绝缘阻抗测试

绝缘阻抗测试

简介

绝缘阻抗测试仪可用于确定马达、变压器、开关设备及电气设备中的绕组或电缆是否完好。具体的测试方法取决于待测设备类型及测试原因。例如，如果测试对象为电缆或开关设备（低电容设备），时变电容泄漏电流和吸收泄漏电流显得无足轻重，几乎瞬时降为零，立即（一分钟之内）获得稳定的传导泄漏电流，便于当场读取读数或进行短时阻抗测试。（如需泄漏电流及阻抗测试的详细信息，请阅读以下章节：《绝缘阻抗、泄漏电流及预防维护测试》。

另一方面，如果被测设备是较长的电缆、大型马达或发电机（高电容设备），时变电流可持续数个小时。此类电流会导致仪表的读数经常变化，从而不够准确。如果采用跨步电压或介电吸收测试，归纳读数的变化趋势，就可以进行改善。这一类测试并不关注单个读数，而根据一系列相关的读数得出结论。由于低电容设备的时变电流转瞬即逝，测量结果基本一致，因此对低电容设备进行该测试是浪费时间，

技术应用文章

安装测试

绝缘性能测试，最主要的目的在于确保公众和人身安全。在不带电的载流导体和接地导体之间进行高压直流测试，可以保证电路中不存在致命的短路或接地短路问题。此一类的测试一般在设备安装完毕之后进行，可以识别接线失误或设备异常，确保安装的质量、客户满意度，并防止火灾和电击等事故。

维护测试

绝缘性能测试的另一个目的是：防护电气系统和马达，延长使用寿命。电气系统常年暴露在各种不利的环境因素之

中，包括灰尘、油脂、温度、压力和震动等，这些因素均可导致设备绝缘性能下降、丧失生产能力，甚至发生火灾。定期进行维护测试，有助于了解设备的老化情况，预见系统可能发生的故障。如果以上问题得到纠正，不仅可确保系统正常运转，还能延长设备的使用寿命。

进行测量之前

为避免获得无意义的绝缘阻抗读数，电工应当详细检查待测电路。在下述情况之下，可以获得最佳的测量结果：

1. 系统或设备已关闭，并与其它电路、

开关、电容器、电刷、避雷器和断路器等设备断开。确保测量结果不会受到开关和过流防护设备中泄漏电流的影响；

2. 导体温度高于周边空气的露点。如

果导体温度过低，绝缘体的表面将会覆盖一层湿气，某些情况下，湿气会被材料吸收。

3. 导体表面不存在碳或其它受潮

之后具有导电性的外来物质； 4. 所加电压不会过高。如果测试对

象为低压系统，过高的电压会加重绝缘材料的负荷、甚至造成绝缘性能丧失；

5. 被测系统已经对地完全放电。对

地放电的时间应当是测试充电时间的五倍。

要考虑温度效应。由于绝缘阻抗和其温度成反比（即：阻抗随着温度的上升而下降），读数会随着绝缘材料温度的变化而改变。所以，测试最好在20℃（68 ℉）下进行，该温度是标准的导体温度。根据经验，如果测试温度高于20 ℃，每增加10 ℃（18℉），所得阻抗值应当加倍；如果测试温度低于20 ℃，每减少10 ℃（18℉），所得阻抗值应当减半。例如，温度为40 ℃（104 ℉）时测得的阻抗是1兆欧，那么20 ℃（68 ℉）时的实际阻抗应当为4兆欧。如要测量导体温度，可使用非接触型红外温度计，如Fluke 65。

注意安全，人人有责。但是，安全的决定权最终还是把握在自己手中；工具本身并不能确保人身安全。只有将必要的工具和合理的安全保障措施结合起来，才能给予您最大程度的保障。以下是一些注意点： y

