浅析绝缘电阻测量

浅析绝缘电阻测量ABSTRACT:Thispaperintroducesthepowerequipmentpreventivetestisasimpleandcommontestmethods:measurementofinsulationresistance.Fromthemeaningofmeasuringinsulationresistance,insulationresistancemeasurementofinsulationresistancemeasurementprinciple,influencefactors,measurementresultsoftheanalysisjudgment,themethodsofdetailedandin-depthdescription。KEYWORD:Insulationresistance;Conductioncurrent;Absorptioncurve摘要：本文重点介绍了电力设备预防性试验的一种简便而常用的试验方法：绝缘电阻测量。从绝缘电阻测量的意义、绝缘电阻测量的原理、影响绝缘电阻测量的因素、测量结果的分析判断等方面，对该方法进行了详细而深入的阐述。关键词：RB控制功能；RB控制原理；RB试验1引言某发电厂机组A级检修期间对主变进行预防性试验时发现：主变A相套管末屏对地绝缘电阻为200MΩ，主变C相套管末屏对地绝缘电阻为15MΩ，绝缘电阻值小于规程要求的1000MΩ。基于此，又进一步做了套管末屏对地的介质损耗试验，测得介质损耗也不合格，大于规程要求的2％，故立即通知了厂家，及时处理了该问题，从而保证了电气设备安全稳定运行，保证了机组A级检修顺利完成。由此可见，预防性试验，可以防患于未然。预防性试验是电力设备运行与维护中一个非常重要的环节，是判断设备能否继续投入运行，预防事故发生或设备损坏，保证设备安全运行的重要措施。电力设备预防性试验通常按其对被试绝缘的危险性，分为以下两类：一是非破坏性试验。主要指测量绝缘电阻、泄漏电流和介质损耗因数等电气试验项目。二是破坏性试验。主要指交流耐压和直流耐压试验。绝缘电阻测量是电厂运行与检修人员经常使用的一种测试方法，也是必须掌握的一种基本试验。知其然，未必知其所以然。所以我想在本文中，从绝缘电阻的意义、测量原理、影响因素、结果分析等方面对其加以阐释，使我们对绝缘电阻测量有更深入的理解。绝缘体的作用是隔电，包括相间绝缘和相对地之间的绝缘。在正常情况下，电气设备的绝缘是不导电的，即绝缘电阻很高。因此，对于任何一种电气设备，保证它的相间和对地具有足够高的绝缘电阻，是电气设备安全运行的重要指标。但是电气设备在长期运行中，不可避免地要受到内部电的、热的和机械力的作用，还要受到外部大气、环境、外力的作用，从而可能造成电气设备绝缘的老化，造成绝缘内部产生缺陷，使绝缘的耐电强度降低，最终导致绝缘的完全破坏。因而，在电气设备的绝缘实验中，测量绝缘电阻是不可缺少的试验项目。2绝缘电阻的测量绝缘电阻测量是一项最简便且最常用的试验方法，通常用兆欧表（俗称摇表）进行测量。摇表是一般测量电气线路的绝缘的工具，摇表又称兆欧表，是用来测量被测设备的绝缘电阻和高值电阻的仪表，它由一个手摇发电机、表头和三个接线柱（即L：线路端、E：接地端、G：屏蔽端）组成。分为500V，1000V、2500V等级别。根据被试品在1min时的绝缘电阻大小，可以检测出绝缘是否有贯通的集中性缺陷、整体受潮及贯通性受潮。由试验测得的绝缘电阻值，能判断电气设备中影响绝缘的异物、绝缘局部或整体受潮、绝缘脏污、绝缘油严重裂化、绝缘严重老化、设备进水绝缘受潮、绝缘瓷套裂纹等缺陷。以下两张图片简介了两种发电厂内常用的摇表：电摇表和手摇表。