绝缘电阻及漏电流测试原理

绝缘电阻和吸收比试验第一节测量绝缘电阻和吸收比的原理电力设备中的绝缘材料（电介质）是不导电的物质，但并不是绝对的不导电。在直流电压作用下，电介质中有微弱的电流流过。根据电介质材料的性质、构成及结构等的不同，这部分电流可视为由三部分电流构成i1为电容电流。直流电压作用到绝缘材料上，加压瞬间相当于给电容充电。这部分随时间较快衰减的电容电流与绝缘材料的电容量的外加电压有关，它对时间的变化曲线如图2-1（c）i1曲线所示。其电流回路在等值电路见图2-1（b)中用一个纯电容C1表示。i2为吸收电流。不均匀介质中吸收电流由缓慢极化和夹层式极化产生，即在直流电压加上的瞬间，介质上的电压按电容分布，而电压稳定后介质上的电压按电阻公布；由于不同介质的电容与电阻不成比例，因此在加上直流电压瞬间到稳定这一过程中，介质上电荷要重新分配，重新分配的电荷在回路中形成电流。其电流回路在等值电路中用一个电容C和电阻r串联表示。吸收电流随时间衰减的快慢与介质电容量大小有很大的关系，如图2－1（C）i2曲线所示。i3为泄漏电流。电介质中有极少数束缚很弱的或自由的离子，当介质在直流电压作用下，正负离子就分别向两极移动而形成电流，称为泄漏电流或传导电流。这部分电流是由介质的电导引起的，是一个恒定的电流，如图2－1（C）i3曲线所示。当电流回路在等值电路2-1（b)中用一个纯电阻R表示。(a)试验接线图(b)不均匀介质值电路图(c)吸收电流示意图三个电流加起来，即i=i1+i2+i3，可得到在直流电压作用下流过绝缘介质的总电流i随时间变化的曲线，通常称为吸收曲线，如图2－1（C）i曲线所示。从吸收曲线可以看出，电容电流i1和吸收电流i2经过一段时间后趋近于零，因此i趋近于i3。所谓绝缘电阻就是指加于试品上的直流电压与流过试品的泄漏电流之比，即R＝U/i3式中U――加于试品两端的电压，V;i3――对应于电压U，试品中的泄漏电流，A;R――试品的绝缘电阻，MΩ;由于电容电流和吸收电流经过一段时间后趋于零，因此在用绝缘电阻表（又称兆欧表、摇表）进行绝缘电阻测量时，必须等到绝缘电阻表指示稳定后才能读数。对电容量较小的一般试品，通常认为摇1min后，泄漏电流趋于稳定（即电容电流、吸收电流趋于零）。由于i3的大小取决于绝缘材料的状况，当介质受潮、老化、表面脏污或有其他缺陷（如有裂缝、灰化、气泡等）时，R降低，i3会增大。因此测量绝缘电阻是了解电力设备绝缘的最简便常用的手段之一由于流过绝缘介质的电流有表面电流和体积电流之分，所以绝缘电阻也有体积绝缘电阻和表面绝缘电阻之分。我们真正关心的是体积绝缘电阻。当绝缘受潮或有其他贯通性缺陷时，体积绝缘电阻降低。因此体积绝缘电阻的大小标志着绝缘介质内部绝缘的优劣。在现场测量中，当测量得到的试品绝缘电阻低时，应采取屏蔽措施，排除表面绝缘电阻的影响，以便测得真实准确的体积绝缘电阻值。对大容量试品（如变压器、发电机、电缆），《规程》除要求测量其绝缘电阻外，还要求测量吸收比或/和极化指数。大容量试品的吸收曲线随时间衰减较慢，其中尤其是吸收电流随时间衰减较慢，有的可达数十分钟。常把60s的绝缘电阻与15s的绝缘电阻之比称为吸收比K，即K=R60/R50=(U/i60s)/(U/i15s)=i15s/i60s绝缘受潮劣化时，泄漏电流i3比15s时的电容电流和吸收电流之和（i1+i2）15s增加得快，趋近于1；绝缘良好时，i3很小，i2相对较大，则1。这就是说，吸收比的数据与绝缘状况有很大关系。而且K是一个比值，与绝缘结构的几何尺寸无关，易于比较.为便于分析理解，我们分析极端情况。