Ток, проходящий через электрическую изоляцию в установившемся режиме (после достаточно продолжительного промежутка времени после приложения напряжения), является постоянным и называется сквозным током утечки. Величина сопротивления изоляции Rиз равна отношению приложенного напряжения U, В к сквозному току утечки Iиз, А:
Rиз = U/ Iиз
Величина проводимости изоляции Gиз является обратной к Rиз:
Gиз = 1 / Rиз.
Различают объемное сопротивление электрической изоляции, равное сопротивлению через толщу материала, и поверхностное сопротивление, которое определяется наличием загрязнений (влага, растворы солей, кислот), нарушениями структуры поверхности, поскольку поверхность диэлектрика в большей степени подвержена воздействию внешних факторов. Соответственно, различают и токи утечки – на объемный и поверхностный (рис. 1).
Рис. 1. Объемный Iv и поверхностный Is токи утечки через образец изоляции.
Порядок величины токов составляет очень малые величины до10-15 и даже до 10-17 А. Поэтому особое внимание при проведении измерений уделяют устранению паразитных токов утечки, которые могут существенно повлиять на точность получаемых результатов.
Для исключения поверхностного тока утечки при измерении объемного электрического сопротивления диэлектриков применяют специальное охранное кольцо, окружающее измерительный электрод. При этом потенциал охранного кольца равен потенциалу измерительного электрода, именно в этом случае ток утечки между ними будет отсутствовать (рис. 2).
Рис. 2. Расположение концентрических электродов при измерении объемного сопротивления диэлектрика.
1 - охранное кольцо; 2- центральный электрод; 3- нижний электрод.
Для измерений применяют напыленные или фольговые электроды, которые вырезают из оловянной или отожженной алюминиевой фольги толщиной 5–20 мкм. Контакт фольгового электрода с образцом создается путем притирания с помощью тонкого слоя вазелина, трансформаторного, конденсаторного или вазелинового масла, кремнийорганической жидкости или другого аналогичного вещества. Толщина смазки не должна превышать 1 мкм.
Тогда удельное объемное сопротивление материала может быть рассчитано по формуле:
ρV = RV × S / h = U × S/( IV × h),
где IV – измеряемый объемный ток; U – напряжение на электродах; S – площадь центрального измерительного электрода; h – толщина диэлектрика; RV– объемное сопротивление образца.
При измерении поверхностного электрического сопротивления диэлектрика при данной системе электродов напряжение прикладывается между охранным кольцом и центральным электродом.
В такой системе удельное поверхностное сопротивление может быть рассчитано по формуле:
где RS– поверхностное электрическое сопротивление образца диэлектрика, заключенного между электродами; d1 – внутренний диаметр охранного кольца; d2 – диаметр центрального электрода.
Удельное объемное сопротивление имеет размерность [Ом×м], а удельное поверхностное – [Ом]. Это разные физические величины, которые нельзя сравнивать друг с другом.
При измерении сопротивления электрической изоляции следует учесть, что в первый момент времени выдержки под напряжением через нее протекает не только сквозной электрический ток, но и сопровождающий его ток абсорбции (смещения), связанный с установлением замедленных видов поляризации (рис. 3).
Электропроводность диэлектрика определяется при постоянном напряжении по величине сквозного тока, значение сопротивления образца вычисляется по формуле: Rиз = U / Iиз = U / ( IΣ – Iабс), где Iиз – сквозной ток утечки, IΣ – суммарное значение тока, Iабс – ток абсорбции.
Следовательно, если измерить сопротивление изоляции в первый же момент приложения напряжения, то можно получить его завышенное значение.
В связи с тем, что величины токов абсорбции очень малы, измерять их крайне сложно. Поэтому сопротивление изоляции принято измерять после 1 минуты выдержки образца под постоянным напряжением. Считается, что за это время поляризационные процессы, вносящие основной вклад в ток абсорбции диэлектрика, закончатся.
Рис. 3. Зависимость тока через диэлектрик от времени
Iиз – сквозной ток утечки;
IΣ – суммарное значение тока;
Iабс – ток абсорбции.