电阻(绝缘)

简称: 电阻|
归属: 电力理论

导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。电阻(Resistor,通常用“R”表示)是一个物理量,在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种性质。导体的电阻通常用字母R表示,电阻的单位是欧姆,简称欧,符号为Ω。

定义

金属导体中的电流是自由电子定向移动形成的。自由电子在运动中要与金属正离子频繁碰撞,每秒钟的碰撞次数高达1015左右。这种碰撞阻碍了自由电子的定向移动,表示这种阻碍作用的物理量叫作电阻。不但金属导体有电阻,其他物体也有电阻。导体的电阻是由它本身的物理条件决定的,金属导体的电阻是由它的材料性质、长短、粗细(横截面积)以及使用温度决定的。

电阻是描述导体导电性能的物理量,用R表示

电阻由导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值来定义,即:

所以,当导体两端的电压一定时,电阻愈大,通过的电流就愈小;反之,电阻愈小,通过的电流就愈大。因此,电阻的大小可以用来衡量导体对电流阻碍作用的强弱,即导电性能的好坏。电阻的量值与导体的材料、形状、体积以及周围环境等因素有关。

电阻率描述导体导电性能的参数

对于由某种材料制成的柱形均匀导体,其电阻R与长度L成正比,与横截面积S成反比,即:

式中ρ为比例系数,由导体的材料和周围温度所决定,称为电阻率。它的国际单位制(SI)是欧姆·米 (Ω·m)。

常温下一般金属的电阻率与温度的关系为

式中ρ0为0℃时的电阻率; α为电阻的温度系数; 温度t的单位为摄氏温度。半导体和绝缘体的电阻率与金属不同,它们与温度之间不是按线性规律变化的。当温度升高时,它们的电阻率会急剧地减小。呈现出非线性变化的性质。

单位

电阻的单位是欧姆,简称欧,用希腊字母“Ω”表示。常用的电阻单位还有千欧姆(KΩ),兆欧姆(MΩ),它们的关系是:

1KΩ=1000Ω,1MΩ=1000KΩ

在电原理图中为了简便,一般将电阻值中的“Ω”省去,凡阻值在千欧以下的电阻,直接用数字表示;阻值在千欧以上的,用“K”表示;兆欧以上的用“M”表示。

计算公式

  • 串联:
  • 并联:特别地,两个电阻并联式也可表示为
  • 定义式:
  • 决定式:

(ρ表示电阻的电阻率,是由其本身性质决定,L表示电阻的长度,S表示电阻的横截面积)

影响因素

长度

当材料和横截面积相同时,导体的长度越长,电阻越大。

横截面积

当材料和长度相同时,导体的横截面积越小,电阻越大。

材料

当长度和横截面积相同时,不同材料的导体电阻不同。

温度

对大多数导体来说,温度越高,电阻越大,如金属等;对少数导体来说,温度越高,电阻越小,如碳。

电阻是导体本身的一种属性,因此导体的电阻与导体是否接入电路、导体中有无电流、电流的大小等因素无关。超导体的电阻率为零,所以超导体电阻为零。

绝缘电阻

绝缘电阻与一般电阻的区别在于,绝缘电阻是一项绝缘的指标,而电阻是本身导体阻碍电流大小的指标。为了保证电力设备、电缆及输电线路的正常运行,避免因绝缘材料由于发热、受潮、机械损伤、污染及老化等原因而造成漏电或短路事故的发生,我们必须及时和定期地测量电气设备及电力线路的绝缘电阻,以推测其绝缘性能是否满足使用要求。

目前巡检做得最多的检测工作就是测温、测绝缘。所以这里也重点说下绝缘电阻的测量


绝缘电阻是用于衡量电气设备绝缘程度大小的重要技术指标。打个比方,一个电气系统就像是管道系统,电压好比是液体压力,电流就是液体的流速,而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄——其作用的大小是用绝缘电阻表示的。

有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值,通常大于几个兆欧(MΏ)。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。

绝缘测试仪(兆欧表)会在绝缘系统上加直流电压,并测量由此产生的电流。这样就能够计算并显示绝缘的电阻值(绝缘将电流束缚在电线中的程度,或者说防止电流漏泄的程度)。

超导现象

各种金属导体中,银的导电性能是最好的,但还是有电阻存在。20世纪初,科学家发现,某些物质在很低的温度时,如铝在1.39K(-271.76℃)以下,铅在7.20K(-265.95℃)以下,电阻就变成了零。这就是超导现象,用具有这种性能的材料可以做成超导材料。已经开发出一些“高温”超导材料,它们在100K(-173℃)左右电阻就能降为零。

