要通過其他的一些實驗來證實，我們將 在今后的研究中報導(dǎo)。

根據(jù)上面的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同的電纜屏蔽料 生產(chǎn)的電纜屏蔽層的電阻隨溫度的變化過程，以及 在恒定溫度下電阻隨時間的變化過程發(fā)現(xiàn)，如果按 照IEC標(biāo)準(zhǔn)或國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加熱時間測量，則由 于屏蔽層的實際溫度不同，以及試樣的恒溫時問不 同而導(dǎo)致試驗結(jié)果不具有可比性

另外一個事實是電纜在運行過程中的狀態(tài)受負(fù) 荷的影響非常大。如果負(fù)荷不足，那么電纜實際溫 度可能未達(dá)到額定工作溫度，此時半導(dǎo)電層電阻率 如果超過標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的值，對電纜的長期運行將會 造成多大的影響，目前還沒有這方面的研究報道。 但作為對電力電纜的性能的評價，應(yīng)當(dāng)以刻的條件來評價。