電線電纜絕緣電阻測試方法探討

王粵威 胡永樂 袁治中 王 霄

（珠海出入境檢驗檢疫局，廣東珠海 519015）

2010年，我們珠海出入境檢驗檢疫局技術中心電氣安全實驗室參加了某機構“電線電纜絕緣電阻能力驗證”活動。2011年，我室收到該機構發來的《能力驗證計劃結果通知單》(以下簡稱《通知單》)，得知我室參加的“電線電纜絕緣電阻能力驗證”試驗結果被判為“有問題結果”。

依據該機構提供的“作業指導書”中的描述，原文如下：

絕緣電阻試驗 ：

試驗方法：除應按照GB/T 3048.5-2007的要求測量絕緣電阻外，對以下具體條件進行了統一的規定：

試驗溫度：70℃±1℃；

試樣測量：試樣放入已經達到規定溫度的水浴中至少2小時后開始測量；

試驗電壓：250V；

測試充電時間：請采用1分鐘讀數。

我們對該試驗進行了全面細致的分析，對這次能力驗證活動中采用的試驗方法進行了多次實驗驗證，盡力查找原因。

1 試驗結果及原因分析

1.1 作業指導書規定的“試驗溫度：70℃±1℃”過于寬松

電線電纜的絕緣電阻測量值不是一個恒定不變的數值，它易受外界諸多因素的影響而發生變化。由上海電纜研究所主辦的《電線電纜》雙月刊1997年01期《用ASTM方法確定絕緣電阻溫度校正系數》一文(以下可簡稱《用》文，依據美國材料和實驗協會標準（ASTM）方法進行檢測，結果表明PVC絕緣電線電纜的絕緣電阻與溫度的變化關系完全符合指數規律。隨著溫度的上升，絕緣電阻則下降：

式中 ρt—— 溫度為t時的絕緣體積電阻率

ρt0——溫度為t0時的絕緣體積電阻率

k——絕緣電阻溫度校正系數

β——絕緣電阻溫度系數

ASTM 標準規定的標準溫度t0=60℉(即15.6℃)。

表1給出的則是ASTM 絕緣電阻溫度校正系數標準(查ASTM D 2633的表)

表1 PVC絕緣電阻溫度校正系數的ASTM 標準值

根據上述ASTM 標準，很容易推算出：溫度每升高1℃，PVC絕緣電線電纜的絕緣電阻大概要減小18%。由于本次能力驗證作業指導書還允許水溫在70℃±1℃范圍波動，在這種情況下測量電線電纜的絕緣電阻值必然一致性差。

為了盡量減少水溫波動對測量結果的影響，我們在本次能力驗證試驗中，水溫由6根熱電偶在6個點測量，并設法保證了6個測量點顯示的水溫均穩定在70.0℃±0.1℃之間，且保持2小時。

1.2作業指導書未限制恒溫水浴槽中的水溫在整個升溫過程中不可出現過沖

《用》文還指出：“在升溫及降溫過程中，同一溫度點下的絕緣電阻值稍有不同。”見表2。

但是，很多恒溫水槽在升溫過程中都會出現過沖，即水溫會沖過70℃，然后又降下來，逐步趨于穩定（見圖1）。這樣，根據《用》文作者的經驗總結，測量結果可能大大低于水溫無過沖的測量值。

圖1

為防止水溫沖過頭再降下來，造成絕緣電阻測量結果偏低，我們在本次能力驗證試驗中保證了水溫始終沒有超過70.1℃。我們的做法是：將裝有被測電線樣品的恒溫水浴槽安放在恒溫恒濕箱內。恒溫水浴槽升溫至63.5℃時即停止加熱，微調恒溫恒濕箱內的溫度，通過空氣熱傳導使水溫緩慢上升至70.0℃±0.1℃（歷時2小時左右）。水溫由6根熱電偶在6個點測量，做到了水溫始終沒超過70.1℃,并在70.0℃±0.1℃之間穩定2小時后進行絕緣電阻測試。（見圖2）

圖2

1.3 第一次測試與“充分放電”后重復測試，結果不一致，復現性很差

國家標準和作業指導書都允許重復測量，GB/T 3048.5-2007《電線電纜電性能試驗方法 第5部分 絕緣電阻試驗》第8.3條規定：“重復試驗時，在加電壓之前應使試樣短路放電，放電時間應不少于試樣充電時間的4倍；如因試樣有殘余電荷而造成測量結果有明顯差別時，必須先進行充分放電。對于這類試樣，無論是第一次測試或重復測試，均需充分放電。”

