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如何 準確測量 電線 電纜的絕緣 電阻
      
摘 要：絕緣電阻是 電線電纜*基本的電氣性能，它反 映產(chǎn)品在正常工作狀態(tài)下所具有的電氣絕 緣性能，它是反映電線電纜產(chǎn)品絕緣特性的重要指標。通過測定絕緣 電阻可以發(fā)現(xiàn)工藝中的缺 陷、所選用絕緣材料的優(yōu)劣等。通過絕緣電阻的概念，測試的 目的、重要性、影響因素和測試方法 等幾方面探討 ，闡述 了如何 準確地測量 電線電纜的絕緣 電阻。 關鍵詞：電線電纜 ；絕緣電阻；影響因素；測試 中圖分類 號 ：TD665 文 獻標 識碼 ：B 文章 編號 ：1003—496X(2006)07—0049—03 1 絕緣 電 阻的概念 電性能是電線電纜*基本的特性 。絕緣電阻是 電線電纜*基本的電氣性能，它是指在規(guī)定條件下 ， 處于兩個導體之間的絕緣材料的電阻。絕緣電阻如 無特殊說明，是指絕緣上所施加的直流電壓 【廠與泄 漏電流 jg的比值，即：Rf=U／Ig。 2 絕緣 電 阻測 試的 目的 絕緣電阻反映了產(chǎn)品在正常工作狀態(tài)下所具有 的電絕緣性能 ，因此 ，對大多數(shù)的 電線電纜產(chǎn) 品(裸 電線產(chǎn)品除外)均需測定其絕緣 電阻性能。對 電壓 等級較高、使用環(huán)境惡劣 、使用部位重要的產(chǎn)品更應 重 視 。 產(chǎn) 品的絕緣 電阻主要取決 于所選 用的絕緣材 料 ，但工藝水平對絕緣電阻的影響也很大。因此 ，對 正常生產(chǎn)的產(chǎn)品在工廠 中測試 絕緣電阻的 目的 ，主 要是作為監(jiān)督、控制材料質量和工藝質量的一種方 法 。 在設計和研制新產(chǎn) 品或選用新材料時，對絕緣 電阻及其各種可能的影響因素必須進行大量的研究 試驗 ，以保證產(chǎn)品及所用材料能很好地滿足使 用要 求。此外 ，當產(chǎn)品在某些特殊環(huán)境 中使用時 ，必須進 行有關的絕緣電阻性能研究試驗。 3 絕緣電阻測試的重要性 絕緣電阻是反映電線電纜產(chǎn)品絕緣特性 的重要 指標 ，它與該產(chǎn)品能夠承受電擊穿或熱擊穿的能力 ， 與絕緣中的介質損耗，以及絕緣材 料在工作狀態(tài) 的 逐步劣化等均存在著極為密切的相互依 賴關系。因 此，對用于工作 電壓為 500V及 以上電壓等級的產(chǎn) 品，一般均需測定其絕緣電阻，甚至對于低壓弱電流 的通信電線電纜，也把測定絕緣 電阻作為控制和保 證其絕緣品質的主要參數(shù)。 測定絕緣電阻可以發(fā)現(xiàn)工藝中的缺陷，如：絕緣 干燥不透或護套損傷受潮 ；絕緣受到污染和有導電 雜質混入 ；各種原 因引起 的絕緣穿透等。同時，測定 絕緣電阻也是研究絕緣材料的品質 和特性，研究絕 緣結構以及產(chǎn)品在各種運行條件下的使用性能等方 面的重要手段。對于已投入運行的產(chǎn)品，絕緣電阻 是判斷產(chǎn)品變化 的重要依據(jù)之一。因此，測定絕緣 電阻是十分重要的。 4 影響 絕緣 電阻 的主要 因素 4．1 絕緣 電阻與 泄漏 電流 (電導 電流) 當絕緣層加上直流電壓時，沿絕緣表面和絕緣 內部均有微弱的電流通過 ，對應于這兩種 電流的電 阻分別稱為表面絕緣 電阻和體積絕緣電阻。加上電 壓后 ，流 經(jīng)絕緣 內部 的 電流有下 面 4種 ： (1)充電電流。它因介質的極化而產(chǎn)生 ，實際上 就是以導體和外電極 (金屬護套或屏蔽層)作 為一對 電極構成一個電容器的充電電流。充電電流按指數(shù) 規(guī)律隨時間很快的衰減 ，一般在數(shù)毫秒時間 內接近 消失 。 (2)不可逆吸收電流。它 因絕緣材料 中的電解 電導而產(chǎn)生，約經(jīng)數(shù)秒鐘衰減至零 。 (3)可逆吸收電流。它是絕緣材料的位移電流， 在施加電壓的瞬間達*大值，慢慢趨 向于位移穩(wěn)定， 約經(jīng)數(shù)分鐘才能趨 向于消失。 (4)電導電流 。它是絕緣材料 中自由離子及混 · 50 · 煤 礦 安 全 (Tot1380) 雜的導電雜質所產(chǎn)生 ，與電壓施加時 間無關。在 電 場強度不太高時符合歐姆定律 且隨溫度的增高而 增加很快。