如果把超导现象应用于实际,会给人类带来很大的好处。在电厂发电、运输电力、储存电力等方面若能采用超导材料,就可以大大降低由于电阻引起的电能消耗。如果用超导材料制造电子元件,由于没有电阻,不必考虑散热的问题,元件尺寸可以大大的缩小,进一步实现电子设备的微型化。

安全生产的绝缘要求

电力安全生产最大的安全,当然就是不要触电,这一取决与设备本身的绝缘性能,二取决于施工人员的绝缘安全措施和装备。设备绝缘、“人也绝缘”,这样才有安上加安。

设备绝缘

通常来说,会使用绝缘装备或是绝缘措施将带电的设备隔离开来,阻止电流在其中通过。不同的绝缘装备用途各不相同,看什么场合用什么绝缘材料。比如:输电线路地电位、中间电位的带电作业主要安全防护措施是保证与带电体的电气绝缘距离,最经常使用的工器具是绝缘操作杆。

输电线路地电位作业主要的安全防护措施是屏蔽服,屏蔽服可以视作导体,进入电场后使人体周围保持与高压线路的等电位,此时最需要注意的是与地电位之间的绝缘距离,而且进去电场的速度也需要越快越好;

进入电场使用的绝缘工器具主要有绝缘软梯、绝缘士字梯+绝缘绳、或者通过耐张串绝缘子进入等电位。

配电线路带电作业了解较少,但主要思路还是保证绝缘,但由于低压线路绝缘距离余地较小,一般通过佩戴绝缘手套,设置绝缘遮蔽或绝缘毯的方式保证绝缘,防止触电。

当然,绝缘不是万无一失的,因为绝缘也会遭到破坏、有的是机械损伤,有的是电压过高或绝缘老化产生电击穿,所以必须按照规定严格检查。

电缆绝缘标准

  • 新装和大修后的低压线路和设备,要求绝缘电阻不低于0.5 MΩ;
  • 运行中的线路和设备,要求可降低为每伏工作电压1K Ω,在潮湿环境中,要求可降低为每伏工作电压500 Ω;
  • 便携式电气设备的绝缘电阻不低于2 MΩ;
  • 配电盘二次线路的绝缘电阻不低于1 MΩ,在潮湿环境可降低为0.5 MΩ;
  • 高压线路和设备的绝缘电阻不应低于1 KMΩ,架空线路每个悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300 MΩ;
  • 运行中电缆线路的绝缘电阻可参考下表要求,其中,干燥季节应选取较大数值,潮湿季节可选取较小数据。

  • 电力变压器投入运行前,绝缘电阻不应低于出厂时的70%,运行中可适当降低。
  • 对电容量比较大的高压电气设备,如电缆、变压器等的绝缘状况,主要以吸收比值和极化指数的大小为判断的依据。如果吸收比和极化指数有明显下降者,说明绝缘受潮,或油质严重劣化。

常用电气设备绝缘要求

影响绝缘电阻的因素

前面也说到,绝缘电阻的测试数值不是固定的,容易受到外部条件的影响,具体因素为:

温度的影响

温度对绝缘电阻的影响很大,一般绝缘电阻是随温度上升而减小的。因此,测量时必须记录温度,以便将其换算到同一温度进行比较。

湿度的影响

湿度对表面泄漏电流的影响较大,绝缘表面吸附潮气,瓷套表面形成水膜,常使绝缘电阻显著降低。

放电时间的影响

每测完一次绝缘电阻后,应将被试品充分放电,放电时间应大于充电时间,以便将剩余电荷放尽。否则,在重复测量时,由于剩余电荷的影响,其充电电流和吸收电流将比第一次测量时小,因而造成吸收比减小,绝缘电阻值增大的虚假现象。

分析判断

所测的绝缘电阻应等于或大于一般容许的数值(见有关规定)。
将所测的绝缘电阻,换算至同一温度,并与出厂、交接、历年、大修前后和耐压前后的数值进行比较。比较结果有明显的降低或较大的差异,需对重要的设备必须查明原因。

目录
1.
定义
2.
单位
3.
计算公式
4.
影响因素
5.
绝缘电阻
6.
超导现象
7.
安全生产的绝缘要求
8.
影响绝缘电阻的因素
讨论