如何准确测量电线电缆的绝缘电阻

摘要：绝缘电阻是电线电缆*基本的电气性能，它反映产品在正常工作状态下所具有的电气绝缘性能，它是反映电线电缆产品绝缘特性的重要指标。通过测定绝缘电阻可以发现工艺中的缺陷、所选用绝缘材料的优劣等。通过绝缘电阻的概念，测试的目的、重要性、影响因素和测试方法等几方面探讨，阐述了如何准确地测量电线电缆的绝缘电阻。关键词：电线电缆；绝缘电阻；影响因素；测试中图分类号：TD665 文献标识码：B 文章编号：1003—496X(2006)07—0049—03 1 绝缘电阻的概念电性能是电线电缆*基本的特性。绝缘电阻是电线电缆*基本的电气性能，它是指在规定条件下，处于两个导体之间的绝缘材料的电阻。绝缘电阻如无特殊说明，是指绝缘上所施加的直流电压【厂与泄漏电流 jg的比值，即：Rf=U／Ig。 2 绝缘电阻测试的目的绝缘电阻反映了产品在正常工作状态下所具有的电绝缘性能，因此，对大多数的电线电缆产品(裸电线产品除外)均需测定其绝缘电阻性能。对电压等级较高、使用环境恶劣、使用部位重要的产品更应重视。产品的绝缘电阻主要取决于所选用的绝缘材料，但工艺水平对绝缘电阻的影响也很大。因此，对正常生产的产品在工厂中测试绝缘电阻的目的，主要是作为监督、控制材料质量和工艺质量的一种方法。在设计和研制新产品或选用新材料时，对绝缘电阻及其各种可能的影响因素必须进行大量的研究试验，以保证产品及所用材料能很好地满足使用要求。此外，当产品在某些特殊环境中使用时，必须进行有关的绝缘电阻性能研究试验。 3 绝缘电阻测试的重要性绝缘电阻是反映电线电缆产品绝缘特性的重要指标，它与该产品能够承受电击穿或热击穿的能力，与绝缘中的介质损耗，以及绝缘材料在工作状态的逐步劣化等均存在着极为密切的相互依赖关系。因此，对用于工作电压为 500V及以上电压等级的产品，一般均需测定其绝缘电阻，甚至对于低压弱电流的通信电线电缆，也把测定绝缘电阻作为控制和保证其绝缘品质的主要参数。测定绝缘电阻可以发现工艺中的缺陷，如：绝缘干燥不透或护套损伤受潮；绝缘受到污染和有导电杂质混入；各种原因引起的绝缘穿透等。同时，测定绝缘电阻也是研究绝缘材料的品质和特性，研究绝缘结构以及产品在各种运行条件下的使用性能等方面的重要手段。对于已投入运行的产品，绝缘电阻是判断产品变化的重要依据之一。因此，测定绝缘电阻是十分重要的。 4 影响绝缘电阻的主要因素 4．1 绝缘电阻与泄漏电流 (电导电流) 当绝缘层加上直流电压时，沿绝缘表面和绝缘内部均有微弱的电流通过，对应于这两种电流的电阻分别称为表面绝缘电阻和体积绝缘电阻。加上电压后，流经绝缘内部的电流有下面 4种： (1)充电电流。它因介质的极化而产生，实际上就是以导体和外电极 (金属护套或屏蔽层)作为一对电极构成一个电容器的充电电流。充电电流按指数规律随时间很快的衰减，一般在数毫秒时间内接近消失。 (2)不可逆吸收电流。它因绝缘材料中的电解电导而产生，约经数秒钟衰减至零。 (3)可逆吸收电流。它是绝缘材料的位移电流，在施加电压的瞬间达*大值，慢慢趋向于位移稳定，约经数分钟才能趋向于消失。 (4)电导电流。它是绝缘材料中自由离子及混 · 50 · 煤矿安全 (Tot1380) 杂的导电杂质所产生，与电压施加时间无关。在电场强度不太高时符合欧姆定律且随温度的增高而增加很快。它的大小反映了绝缘品质的优劣。它又称为泄漏电流。绝缘电阻为：外加电压除以电导电流的值。 4．