它的大小反映了絕緣品質的優(yōu)劣。它又 稱為泄漏電流。絕緣 電阻為：外加 電壓除以電導 電 流的值。 4．2 測試 電壓 測量絕緣 電阻時所施加的直流 電壓不能太高 ， 否則會導致絕緣 內部局部放 電，既影響測量的正確 性又易造成絕緣損壞；也不能太低 ，以致影響測量的 靈敏度和準確性 。測試電壓一般為 100～1000V。 4．3 測量 中的讀數(shù) 時 間 由于加上電壓后 ，絕緣 中存 在著 3種隨時間而 衰減的電流。因此 ，理論上應等這三種 電流全 部衰 減完后才讀 出電導電流(泄漏 電流)的數(shù)值 ，以計算 絕緣 電阻。但時間太長測量工作量大以及考慮到測 量系統(tǒng)長時間的穩(wěn)定性 ，因此 在測量方法的標 準中 明確規(guī)定在接通電流后不少于 1min，不超過 5min 讀數(shù)。這樣既保 證了非 電導 電流大部分 已經(jīng) 消失 ， 又使測量時間有了統(tǒng)一 ，使讀數(shù)具 有重復性和可 比 性，以及提高測量效率。 4．4 溫度 ， 電纜的絕緣 電阻與絕緣 電阻系數(shù)成正 比關 系， 在均勻電場下絕緣電阻系數(shù)隨溫度的上升而迅速下 降，其服從如下指數(shù)近似公式 ： ate一 式 中， 為絕緣 電阻系數(shù) ， 為溫度 (℃)，a、a 為常數(shù)(與絕緣材料有關)。 4．5 電場 強度 在電場強度較低時 ，絕緣 電阻與電場強度幾乎 無關 ；在電場強度較高時 ，由于離子 遷移速率增加 ， 絕緣電阻迅速下降。電纜的絕緣 電阻可近似用經(jīng)驗 公 式表達 ： = ke一。O／E 式中， 為絕緣電阻系數(shù) ， 為溫度(℃)，k、a、 y為常數(shù)(與絕緣材料有關 )，E 為電場強度。 在接近擊穿的高場強范 圍時 ，絕緣電阻系統(tǒng) 隨 電場強度近似按指數(shù)規(guī)律急劇下降 ，此時不僅離子 遷移速率迅 速增加 ，而且 還 出現(xiàn) 大量 的電子遷移 。 因此控制好電場強度的高低 ，對絕 緣電阻測量的準 確性關系極大。 4．6 雜質和濕度 ， 各種雜質離子，特別是水分，會大大降低絕緣電 阻。含有雜質的絕 緣，吸濕后其絕緣電阻下降的趨 勢尤 為顯著 。 5 絕緣電阻的測試方法 絕緣電阻的測試方法常用 的有兩種 ：直流 比較 法 ；電壓電流法(包括常用的兆歐表法和高阻計法)。 5．1 試驗 設 備 如 ZC一90型絕緣電阻測試儀等。 5．2 試 樣 制備 (1)除產(chǎn)品標準 中另有規(guī)定外 ，試樣有效長度應 不小于 10m。應小心的剝除試樣兩端絕緣外 的覆蓋 物 ，并注意不損傷絕緣表面。 (2)試樣應在試驗環(huán)境中放置足夠長的時間 ，使 試樣溫度和試驗溫度平衡 ，并保持穩(wěn)定。 (3)浸入水中試驗時，試樣兩個端頭露出水面的 長度應不小 于 250mm，絕緣部分露出的長度應 不 小 于 150mm。 在空氣 中試驗時，試樣端部絕緣部分露 出的長 度應不小于 100mm。露 出的絕緣表面應保持干燥 和 潔凈 。 5．3 試驗程序 5．3．1 測試 接 線 (1)有金屬護套 、屏蔽層或鎧裝的電纜試樣。單 芯電纜 ，應測量導體對金屬套或屏蔽層或鎧裝層之 間的絕緣電阻 ；多芯電纜，應分別就每個導體對其余 線芯與金屬套或屏蔽層或鎧裝層連接進行測量。 (2)非金屬護套 、非屏蔽或元鎧裝 的電纜試樣。 單芯電纜應浸入水 中，測量導體對水之間的絕緣 電 阻；多芯電纜應分別就每個導體對其余線芯進行測 量 。 5．3．2 試樣長度測量 將試樣接人測試系統(tǒng) ，試樣 的有效長度測量誤 差應 不超 過 ±1％。 5．3．3 試驗環(huán)境條件 除電線 電纜產(chǎn)品標準中另有規(guī)定外，型式試驗 或抽樣試驗時測試應在環(huán)境溫度 20±5℃和空氣相 對濕度不大于 80％的室 內或水 中進行。例行試驗 時，測試一般在環(huán)境溫度為 0-35℃的室內進行 。 工作溫度下絕緣 電阻的試驗溫度應在有關標準 中規(guī)定 ，溫度 的誤差應不超過 ±2℃。 有爭議時環(huán)境溫度或工作溫度的誤差應不超過 ±1℃ 。 5．3．4 高溫下絕緣 電阻測試方法 絕緣線芯 或單芯 電纜 的高溫下絕緣電阻可按 GB5013．2—1997中2．