對電力設備絕緣電阻測試原理的探討

【摘要】本文通過對電力設備的絕緣電阻測試分析，利用數學原理，提出電力設備的絕緣電阻測試方法，并引用實例作了說明。

【關鍵詞】絕緣電阻；并聯；串聯；電力設備組

1.引言

預防性試驗是電力設備運行和維護工作中的一個重要環節，是保證電力系統安全運行的有效手段之一。電力設備的絕緣電阻測試是電力設備預防性試驗中不可缺少的一個步驟。在我國電力行業標準DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》中，對各種電力設備的絕緣電阻測試都有相應的標準，且標準值都各有不同。測量電氣設備的絕緣電阻是為了了解、評估電氣設備的絕緣性能而經常使用的一種比較常規的方法。通常，運行人員通過對導體、電氣設備進行搖測絕緣電阻來達到以下目的：驗證電氣設備的質量；確保電氣設備滿足規程和標準；預防性維護；確定故障原因。

2.絕緣電阻測試的基本原理

2.1 電力設備絕緣電阻測試

通常把作用于電力設備絕緣上的直流電壓與流過其中穩定的體積泄漏電流之比定義為絕緣電阻，即R=U/I3。

式中：

U—加于試品兩端的電壓（V）；

I3—相應于電壓U時，試品中的泄漏電流（μA）；

R—試品的絕緣電阻值（MΩ）。

如圖1所示，不均勻介質加直流電壓后流過的電流為i=ic+ia+ig。

電容電流ic—短暫完成并瞬間即逝的充電電流；

吸收電流ia—吸收電流，由各種極化過程產生；

泄漏電流ig—也叫電導電流，由電介質電導引起的恒定電流；

其中帶有繞組或電介質材料的被試物或電容的測量中，吸收比和極化指數是判斷其絕緣特性非常重要的指標。

吸收比=加壓60秒時的絕緣電阻值加壓15秒時的絕緣電阻值

極化指數=加壓10分鐘時的絕緣電阻值加壓1分鐘時的絕緣電阻值

相對于絕緣電阻，以上兩個指標具有更多的優越之處。如絕緣電阻對于溫度、濕度等環境條件的變化非常敏感，在不同的溫度、濕度等環境下，絕緣電阻也會產生非常大的變化（尤其是溫度）。因此不同環境中所進行的絕緣電阻的測量結果是不能直接進行比較分析的。因此必須對絕緣電阻進行溫度折算，將測量結果歸算到20℃，才能進行比較和分析。而吸收比和極化指數則不需要進行溫度歸算，因為它們的測量結果是在同一個環境下測量出來的。

測量絕緣電阻，并結合吸收比和極化指數，可以及時發現電力設備絕緣是否存在整體受潮、整體劣化和貫通性缺陷，從而判斷被測試品的絕緣狀況，安排消除缺陷性維修、預防性維護和預知性檢測，預防和消除故障，提高被測試品的可靠性、安全性和有效性，充分發揮被測試設備的潛能，保證電力系統安全運行。

2.2 電力設備組絕緣電阻測試

這里，電力設備組是指n個不同的電力設備組合在一起，共同擔負某項供電任務。如13.8kV出線整體，由斷路器、電流互感器、刀閘、支柱絕緣子以及出線電纜等組合在一起，這些電力設備整體可簡稱為13.8kV出線設備組。

2.2.1 n個并聯支路

可見R大于或等于R1、R2、R3、……Rn中最大者即n個元件的串聯電路，總的絕緣電阻R大于或等于其中最大者。

綜上所述電，電力設備組中，當各電力設備均為并聯時，電力設備組整體絕緣情況可間接反映各并聯支路電力設備絕緣情況；當各電力設備均為串聯時，電力設備組整體絕緣情況難以反映各串聯電路電力設備絕緣情況。

