陳向昀楊冬磊張紅/ 1.上海交通大學(xué)；.上海市計量測試技術(shù)研究院

電氣設(shè)備的絕緣電阻測試方法

陳向昀1，2楊冬磊2張紅2/ 1.上海交通大學(xué)；2.上海市計量測試技術(shù)研究院

介紹了絕緣電阻測試的基本原理和影響絕緣電阻阻值的因素，分析了電氣設(shè)備測試中涉及絕緣電阻測試的幾個環(huán)節(jié)，提出了絕緣抽查測試、介質(zhì)吸收測試和絕緣步進電壓測試等絕緣電阻測試方法，并給出具體的測試步驟。該研究對于提升電氣設(shè)備在使用中的故障預(yù)防和排查能力具有重要意義。

絕緣電阻；電氣設(shè)備；安全

0 引言

絕緣電阻是我國計量法規(guī)定的電氣安全檢測項目，而絕緣電阻測試儀是重要的電氣故障診斷工具，屬于國家強制檢定的計量器具［1］。在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中出現(xiàn)了多種絕緣電阻的測試需求，如電線電纜的絕緣電阻測試、電容器絕緣電阻測試等，而相對應(yīng)的絕緣電阻測試儀作為絕緣電阻測試的一種工具，其原理和設(shè)計的不同會具有不同的應(yīng)用范圍。通過對絕緣電阻測試要求和絕緣電阻測試儀的技術(shù)及應(yīng)用分析，本文提出了多種工業(yè)環(huán)境下絕緣電阻的測試技術(shù)和方法。

1 基本概念

電氣設(shè)備通常選用不導(dǎo)電的絕緣纖維制品、云母、絕緣油、瀝青、玻璃、陶瓷、高分子材料等作為絕緣材料。但所有絕緣材料在外界電場作用下都會有極化、電導(dǎo)、損耗、擊穿等物理特性，從而表現(xiàn)出導(dǎo)電性。也就是說，絕緣材料的絕緣是相對的，通常講的絕緣并非完全的電氣隔離，而是指導(dǎo)電被限制在允許值下的情況。為衡量絕緣材料對導(dǎo)電的限制能力引入了絕緣電阻這一概念。

絕緣電阻表測試的基本原理是，將試驗電壓加入被測獨立回路之間后檢測回路的漏電流，從而得到絕緣電阻阻值［2］。絕緣電阻的具體測量方法多種多樣而且各具特色，比較典型的有串聯(lián)法、并聯(lián)法、電壓比較法、電容充電法和電橋法［3］。

2 影響因素

電氣設(shè)備的絕緣電阻是控制系統(tǒng)測試的重要項目之一。絕緣電阻的阻值受到多方面的影響，比如溫度升高、濕度變大、清潔度不好都會使絕緣電阻減?。?］。另外絕緣電阻又分良性絕緣電阻和有缺陷的絕緣電阻。所謂良性絕緣電阻是指，隨著測試電壓的變化阻值并不發(fā)生明顯變化的絕緣電阻；而有缺陷的絕緣電阻隨著測試電壓的變化會有所反應(yīng)。一般來說，如果外界施加電壓過低，未達其缺陷的游離點，泄漏電流并不大，但施加電壓一旦超過游離點，泄漏電流劇增，絕緣電阻阻值相應(yīng)迅速下降?；旧纤薪^緣體的絕緣性能都會隨時間退化，使得電阻減小。潮濕、灰塵、污垢、油污、震動、污染和其他機械應(yīng)力或損傷等因素都會引起絕緣體的退化。當(dāng)空氣間隙作為電氣部件之間的絕緣體時，由于灰塵和水分的形成，空氣間隙的電阻也會隨時間而減小。絕緣電阻的突然下降通常是由于物理損傷、環(huán)境的突然變化或接觸到腐蝕性物質(zhì)引起的。絕緣電阻的總值取決于系統(tǒng)中傳導(dǎo)性泄漏電流和電

容性泄漏電流的大小。

3 電氣設(shè)備領(lǐng)域絕緣電阻的測試方法

3.1 電氣設(shè)備測試的幾個環(huán)節(jié)

