導(dǎo)讀：《電氣設(shè)備的絕緣電阻測試方法》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)，提出絕緣抽查測試、介質(zhì)吸收測試和絕緣步進(jìn)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。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、絕緣電阻基本概念
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。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。
2、絕緣電阻的影響因素
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小。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(dá)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。
基本上所有絕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(jìn)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(jìn)行生產(chǎn)測試。生產(chǎn)測試由制造商進(jìn)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(jìn)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(jìn)行驗證測試。
預(yù)防性維護(hù)測試環(huán)節(jié)：許多工廠都把對設(shè)備進(jìn)行絕緣電阻和導(dǎo)線測試作為其整體預(yù)防性維護(hù)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(hù)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(jìn)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(jìn)行預(yù)防性維護(hù)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(jìn)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(jìn)行維修之后也應(yīng)該進(jìn)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(jìn)行絕緣抽查測試：
圖1 絕緣抽查測試方法 圖2 絕緣抽查測試分析
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(jìn)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。
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10min的周期內(nèi)進(jìn)行。如圖3所示，對電氣設(shè)備進(jìn)行介質(zhì)吸收測試步驟如下：
圖3 介質(zhì)吸收測試方法 圖4 介質(zhì)吸收測試分析
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10s記錄一次示值，然后每10min記錄一次示值。
②對設(shè)備（如電動機）繞組進(jìn)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10min測量值除以1min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(yán)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。
3.2.3 絕緣步進(jìn)電壓測試方法及實例
絕緣步進(jìn)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(jìn)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(jìn)行絕緣步進(jìn)電壓測試。如圖5所示，按照以下步驟對電動機進(jìn)行絕緣步進(jìn)電壓測試：
圖5 步進(jìn)電壓測試 圖6 步進(jìn)電壓測試分析表
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60s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1000V開始，以500V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。60s后記錄每一示值。
④對電動機繞組進(jìn)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50kW、230V的電動機與一個1kW、230V的電動機所需的絕緣層厚度是相同的。
《電氣設(shè)備的絕緣電阻測試方法》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(jìn)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。