图一：电摇表图二：手摇表《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定：测量绝缘电阻时，采用兆欧表的电压等级，在本标准未作特殊规定时，应按下面表格中的规定执行：电气设备或回路电压等级适用的摇表等级1100V及以下250V50MΩ及以上2500V以下至100V500V100MΩ及以上33000V以下至500V1000V2000MΩ及以上410000V以下至3000V2500V10000MΩ及以上510000V及以上5000V10000MΩ及以上关于测量值有以下一些相关要求：若在相近试验条件(温度、湿度)下，绝缘电阻值降低到历年正常值的1/3以下时，应查明原因；各相或各分支绝缘电阻值的差值不应大于最小值的100%；吸收比或极化指数：沥青浸胶及烘卷云母绝缘吸收比不应小于1.3或极化指数不应小于1.5，环氧粉云母绝缘吸收比不应小于1.6或极化指数不应小于2.0；发电机、变压器等特殊或重要电气设备应根据厂家给定的相关参数来检测。3测量绝缘电阻的意义测量绝缘电阻为什么能发现上述缺陷？为何要读取1min时的绝缘电阻值？带着这样的疑问，让我们先来分析电力设备绝缘在直流电压作用下所流过的电流。图三：等值电路图电力设备绝缘在直流电压作用下的等值电路图，如图三所示。当合上S时，记录微安表在不同时刻的读数，就得到了电力设备绝缘在直流电压作用下的电流变化曲线，如图四所示。从曲线上可以看出，电流逐渐下降，并趋于一恒定值，该值就是漏导电流IL。ii图4图5图3i图四：设备绝缘的电流变化曲线3.1在实际的电介质上施加直流电压后，随时间衰减的电流可以看成是由三种电流组成。3.1.1漏导电流。因为世界上没有绝对“隔电”的物质，在绝缘介质中总有一些联系弱的带电质点存在，例如大气中约存在1000对/cm3的正、负离子，所以任何绝缘材料在外加电压作用下都会有极微弱的电流流过，而且此电流经过一定的加压时间后趋于稳定。漏导电流是由离子移动产生的，其大小决定于电介质在直流电场中的导电率，所以可以认为它是纯电阻性电流。漏导电流随时间变化的曲线如图四所示。它的数值大小反映了绝缘内部是否受潮，或者是否有局部缺陷，或者表面是否脏污。因为在这些情况下，绝缘介质内部导电粒子增加，或者表面泄漏电流增加，都会引起漏导电流增加，使其绝缘电阻减小。3.1.2充电电流。它是在加压时电源对电介质的几何电容充电时的电流，是由快速极化（如电子极化、离子极化）过程形成的位移电流。由于快速极化是瞬时完成的，故电流瞬间即逝。电容电流随时间变化的曲线如图四所示。3.1.3吸收电流。它也是一个随加压时间的增长而减小的电流，不过它比充电电流衰减缓慢得多，可能延续数分钟，甚至数小时。这是因为吸收电流是由缓慢极化产生的，其值取决于电介质的性质、不均匀程度和结构。在不均匀介质中，这部分电流非常明显的。吸收电流随时间变化的曲线如图四所示。由于这一过程还要消耗能量，所以这部分电流可以看成是电源经过一个电阻向电容器充电的电流。若将三个电流曲线叠加，即可得到在兆欧表等直流电压作用下，流过绝缘介质的总电流随时间变化的曲线，通常称之为吸收曲线。如图五所示。ii1i2i3i图6其中，i1—漏导电流i2—充电电流i3—吸收电流i—叠加电流图五：吸收曲线3.2对吸收曲线的分析3.2.1吸收曲线经过一段时间后趋于漏导电流曲线，因此在用兆欧表进行测量时，必须等到兆欧表指示稳定时才能读数。通常认为经1min后，漏导电流趋于稳定。所谓测量绝缘电阻就是用兆欧表测量这个与时间无关的漏导电流（微安级），但在表盘上反映出来的却是兆欧值。由于流过绝缘介质的电流分为表面电流和体积电流，所以绝缘电阻也有表面绝缘电阻和体积绝缘电阻之分。表面电流只反映表面状态，而且可以被屏蔽掉，所以实际测得的绝缘电阻是体积绝缘电阻。因此，绝缘电阻的定义应为作用于绝缘上的电压与稳态体积泄漏电流之比，即wIURj。其中Rj—体积绝缘电阻U—作用于绝缘上的电压Iw—稳态时体积泄漏电流当绝缘受潮或有其他贯通性缺陷时，绝缘介质内离子增加，因而体积漏导电流剧增，体积绝缘电阻当然也变小了。