浅析影响电缆绝缘电阻测量的因素及测量结果的换算
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在电气设备检验中,绝缘电阻是安全性能一项非常重要的检验项目。
对其测量通常采用在被测绝缘体两端施加恒定的直流电压,测量其间流过的直流电流的大小和变化情况,以此判断绝缘材料的优劣。
值得我们注意的是:绝缘电阻测量值不是一个恒定不变的数值,它易受外界诸多因素的影响而发生变化。
本文着重论述湿度、绝缘材料表面状况以及测量仪器使用不当等因素对绝缘电阻测量值的影响。
旨在安全性能检验中具有指导作用。
1 .检测目的为了保证电气设备正常运行和操作者的人身安全,应对其不同相的导电体之间,或导电体与外壳( 地) 之间的绝缘电阻规定一个最低限值。
通过测量电气设备的绝缘电阻,达到如下目的:(1) 了解绝缘结构的绝缘性能。
(2) 了解电器产品绝缘处理质量。
(3) 了解绝缘受潮及污染情况。
(4) 检验绝缘是否能承受耐电压试验。
若在电气设备的绝缘电阻低于某一限值时进行耐电压试验,则会产生较大的试验电流,以致造成热击穿而损坏电气绝缘结构。
因此,在耐电压试验之前,要先测量绝缘电阻。
(5) 检验电气设备能否通电运行。
若在电气设备的绝缘电阻低于规定限值时将该设备通电运行,则会因其有较大的泄漏电流而危及人身安全。
2 .绝缘电阻的性质绝缘电阻实质上就是被测绝缘体的两端施加的恒定直流电压与其间流过的直流电流之比。
即:R="U/I" 直流电流是沿绝缘体表面的泄漏电流与通过绝缘体内部的电导电流之和。
即:I="Iv"+Is 。
故绝缘电阻系体积绝缘电阻Rv 与表面绝缘电阻Rs 的并联值,即:R="Rv" ·Rs/(Rv+Rs) 。
3 .影响测量值的主要因素在实际测量中.很难把体积绝缘电阻和表面绝缘电阻分开。
特别是表而绝缘电阻,因其极易受到表面污秽或测量环境大气湿度的影响.有时会在总绝缘电阻中占主导地位。
(1) 湿度的影响表1 中的一组试验数据,表明湿度对绝缘电阻测量的影响。
由表 1可见,绝缘电阻对湿度变化是很敏感的。
影响电缆绝缘电阻的主要因素0电线电缆产品的绝缘电阻主要测电缆绝缘的体积电阻,表面电阻不进行测量,而影响电缆绝缘电阻值的因素比较多,在实际中其主要的三因素对绝缘电阻系数的影响较大,其具体的情况如下:1、温度的影响温度上升,绝缘电阻系数下降,这是由于热运动增加,离子的产生和迁移都有所增加,在电压的作用下,由离子运动所形成的传导电流增大,因而绝缘电阻下降。
理论和实践表明,绝缘电阻系数随温度增加按指数式下降,而电导则随温度升高而按指数式增大。
2、电场强度的影响当电场强度在比较低的范围内,离子的迁移率随着电场强度增加而增加,成比例关系,离子电流与电场强度服从欧姆定律,当电场强度比较高时,离子迁移率随电场强度的增加而增高的趋势逐渐由线性关系变为指数关系,当接近击穿时还会出现大量的电子迁移,这时绝缘电阻系数大大的降低。
标准中规定的各种电线电缆产品的耐压试验电压都在离子的迁移率随电场强度成比例增加的阶段,所以电场强度对绝缘电阻系数的影响反映不出来,当试片样品做击穿试验时,电场对绝缘电阻系数的影响就明显的反映出来了。
3、湿度的影响由于小的电导大,而水分子的大小远比聚合物的分子小的多,在热作用下聚合物大分子和组成的链节相对运动,水分子就便于渗入聚合物内,使聚合物内导电离子增多,而使绝缘电阻下降。
标准中规定了各种电线电缆的浸水试验,例如橡皮试片在测绝缘电阻之前浸水24小时,其目的就是因为在使用中要遇到潮气和水对4、电气性能的影响绝缘电阻是绝缘材料主要电气性能之一,是电线电缆产品或材料的一个重要指标,一般都要求绝缘电阻不低于某一个数值。
