绝缘电阻测量的基本原理与影响因素分析

摘要:电气设备绝缘材料性能的好坏,对于电气设备的正常运行和安全用电有着重大的影响,衡量绝缘性能的主要标志之一是它的绝缘电阻,因此,采取正确的方法测量绝缘电阻是至关重要的。

关键词:绝缘材料；绝缘电阻；电阻测量；影响因素

前言

在各种电气设备中,绝缘材料的绝缘程度（即绝缘电阻）是否符合要求,是影响设备正常运行的重要因素。如果绝缘电阻降低,轻则导致电气设备漏电,增加电能损耗；严重时还会引起短路,造成设备损毁或人身伤亡事故。

设备绝缘电阻降低往往是由于受潮、发热、沾染污垢、机械损伤等因素所致。为了避免事故发生,需要经常测量各种电气设备的绝缘电阻,以判断其绝缘程度是否满足使用要求。

新设备在投入运行前,要进行绝缘电阻的测量,以检查设备是否因储存、运输和安装过程而导致产品绝缘电阻下降；设备长时间工作后,其导线的绝缘层会发生老化,影响绝缘质量,通过定期进行绝缘电阻测量,可以提前发现导线绝缘层故障,及时采取预防措施；

排除设备故障时,需要进行绝缘电阻测量,故障往往是由于电路中某个元器件引起的,通过对系统中不同组件（变压器、开关、电缆、电机）等，绝缘电阻的测试,就可以定位故障的部位,并进行修复。

1绝缘电阻测量的基本原理

世界上没有绝对“绝缘”的物质,在绝缘介质两端施加直流电压时,介质中总会有电流流过。这个电流可以看成由三种电流组成:由电导决定的漏导电流、由快速极化决定的电容电流和缓慢极化产生的吸收电流,其变化曲线如图1所示。

图1直流电压下电介质内三种电流随时间变化曲线

其中漏导电流iL不随时间而改变,电容电流idr瞬间即逝,吸收电流ixs随加压时间逐渐衰减,这个时间与试品的电容量有关,电容量越大,衰减时间越长。研究表明,吸收电流与被试设备受潮情况有关,吸收电流与时间的曲线叫做吸收曲线。不同绝缘的吸收曲线不同,对同一绝缘而言,受潮或绝缘有缺陷时,吸收曲线也不相同,因此,可以通过吸收曲线来判断绝缘的好坏。

不同的绝缘设备,在相同的电压下,其总电流iz随时间下降的曲线不同,即使其绝缘受潮或有缺陷时,其总电流曲线也要发生变化。在这种情况下,可以通过判断吸收比和极化指数来判断大容量电气设备的绝缘性能。

所谓的吸收比就是指K1=R60/R15,极化指数就是指K2=R10min/R1min，其中R10min、R60、R15分别指加压10min、60s、15s测得的绝缘电阻值.对于电流互感器而言,一般测量1min即可。

2测量仪表

目前常用的仪表是手摇式兆欧表,从外观上看有三个接线端子,它们是“线路”端子L,接于被试设备的高压导体上;“地”端子E,接于被试设备的外壳或地上;“屏蔽”端子G,接于被试设备的高压护环上,以消除表面泄漏电流的影响。

兆欧表的内部结构是由电源和测量机构组成，电源是手摇发电机,测量机构为电流线圈和电压线圈组成的磁电式流比计机构。当摇动兆欧表时,发电机产生的电压即施加于试品上,这时在电流线圈和电压线圈中有二个电流流过,并会产生二个不同方向的旋转力矩,二者平衡时指针指示的数值就是绝缘电阻的数值。

在实际测量中经常使用的是ZC-7型手摇兆欧表,其等值电路如图2所示,电压为2500V。随着科技的发展,目前数字式兆欧表已经问世，其量程可以切换,测量速度快而且准确,体积小、质量轻,非常适合现场使用。