因此，体积绝缘电阻的大小在某种程度上标志着绝缘介质内部是否受潮或品质上的优劣。体积绝缘电阻Rt=ρtd/S。其中ρt—绝缘的体积电阻率（Ω·cm）d—极间距离（cm）S—介质上的电极面积（cm2）由此可见，体积绝缘电阻与绝缘尺寸有关。对同一材料、同一直径的绝缘子而言，绝缘子串愈长，其绝缘电阻愈高；而对电缆却是长度愈长，其体积绝缘电阻愈小。3.2.2不同绝缘的吸收曲线不同。对同一绝缘而言，受潮或有缺陷时，吸收曲线也会发生变化，据此可以用吸收曲线来判断绝缘好坏。一般用初始电流与稳定电流之比i0/iw来表示绝缘的吸收特性。若用绝缘电阻来表示时，则为R0/Rw。由于在进行绝缘电阻测量时，要真正测出R0/Rw很困难，所以通常分别用从兆欧表达稳定转速并接入被试物开始算起，第15s和第60s的绝缘电阻值R15″和R60″来代替，并求出比值R60″/R15″，称为吸收比。根据试验经验，一般认为R60″/R15″不小于1.3时，绝缘是干燥的。随着变压器、发电机等电力设备的大容量化，其吸收电流衰减得很慢，在60s时测出的绝缘电阻仍会受吸收电流的影响，此时用吸收比来判断绝缘是否受潮会有困难。为了更好的判断绝缘是否受潮，国外及国内变压器等已采用极化指数作为衡量指标，它被定义为加压10min时的绝缘电阻与加压1min时的绝缘电阻之比，即R10′/R1′。根据《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定,极化指数一般不小于1.5。3.3影响绝缘电阻测量的因素有：湿度、温度、表面脏污和受潮、被试设备剩余电荷、兆欧表容量。3.3.1当空气相对湿度增大时，由于毛细管作用，绝缘物将吸收较多水分，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。实践证明，在雾雨天气或早晚进行试验测出的绝缘电阻很低，与在晴朗中午用同样的设备试验所测得的绝缘电阻相差很多，充分说明了湿度对绝缘电阻的影响。3.3.2电力设备绝缘电阻随温度的变化而变化。富于吸湿性的材料，受温度影响最大。一般情况下，绝缘电阻随温度升高而减小。因为温度升高时，加速了电介质内部离子的运动，同时绝缘内的水分，在低温时与绝缘物结合得较紧密。当温度升高时，在电场作用下水分即向两极伸长。这样在纤维物质中，呈细长线状的水分粒子伸长，使其电导增加。此外，水分中含有溶解的杂质或绝缘物内含有盐类、酸性物质，也使电导增加，从而降低了绝缘电阻。3.3.3被试物的表面脏污或受潮，会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻将显著下降，必须设法消除表面泄漏电流的影响。3.3.4对有剩余电荷的被试设备进行试验时，会出现虚假现象，使测量数据虚假的增大或减小。当剩余电荷的极性与兆欧表的极性相同时，会使测量结果虚假的增大。当剩余电荷的极性与兆欧表的极性相反时，这是因为兆欧表需输出较多的异性电荷去中和剩余电荷。为消除剩余电荷影响，应事先“充分”放电。兆欧表的容量愈大愈好。3.4在得出测量结果后要对所得值进行相应的分析判断，所测得的绝缘电阻值应大于规定的允许值。将所测结果与有关数据比较，是对试验结果进行分析判断的重要方法。通常用作比较的数据包括：同一设备各相间的数据，同类设备间的数据、出厂试验数据、耐压前后数据等。如发现异常，应立即查明原因或辅以其他测试结果进行综合分析、判断。4其它绝缘电阻测量并不能检测出所有缺陷。在某些情况下，绝缘虽然存在某种局部的缺陷，但相间绝缘和相对地绝缘仍保持良好，绝缘电阻很少下降，甚至没有变化，测量绝缘电阻并不能发现和判断这类缺陷，因而需要采用其他试验项目来检测。参考文献[1]神国家电力公司华东公司:《发电厂集控运行技术问答》，2002年8月[2]中华人民共和国能源部:《电业安全工作规程-发电厂和变电所电气部分》，1991年3月收稿日期：2011年11月