测绘绝缘电阻的基本原理

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-4 在直流电压下电介质内吸收电流随时间变化的曲线图测量电气设备绝缘电阻时，绝缘体的漏导电流通过绝缘电阻表直接显示为绝缘电阻。在整个测量过程中，绝缘电阻表转速应尽可能保持恒定。测量完毕，仍然要摇动绝缘电阻表，使其保持转速，待引线与被试品分开后才能停止摇动，以防止由于试品电容积聚的电荷反馈放电而损坏绝缘电阻表。

通过测量绝缘电阻为什么能发现上述缺陷？在测量中为什么要读取1min的绝缘电阻值？为了回答这些问题，首先来分析电气设备在直流电压作用下所流过的电流。

（1）漏导电流因为世界上没有绝对“隔电”的物质，所以任何绝缘材料在外加电压作用下都会有极微弱的电流流过，而且此电流经过一定的加压时间后即趋于稳定。

漏导电流是由离子移动产生的，其大小决定于电介质在直流电场中的电导率，所以可以认为它是纯电阻性电流。漏导电流随时间变化的曲线如图3-2所示。显然，它的数值大小反映了绝缘结构内部是否受潮、是否有局部缺陷或者表面是否脏污。因为在这些情况下，绝缘介质内部导电粒子的增加或者是表面漏电的增加，都会引起漏导电流的增加，所以其绝缘电阻就会减小。

（2）几何电流绝缘体是将导体与其他导体（设备金属外壳或大地）隔离开来，因此总是构成一个电容，当加上直流电压时，必然有一部分随时间衰减的充电电流，这个电流很快就降为零，所以称之为几何电流或电容电流。究其实质，它是由快速极化（如电子极化、离子极化）过程形成的位移电流，所以有时称之为位移电流。它随时间变化的曲线如图3-3所示。

图3-2 在直流电压作用下电介质内漏导电流随时间变化的曲线图

图3-3 在直流电压作用下电介质的电容电流随时间变化的曲线图

（3）吸收电流吸收电流也是一个随加压时间的延长而减少的电流，不过它比几何电流衰减慢得多，可能延续数分钟，甚至几十分钟，这是因为吸收电流是由缓慢极化产生的，其值取决于电介质的性质、不均匀程度和结构。在不均匀介质中，这部分电流是比较明显的。由于这一吸收过程还要消耗能量，所以这部分电流可以看成是电源经过一个电阻向电容充电的电流。吸收电流随时间变化的曲线如图3-4所示。

图3-4 在直流电压下电介质内吸收电流随时间变化的曲线图

测量电气设备绝缘电阻时，绝缘体的漏导电流通过绝缘电阻表直接显示为绝缘电阻。因为在整个测试过程中既有电容充电电流，又有电介质的吸收电流，还有较稳定的漏导电流，所以要想在使用绝缘电阻表进行测量时取得具有分析依据的绝缘电阻，就必须等到绝缘电阻表指示稳定时才能读数。《规程》规定，一般读取加压1min时的测量值。绝缘体在直流电压作用下的等效电路如图3-5所示。

如果电气设备的绝缘结构，有部分或整体受潮、表面脏污或者有贯穿性缺陷时，则电容充电电流减小，漏导电流增加，绝缘电阻会显著下降。虽然这时的吸收电流也增加了，但是因为漏导电流的增加，总的吸收现象反而减少了。绝缘电阻的测量，就是根据漏导电流的大小和吸收电流变化情况，来分析判断绝缘的状态、发现绝缘的缺陷。若将这三个电流曲线画在一起，即可得到在绝缘电阻表等直流电压作用下、流过绝缘介质的总电流随时间变化的曲线，如图3-6所示。图中，曲线1是测量时总的漏导电流变化过程，如果没有外界因素的影响，那么经过一定的时间后，这一稳定电流可以认为就是绝缘结构的泄漏电流；曲线2是一个吸收电流，经过一定时间后就基本消失；曲线3是通过绝缘结构的电导电流，绝缘良好时此电流很小，当绝缘结构整体受潮或有贯通性缺陷时，此电流会明显增加；曲线4是一个电容充电电流，充电结束后此电流消失，因为电容有通交流隔直流的特性。对于一般电气设备充电时间大约需要1～20s，它与设备容量的大小和绝缘好坏有关。

图3-5 绝缘体在直流电压作用下的等效电路图

图3-6 总电流随时间变化的曲线图

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。由于表面电流只反映表面状态，而且可以消除，所以实际测量的绝缘电阻是体积绝缘电阻。因此绝缘电阻的定义应为作用于绝缘结构上的电压与稳态体积泄漏电流之比，即

R_j=U/I_W

式中 I_W——稳态时的体积泄漏电流；

U——作用于绝缘结构上的电压；

R_j——绝缘的体积电阻。

由于电介质中存在着吸收现象，在实际应用上把加压60s测量的绝缘电阻值与加压15s测量的绝缘电阻值的比值，称为吸收比，即：

K=R_60s/R_15s

对于吸收比来讲，因测出的是两个电阻或两个电流的比值，所以其数值与试品的尺寸、材料、容量等因素无明显关系，且受其他偶然因素的影响也较小，可以较精确地反映试品绝缘结构的受潮情况。在绝缘结构良好时，其泄漏电流一般很小，相对而言吸收电流却较大（R_15s较小），吸收比K值就较大；而当绝缘结构有缺陷时，电介质的极化加强，吸收电流增大，但泄漏电流的增大却更显著（R_60s较小），K值就减小并趋近于1。所以根据吸收比的大小，特别是把测量结果与以前相同情况下所测得的结果进行比较，就可以判断绝缘的良好程度。但该项试验仅适应于电容量较大的试品，如变压器、电动机、电力电缆等，对其他电容量较小的试品，因吸收现象不显著，则无实用价值。

应指出的是，在进行吸收比试验时，为了正确测量15s和60s的绝缘电阻值，应先将绝缘电阻表摇至额定转速后，用绝缘工具将“L”线立即接至被试品上，同时记录时间，分别读取15s和60s的绝缘电阻值。在整个测量过程中，绝缘电阻表转速应尽可能保持恒定。测量完毕，仍然要摇动绝缘电阻表，使其保持转速，待引线与被试品分开后才能停止摇动，以防止由于试品电容积聚的电荷反馈放电而损坏绝缘电阻表。

对于大容量的电气设备，由于吸收电流随时间衰减较慢，有的可达数十分钟，测量的吸收比有可能小于1.3，为了避免产生误判断，就需要测量极化指数P来判断绝缘的优劣。所谓极化指数，是指在同一次测试中，10min时的绝缘电阻值与1min时的绝缘电阻值之比，即

P=R_10min/R_1min

测绘绝缘电阻的基本原理

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