由于我們在第一次測試時，水溫只控制在70℃±1℃之間，我們發現誤差較大，所以放棄了第一次測試的結果，轉而采用將水溫控制在70.0℃±0.1℃之間，并防止過沖的控制方式。而樣品則遵照國家標準要求進行“充分放電”后的重復測試。

但根據介質中靜電場的理論，介質極化出現的電荷屬于束縛電荷，與金屬中的自由電荷不同，它不會因短路放電而消除。若要使極化完全消除，必須加反向電場（矯頑場），或者使用衰減的交變電場來消除極化現象。我們在本次能力驗證試驗中嚴格遵照國家標準和作業指導書的規定，沒有使用矯頑場，而是在重復測量前對被測電線樣品進行了為時24小時的“充分放電”，然后又在室溫下進行了為時2天半的自然干燥，再進行測量得出最終結果。現在看來，由于極化電場沒有消除，就會造成重復測量得到的絕緣電阻值明顯大于第一次測量值，兩者復現性很差。

收到《通知單》后，我們又對能力驗證樣品進行了重復測試，結果見表3。從中可以看出：同一個樣品，即使經過“充分放電”，絕緣電阻值總的趨勢還是隨著測量的次數增加而越來越大。能力驗證時的測量結果是0.120 MΩ·km，現在增大到了0.274 MΩ·km。

表3 重復測試CNAS T0558能力驗證電線樣品的絕緣電阻測量結果(線長7.427m,水浴溫度70.0℃)

可見，針對該能力驗證的樣品來說，第一次測試與所謂“充分放電”后重復測試，結果很不一致，復現性很差。

2 結論和建議

2.1能力驗證方案設計時應充分考慮各因素對結果的影響

《影響絕緣電阻測量值的主要因素》一文中介紹，影響電線電纜絕緣電阻的因素很多、原因很復雜，嚴格遵照國家標準和作業指導書的規定進行試驗的結果復現性很差，尤其是所謂“充分放電”后重復測試的結果與第一次測試結果差別很大。

因此在能力驗證方案設計時（包括試驗前的預處理、試驗條件的規定、對重復測試的規定、統計方法及測量結果的判定等）應該充分考慮到這些因素的影響。如果僅僅根據數據統計出來的中位數和Z比分數，劃分“滿意”、“不滿意”、“有問題”結果，很可能將嚴格遵照國家標準和作業指導書的規定進行試驗的結果，判為“有問題”或“離群”。

例如，電線電纜絕緣電阻能力驗證必須考慮以下因素：是否允許所謂“充分放電”后的重復測試？或者是否應該將第一次測試與重復測試的結果分開統計？

是否應規定恒溫水浴槽中的水溫在整個升溫過程中不應該過沖，具體地說，是否可規定任何時候水溫不得超過70.1℃；

是否應規定恒溫水浴槽中的水溫在整個2小時測量過程中應該穩定在70.0℃±0.1℃。等等。

上海浦東新區環境保護監測站兩位專家曾提出建議：“在能力驗證檢測報告中，變動性度量s推薦采用合成標準不確定度。其一當參加能力驗證檢測的實驗室較少（n≤9）時，變動性度量s采用標準差表示的誤差較大；其二如參加能力驗證檢測的實驗室較多，且同為一個行業系統時，由于不能排除實驗室之間部分串通，計算出的標準差可能偏小（注：相當于本次能力驗證的標準化IQR偏小），易導致部分實驗室的Z比分數＞2，而被誤判為有問題或不滿意。”

這個建議自有它的道理。

2.2 建議國家標準在具體的試驗方法上作出適當的修訂

國標GB/T 3048.5-2007《電線電纜電性能試驗方法 第5部分 絕緣電阻試驗》中關于“充分放電”后可進行“重復測試”的方法值得商榷。通過以上試驗表明：由于介質極化電荷不會因短路放電而消除，對同一個樣品，即使經過所謂“充分放電”，絕緣電阻值總的趨勢還是隨著測量的次數增加而越來越大。因此，我們認為國標中應該對電線電纜絕緣電阻的測試方法進行修訂，例如可以規定：絕緣電阻的測量值取第一次測試的結果，如有懷疑，需進行重新測試時，試驗應在新的樣品上進行。

［1］ GB/T 3048.5-2007《電線電纜電性能試驗方法 第5部分絕緣電阻試驗》〔S〕

［2］ 梁學紅、崔興艷 《用ASTM方法確定絕緣電阻溫度校正系數》〔J〕《電線電纜》1997年01期雙月刊

［3］ bellawang 《影響絕緣電阻測量值的主要因素》〔Z〕wenku.baidu.com/view 2011年1月14日

［4］ 徐建平 刁鳳鳴 《Z比分數在實驗室能力驗證監測中的運用》［J］《環境監測管理與技術》第15卷第1期2003年2月