绝缘电阻测试

绝缘电阻测试 技术应用文章 简介 绝缘电阻测试仪可以测试电机，变压器， 开关设备，电器的线圈或电缆的完整性。 测试方式取决于要测试的设备的类型和 测试的原因。例如：测试电缆，开关柜（低 电容设备）的时间依赖电容泄漏电流和吸 收的泄漏电流变得非常小，几乎瞬间变成 0。一个稳定的导体泄漏电流的流动在瞬 间出现（1分钟或更短时间），这为点读 数/瞬时电阻测试测试提供条件。（要获 得泄漏电流和电阻测试，参见以下章节。） 绝缘电阻，泄漏电流和预知维修测试。另 一方面，如果要测试的设备是很长的电 线，大的电机（高电容设备），发电机（高 电容设备）的时间依赖电流会持续数小 时。这些电流会引起仪表的读数不断变 化，得不到一个稳定准确的读数。读数趋 势可以解决这种状况，例如：步进电压测 试或介质吸收测试，电介质吸收。这 些检测不是取决于一个读数，而是取决于 多个读数。对于低电容设备，这样的测试 是浪费时间，是没有用的，因为时间依赖 电流会很快减少。使所有测试结果一样。 安装测试 测试电阻的最重要的原因是确保公 共和人身安全。测试断开开关的带电 设备（高压），接地与接地导线的高 压直流电压，这种测试可以避免一个 危及生命的短路或与地短路可能性。 设备新安装好之后通常要进行这种 检测。这种测试可以防止接线错误或 设备缺陷。这种测试可以确保高质量 的安装，防止电击或着火，使用户满 意。 维修检测 绝缘测试的第二大重要原因是确保 和延长电力设备或电机的使用寿命。 在使用过程中，电力设备在使用中受 灰尘，润滑油，温度，压力和振动的 影响，会造成绝缘故障。这会造成生 产损失或火灾。定期测试维修可以及 时发现劣化状况的有用信息，可以帮 助操作人员预知可能故障。及时维修 排除故障不仅使设备免受故障，也可 以延长设备的使用寿命。 2 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 测试准备 为了获得准确的绝缘电阻检测读数， 电工应仔细检查要测试的设备。以取 得最佳结果： 1. 装置或设备不是正在使用，并且 断开所有电线，开关，电容，电 刷，避雷针，和断路器。确保测 试不受通过开关和过流保护装置 的泄漏电流影响，导体的温度在 露点温度之上。如果不是这样， 绝缘层上会形成一层水汽。有时 绝缘层会吸收水汽。 3. 导体的表面不应有碳或别的在潮 湿的条件下会变成导体的物质。 4. 当测试低压设备时，外加电压不 要太高。电压太高会给绝缘材料造 成超过压力或使绝缘层损坏。 5. 要测试的设备要完全接地放电。 接地放电时间应是充电测试时间 的5倍。 6. 温度的影响应考虑。因为绝缘电 阻与温度成反比。 绝缘材料温度的变化会改变电阻大 小。建议测试要在传导温度20 °C 下进行。依据，当与20 °C的电阻 对比读数，20 °C以上温度每升高10°C 电阻加倍，温度每降低10°C电阻减半。 可以用非接触式红外测温仪检测导体 温度。 安全注意事项 注意安全是每个工作人员的责任， 工作中安全就在每个工作人员的手 中。仪表自身不能保证你的安全。 仪表和安全操作方法是你安全操作 的最大保证。如下是一些你应遵守 的安全操作步骤： y 尽可能在断电的情况下工作。 运用正确的断开和锁定程序。 如果不能断电或没有断电，假 如电路带电。 y 在带电电路工作，要使用保护 装置。 { 使用绝缘工具。 { 要穿防火服，戴安全眼睛 和绝缘手套。 { 禁止戴手表或首饰。 { 站在绝缘垫子上。 y 当在带电电路检测电压时， { 在 { 如果可能，把仪表挂起或 放在某处。尽量避免把仪 表握在手里，这样尽量避 免电源瞬时突波对人体造 成的危险。 { 采用3点测试方式，特别是 测试电路是否有电。首先， 测试一个已知带电电路； 然后测试一个目标电路； 最后，再测试一个带电电 路。用这种方法来检测你 使用的仪表是否正常工 作。 { 把你的一只手放进口袋。 这样可以减少电路通过你 的胸腔和心脏形成一个闭 合电路。 y 当进行绝缘和电阻测试时： { 禁止把绝缘电阻测试仪连 接到带电导体或带电设 备，应遵循厂家的测试步 骤要求。 断开保险丝，开关或断路器，关掉 要测试的设备。 断开分支导线，接地线，接地导线， 和与要测试设备连接的所有其它设 备。 在检测之前和之后都要对导体的电 容进行放电。一些设备可能有自动 放电功能。 当断电时，检测流过保险丝，开关 和断路器的泄露电流。泄露电流会 引起不一致，错误的读数。 