矿用电缆绝缘电阻测试方法的探讨

C-41矿用电缆绝缘电阻测试方法的探讨时间：2012年8月摘要：本文论述了矿用电缆绝缘电阻在测试过程中需要注意的问题，强调了绝缘电阻温度换算系数的应用，并对浸水和不浸水绝缘电阻测量结果进行了分析。关键词：矿用电缆绝缘电阻绝缘电阻温度换算系数论文主体：一.前言绝缘电阻试验是电线电缆产品最基本的电气性能试验，属绝缘特性试验。它的大小不仅能反映该产品电压击穿的能力，它还直接影响绝缘材料的介质损耗以及工作状态下的逐渐劣化过程。对已经投入运行的电线电缆测量绝缘电阻也是衡量该产品的一个重要依据。矿用电缆是煤矿开采工业用的地面设备和井下设备用线缆品种。型号以“M”为字首的线缆符合煤炭工业部行业标准《MT818-1999煤矿用阻燃电缆》；型号以“U”为字首的线缆符合国家标准《GB12972-1991矿用橡套电缆》。二.矿用绝缘电阻的测量一般而言，绝缘电阻的测试有以下类型：设计测试、生产测试、交接验收测试、预防性维护测试以及故障定位测试。不同的测试类型取决于不同的测试目的和应用领域，并且不同的绝缘电阻测试过程具有不同的特点。下面我们就拿煤矿用移动橡套电缆MY-0.38/0.663×25＋1×16进行举例：在产品指标中，矿用绝缘电阻试验为型式试验（设计测试）和例行试验（生产测试），以确认电缆产品的性能是否符合设计要求，以及产品质量是否有偏离倾向。本企业电缆绝缘电阻型式试验采用“浸水测试方法”、例行试验采用“不浸水测试方法”。在日常测试中，经过对比发现：不浸水测量的绝缘电阻值偏高于浸水测量的绝缘电阻值，并对此进行了专项性能的分析。１.测量设备我们选择了ZC46A型高阻计法。高阻计是一个具有高输入阻抗的直流放大器。它是目前电缆测定绝缘电阻常采用的一种测试仪，它使用方便，操作简单，测量范围较宽，为104～1016Ω。2.测量过程及结果样品绝缘电阻测量情况（见表1、表2）表1：不浸水测量时的绝缘电阻试样接线方式（高压端→接地端）试样长度环境温度试验电压绝缘电阻测量值红芯→其余芯10m23℃100v410MΩ·km白芯→其余芯10m23℃100v340MΩ·km兰芯→其余芯10m23℃100v200MΩ·km表2：浸水测量时的绝缘电阻试样接线方式（高压端→接地端）试样长度水温试验电压绝缘电阻测量值红芯→其余芯＋水10m23℃100v115MΩ·km白芯→其余芯＋水10m23℃100v100MΩ·km兰芯→其余芯＋水10m23℃100v95MΩ·km三.绝缘电阻质量状况的分析1.绝缘电阻温度换算系数在处理绝缘电阻测量结果时的重要性绝缘电阻受温度变化的影响很大，总的特征是温度上升绝缘电阻降低。因此,各种产品的绝缘电阻指标，均以20℃时的值作为基准值，然后换算到环境温度的实际值；或者在实际环境温度下测得绝缘电阻后换算到20℃，再与标准规定值比较。与导体电阻有温度换算系数一样，绝缘电阻也有温度换算系数：绝缘电阻与温度之间的关系符合指数规律，即Rv0＝K·Rvt，K＝eβ（t－20），式中：Rv0—20℃时的绝缘电阻；Rvt—实际环境温度（样品温度）的绝缘电阻；K—绝缘电阻温度换算系数；β—绝缘电阻温度系数；t—环境温度（样品温度）。实用中，一般将各类产品的K值求出，列成表格或作图。（表3是几种橡套电缆的K值表）表3：橡套电缆主要材料温度换算系数表温度℃天然橡胶天然丁苯橡胶（1：1）丁基橡胶温度℃天然橡胶天然丁苯橡胶（1：1）丁基橡胶温度℃天然橡胶天然丁苯橡胶（1：1）丁基橡胶-5-4-3-2————————————————————————101112130.630.670.710.740.510.540.580.620.580.610.640.68252627281.351.441.541.651.681.872.082.311.381.451.551.65-10123456789——0.380.400.420.440.460.480.510.540.570.60——0.270.280.290.310.330.360.390.420.450.48——0.340.350.380.400.420.440.460.490.520.5414151617181920212223240.790.820.830.850.920.961.001.061.131.201.270.660.700.750.800.860.931.001.111.231.361.510.720.760.810.850.900.961.001.071.141.221.3029303132333435363738391.771.902.032.172.322.472.652.853.103.353.632.572.863.183.533.914.334.795.295.836.447.181.771.892.002.152.322.502.692.903.133.383.65按产品标准规定，MY-0.38/0.663×25＋1×1620℃时的绝缘电阻“不小于120MΩ·km”。如果采用表1和表2的数据与标准对照，我们所抽样的样品不浸水测量时得到的是合格的，浸水时测得是不合格的，且二者差异较大。原因是样品温度（测试环境温度）不是20℃。