對電力設(shè)備絕緣電阻測試原理的探討

【摘要】本文通過對電力設(shè)備的絕緣電阻測試分析，利用數(shù)學(xué)原理，提出電力設(shè)備的絕緣電阻測試方法，并引用實(shí)例作了說明。

【關(guān)鍵詞】絕緣電阻；并聯(lián)；串聯(lián)；電力設(shè)備組

1.引言

預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。電力設(shè)備的絕緣電阻測試是電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)中不可缺少的一個(gè)步驟。在我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，對各種電力設(shè)備的絕緣電阻測試都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，且標(biāo)準(zhǔn)值都各有不同。測量電氣設(shè)備的絕緣電阻是為了了解、評估電氣設(shè)備的絕緣性能而經(jīng)常使用的一種比較常規(guī)的方法。通常，運(yùn)行人員通過對導(dǎo)體、電氣設(shè)備進(jìn)行搖測絕緣電阻來達(dá)到以下目的：驗(yàn)證電氣設(shè)備的質(zhì)量；確保電氣設(shè)備滿足規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)；預(yù)防性維護(hù)；確定故障原因。

2.絕緣電阻測試的基本原理

2.1 電力設(shè)備絕緣電阻測試

通常把作用于電力設(shè)備絕緣上的直流電壓與流過其中穩(wěn)定的體積泄漏電流之比定義為絕緣電阻，即R=U/I3。

式中：

U—加于試品兩端的電壓（V）；

I3—相應(yīng)于電壓U時(shí)，試品中的泄漏電流（μA）；

R—試品的絕緣電阻值（MΩ）。

如圖1所示，不均勻介質(zhì)加直流電壓后流過的電流為i=ic+ia+ig。

電容電流ic—短暫完成并瞬間即逝的充電電流；

吸收電流ia—吸收電流，由各種極化過程產(chǎn)生；

泄漏電流ig—也叫電導(dǎo)電流，由電介質(zhì)電導(dǎo)引起的恒定電流；

其中帶有繞組或電介質(zhì)材料的被試物或電容的測量中，吸收比和極化指數(shù)是判斷其絕緣特性非常重要的指標(biāo)。

吸收比=加壓60秒時(shí)的絕緣電阻值加壓15秒時(shí)的絕緣電阻值

極化指數(shù)=加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻值加壓1分鐘時(shí)的絕緣電阻值

相對于絕緣電阻，以上兩個(gè)指標(biāo)具有更多的優(yōu)越之處。如絕緣電阻對于溫度、濕度等環(huán)境條件的變化非常敏感，在不同的溫度、濕度等環(huán)境下，絕緣電阻也會產(chǎn)生非常大的變化（尤其是溫度）。因此不同環(huán)境中所進(jìn)行的絕緣電阻的測量結(jié)果是不能直接進(jìn)行比較分析的。因此必須對絕緣電阻進(jìn)行溫度折算，將測量結(jié)果歸算到20℃，才能進(jìn)行比較和分析。而吸收比和極化指數(shù)則不需要進(jìn)行溫度歸算，因?yàn)樗鼈兊臏y量結(jié)果是在同一個(gè)環(huán)境下測量出來的。

測量絕緣電阻，并結(jié)合吸收比和極化指數(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣是否存在整體受潮、整體劣化和貫通性缺陷，從而判斷被測試品的絕緣狀況，安排消除缺陷性維修、預(yù)防性維護(hù)和預(yù)知性檢測，預(yù)防和消除故障，提高被測試品的可靠性、安全性和有效性，充分發(fā)揮被測試設(shè)備的潛能，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

2.2 電力設(shè)備組絕緣電阻測試

這里，電力設(shè)備組是指n個(gè)不同的電力設(shè)備組合在一起，共同擔(dān)負(fù)某項(xiàng)供電任務(wù)。如13.8kV出線整體，由斷路器、電流互感器、刀閘、支柱絕緣子以及出線電纜等組合在一起，這些電力設(shè)備整體可簡稱為13.8kV出線設(shè)備組。

2.2.1 n個(gè)并聯(lián)支路

可見R大于或等于R1、R2、R3、……Rn中最大者即n個(gè)元件的串聯(lián)電路，總的絕緣電阻R大于或等于其中最大者。

綜上所述電，電力設(shè)備組中，當(dāng)各電力設(shè)備均為并聯(lián)時(shí)，電力設(shè)備組整體絕緣情況可間接反映各并聯(lián)支路電力設(shè)備絕緣情況；當(dāng)各電力設(shè)備均為串聯(lián)時(shí)，電力設(shè)備組整體絕緣情況難以反映各串聯(lián)電路電力設(shè)備絕緣情況。

3.設(shè)備絕緣電阻值的測試基本方法及注意事項(xiàng)