如果绝缘电阻值过低,则沿着电线电缆线路的漏电电流必然增多,造成电能的浪费,同时电能变为热能,为热击穿准备条件,增加了热击穿的可能性。
在直流电缆绝缘中,也可以利用不同电阻系数的材料组成分阶绝缘,以提高材料的利用率,提高表面电阻系数对电缆绝缘也十分重要,当表面有污物和水分时,由于其分布不均匀,可能使部分表面承受较高电压,而导致局部放电或沿面放电,造成严重故障,但也有时还要用人为方法降低表面电阻,如电缆的导电线芯,因为表面不完全光滑导致的电场分布不均匀,电场强度较高会引起电晕放电,在导电线芯表面包以导电橡皮或半导塑料后就会降低线芯表面电场强度消除电晕,还有,可以根据绝缘材料电阻系数的变化情况来判断材料的受潮程度。
绝缘电阻的测试方法及影响因素分析绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。
对于低压电气装置的交接试验,常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ(对于运行中的设备和线路,绝缘电阻不应低于1MΩ/kV)。
低压电器及其连接电缆和二次回路的绝缘电阻一般不应低于1MΩ;在比较潮湿的环境不应低于0.5MΩ;二次回路小母线的绝缘电阻不应低于10MΩ。
I类手持电动工具的绝缘电阻不应低于2MΩ。
加直流电压于电介质,经过一定时间极化过程结束后,流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。
绝缘电阻测试适于在各种电气设备的保养、维修、试验及检定中作绝缘测试。
绝缘阻值分度线均匀清晰、便于准确读数。
操作简捷,携带方便。
低耗电,用8×1.5V(AA,R6)电池供电,使用时间长。
具有电池容量检查功能。
绝缘电阻测试方法兆欧表有三个接线柱,上端两个较大的接线柱上分别标有“接地”(E)和“线路”(L),在下方较小的一个接线柱上标有“保护环”(或“屏蔽”)(G)。
1、线路对地的绝缘电阻①将兆欧表的“接地”接线柱(即E接线柱)可靠地接地(一般接到某一接地体上),将“线路”接线柱(即L接线柱)接到被测线路上,如下图所示。
②连接好后,顺时针摇动兆欧表,转速逐渐加快,保持在约120转/分后匀速摇动,当转速稳定,表的指针也稳定后,指针所指示的数值即为被测物的绝缘电阻值。
③实际使用中,E、L两个接线柱也可以任意连接,即E可以与接被测物相连接,L可以与接地体连接(即接地),但G接线柱决不能接错。
注:(a)测量线路的绝缘电阻;(b)测量电动机绝缘电阻;(c)测量电缆绝缘电阻。
2、测量电动机的绝缘电阻将兆欧表E接线柱接机壳(即接地),L接线柱接到电动机某一相的绕组上,如上图所示,。
影响电缆绝缘电阻的因素及不合格原因浅析孙芳婷(1975年-),女,工程师陕西省大庆路12号(710082)(西安西电光电缆有限责任公司,陕西,西安)摘要:本文主要从绝缘电阻理论出发,介绍了影响绝缘电阻的几个因素,并结合电缆本身的特点,分析几种造成绝缘不合格的现象,从而从几方面提出了采取措施控制绝缘不合格现象发生的建议。
关键词:绝缘电阻;漏电流;位移电流Influence factors of cable insulation resistance and unqualified causes a Influence factors of cable insulation resistance and unqualified causes analysed nalysed nalysedSunFangTing SunFangTing(xi`an XD optic& electric cable Co., LTD, shaanxi, xi`an)Abstract: this