只有将测试数据换算到标准要求温度（20℃）时的实际数据，绝缘电阻实际值与标准要求值才具有可比性。根据我厂矿用电缆所用材料，借用表3对应温度的换算系数，对表1、表2中的数据进一步处理，得出表4、表5。显然，经过修正后的数据更能反映事实结果（不然，粗浅的表征值（如表1、表2）会导致对产品合格与否的错误定论）。表4：经过绝缘电阻温度换算的不浸水绝缘电阻试样接线方式（高压端→接地端）环境温度换算系数K绝缘电阻测量值绝缘电阻实际值红芯→其余芯23℃1.36410MΩ·km557.6MΩ·km白芯→其余芯23℃1.36340MΩ·km462.4MΩ·km兰芯→其余芯23℃1.36200MΩ·km272MΩ·km表5：经过绝缘电阻温度换算的浸水绝缘电阻试样接线方式（高压端→接地端）水温换算系数K绝缘电阻测量值绝缘电阻实际值红芯→其余芯＋水23℃1.36115MΩ·km156.4MΩ·km白芯→其余芯＋水23℃1.36100MΩ·km136MΩ·km兰芯→其余芯＋水23℃1.3695MΩ·km129.2MΩ·km电气性能试验项目中，确实存在某些试验项目的型式试验和例行试验的条件由本质上的区别，除了因试样电容的差异造成对测试设备和测试的方法不同外，试验环境条件也是重要因素。对于型式试验（短电缆试验）环境温度，现代技术很容易做到可控，但对于例行试验（成盘长电缆试验）在工厂车间内测试，却往往是难以实现。我们就要用温度换算系数来进行处理。除非产品绝缘电阻有较大的合格空间能够隐性消除温度换算系数带来的负面影响，否则很可能错误地将合格产品判定为不合格产品（这一事项尤其在与客户做产品交接验收试验时，显得更加重要）。所以，我们建议：①在做绝缘电阻测量时，应该测量环境温度（试样附近空气温度或水的温度），并使试样在这种环境下保持足够的时间；②必须参照《电线电缆手册①》373页中的相关内容，并根据材料的种类确定绝缘电阻温度换算系数，将测量结果进行换算。这样，我们的测量结果才更客观和更具说服力。2.浸水和不浸水绝缘电阻测量结果差异性的分析表4、表5表明浸水和不浸水的绝缘电阻测量结果之间有几倍的差异，这种情况在理论方面可以作出解释，符合客观规律，都可以独立判定产品的合格性质（否则试验方法标准或产品标准的相关条款就失去其指导意义了）。这是因为：例行试验时由于采用的不浸水测量（即无附加电极），所测量的绝缘电阻是包含有两层绝缘体结构。而在型式试验时，采用浸水测量即增加了附加电极，其测量的绝缘电阻只有一层绝缘体结构。另外，浸水测量绝缘电阻时，试样端部离水面相对较近，由于水分蒸发的客观存在，使得水面空气湿度相对较大，在这种条件下对电缆进行绝缘电阻测试，使得测量值与实际值差别较大（主要原因有二：一是水膜的影响；二是电场畸变的影响。当空气湿度相对较大时，绝缘物表面将出现凝露或附着一层水膜（往往不可见），导致表面泄露电流增加绝缘电阻降低；还有，凝露或水膜还可能导致导体与绝缘物表面电场发生畸变，电场分布不均匀，从而产生电晕现象，直接影响测量结果）。所以二种测量方法造成的二种不同结果是正常的。且由于各绝缘线芯所用材料的体积电阻率总略有不同。各种规格由于绝缘结构不同同样会造成绝缘电阻之间的差别。因此，二种试验方法所测量的结果不是成比例关系。不能用一种方法所测量得到结果去预测另一种方法的测量结果。因此，建议：①浸水测量绝缘电阻时对试样端部做干燥处理（如进行表面烘干）；②在阴雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不进行绝缘电阻的测量（一般应在干燥、晴天、环境温度不低于5℃时进行测量。否则，应该选择合适的试验场地）。浸水测量与不浸水测量结果的差异，还需在今后得工作中不断验证积累数据，以获取经验。3.如何对待（并避免）矿用电缆绝缘电阻不合格情况的发生任何厂家都不敢保证做出的产品绝缘电阻100%符合标准。对于生产厂家，要想提高矿用电缆的质量特性，必须关注以下几点不确定因素：①材料在生产，运输等过程中尽量减少杂质的混入。当绝缘材料内部含有杂质时绝缘内部增加了导电离子，绝缘电阻肯定会下降，②材料的存储原因。电缆断头密封措施不好，长期暴露在空气中，空气中的潮气会进入到电缆内部，以及绝缘体内和绝缘表面，绝缘材料在吸湿后，电阻率明显下降。③绝缘电阻大小还与绝缘结构有关，如果在生产过程中，造成绝缘平均值偏薄或某处偏薄，那么整个绝缘结构的绝缘电阻会偏小。④测试技术造成的原因。保护电极的使用；剩余电荷造成的影响，必须进行充分放电；温度的影响；充电时间的影响，除产品标准中另有规定外，充电时间为一分钟；电场强度的影响；外来电势的影响，在绝缘电阻测试线路中，很难避免存在各种外来电势，由于这些外来电势的影响随各种情况而改变，因此必须经常检查。四.结束语无锡电缆厂有限公司从1983年开始生产矿用电缆，至今已近30年了，这期间设备的更新换代很快、工艺水平持续改进并提高、技术资料不断完善、系列产品在研制开发、检验力度正不断加强，实现了以雄厚的生产能力、品位极高的产品质量稳固市场、拓展市场。参考资料：1.GB/T3048.6-94电线电缆电性能试验方法绝缘电阻试验电压-电流法2.《电线电缆手册①》（第2版）机械工业出版社3.MT818.5—2009