設(shè)計測試環(huán)節(jié)：一般用于在實驗室中確定電氣器件的性能。設(shè)計測試通常是由制造商對新設(shè)計的器件或是從其他公司外購、用于產(chǎn)品設(shè)計之中的器件進行測試。

生產(chǎn)測試環(huán)節(jié)：為了確保在實驗室工作正常的產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之后仍然工作正常，就必須對每個產(chǎn)品進行生產(chǎn)測試。生產(chǎn)測試由制造商進行，以滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，并保證質(zhì)量的控制。

驗收測試環(huán)節(jié)：驗收測試在安裝者完成安裝之后、在系統(tǒng)投入使用之前進行。驗收測試包括絕緣電阻測試，以檢查是否有設(shè)備損壞、電纜損傷，電氣器件之間的間距是否合適和牢固性，以及存儲、運輸和安裝是否導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

驗證測試環(huán)節(jié)：驗證測試用來在設(shè)備投入使用之后保證設(shè)備和電路的安全性和正常工作。一般在設(shè)備或電路完全投入使用較短的時間之后，并在出質(zhì)保期或擔(dān)保期之前進行驗證測試。

預(yù)防性維護測試環(huán)節(jié)：許多工廠都把對設(shè)備進行絕緣電阻和導(dǎo)線測試作為其整體預(yù)防性維護程序的一部分。導(dǎo)線絕緣層的狀況是設(shè)備和電氣系統(tǒng)總體狀況的一個指示。好的預(yù)防性維護程序可以在故障造成停工之前檢測到并消除故障。通過定期進行絕緣電阻測量即可避免導(dǎo)線絕緣層故障。

故障定位測試環(huán)節(jié)：即使制造的設(shè)備是高指標(biāo)的、安裝合適、規(guī)格正確并進行預(yù)防性維護測試，但是仍然需要故障定位測試，因為設(shè)備依然會發(fā)生故障。故障通常是由某個故障電路中脆弱或損壞的零件引起的。當(dāng)一個器件、設(shè)備、電路或系統(tǒng)發(fā)生故障時，就會利用絕緣電阻測試來定位故障。

3.2 電氣設(shè)備絕緣測試方法及應(yīng)用實例

3.2.1 絕緣抽查測試方法及實例

絕緣抽查測試是指，可用于在電氣設(shè)備（如電動機）的壽命周期內(nèi)驗證絕緣狀態(tài)的絕緣電阻測試，定期（例如每六個月）進行抽查測試，跟蹤絕緣完整性的變化。在對電氣設(shè)備（如電動機）進行維修之后也應(yīng)該進行測試，可以在標(biāo)明時間的測試曲線圖上記錄測量數(shù)據(jù)。如圖1所示，按照以下步驟進行絕緣抽查測試：

圖1 抽查測試方法

1）連接兆歐表，測量每一繞組導(dǎo)線的對地電阻，60 s后記錄示值；

2）對電動機繞組進行放電；

3）定期重復(fù)步驟1和2。

通過分析測試圖表的結(jié)果確定絕緣的狀態(tài)。如圖2中，A點代表電動機投入使用時的絕緣狀態(tài)；B點表示老化、污染等因素對電動機絕緣的影響；C點表示絕緣發(fā)生故障；D點表示重新纏繞后電動機的絕緣狀態(tài)。如果所有示值都高于可接受的最低電阻值，則在絕緣抽查測試曲線圖中記錄最小的儀表示值。如果示值不能滿足可接受的最小電阻值，則需要維修電動機。由于電動機的性能受限于最薄弱的環(huán)節(jié)，所以僅使用最小的示值。

圖2 抽查測試分析表

3.2.2 介質(zhì)吸收測試方法及實例

介質(zhì)吸收測試是指，檢查潮濕或污染的絕緣材料吸收特性的絕緣電阻測試。測試在10 min的周期內(nèi)進行。如圖3所示，對電氣設(shè)備進行介質(zhì)吸收測試步驟如下：

1）連接兆歐表，測量每一繞組導(dǎo)線的對地電阻。如果所有的示值都高于可接受的最小電阻值，就在介質(zhì)吸收測試圖上記錄最小的儀表示值。在第1min的時間內(nèi)，每10 s記錄一次示值，然后每10 min記錄一次示值。