时间t＝15s，与t＝∞时的绝缘电阻之比，即32133211515115isiiisiiiRRSSRR15SRR15由于无法测量R∞，只能根据经验测量吸收比K，一般认为当K=R60S/R15S≥1.3～1.5时绝缘是良好的。这一数据对分析35~110KV变压器，大中型容量发电机是有效的。近年来，随着电力设备电压等级的提高，发现用吸收比K判断大容量变压器有很多的误判断现象。如西北某供电局90000KVA以上的15台变压器，在132次吸收比测量结果中，有76次小于1.3，占58%。上述变压器油的试验及其他试验均未发现异常，且运行一直正常。产生这种现象的原因很多，其中一条是由大容量的吸收电流衰减时间长，吸收比K反映不了绝缘吸收现象的整体，仅反映吸收现象的局部，而且与绝缘结构、油质、温度等有很大关系为克服这种测量吸收比可能产生的误判断，常采用对吸收比小于1.3的试品测量其10min与1min的绝缘电阻之比，即用测量极化指数P的方法来判断绝缘优劣。如《规程》要求，电力变压器极化指数不低于1.5常见的绝缘电阻表根据电压等级有：500、1000、2500、5000V等几种；从使用形式上分：手摇式、电动式常用的绝缘电阻表是:1000、2500、5000V兆欧表（摇表）的工作原理主要结构：比率型磁电系测量机构、手摇直流发电机。测量原理：当U一定时，绕组L1、L2中分别流过电流I1与I2，产生两个不同方向的转动力矩M1、M2。当两力矩平衡时，表针指示被测电阻值。被测电阻UG+-R1RUI2I1L1L2LRXI3G0∞绝缘电阻的测量测量方法：1.将兆欧表平稳放置。2.将被测电阻接入。3.均匀（额定转速）摇动发电机。4.指针稳定后，读取数值即为被测绝缘电阻值。注意事项：1.测量前要进行指针“0”、“”位调整。2.要切断被测设备的电源，并接地放电。3.测量时，表应远离大电流导体及磁场。4.手摇发电机在额定转速下一分钟后读数。由于没有弹簧游丝，所以指针没有反作用力矩，当绕组中没有电流时，指针可停留在任一偏转角α位置。影响绝缘电阻的因素温度的影响湿度和设备表明脏污的影响残余电荷的影响感应电压的影响温度的影响运行中的电力设备其温度随周围环境变化，其绝缘电阻也是随温度而变化的。一般情况下，绝缘电阻随温度升高而降低。原因在于温度升高时，绝缘介质内部离子、分子运动加剧，绝缘物内的水分及其中含有的杂质、盐分等物质也呈扩散趋势，使电导增加，绝缘电阻降低。这与导体的电阻随温度的变化是不一样的。温度和电力设备表面脏污的影响电力设备周围环境温度的变化及空气污染造成的表面脏污对绝缘电阻影响很大。空气相对湿度增大时，绝缘物表面吸附许多水分，使表面电导率增加，绝缘电阻降低。当绝缘表面形成连通水膜时，绝缘电阻更低。如雨后测得一组220KV磁吹避雷器的绝缘电阻仅为2000MΩ；当屏蔽掉其表面电流时，绝缘电阻为10000MΩ以上，第二天下午晴天，在表面干燥状态下测量其缘电阻也在10000MΩ以上。电力设备的表面脏污也使设备表面电阻大大降低，绝缘电阻显著下降。根据以上两种情况，现场测量绝缘电阻时都必须有屏蔽环消除表面泄漏电流的影响或烘干、清擦干净设备表面，以得到真实的测量值。残余电荷的影响大容量设备运行中遗留的残余电荷或试验中形成的残余电荷未完成放尽，会造成绝缘电阻偏大或偏小，引起测得的绝缘电阻不真实。残余电荷的极性与绝缘电阻表的极性相同时，测得的绝缘电阻将比真实增大；残余电荷的极性与绝缘电阻表的极性相反时，测得的绝缘电阻将比真实值减小。原因在于极性相同时，由于同性相斥，绝缘电阻表输出较少电荷；极性相反时，绝缘电阻表要输出更多电荷去中和残余电荷。为消除残余电荷的影响，测量绝缘电阻前必须充分接地放电，重复测量中也应充分放电，大容量设备应至少放电5min。