禁止在危险或爆炸的环境中使用绝 缘电阻测试仪，由于设备在绝缘破 坏的地方会出现电弧。 当连接测试引线时，要戴橡胶绝缘 手套。 3 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 绝缘电阻和泄露电流 在测试过程中，在按下测试仪开关时 会产生高压直流电，会有少量电流（微 安）流过导体和绝缘材料。电流的多 少取决于外加的电压，设备的电容， 总电阻和材料温度。对于固定电压， 电流越大，电阻越小(E=IR, R=E/I)。 总电阻等于导体内部电阻（阻值小） 之和加上绝缘电阻的兆欧。 绝缘电阻测试仪显示3个支流的绝 缘电阻值。 泄露电流 (IL) 通过绝缘体，导体或地线的电流很 少（微安）。如果绝缘劣化会出现 电流增加或吸收电流消失后有电流 增加。（参见：图1）由于它相当稳 定，对于测试绝缘电阻来说，这是 最重要的电流。 电容充电泄露电流(IC) 当电缆管道中有两条或更多电线 时，它们就像一个电容。由于电容 效应，泄漏电流会流过导体绝缘 层。电流只持续几秒钟，当完全达 到测试电压时外加直流电压消失。 对于低电容设备，电容电流高于导 体泄漏电流。通常在我们开始查看 和数据时消失。因为这种情 况，在记录之前，要让数据保持。 另一方面，当检测高电容设备时， 电容充电泄漏电流会持续很长时 间。 极化吸收电泄露电流(IC) 绝缘材料中的极化的分子会产生 吸收电流。对于低电容的设备，电 流在开始的几秒钟大，然后慢慢减 少到接近0.。当测试高电容设备， 湿的或电阻破坏的设备吸收电流 会持续很长时间不减少。 绝缘 电阻 兆欧 总电流 电流 以 μA为单 位 时间单位 以秒为单位 图1.电流 电介质电阻 导体 图2.导体泄漏电流 (IL) 电介质电阻 导体 图3.电容充电泄露电流(IC ) 4 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 电阻测试 安装测试 电工或工程师进行安装测试以确 保设备安装正确，和导线连接正确 时，安装测试是简单，快速地测试 绝缘情况。它不作为诊断数据，测 试电压比预知维修电压要高得多。 有时把安装测试叫做“正常或不正 常”测试。因为它测试电线连线系 统是否有故障，设备安装是否正 确，不合格或污物。如果在测试过 程中没有故障出现，就可以确认设 备安装正确。 选择测试电压 安装测试可以在各种类型电容设 备上进行。通常用500-5000V之间 的单额定电压进行测试。测试时间 是1分钟左右。通常用高于工作电 压的外加电压进行测试，这样可以 看出绝缘劣化问。对于新设备， 要用厂家测试电压的60%-80%。 （高于额定电压，要依据电缆厂 家规定），如果你不知道厂家测 试电压，就用电线额定电压的2 倍再加上1000V进行测试。额定 电压是导体能够长时间承受的最 大电压值。通常导体上印有额定 电压。对于单相，两相或三相设 备，电缆相间都有额定。 前面提到的测试方法仅用于测试 小型的或新的设备，由于它们。 对于大型的或旧的设备或电线用 直流测试电压进行测试（参见： 表3） 用于测试转动设备的安装测试直 流测试电压（不是厂家测试电压） 在下面表1中列出： 安装测试步骤 用以下步骤进行安装绝缘测试： y 用万用表或兆欧表进行测试，确 定测试的电路没有电。 y 选择合适测试电压。 y 用黑色地线头连接测试仪的接 线头，把测试探头地线或连接另 一导线。有时，把测试的所有导 体接地。弹簧夹会使测试更简便 且准确。 y 用红色火线连接测试仪的电压、 电阻终端，把测试探头与测试导 体连接。 y 按下测试开关进行测试。 旋转设备直流测试电压 计算公式 厂家交流电测试（仅作参考） 2×铭牌额定交流电压+1000V 最大直流安装测试电压 1.28×厂家交流电测试电压 最大直流电压 0.96×厂家交流电测试电压 表1.对于旋转设备的安装测试电压计算公式 金属导体 绝缘材料 图4. 测试导体 5 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 电压和电阻读数都显示在测试仪的显 示屏上。它只需要几秒钟时间来显示 读数。电阻越大越好。 y 测试每个导体接地电阻和连接电 线管中所有其它导体进行电阻测 试。记录测量数据，标明日期， 保存在安全的地方。 y 如果一些导体测试结果不正常， 要查出问题或更换导线。水汽， 水或灰尘都会使电阻降低。 