2 测试电压测量绝缘电阻时所施加的直流电压不能太高，否则会导致绝缘内部局部放电，既影响测量的正确性又易造成绝缘损坏；也不能太低，以致影响测量的灵敏度和准确性。测试电压一般为 100～1000V。 4．3 测量中的读数时间由于加上电压后，绝缘中存在着 3种随时间而衰减的电流。因此，理论上应等这三种电流全部衰减完后才读出电导电流(泄漏电流)的数值，以计算绝缘电阻。但时间太长测量工作量大以及考虑到测量系统长时间的稳定性，因此在测量方法的标准中明确规定在接通电流后不少于 1min，不超过 5min 读数。这样既保证了非电导电流大部分已经消失，又使测量时间有了统一，使读数具有重复性和可比性，以及提高测量效率。 4．4 温度，电缆的绝缘电阻与绝缘电阻系数成正比关系，在均匀电场下绝缘电阻系数随温度的上升而迅速下降，其服从如下指数近似公式： ate一式中，为绝缘电阻系数，为温度 (℃)，a、a 为常数(与绝缘材料有关)。 4．5 电场强度在电场强度较低时，绝缘电阻与电场强度几乎无关；在电场强度较高时，由于离子迁移速率增加，绝缘电阻迅速下降。电缆的绝缘电阻可近似用经验公式表达： = ke一。O／E 式中，为绝缘电阻系数，为温度(℃)，k、a、 y为常数(与绝缘材料有关 )，E 为电场强度。在接近击穿的高场强范围时，绝缘电阻系统随电场强度近似按指数规律急剧下降，此时不仅离子迁移速率迅速增加，而且还出现大量的电子迁移。因此控制好电场强度的高低，对绝缘电阻测量的准确性关系极大。 4．6 杂质和湿度，各种杂质离子，特别是水分，会大大降低绝缘电阻。含有杂质的绝缘，吸湿后其绝缘电阻下降的趋势尤为显著。 5 绝缘电阻的测试方法绝缘电阻的测试方法常用的有两种：直流比较法；电压电流法(包括常用的兆欧表法和高阻计法)。 5．1 试验设备如 ZC一90型绝缘电阻测试仪等。 5．2 试样制备 (1)除产品标准中另有规定外，试样有效长度应不小于 10m。应小心的剥除试样两端绝缘外的覆盖物，并注意不损伤绝缘表面。 (2)试样应在试验环境中放置足够长的时间，使试样温度和试验温度平衡，并保持稳定。 (3)浸入水中试验时，试样两个端头露出水面的长度应不小于 250mm，绝缘部分露出的长度应不小于 150mm。在空气中试验时，试样端部绝缘部分露出的长度应不小于 100mm。露出的绝缘表面应保持干燥和洁净。 5．3 试验程序 5．3．1 测试接线 (1)有金属护套、屏蔽层或铠装的电缆试样。单芯电缆，应测量导体对金属套或屏蔽层或铠装层之间的绝缘电阻；多芯电缆，应分别就每个导体对其余线芯与金属套或屏蔽层或铠装层连接进行测量。 (2)非金属护套、非屏蔽或元铠装的电缆试样。单芯电缆应浸入水中，测量导体对水之间的绝缘电阻；多芯电缆应分别就每个导体对其余线芯进行测量。 5．3．2 试样长度测量将试样接人测试系统，试样的有效长度测量误差应不超过 ±1％。 5．3．3 试验环境条件除电线电缆产品标准中另有规定外，型式试验或抽样试验时测试应在环境温度 20±5℃和空气相对湿度不大于 80％的室内或水中进行。例行试验时，测试一般在环境温度为 0-35℃的室内进行。工作温度下绝缘电阻的试验温度应在有关标准中规定，温度的误差应不超过 ±2℃。有争议时环境温度或工作温度的误差应不超过 ±1℃ 。 5．3．4 高温下绝缘电阻测试方法绝缘线芯或单芯电缆的高温下绝缘电阻可按 GB5013．2—1997中2．4规定的方法测试；或从成品电缆上取 3～5m 电缆，将试样作适合于绝缘电阻测煤矿安全 (2006—07) ·5l· 量的处理后，放入试验箱中。