如一大容量变压器，充分放电后第一次测得其一个绕组的绝缘电阻为4000MΩ，第二次再测同一绕组（未充分放电），绝缘电阻为5000MΩ，充分放电10mim后第三测量，其绝缘电阻为4000MΩ。现场预防性试验中，由于带电设备与停电设备之间的电容耦合，使得停电设备带有一定电压等级的感应电压。感应电压对绝缘电阻测量有很大影响。感应电压强烈时可能损坏绝缘电阻表或造成指针乱摆，得不到真实的测量值。如一台两节组成的220KV金属氧化物避雷器，测量上下节绝缘电阻为50000MΩ，下节绝缘电阻为20000MΩ，将上节端部接地，从中部加压测量）测量上、下节并联绝缘电阻值），由于感应电压降低，测得绝缘电阻为100000MΩ。又如一个220KV电流互感器某相，高压引线感应电压强烈，测量其一次对末屏绝缘电阻绝缘电阻时，指针在500MΩ左右摆动；将高压引线接地，用同一绝缘电阻测量末屏对一次及地的绝缘电阻时，绝缘电阻为2000MΩ。由此可见感应电压对绝缘电阻的影响之大。测绝缘电阻，必要时应采取电场屏蔽等措施克服感应电压的影响。绝缘电阻的测试或其注意事项一、测试步骤试验前先检查安全措施，被试品电源及一切对外连线应拆除。被试品接地放电，大容量设备至少放电5min。勿用手直接接触放电导线。根据表面脏污及潮湿情况决定是否采取表面屏蔽或者需要烘干及清擦干净表面脏污，以消除表面脏污对绝缘电阻的影响。放稳绝缘电阻表，检验绝缘电阻表是否指“O”或“∞”。短接“L”、“E”时应是瞬间、低速，以免损坏绝缘电阻表。将被试品测量部分接于“L”与“E”端子之间，“L”端子将高压测量部分，“E”端子接低压或外壳接地部分。驱动（摇）绝缘电阻表示额定转速（120r/min）,读取1min时的绝缘电阻值。测量吸收比时，先驱动（摇）绝缘电阻表示额定转速，待指示为“”时，将“L”端子接于被试品，同时开始计算时间，读取15s和60s时绝缘电阻值，读数后先断开“L”端子与被试品连线（用绝缘柄），再停止摇动，防止反充电损坏绝缘电阻表。试验完毕或重复试验时，必须将被试品对地或两极间充分放电，以保证人身、仪器安全和提高测量准确度。记录被试品设备铭牌、运行编号、本体温度、环境温度及使用的绝缘电阻表型号。测试注意事项测试时，“L”与“E”端子引线不要靠在一起，并用绝缘良好的导线。“L”与“E”端子不能接错，接错会影响测量结果。由于绝缘电阻表“L”端子连接的部件有良好的屏蔽作用，绝缘电阻表本身的泄漏电流影响可以排除。测得的绝缘电阻过低时应分析的原因，排除环境温度、湿度、表面脏污、感应电压等的影响。能分解试验的尽量分解试验,找出绝缘电阻最低的部分.为了便于比较,每次测量同类设备最好用同型号绝缘电阻表.注意测量大容量设备的绝缘电阻时,应在摇转时间相同之下读数.对测得的绝缘电阻可以进行温度换算的，应将所测绝缘电阻值换算到标准温度下再进行综合分析比较；不能进行温度换算的，也要与同期试验的同类设备横向比较。发现异常应及时查明原因或辅之以其他测试手段综合判断。注意感应电压的影响。同杆双回架空线，当一回路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应电压损坏绝缘电阻表及危及人身安全。对其他感应电压较高的线路及设备进行测量时，在采取防护措施，如加屏蔽等。测量电力电容器极间绝缘电阻时，由于电力电容器电容大，吸收电流衰减时间长，很难摇出其准确绝缘电阻值；由于其充电电荷大，也很危险。因此一般现场测量常采用火花法，即摇测测两极间绝缘电阻时，绝缘电阻表轻摇2~5r，用一短路线短路两极，有时显火花时认为电力电容器极间绝缘是合格的；无火花则可能是绝缘劣化或引线断开。注意试验前一定要直接对两极充分放电，以免残余电荷损坏仪表及危及人身安全。直流泄漏试验