城市轨道交通电气设备测试：绝缘电阻及吸收比的测量

城市轨道交通电气设备测试：绝缘电阻及吸收比的测量

《高电压检测项目》绝缘电阻及吸收比的测量目录

01 绝缘电阻概述

在对绝缘施加直流电压时，流过绝缘介质的电流随着时间的增加而逐渐减小，并逐渐趋于稳定值，如图3-1所示。这个电流是三种电流之和，它们分别为位移电流、吸收电流和泄漏电流。

图3-1 电流与时间特性

1.1 物理现象

• 位移电流：是在施加电压时，对绝缘介质的几何电容充电时的电流，一般在极短的时间内衰减。当撤去电压时，流过和充电时相反的放电电流，同样很快衰减。
• 吸收电流：是绝缘介质在施加电压后，由于介质的极化、偶极子转动等原因而产生的。它是随着时间缓慢衰减的电流。
• 泄漏电流：是由于在绝缘介质内部或表面移动的带电粒子产生的传导电流。它一般不随时间的改变而变化。

绝缘电阻由材料分子与杂质分子的离解的离子数决定，它与绝缘中所含杂质的本性有关，也和外界条件有关。一般情况下，油纸绝缘的绝缘电阻随受潮或污染程度加大而下降，随温度上升而下降。在一定条件下，随外加电压的增加而下降，随施加电压时间的加长而上升。充分了解绝缘电阻和这些因素的内在联系，就可以利用测量绝缘电阻在不同试验条件下的变化情况，利用一个重要的非破坏性试验方法，来检测和分析绝缘或某一特定绝缘结构的质量情况。

绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量是评价电气设备绝缘质量的方法之一。由于绝缘电阻测试是非破坏性试验，使用兆欧表，现场使用十分方便。电气设备的绝缘电阻测量是设备制造、安装和运检过程中必不可少的预防性试验。如能定期进行测量并长期积累数据及其变化倾向，常能对绝缘状况做出正确的分析判断。

1.2 绝缘电阻测量原理

严格地讲，绝缘电阻是外施电压U除以全电流I后的值。由于电流I是随时间变化的量，所以绝缘电阻也是随时而变化的量，只有当时间很长、全电流I衰减到泄漏电流时绝缘电阻才达到稳定值。这种绝缘电阻随施加电压时间的变化称为介质的吸收现象。绝缘电阻与施加电压时间的关系曲线称为介质吸收曲线。

1.3 吸收比与极化指数

由于总的电流I是随着时间的增加而逐渐衰减的，因此，试品的绝缘电阻随着时间的增加而逐渐上升，并趋向稳定。在开始时上升较快，以后上升速率逐渐降低。特别是试品的绝缘性能良好时，需要很长的时间才能达到稳定值，且绝缘电阻较高。反之，如果绝缘性能不好，较大，则很快就可以达到稳定值，且绝缘电阻较低，其电阻随时间变化的曲线斜率可以用来说明绝缘的状态。

“吸收比K”是同一次试验中，加压60s时的绝缘电阻值与加压15s时的绝缘电阻值之比，即K＝R60/R15；“极化指数PI”指10 min与1 min绝缘电阻值之比，即在同一次试验中，加压10 min时的绝缘电阻值与加压1 min时的绝缘电阻值之比。K＝R60s/R15s PI＝R600s/R60s

K恒大于1，K越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。一般以K≥1.3作为设备绝缘状态良好的标准，但有些变压器的K虽大于1.3，但绝缘电阻R值却很低；有些K<1.3，但R值却很高。所以应将K值和R值结合起来考虑，才能做出比较准确的判断。一般情况下，20C时变压器油纸绝缘的极化指数PI不应该小于1.5。

对极化指数有如下规定：极化指数在常温下不低于1.5；当R60s大于10000M时，极化指数可不做要求。预试时可不测量极化指数；吸收比不合格时增加测量极化指数，二者之一满足要求即可。《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB50150—2016）中7.0.9第4条，变压器电压等级为220 kV及以上且容量为120MVA及以上时，宜用5000V兆欧表测量极化指数。测得值与产品出厂值相比应无明显差别，在常温下不小于1.3；当R60s大于10000M时，极化指数可不做考核要求。

一般而言，对于大容量的设备，设备需要相对长的时间，才能测量出绝缘的电流变化情况，所以对于大型变压器、套管等，需要测试K和PI，对于绝缘子、开关、电缆等，主要用绝缘电阻与出厂标准来判断绝缘状况，可不测量K和PI。

02 绝缘电阻测量方法

2.1 兆欧表的测试原理

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，有手摇式和数字式两种。手摇式兆欧表简称摇表，由一个手摇发电机、表头和三个接线柱组成，数字式通过电池提供直流电，都由三个接线柱，即相线端（L端）、接地端（E端）、屏蔽端（G端）组成。如图3-2所示为10000V数字式兆欧表外观，如图3-3所示是数字式兆欧表。

图3-1 电流与时间特性

图3-2 10000V数字式兆欧表外观

1—工作电源键（绿）；2—测试内容选择键1（红）；3—测试内容选择键2（红）；4—复位键（白）；5—高压选择键（黄）；6—LCD显示屏；7—E端（接地）；8—G端（屏蔽）；9—L端（线路）；10—测试线（带探头）；11—接地线（黑）；12—充电电源插；13—充电指示灯（绿）；14—充电电源指示灯（红）

兆欧表上的接线端子E接被试品的接地端，L接高压端，G接屏蔽端。而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈，测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。