在达到规定试验温度后，保温 2h，测量线芯绝缘电阻。 5．3．5 试验电压。应按产品标准规定选择对试样的测试电压，一般为：100～1000V。 5．3．6 测试充电时间为使绝缘电阻测量值基本稳定，测试充电时间应足够充分，不少于 1min，不超过 5rain。 5．3．7 测试系统的测量误差应符合下述要求被测试试样绝缘电阻值为 1×10加Q及以下，测量误差不超过 ±10％。被测试试样绝缘电阻值为 1×10加Q以上，测量误差不超过 ±20％。绝缘电阻测试仪计量检定的校准误差超过以上对应值时，应停用。 5．4 试验结果及计算每公里长度的绝缘电阻应按公式(1)计算： RL=Rx。L (1) 式中 Rl—— 每公里长度绝缘电阻，Mfl／km； R 试样绝缘电阻，Mfl； L ——试样有效测量长度，km。 20℃时每公里长度的绝缘电阻应按公式(2)计算： R20=K·RL (2) 式中 R20——20℃ 时每公里长度的绝缘电阻， Mfl／km； K——绝缘电阻温度校正系数，例行试验时应采用相关标准或制造厂的规定；型式试验或抽样试验时应按 3．3 规定调控试验环境条件，不作温度校准。体积电阻率 p由所测得的绝缘电阻应按公式 (3)计算： ID：l—n(D—／d) (L3_j) 式中 ID——体积电阻率，fl／cm ； D——绝缘外径，mm； d——绝缘内径，mm。 (成型导体绝缘线芯的比值 D 是绝缘表面周长与导体表面周长的比值。) 绝缘电阻常数 K应按公式(4)计算，以 Mfl／km 表示。 Kf=LRx×10一n／lg(D／d) =10-1 ×0．367p (4) 计算结果所取有效数字位数应与产品标准一致。 6 注意事项 (1)需要时，可在试样两端绝缘表面上加保护环，并与测试系统的屏蔽相连接。 (2)如试样的绝缘电阻大于 1×10挖Q和测量时因外界电磁场或试样运动产生的摩擦会引起测试不稳定时，可将试样静置在整体屏蔽的条件下进行测试。 (3)重复试验时，在加电压之前应使试样短路放电，放电时间应不少于充电时间的 4倍；如因试样有剩余电荷而造成测量结果有明显差别时，必须先进行充分放电。对于这类试样，无论是**次测试或重复测试，均需充分放电。 (4)采用输出端对地悬浮的高阻计 (ZC一9O型绝缘电阻测试仪)测量绝缘电阻时，推荐将高阻计的测量端(低压端)与被测绝缘线芯的导体相连，高阻计的高压端连接试样的另一极接地；当采用通用的方法测量绝缘电阻时，试样必须对地绝缘，否则可能使高阻计因输出的高压端对地短路而损坏，或由于加热电源的干扰，可能影响测试的准确性。 (5)试验过程中应尽量避免或减少环境温、湿度，外界电磁场和各种杂质等对测试结果的影响。 7 结论严格按照绝缘电阻的测量方法排除各种与测量有关的影响因素进行准确地测量，不仅可以发现电线电缆绝缘层材料品质的优劣、生产工艺中的缺陷和大大提高电线电缆的性价比、节约成本，还能通过对绝缘电阻的准确测量严格控制电线电缆的绝缘电阻，保证出厂和进入使用现场的电线电缆质量，而且还可以准确地判定使用中的电缆的电气绝缘性的好坏，以避免由于绝缘的事故引起供电系统的故障而引发**生产事故。总之，准确地测定绝缘电阻极为重要。作者简介：袁洪军(1973一)，男，研究生，工程师，主要从事电缆及非金属产品的研究与检验工作，现任抚顺分院人力资源部副主任。

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