预知维修测试 维修测试可以提供关于导体，发电机， 变压器和电机的现在或将来状况的重 要信息。进行有效维修测试的关键是 收集数据。检查收集的数据将有助于 故障查找与排除，可以减少意外故障 造成的停机。以下是最常见的外加直 流电测试电压和进行的维修测试的方 法： 由于电容和吸收电流的增加，应注意 绝缘电阻会有明显增加。由于温度和 湿度会影响读数，测试最好在露点温 度以上的标准温度20 °C左右下进行。 对于额定电压是1000V或低于1000V 的设备，绝缘读数应是 1 MΩ 或更 大。对于额定电压在1000V以上的设 备，电阻应每外加1000V电压就增加 到1.兆欧。通常，绝缘电阻应稍微低 于以前的记录。由于在使用中电阻逐 渐减小。 如图6所示。向下弧线是表示通常电阻 随时间而老化趋势。向下的陡弧线表 示绝缘故障或别的故障。 直流电测试电压 计算公式 相到相额定电压 DCt = 0.8165 x Ep-p 相到地额定电压 DCt = 1.414 x Ep-p 表3.直流电测试电压计算公式 直流电测试 关于最大绝缘应力的 直流电测试电压 Ep-p - 相到相额定电压 Ep-n - 相到地额定电压 以前记录的值 以兆欧为单位 电阻 以兆欧为单位 时间单位 以秒为单位 图5 绝缘电阻测试 设备 交流电额定电压 （V） 直流电测试电压 （V) 0 – 100 100 – 250 440 – 560 500 – 1,000 2,300 1,000 or higher 4100或以上 1000V或更高 表2.维护维修测试设备额定电压 现场读数/瞬时电阻测试 在短时间的测试中，兆欧表直接与测 试设备连接。外加测试电压60秒左右。 为了在1分钟左右得到一个稳定的电 阻值读数，测试应只在低电容设备上 进行。连接步骤和安装测试的连接步 骤是一样的。用直流电压测试公式计 算外加电压。当测试良好设备时， 初步验收测 试 绝缘老化 重绕后 电阻 以兆欧为单位 绝缘失效 年 图 6 一定时间内的绝缘电阻 6 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 步进电压测试 不仅电压测试是测试在不同电压下的 电阻值。在每次测试中，外加同样长 时间电压，通常都是60秒钟左右。查 看记录的绝缘电阻值，通过逐步增加 电压，绝缘材料会暴露出电阻故障点， 如：小孔，损坏，或易断的地方。绝 缘良好的设备应能够承受过压应力。 在不同电压下测试，电阻值应基本上 一样。另一方面，特别在高压下，老 化，有裂缝或污染的绝缘材料会出现 电流的增加，造成绝缘电阻的降低。 测试与绝缘材料，设备电容和温度影 响无关。因为测试用时间较长，这种 测试是在点绝缘电阻测试不能确定的 情况下进行的。点电阻测试是测试随 时间推移电阻的变化（单一读数）， 步进电阻测试是测试电阻随电压的变 化而变化的趋势。 电介质吸收和时间电阻测试 时间电阻测试与设备大小，温度无关。 它是把劣化的绝缘材料的吸收特性与 良好绝缘材料的吸收特性进行对比。 外加测试电压要超过10分钟。在测试 的第1分钟内每10秒钟记录一次数据， 以后，每一分钟记录一次数据。绘出 的曲线图可以判定绝缘状况。图上电 阻连续增加说明绝缘状况良好。一个 平的或向下的曲线说明有裂缝或污物 或绝缘劣化。 测试 250V电压 测试电压 500V电压 绝缘故障 方向 测试方式：1000V电压 下测试 时间单位 （以秒为单位） 图7. 步进电压测试 绝缘良好 电阻值 （以兆欧为单位） 电压 图8. 绝缘良好和绝缘劣化曲线对比 绝缘良好 电阻值 （以兆欧为 单位） 绝缘有裂缝 时间单位 （min） 图9.对于正常电阻曲线和劣化电阻曲线的电介质吸收测试 较差的绝缘 条件 电阻值 （以兆欧为 单位） 7 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 测定电阻状况的另一种方法是极化率 测试。这种方法对于发现使曲线展平 的水汽或油浸入非常有用。水汽或油 浸入会引起泄露电压，最终使线圈短 路。极化率是2个时间电阻的比率。 一 个在1分钟之后出现，另一个在10分钟 之后出现。如果绝缘良好，绝缘电阻 将开始减小，随电容泄漏电流和吸收 电流减少而电阻变大。用10分钟的测 试值除以1分钟的测试值就得出测试 结果。极化率低说明电阻有故障。在 测试时，短路极化率在1秒钟之内的电 介质吸收率是（60/30）。 