article mainly from the insulation resistance theory, introduces several factors affect the insulation resistance, combining the characteristics of cable itself, analyzes several cause insulation unqualified phenomenon, thus from several aspects put forward measures for controlling insulation unqualified phenomenon suggestion.Keywords: insulation resistance; Leakage current; Displacement current 1 1 引引言绝缘电阻是表征电线电缆绝缘特性的重要参数,准确测定电线电缆的绝缘电阻对于验证其绝缘性能是否具备可靠性,防止电缆击穿事故的发生有着重要意义。
影响绝缘电阻测量的因素及改善措施电气设备的绝缘电阻,是指其电气绝缘材料上所施加的直流电压u和通过它的总的电导电流I的比值,即R=u,I.通过测量电气设备的绝缘电阻,可以检查设备绝缘状态.如:是否受潮,老化等.在实际过程中,测量绝缘电阻是判断设备是否投入或继续运行的一种简单易行的有效辅助方法.但是由于一些不良因素的影响,使试验测得的数据不准确,不能真实反映设备绝缘的实际状态,影响了工作人员对设备状况的正确判断.针对这一情况,笔者将实际工作过程中所遇到的问题及改善措施同大家一起交流经验.1.温度对绝缘的影响:温度上升,许多绝缘材料的绝缘电阻都会明显下降,因为温度升高使绝缘材料的原子,分子活动增加,原来的分子结构变得松散,离子也不断增加,带电的离子在电场的作用下,产生移动而传递电子,于是绝缘材料的绝缘能力下降.针对这一因素,试验人员应将测试结果换算到同一温度下进行纵横向比较.所谓横向比较是指对同一类设备的测试值进行比较,通过比较,如果试验数据相差很大,且不合乎试验规程,应根据试验结果实际分析绝缘是否有老化或受潮现象.2.湿度对绝缘的影响:湿度对表面泄漏的电流影响较大.当绝缘物在湿度较大的环境中时,其表面会吸收潮气形成水膜,致使其表面电导电流增加,使绝缘电阻显着下降.此外,某些绝缘材料有毛细管作用,当湿度较大时,会吸收较多的水分,增加了电导,致使总体绝缘下降.针对这一情况,我们应将其加等电位屏蔽.3.放电时间对测试绝缘的影响:重复测量时,由于残余电荷的存在,使重复测量时所得到的充电电流和吸收电流比前一次小,造成吸收比和绝缘电阻假增现象.因此,每测一次绝缘电阻后,应将被试品充分放电,做到放电时间大于充电时间,以利于残余电荷放尽.4.污秽对绝缘电阻的影响:试品表面容易附着灰尘或油污等污秽物质,这些污秽物质大多能够导电,使绝缘物表面电阻降低, 但这不代表绝缘体的真实情况.针对这一情况,通常可以用清扫手段,把绝缘体表面揩试干净,这样被试物的绝缘电阻值就会大大提高.5.操作方法:兆欧表使用不当,会使测得的数据不准确,因此,可选择合适电压等级的兆欧表,接线要正确(测量端接表的"L" 端,接地端接表的"E"端,屏蔽端接表的"G"端),驱动转速为120转,分.只有通过正确的操作方法,才能测得一个比较真实的试验数据.(作者单位:哈尔滨市煤炭工业公司机电处)●王林江影论文选m疆I瓮.il登△Il.圆雾●1..蜃/,,l.I.,J●}>/.-~——.\'',l\r/竖.经lIJ济.,技术/一_■¨■-■--■■●作一协■l—I信l——/'.?喝:I一一=,.■向I岫l§一一●-一l\ 酋}N●葱』曼0●.'L|lil呈簟j窨■^.I一—酗■1■_}●II●-L'.liII.,ll立^二■函盲I1I',『舅5I啊II;寰哲●。