2）對設(shè)備（如電動機）繞組進行放電。

3）通過分析測試圖表的結(jié)果確定絕緣的狀態(tài)。如圖4中，曲線的斜率說明了絕緣的狀態(tài)。良好的絕緣（曲線A）表現(xiàn)為電阻值的連續(xù)增長；潮濕或破裂的絕緣層（曲線B）表現(xiàn)為相對恒定的電阻。如果示值不能滿足可接受的最小電阻，則需要維修電動機。極化指數(shù)是設(shè)備繞組的絕緣電阻之比，由10 min測量值除以1 min測量值計算得到。極化指數(shù)是絕緣狀態(tài)的一個指示。低的極化指數(shù)（一般為1.5或更低）表明過于潮濕或污染嚴重。不同的絕緣等級具有不同的最小可接受極化指數(shù)值。絕緣等級是基于設(shè)施的連續(xù)工作溫度。

圖3 介質(zhì)吸收測試方法

圖4 介質(zhì)吸收測試分析表

3.2.3 絕緣步進電壓測試方法及實例

絕緣步進電壓測試，是指逐漸增加內(nèi)部絕緣材料的電應(yīng)力來揭露在其他電氣設(shè)備絕緣測試中沒有發(fā)現(xiàn)的老化或損傷現(xiàn)象的測試。這項測試是在兩種或更多電壓下進行，并將測試結(jié)果相比較來完成的。只有在絕緣抽查測試之后才進行絕緣步進電壓測試。如圖5所示，按照以下步驟對電動機進行絕緣步進電壓測試：

1）將兆歐表設(shè)置為500 V，并建立連接后測試每一繞組導(dǎo)線的對地電阻。每一電阻都在60 s后讀取，并記錄最小電阻示值。

2）將儀表測試先連接到具有最小電阻示值的繞組。

3）從1 000 V開始，以500 V的增量增大兆歐表的設(shè)置，直到系統(tǒng)中電動機的高端電壓。60 s后記錄每一示值。

圖5 步進電壓測試

4）對電動機繞組進行放電。

5）通過分析測試圖標(biāo)的結(jié)果確定絕緣的狀態(tài)。

如圖6所示，非常干燥的良好絕緣層（曲線A）在不同電壓下近似地保持一致。退化了的絕緣層（曲線B） 電阻值在不同電壓下顯著降低。絕緣表面越大，絕緣電阻就越低，電動機的電源電壓越高，所需的絕緣層就越厚。一個50 kW、230 V的電動機與一個1 kW、230 V的電動機所需的絕緣層厚度是相同的。

4 結(jié)語

本文通過對不同環(huán)節(jié)電氣設(shè)備的絕緣電阻測試方法研究，提出了絕緣抽查測試、介質(zhì)吸收測試和絕緣步進電壓測試的解決方法，將對提升電氣設(shè)備在使用中的故障預(yù)防和排查能力，減少電氣設(shè)備故障產(chǎn)生的安全隱患，確保設(shè)備在最佳工作狀態(tài)運行具有重要意義。

［1］ 全國計量技術(shù)委員會.JJG 1005-2005電子式絕緣電阻表檢定規(guī)程［S］.北京：中國計量出版社，2005.

［2］ 李春超.絕緣電阻表檢定裝置的應(yīng)用［D］.合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

［3］ 李健.絕緣電阻測試儀的設(shè)計［D］.大連理工大學(xué)，2006.

［4］ 徐俊剛.絕緣電阻在線檢測技術(shù)研究［D］.西安建筑科技大學(xué)，2008.

Test methods for insulation resistances of electrical equipment

Chen Xiangyun1， 2， Yang Donglei2， Zhang Hong2
（1.Shanghai Jiao Tong University； 2.Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

The principle of insulation resistance test and influence factors of insulation resistance value are introduced.Several links involved in insulation resistance test of electrical equipment are analyzed.The methods of insulation sampling test， dielectric absorption test and insulation step voltage test and their specific test procedures are presented.The research is of great significance to improve the ability of fault prevention and troubleshooting of electrical equipments in use.

insulation resistance； electrical equipment； security