测量绝缘电阻时，一般只用L和E端，但在测量电缆对地的绝缘电阻或被测设备的泄漏电流较严重时，需要使用G端，将G端接屏蔽层或外壳。如图3-4所示为测量绝缘电阻时Ｇ端和屏蔽环的接线。

图3-4 测量绝缘电阻时Ｇ端和屏蔽环的接线

线路接好后，机械式的摇表按顺时针方向转动摇把，转速为120r/min左右时，保持匀速转动，1min后读数，并且要边摇边读数，不能停下来读数。对于数字式兆欧表，选择后量程和测试内容（吸收比或极化指数）后，只需要按测量键，仪器就会自动加压测量，并自动测量出吸收比K和极化指数PI值。测量结束，要先放电，再拆线。

2.2 电压等级的选择

绝缘电阻测试仪（兆欧表）的试验电压与被试品的额定工作电压有关，又远低于被试品工作电压。按试验电压等级可分：低压：50V、100V、250V、500V、1000V；高压：2500V、5000V、10kV。电力设备常用的绝缘电阻测试仪（兆欧表）电压等级为：500V、2500V、5000V。一般规定试验电压等级在2500V及以上时，才进行试品的吸收比或极化指数的测量。如表3-1所示为绝缘电阻测试仪电压等级的选择。

表3-1 绝缘电阻测试仪电压等级的选择

试验电压不同，试品内部介质松弛极化强度不同，试品呈现的绝缘电阻值也不同。但是绝缘电阻对试验电压的小范围改变并不十分敏感。

03 绝缘电阻测量时的注意事项

3.1 测量注意事项

在绝缘电阻测量过程中，为保证测量的准确和安全，应注意以下问题：

• 测量接线原则：测量端接L端，非被测端短路接地，E端也可靠接地。例如，测量三相变压器高压绕组绝缘电阻时，高压绕组连接起来接兆欧表L端，低压绕组线端分别连接在一起并接地进行测试。如果低压绕组线端没有短路接地时，通过绕组的电流会影响绝缘电阻值。
• 高压测试连接线：应尽量保持架空，确需使用支撑时，要保证支撑物的绝缘状态和绝缘距离。必要时要加以确认，以保证测量结果的可信性。
• 屏蔽端子G端：当测试环境条件污秽严重或相对湿度较大时，被试品的外绝缘表面泄漏电流会对绝缘电阻的测量结果产生重大影响。绝缘电阻一般应在空气相对湿度不高于80%条件下进行试验，在相对湿度大于80%的潮湿天气，电气设备引出线瓷套表面会凝结一层极薄的水膜，造成表面泄漏通道，使绝缘电阻明显降低。此时，应在引出线瓷套上装设屏蔽环（用细铜线或细熔丝紧扎1～2圈）接到兆欧表屏蔽端子。屏蔽环应接在靠近兆欧表高压端所接的瓷套端子，远离接地部分，以免造成兆欧表过载，使端电压急剧降低，影响测量结果。测量时应记录被试设备的温度、湿度、气象情况、试验日期及使用仪表型号等。
• 放电处理：对电容量较大者（如发电机、电缆、大中型变压器和电容器等），应充分放电（5 min以上）。放电应用绝缘棒等工具进行，不得用手碰触放电导线。
• 清洁处理：用干燥清洁柔软的布擦去除试品外绝缘表面的脏污，必要时用适当的清洁剂洗净。

3.2 测试案例

表3-2和表3-3所示为某变压器的绝缘电阻的测量判断数据。

表3-2 #1主变绝缘电阻测量试验数据比较（1）

表3-3 #1主变绝缘电阻测量试验数据比较（2）

数据分析如下：

• 数据变化不大。本次试验所测到的值与历次比较，没有太明显的出入，所以可以证明该变压器的绝缘没有出现明显的缺陷，也没有受潮，符合相关标准。
• 数据与标准值有差异。对比吸收比K和极化指数PI的数据，要标准要求K>1.3，PI>1.5，部分数据未能满足要求。数据绝缘电阻和吸收比试验虽然能反映变压器的某些状况，但是，由于它们受外界的影响较大，测得的电阻值分散性较大，没有绝对的判断标准，所以还需要做其他的预防性试验来验证绝缘状况。

一般情况下采用比较法对结果进行比较，可以是同类型的设备间相互比较，该设备历次试验结果间的比较，也可以是大修前后的数据比较。

04 绝缘电阻试验结果的判定

4.1 判断原则

绝缘电阻值的测量是常规试验项目中最基本的项目。根据测得的绝缘电阻值，可以初步估计设备的绝缘状况，通常也可决定是否能继续进行其他施加电压的绝缘试验项目等。

变压器绝缘电阻值的测量结果与试品温度有关，原因是在施加电压不变的情况下，吸收电流都会随着温度的变化而变化，温度上升时电流随之增加。

除了测得的绝缘电阻值很低，试验人员认为该设备的绝缘不良外，在一般情况下，试验人员应将同样条件下的不同相绝缘电阻值，或以同一设备历次试验结果（在可能条件下换算至同一温度）进行比较，结合其他试验结果进行综合判断。需要时，对被试品各部位分别进行分解测量（将不测量部位接屏蔽端，便于分析缺陷部位。

4.2 数据分析

大量的试验证明，可根据以下几点对绝缘电阻的测量进行分析和判断：

• 绝缘电阻高，吸收比较低.是绝缘良好的表现。为了对绝缘的状态进一步判断，可采用对变压器加温的方式，在升温或降温的过程中对绝缘电阻、吸收比进行监测，其绝缘电阻随温度的增高