对绝缘电阻试验结果影响因素的分析摘要:电气设备的绝缘状况对电力系统的安全运行至关重要。
为避免突发性故障和停电事故,电力行业主要采用预防性试验和检修体制。
绝缘电阻测试是一个应用非常普遍的试验项目,通过测量电气设备的绝缘电阻,可以及时地发现电气设备内部导电部分影响绝缘的异物、绝缘局部或整体受潮、绝缘油脏污和严重劣化以及绝缘击穿等缺陷。
鉴于此,本文就对绝缘电阻试验结果影响因素展开探讨,以期为相关工作起到参考作用。
关键词:绝缘电阻;测量;影响因素1、绝缘电阻测试的作用我们不但可以通过测定绝缘电阻发现电气设备设计和制造工艺中可能存在的缺陷,同时,我们还可以通过测定绝缘电阻来研究绝缘材料的品质、结构等特性,以及产品在各种运行条件下的使用性能。
对于以已经投入运行的电缆,则需要定期测定其绝缘电阻,从而能有力地跟踪该电缆的绝缘质量变化。
因此,我们需要从各方面人手,搞好电缆绝缘电阻测试。
2、绝缘电阻测试的基本原理2.1、电力设备绝缘电阻测试通常把作用于电力设备绝缘上的直流电压与流过其中稳定的体积泄漏电流之比定义为绝缘电阻,即R=U/I3。
式中:U一加于试品两端的电压(V) ;I3一相应于电压U时,试品中的泄漏电流(微安);R一试品的绝缘电阻值(兆欧)。
如图1所示,不均匀介质加直流电压后流过的电流为i=ic+ia+ig。
图1 不均匀介质等值电路电容电流iC一短暂完成并瞬间即逝的充电电流;吸收电流ia一吸收电流,由各种极化过程产生;泄漏电流ig一也叫电导电流,由电介质电导引起的恒定电流;其中带有绕组或电介质材料的被试物或电容的测量中,吸收比和极化指数是判断其绝缘特性非常重要的指标。
吸收比=加压60秒时的绝缘电阻值加压15秒时的绝缘电阻值极化指数=加压10分钟时的绝缘电阻值加压1分钟时的绝缘电阻值相对于绝缘电阻,以上两个指标具有更多的优越之处。
如绝缘电阻对于温度、湿度等环境条件的变化非常敏感,在不同的温度、湿度等环境下,绝缘电阻也会产生非常大的变化(尤其是温度)。
绝缘电阻测试的原理和影响测试值的因素绝缘电阻测试是基于欧姆定律的.通过注入一个直流电压,这个电压远低于介电强度测试的电压,然后测量出电流,就非常容易计算出电阻值了.原则上,绝缘电阻的阻值非常大,但不是无限大,所以通过测量低电流,兆欧计可以显示绝缘电阻的阻值,其结果通常是kΩ、MΩ、GΩ,有些情况下甚至可以达到TΩ.这个电阻值表示了两个导体之间的绝缘质量并且显示了漏电流的风险.许多因素影响绝缘电阻的阻值,因此电流值是通过在被测电路施加一个恒定电压得到的.这些例如温度或湿度的因素,可能会严重影响测量结果.首先我们分析一下绝缘测试时的电流性质,并假设这些因素不会影响测量.绝缘材料中电流总量的三个组成部分:电容充电电流:绝缘充电电流必须先充满被测绝缘材料的电容.这个瞬时电流开始时相对较大,一旦对被测电路充电完毕后又以指数级的速度下降至趋近于零的数值.几秒或十几秒后,这个电流相对于被测电流来说可以忽略不计.吸收电流:吸收电流是绝缘材料分子需要重新调整至相应测试要求的电场效应下所提供的一种额外能量.吸收电流的下降速度比起电容充电电流来要慢很多,有时需要几分钟才能达到一个趋近于零的数值.泄漏电流:泄漏电流或称为极化电流.这个电流表明了绝缘质量及保持稳定的时间.下图所示三个电流与时间的函数关系,时间刻度是指示性的,可能取决于绝缘测试而改变.非常大的电机或非常长的电缆可能要30至40分钟才能使电容充电电流和吸收电流降至足够小,使得绝缘测试获得一个正确的结果.在电路中施加一个稳定的电流,被测绝缘材料中的总电流随时间变化而变化.这意味着绝缘电阻也会随着时间推移而发生显著的变化.温度的影响:温度变化使得绝缘电阻的数值类似于指数化变化.在预防维护计划中,绝缘电阻的测试必须在相近的温度条件下进行,如果达不到这个条件,应该设置一个参考温度作为基准并予以修正.按照粗略的准则,如果温度上升10℃,电阻值下降为参考温度点阻值的一半;如果温度下降10℃,则阻值为参考值的 2 倍.湿度对绝缘电阻的影响要看绝缘体表面的污浊度.但一定要注意,绝不可以在温度降至露点以下进行绝缘电阻的测量.。