图2兆欧表等值电路

3 进行绝缘电阻测试的原因

3.1当电气绝缘出现故障时会发生的问题

电气绝缘不仅仅是包着电线的塑料聚合物材料，它是由电缆绝缘层、套管绝缘子、线管内空间、电机和通用设备组成的完整系统。机械压力、污染和温度变化都能造成这些组件随时间而恶化，使电流发生漏泄。电流漏泄会产生以下的几个问题：

①当电流穿过绝缘层时产生热量，会使绝缘层恶化，直到最终绝缘失效，并会形成火灾隐患。

②漏泄电流必需返回至源极，它将流经任何可用的导体、线管、管道、水或大地返回到源极。这种不利的电流会产生危险的电压。

③漏泄电流是没有效率的。经绝缘层漏泄的电流并不能驱动电机、发光或加热，但是仍然会产生消耗。

④漏泄电流会引起过流保护装置跳闸，使电机和变压器过热。结果就是差的电气绝缘造成设备发生故障、生产线停工。

2.2什么是绝缘电阻测试

一个电气系统就象是管道系统一样，电压好比是液体压力，电流好比是液体的流速，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（MΩ）。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。

为了发现管道系统中的渗漏，您需要对其加压。由于在水压最高时最容易发现渗漏现象，所以您不能关闭自来水来检查渗漏。但是，您会限制可用的自来水，这样就能够在发现大的漏洞时不至于在周围喷洒出太多的水。比较理想的测试是在高（但也并不是特别高）压下提供有限的水量。

这正是电气绝缘测试仪要做的事情。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）。

便携式绝缘测试仪（兆欧表）一般输出的测试电压为50V、100V、250V、500V或1000V。正象在管道系统中那样，目的是提供一个并非是特别高的压力（电压）。我们希望发现已有的漏泄，但是并不希望对系统造成过应力而产生新的漏泄。较低的电压用于低压系统，例如电话、网络或控制线路；较高的压力用于测试电力系统绝缘。

2.3绝缘电阻测试的作用

通过测试系统中不同组件的绝缘电阻（变压器、开关装置、导线、电机），技术员就可以隔离并修复发生故障的部件。

技术员利用测试来检验导线和地或者相邻导线之间的高绝缘电阻。在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能；绝缘测试能够发现制造工艺问题和设备缺陷，而这些问题在设备发生故障之前一般是发现不了的。因此，绝缘测试仪(兆欧表）是非常重要的故障诊断工具。并且应该频繁的进行绝缘测试。

2.4绝缘电阻的基本测量方法

测量绝缘电阻的方法主要有直接测量法、比较测量法和充放电测量法。直接测量法即直接测量施加于被测绝缘式样的直流电压和流过试样的电流，并通过欧姆定律计算出绝缘电阻。

所用的测量仪器主要有绝缘电阻表（兆欧表）、检流计和高阻计等。比较测量法是与已知的标准电阻相比较来测定绝缘电阻值的方法。常用的比较方法有电桥法和电流比较法。

充放电测量法包括充电测量法和自放电法。充电测量法是利用静电计和标准电容来测量绝缘电阻，自放电法利用高压直流电压源和静电电压表来测量绝缘电阻。

3绝缘电阻测量的影响因素

3.1环境湿度的影响

随着周围环境的变化,电力设备的吸湿程度也随着发生变化.湿度增大时,绝缘因毛细管的作用,将吸收较多的水分,使电导率增加,降低了绝缘电阻的数值,尤其对表面泄漏电流的影响更大。

在电流互感器的制作过程中,最容易吸湿的阶段是出罐后的装配过程。因此,装配时应选择晴好的天气,而且器身暴露在空气中的时间不宜过长。

3.2温度的影响

电介质理论研究和实际应用表明:绝缘介质的绝缘电阻是随温度变化而变化的,其变化程度又随绝缘的种类而变化。一般而言,绝缘介质的绝缘电阻和吸收比是随温度的上升而下降的。