测试发电机，变压器，电机和线 圈的连接 为了测试发电机，变压器，电机和线 圈的绝缘电阻，我们可以用前面提到 的预知维护维修测试。无论我们选择 点读数，步进电压或时间抗阻测试取 决于测试的原因，和获得数据的有效 性。当测试发电机，电机或变压器各 绕组或各相时，应按顺序分别测试， 同时，所有其它绕组应接地。这样各 相之间的电阻就可以测试。 测试旋转电机的温度 为了测试在不同温度条件下电枢和线 圈电阻，电器与电子工程师协会建议 用以下绝缘电阻计算公式： 表6. 对于交流电和直流电旋转电机 的绝缘电阻计算公式： 绝缘电阻状况 60/30（秒） 10/1（分） （极化率） 危险 0 -1.0 0 - 1 不良 1.0 – 1.3 1 – 2 良好 1.3 – 1.6 2 – 4 非常好 1.6 或以上 4或以上 表4. 电介质吸收率 安装测试 点读数 步进测试 电压 电介质吸 收测试 极化率测 试 单个读数 y y 高压测试电压 y 定期测试 y y y y 多种测试电压 y 定时测试 y y 诊断信息 y y y y 表5. 不同绝缘电阻测试 在 在 40 °C时最小绝缘电阻 （以兆欧为单位）。 在 从图10获得绝缘电阻温度 系数 千伏 额定电机终端到终端电压， 以千伏为单位 对于三相中两相接地的设备，每 相电阻值除以2，结果可以与规 定的最小绝缘电阻比较。 线圈温度（以摄氏度为单位） 图10. 旋转电机的温度系数 绝 缘 电 阻 温 度 系 数 ， k t 8 福禄克教育合作计划 绝缘电阻测试 测设发电机和电机 测试定子线圈的电阻可以判定定 子线圈和各相是断开的。测量线圈 与线圈至接地电阻，当测试直流电 发电机或电机，电刷应升起，这样 可以分别测试各相绕组电枢。下面 的表列出了不同电机额定电压的 最小电阻值。 变压器类型 60-Hertz 不同绕组 接地 Fluke 1520 兆欧表 图11 测试电机的绝缘电阻 美国福禄克公司 © 2007 福禄克公司。版权所有。 网址：http://www.fluke.com.cn 充油式变压器 1.5 充油式变压器 30.0 干式变压器或复合填充变压 器 30.0 表9. 在 20 °C时电流值 测试线圈和电缆安装 当测试线圈或电缆时，它们应从开关 和设备断开。线圈和电缆应相互测试 和各自接地测试（参见：图 4）。绝 缘电缆工程师协会提出计算最小绝缘 电阻值的如下公式： 表10. 电缆绝缘电阻测试 R - 每305米长电缆，电阻值以兆 欧为单位。基于直流电测试电 压500V, 温度15.6 °C，外加 电压1分钟。 K - 绝缘性能 例如：绝缘浸渍纸 -2640，涂漆麻布-2460，热塑 性聚乙烯- 5 0000，复合聚乙 烯- 3 0000 D - 对于单个线圈和电缆绝缘外 直径D = d + 2c + 2b d - 导体直径 c - 导体绝缘层厚度 b - 电缆绝缘护套厚度 例如：300米 6号 A.W.G线，带有绝 缘厚度为 0.125的耐热天然橡胶绝缘 滞留导体应有 K = 10,560 和 Log10 (D/d) = 1厘米 。依据公式(R = K x Log10 (D/d), R = 10,560 x 0.373 = 3,939 MΩ ，每 300米)在 16℃条件 下，每 300米的单个电缆的最小电阻 应是 3,939 MΩ.。 电机铭牌额定电 压 可接受的最小电阻 0-208 100,000 Ω 208-240 200,000 Ω 240-600 300,000 Ω 600-1000 1 MΩ 1000-2400 2 MΩ 2400-5000 3 MΩ 表7. 40 °C (104 °F) 时推荐的最小电阻 测试变压器 测试单相变压器时，测试绕组到绕 组、绕组到地，或者一次测试一个 绕组，而其它绕组接地。对于三相 变压器，将 E 替换为 （用于三角 形变压器）或（星形变压器），将 在测绕组的 kVA 替换为 kVA3 可用以下公式测定最小绝缘电阻。 电机铭牌额定电 压 可接受的最小电 阻 单相 R = C x E ÷ √kVA 三相星形连接 R = C x Ep-n ÷ √kVA 三相三角形连接 R = C x Ep-p ÷ √kVA 表 8. 变压器绝缘电阻公式 R - 每分钟 500 V 直流最小绝 缘电阻（兆欧姆） C - 20 °C (68 °F) 测量（如下） 的常量 E - 绕组额定电压 KVA - 在测绕组的额定容量。用于 三相装置 kVA3Ø = √3 x kVA1Ø