浅析影响电缆绝缘电阻测量的因素及测量结果的换算
1 问题的提出
某杂志刊登的《电缆绝缘电阻测试方法和质量好坏的判别》一文中,作者提了一个问题--"如果一根1kV的被测电缆长500m,绝缘电阻的测量结果为50MΩ,那么如何用MΩ/km 来表达?"文中有3个答案(原文照录):"第一种答案为25MΩ/km,理由是500m即0.5km,因此绝缘电阻也取一半,即25MΩ/km;第二种答案为100MΩ/km,理由是电缆的绝缘电阻与长度有关,电缆越短电阻越大,第一种答案是错误的,500m是1km的一半,因此绝缘电阻为100MΩ;第三种答案为不变,
电缆的绝缘电阻和长度的关系不是线性关系,因此第一二种答案都是无根据的,但讲不出不变的理由。
"
该文中认为这三个答案都是不对的,但又没有给出正确的答案,难道说电缆绝缘电阻根本就不能根据长度换算?那么,让我们来做这道题。
2 问题分析
在国家标准GB/T 3048.5--2007《电线电缆电性能试验方法第5部分:绝缘电阻试验》第7章"试验结果及计算"第7.2条中有明确的公式:RL = RXL (1)
式中:RL--试样电缆每公里长度的绝缘电阻,MΩokm
RX--试样电缆的绝缘电阻,MΩ
L--试样电缆的有效测量长度,km
根据式(1),可以很容易求得上述问题的正确答案。
已知RX=50(MΩ),L=500(m)=0.5(km);则该电缆每公里长度绝缘电阻为RL =50×0.5=25(MΩokm)。
读者可能会认为该文中第一个答案是正确的,且慢!第一种答案是25MΩ/km,而不是正确答案25MΩokm,量纲不对。
实际上式(1)中的量纲(MΩokm)与IEC标准的表述完全一致,若写成MΩ/km是概念性错误。
不过笔者宁可相信量纲错误是作者的笔误,即使答案为25MΩokm,也会被认为是错的,因为以下还有这样一段论述:"需要指出的是:上述换算公式仅为换算需要而制定的,并不表示绝缘电阻和长度成线性反比例关系。
"
对于这个观点,笔者是万万不敢苟同的。
按国家标准GB/T 3048.5中7.2条的换算公式,当RL为一定值时,RX和L就是呈线性反比例关系的!GB/T 3048.5是唯一的关于电线电缆绝缘电阻测试的国家标准,应该是普遍适用于电缆制造与应用领域的,是我们测量电线电缆绝缘电阻以及换算测量结果时必须遵循的法则。
作为写入标准的公式,应该都通过理论与实践的长期验证,不可能为了换算方便而"制造"出一个违背客观实际的换算公式。
笔者作为绝缘电阻测量仪器的生产者,有幸参加了GB/T 3048--2007的修订工作,
国家标准修订的整个过程都是非常严谨的,在长达3年的反复征求意见的过程中,没有任何一个单位或个人对GB/T3048.5中7.2条的换算公式提出过疑义。
RX和L呈线性反比例关系,这一点很容易从基本的电工原理来理解。
试想,有一段长电缆分成等长的N段,每段的绝缘电阻为RF,,那么长电缆的绝缘电阻为N个RF并联,因此总电阻RZ=RF/N。
对于这个从理论上分析非常简单明了的问题,也许有人提出疑义,可能有实际测量数据的支持,但是电线电缆绝缘电阻测量有其技术含量,如果我们对试验方法的理解不全面,则会对试验方案的设计和数据分析带来偏差。