4規(guī)定的方法測試 ；或從成品 電纜上取 3～5m 電纜 ，將試樣作適合于絕緣電阻測 煤 礦 安 全 (2006—07) ·5l· 量的處理后 ，放入試驗箱 中。在達到規(guī)定試驗溫度 后，保溫 2h，測量線芯絕緣 電阻。 5．3．5 試驗 電壓 。 應按產(chǎn)品標準規(guī)定選擇對試樣 的測試 電壓 ，一 般為 ：100～1000V。 5．3．6 測試充 電時間 為使絕緣電阻測量值基本穩(wěn)定 ，測試充電時間 應足夠充分 ，不少于 1min，不超過 5rain。 5．3．7 測試系統(tǒng)的測量誤差應符合下述要求 被測試試樣 絕緣電阻值 為 1×10加Q及 以下， 測量誤差不超過 ±10％。 被測試試樣絕緣 電阻值 為 1×10加Q以上 ，測 量誤差 不超 過 ±20％。 絕緣電阻測試儀計量檢定 的校準誤差超過以上 對應值時 ，應停用。 5．4 試驗結果及計算 每公里長度的絕緣電阻應按公式(1)計算 ： RL=Rx。L (1) 式 中 Rl—— 每公里長度絕緣電阻 ，Mfl／km； R 試樣絕緣電阻 ，Mfl； L ——試樣有效測量長度，km。 20℃時每公里長度的絕緣 電阻應按公式(2)計 算 ： R20=K·RL (2) 式中 R20——20℃ 時 每公 里長 度 的絕緣 電阻， Mfl／km； K——絕緣電阻溫度校正 系數(shù)，例行試 驗 時應采 用相 關標 準 或制 造 廠 的規(guī) 定 ；型式試驗或抽樣試驗時應按 3．3 規(guī)定 調控試驗 環(huán)境條件 ，不作溫度 校 準 。 體積電阻率 p由所測得 的絕緣 電阻應按 公式 (3)計算 ： ID：l—n(D—／d) (L3_j) 式中 ID——體積電阻率 ，fl／cm ； D——絕緣外徑，mm； d——絕緣內徑，mm。 (成型導體絕緣線 芯的 比值 D 是絕緣表 面 周長與導體表面周長的比值。) 絕緣電阻常數(shù) K應 按公式(4)計算，以 Mfl／km 表示 。 Kf=LRx×10一n／lg(D／d) =10-1 ×0．367p (4) 計算結果所取有效數(shù)字位數(shù)應與產(chǎn) 品標準一 致 。 6 注意事項 (1)需要時 ，可在試樣 兩端絕緣 表面上加保護 環(huán) ，并與測試系統(tǒng)的屏蔽相連接 。 (2)如試樣 的絕緣 電阻大 于 1×10挖Q和測量 時因外界電磁場或試樣運動產(chǎn)生的摩擦會引起測試 不穩(wěn)定時 ，可將試樣靜置在整體屏蔽的條件下進行 測試 。 (3)重復試驗時 ，在加電壓之前應使試樣短路放 電，放電時間應不少于充電時間的 4倍 ；如因試樣有 剩余 電荷而造成測量結果有明顯差別時 ，必須先進 行充分放電。對于這類試樣 ，無論是**次測試或 重復測試 ，均需充分放電。 (4)采用輸 出端對地懸浮的高阻計 (ZC一9O型 絕緣 電阻測試儀)測量絕緣電阻時，推薦將高阻計的 測量端(低壓端)與被測絕緣線芯的導體相連，高阻 計的高壓端連接試樣 的另一極 接地 ；當采用通用的 方法測量絕緣電阻時 ，試樣必須對地絕緣，否則可能 使高阻計因輸 出的高壓端對地短路而損壞，或由于 加熱電源的干擾 ，可能影響測試的準確性。 (5)試驗過程 中應盡量避 免或減少環(huán)境溫、濕 度 ，外界電磁場和各種雜質等對測試結果的影響。 7 結 論 嚴格按照絕緣電阻的測量方法排除各種與測量 有關的影響因素進行準確地測量，不僅 可以發(fā)現(xiàn)電 線電纜絕緣層材料品質 的優(yōu)劣、生產(chǎn)工藝中的缺陷 和大大提高電線電纜的性價 比、節(jié)約成本 ，還能通過 對絕緣電阻的準確測量嚴格控制 電線電纜的絕緣電 阻，保證 出廠和進入使用現(xiàn)場的電線電纜質量，而且 還可以準確地判定使用中的電纜 的電氣絕緣性的好 壞 ，以避免 由于絕 緣的事故引起供 電系統(tǒng)的故障而 引發(fā)**生產(chǎn)事故 ?？傊?，準確地測定絕緣 電阻極 為重 要 。 作者簡介：袁洪 軍(1973一)，男，研 究生，工程 師，主要從 事電纜及非金屬 產(chǎn)品的研 究與檢驗 工作 ，現(xiàn)任撫順分院人力 資源部副主任。 
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