由于電容器的極間及兩極對地電容的存在，故搖測絕緣電阻時(shí)，方法應(yīng)正確，否則而損壞搖表。搖測時(shí)應(yīng)由兩人進(jìn)行，首先用短路線將電容器短路放電，再將搖表的搖地極和被測電容器的一極（或一極與外殼）連在一起，然后有一人將搖表搖至規(guī)定轉(zhuǎn)速，待指針穩(wěn)定后，再有另一人將搖表的試驗(yàn)端線路搭接到被測電容器的另一極上，此時(shí)搖搖表的一人繼續(xù)使搖表保持轉(zhuǎn)速，不得停轉(zhuǎn)搖表。由于對電容器充電，指針開始下降，然后重新上升，待穩(wěn)定后指針?biāo)局x數(shù)，即為被測的電容器絕緣電阻值。讀完表后，先把搭接在被測電容器一極上的搖表試驗(yàn)端線撤離后才能停轉(zhuǎn)搖表，否則電容器會對停轉(zhuǎn)的搖表放電，損壞表頭。搖測完畢應(yīng)將電容器上的電荷放盡，防止人身觸電。

在用兆歐表測量大容量設(shè)備的絕緣電阻值時(shí)，由于直流電壓作用于絕緣介質(zhì)后，在介質(zhì)中流過的電導(dǎo)電流有一個(gè)穩(wěn)定過程，此過程決定于時(shí)間常數(shù)τ（τ=RC，R、C為被測試品等值電阻、等值電容），因此加壓時(shí)間越長，電導(dǎo)電流越趨于穩(wěn)定，則測得的絕緣電阻值越準(zhǔn)確。對于一般被測試品加壓1分鐘后，吸收過程已基本完成；但對大容量被測試品，如：電力電纜、大型變壓器、并聯(lián)電容器等，由于被測試品電容大多由復(fù)合介質(zhì)組成，極化過程在1分鐘內(nèi)不能完成，因此，宜測量10分鐘的絕緣電阻值，測試時(shí)應(yīng)注意幾點(diǎn)：

（1）用手搖兆歐表測量時(shí)，由于輸出電壓會隨手柄轉(zhuǎn)速變化而變化，對電容性試品，當(dāng)轉(zhuǎn)速高時(shí)，輸出電壓也高，該電壓對被測試品充電；當(dāng)轉(zhuǎn)速低時(shí)，被測試品向兆歐表放電，造成表針擺動(dòng)，影響讀數(shù)。解決的方法是在兆歐表L端子與被測試品間正串一只高壓硅二極管，用以阻止對兆歐表放電，可消除表針擺動(dòng)，提高測量準(zhǔn)確度。

（2）對有介質(zhì)吸收現(xiàn)象的電纜、變壓器等設(shè)備，絕緣電阻值會隨兆歐表電壓高低而變化，試驗(yàn)時(shí)應(yīng)選用相同電壓等級的兆歐表。

（3）測試前應(yīng)先斷開被測試品電源，拆除或斷開對外一切連接線，將被測試品接地充分放電5分鐘，放電時(shí)應(yīng)用絕緣棒等工具進(jìn)行，不得用手碰觸放電導(dǎo)線。測試完畢，斷開兆歐表后，對大容量的被測試品，一定要短接，充分放電并接地。

（4）若被測試品周圍間隔狹窄，不能保證足夠的對地距離，則可用干凈的絕緣板，將四周接地間隔遮蔽。

（5）測量絕緣電阻時(shí)，一般應(yīng)在干燥條件下進(jìn)行，因濕度較大的環(huán)境里，物體表面都會出現(xiàn)凝露或附有水膜，某些絕緣材料還有毛細(xì)管作用，會吸附較多的水分，還有積灰存在，將會造成表面電阻大為降低，表面泄漏電流上升。

4.結(jié)論

（1）當(dāng)所測各設(shè)備為并聯(lián)時(shí)，可通過測量電力設(shè)備組整體絕緣電阻來分析組內(nèi)各電力設(shè)備絕緣情況。當(dāng)整體絕緣電阻較低或與歷年測試結(jié)果有顯著變化時(shí)，應(yīng)解開它們之間的導(dǎo)電連接部分，對各電力設(shè)備逐一進(jìn)行測試。

（2）當(dāng)所測各設(shè)備為為串聯(lián)時(shí)，不宜采用整體測量絕緣電阻來分析各電力設(shè)備的絕緣情況。

電氣設(shè)備出現(xiàn)故障，大多與其絕緣材料的損壞有關(guān)，絕緣電阻測試可及早發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備、材料絕緣的整體性或貫通性缺陷，客觀、準(zhǔn)確地判定被測試品的絕緣性能。絕緣材料的電氣性能主要是指電場作用下的導(dǎo)電性能、介電性能和絕緣強(qiáng)度，經(jīng)常用電導(dǎo)率、相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切、以及擊穿強(qiáng)度四個(gè)參數(shù)來描述，它對電氣設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，對電氣設(shè)備的使用壽命起決定性的作用。因此，需要用各種技術(shù)手段進(jìn)行電氣性能的定期監(jiān)測，并結(jié)合其它手段，來對電氣設(shè)備的絕緣性能作客觀的綜合評價(jià)。

作者簡介：

賀宗躍（1964—），男，河北寧晉人，技師，主要從事電氣維修工作。

胡相娟（1974—），女，黑龍江寶清人，技師，主要從事維修電工工作。