对此,笔者根据参与电线电缆绝缘电阻测量测试技术工作的实践,提出自己的几点看法,与大家共同探讨GB/T 3048.5-2007的相关技术规范。
3 几点看法
(1)绝缘电阻测量与普通的实体电阻的测量不同,有较大的离散性。
例如单位长度的电线电缆的绝缘电阻的数值,与电缆外径、导体直径以及绝缘体的体积电阻率P有关。
由于绝缘材料(目前主要是各种塑料)的P与材料中的增塑剂以及杂质的分布关系极大,而这些增塑剂以及杂质的分布不可能绝对均匀,这就造成了同一批甚至是同一根电缆内,单位长度电缆的绝缘电阻数值是不完全相同的。
因此,说RX和L呈线性反比例关系,是一个比较粗略的概念,作为单次测量,不可能也没有必要精确吻合。
但是从宏观上说,从统计学的概念上说,Rx和三之间线性反比例关系是成立的,否则国家标准中的换算公式就是毫无意义的。
(2)在式(1)中只考虑电缆的体积电阻RV,忽略表面电阻RS的影响。
GB/T 3048.5的第2章中给出了"绝缘电阻、体积电阻、体积电阻率"三个术语的定义,并在第7.4条列出体积电阻率的计算公式,这就是明证。
而在实际测量中,如果RS影响到RX的测量数据,则必须采取技术措施。
GB/T 3048.5第8.1条规定:"需要时,可在试样两端绝缘表面上加保护环。
保护环应紧贴绝缘表面,并与测试系统的屏蔽相连接或接地。
"
(3)除此之外,影响电缆绝缘电阻测量的因素还有很多,造成测量结果的离散性大与不可重复性,具体为:
①测量时间对测量结果的影响。
在电线电缆绝缘电阻测量时,由于电缆中存在较大的分布电容以及绝缘材料的介质吸收与极化现象,其充电时间常数可能高达数十分钟。
在测量开始时,电容性电流占主导地位,电阻示值很小,随着电容电流逐渐衰减,仪表电阻示值缓慢上升,这是正常现象(如果电阻示值很快稳定,反而说明在测量开始时电导性泄漏电流就在测量电流中占主导地位,这是被测对象因受潮而导致绝缘不良的一个主要特征)。
为了取得一个比较确定的测量结果,通常规定一个特定的测量时间(GB/T 3048.5第6.6条规定:"不少于1 min,不超过75min,通常推荐1min读数。
"),可以通过设置高阻计(如ZC一90系列)中的定时器获得所需的定时时间。
②重复测量对测量结果的影响。
在测量电线电缆的绝缘电阻时,如在短时间内进行重复测量,则第二次测量示值将明显
比第一次测量示值高,这是由于被测电缆中存在第一次测量所施加的残余电荷的缘故。
这些电缆充电时间很长,同样,放电时间也很长,在没有充分放电的情况下重复测量,充电效果是叠加的,其等效作用是延长了后一次测量实际上的测量时间,电阻示值自然较高。
因此,测量结果应以第一次测量为准,如要进行第二次测量则必须对被测电缆进行充分放电后(GB/T 3048.5第8.3条规定:"放电时间应不少于试样充电时间的4倍。
")才能进行。
⑧测量电压对测量结果的影响。
不同的测量电压可能会导致不同的测量结果,这是因为绝缘体的导电机理与金属的导电机理有本质上的不同,一般都有较高的负电压系数,即测量电压越高,漏电流越大,绝缘电阻值数越小。
因此,电缆试样的测量电压应严格按照产品标准的要求进行(GB/T 3048.5第6.5条)。
④环境温度对测量结果的影响。
电线电缆的绝缘电阻具有较大的温度系数,为了取得一个比较确定的测量结果,通常规定一个特定的标准温度[GB/T3048.5第6.3条规定了型式试验应在(20±5)℃的环境温度中进行,第6.4条又规定了电缆高温下绝缘电阻测试方法]。
对于例行试验的测量结果,可以用GB/T 3048.5第7.3条中的公式进行绝缘电阻的温度校正:
R20=KRL (2)
式中:R20--20℃时试样电缆每公里长度的绝缘电阻,MΩokm
K--绝缘电阻温度校正系数(应由供需双方商定)。