3.設備絕緣電阻值的測試基本方法及注意事項

由于電容器的極間及兩極對地電容的存在，故搖測絕緣電阻時，方法應正確，否則而損壞搖表。搖測時應由兩人進行，首先用短路線將電容器短路放電，再將搖表的搖地極和被測電容器的一極（或一極與外殼）連在一起，然后有一人將搖表搖至規定轉速，待指針穩定后，再有另一人將搖表的試驗端線路搭接到被測電容器的另一極上，此時搖搖表的一人繼續使搖表保持轉速，不得停轉搖表。由于對電容器充電，指針開始下降，然后重新上升，待穩定后指針所示之讀數，即為被測的電容器絕緣電阻值。讀完表后，先把搭接在被測電容器一極上的搖表試驗端線撤離后才能停轉搖表，否則電容器會對停轉的搖表放電，損壞表頭。搖測完畢應將電容器上的電荷放盡，防止人身觸電。

在用兆歐表測量大容量設備的絕緣電阻值時，由于直流電壓作用于絕緣介質后，在介質中流過的電導電流有一個穩定過程，此過程決定于時間常數τ（τ=RC，R、C為被測試品等值電阻、等值電容），因此加壓時間越長，電導電流越趨于穩定，則測得的絕緣電阻值越準確。對于一般被測試品加壓1分鐘后，吸收過程已基本完成；但對大容量被測試品，如：電力電纜、大型變壓器、并聯電容器等，由于被測試品電容大多由復合介質組成，極化過程在1分鐘內不能完成，因此，宜測量10分鐘的絕緣電阻值，測試時應注意幾點：

（1）用手搖兆歐表測量時，由于輸出電壓會隨手柄轉速變化而變化，對電容性試品，當轉速高時，輸出電壓也高，該電壓對被測試品充電；當轉速低時，被測試品向兆歐表放電，造成表針擺動，影響讀數。解決的方法是在兆歐表L端子與被測試品間正串一只高壓硅二極管，用以阻止對兆歐表放電，可消除表針擺動，提高測量準確度。

（2）對有介質吸收現象的電纜、變壓器等設備，絕緣電阻值會隨兆歐表電壓高低而變化，試驗時應選用相同電壓等級的兆歐表。

（3）測試前應先斷開被測試品電源，拆除或斷開對外一切連接線，將被測試品接地充分放電5分鐘，放電時應用絕緣棒等工具進行，不得用手碰觸放電導線。測試完畢，斷開兆歐表后，對大容量的被測試品，一定要短接，充分放電并接地。

（4）若被測試品周圍間隔狹窄，不能保證足夠的對地距離，則可用干凈的絕緣板，將四周接地間隔遮蔽。

（5）測量絕緣電阻時，一般應在干燥條件下進行，因濕度較大的環境里，物體表面都會出現凝露或附有水膜，某些絕緣材料還有毛細管作用，會吸附較多的水分，還有積灰存在，將會造成表面電阻大為降低，表面泄漏電流上升。

4.結論

（1）當所測各設備為并聯時，可通過測量電力設備組整體絕緣電阻來分析組內各電力設備絕緣情況。當整體絕緣電阻較低或與歷年測試結果有顯著變化時，應解開它們之間的導電連接部分，對各電力設備逐一進行測試。

（2）當所測各設備為為串聯時，不宜采用整體測量絕緣電阻來分析各電力設備的絕緣情況。

電氣設備出現故障，大多與其絕緣材料的損壞有關，絕緣電阻測試可及早發現電氣設備、材料絕緣的整體性或貫通性缺陷，客觀、準確地判定被測試品的絕緣性能。絕緣材料的電氣性能主要是指電場作用下的導電性能、介電性能和絕緣強度，經常用電導率、相對介電常數、介質損耗角正切、以及擊穿強度四個參數來描述，它對電氣設備在長期運行過程中，對電氣設備的使用壽命起決定性的作用。因此，需要用各種技術手段進行電氣性能的定期監測，并結合其它手段，來對電氣設備的絕緣性能作客觀的綜合評價。

作者簡介：

賀宗躍（1964—），男，河北寧晉人，技師，主要從事電氣維修工作。

胡相娟（1974—），女，黑龍江寶清人，技師，主要從事維修電工工作。