尽可能不要带电操作。遵循锁定/标定的工作流程。如果不能施行该流程，要随时谨记：操作电路可能带电。 y

带电操作时，请使用防护设备： y 使用绝缘工具；

y 穿着防火服、防护镜、以及绝缘

手套。

y 不要佩戴手表或其它首饰； y 确保站立在绝缘毯之上。 y

带电测量电压时：

y 请在接触不带电的载流导线之

前扣上接地线夹，并在除去不带电的载流导线之后再解开接地线夹；

y

进行绝缘阻抗测试时：

y 请不要将绝缘测试仪和带电导

体或带电设备相连，确保遵守生产商的使用说明；

y 请使用开式保险丝、开关和电路

断路器关闭被测设备；

y y y

尽可能悬挂或搁置电表。避免手持电表，减少电表与人体的接触，以防瞬时电流伤人； 使用三点测试法，检查电路是否带电时尤需如此。首先，测试带电电路；然后，测试目标电路；之后再次测试带电电路。这样可以确保您的电表在测量前后均正常工作；

向资深电工学习，把一只手放在口袋里。这样可避免您胸口和心脏的周边区域形成回路。

y 请把支路导体、接地导体和其

它与待测设备相连的设备断开；y 请确保测试前后断开导体电

容。某些设备可能具有放电功能；

y 请检查不带电线路中的保险

丝、开关和断路器是否存在泄漏电流。泄漏电流可能造成矛盾或错误的测试读数；

y 请不要在含有危险或爆炸性气

体的环境中使用绝缘测试仪，如果绝缘性能被破坏，仪器可能产生电弧；

y 连接测试导线时，请戴上绝缘

的橡皮手套。

什么是绝缘阻抗和泄漏电流？

测试过程中，按下测试键将产生较高的直流电压，导致导体和绝缘体中产生少量电流（微电流）。微电流的大小取决于所加电压、系统电容、电路的整体阻抗及材料温度。如果电压固定，电流越大，阻抗就越小（E=IR,R=E/I）。整体阻抗是导体的内阻抗之和（该阻抗较小）加上绝缘阻抗（单位：MΩ）所得数值。

电表的绝缘阻抗读数是以下三项独立次级电流的函数。

电容充电泄漏电流（IC）

两个以上的导体同时连接在电线槽中，就具有电容的功能。由于电容效应，导电绝缘体中将通过泄漏电流。该电流只出现在刚施加直流电压的时刻，绝缘体充电完毕之后，该电流消失。低电容设备的电在测试人员记录读数之前即会消失。因此，记录之前应当读取该数值。另一方面，测试高电容设备时，电容充电泄漏电流的持续时间较长，随后才慢慢消失。

传导泄漏电流（IL）

传导电流指的是流经绝缘体、在导体之间流动或从导体流向地面的少量电流（微电流）。随着绝缘体的老化，微电消失之后占据主要地位。传导电流较为稳定，并且和时间无关，因此是测量绝缘阻抗过程中最重要的电流。

流将增加，并在吸收电流（请参见表1）容电流高于传导泄漏电流，但通常

绝缘阻抗（单

位：百万欧姆）

电流总和

极化吸收漏电流（IA）

吸收电流是由介电材料中分子极化引起的。低电容设备中的电流往往在开始几秒钟之内比较高，随后就逐渐下降为零。如测量高电容设备、受潮或者不纯的绝缘材料，吸收电流会持续比较长的时间。

电流

(单位：μA）

图 1 电流组成

时间（单位：秒）

介电绝缘体

导体

介电绝缘体

图 2 传导泄漏电流（IL）

导体

图 3 电容充电泄漏电流（IC）

应用 安装测试

验证测试

电工和工程师进行验证测试的目的在于：确保安装无误，导体工作正常。验证测试并不复杂，用来查看绝缘材料瞬时的绝缘状态。测试本身不提供诊断性数据，所使用的电压也远远高于预防维护测试的电压。验证测试可检验电缆系统是否存在维护故障、不合格的设备、严重老化或绝缘体不纯等情况，所以有时也被称为GO/NO GO测试。如果测试过程中没有发现故障，则认为设备是合格的。

由于新设备通常对高压的y 承受能力较强，上述方法仅适用于测试小型的新设y 备。对于较大、较旧的设y 备，或者电缆，可使用直流测试电压（参见表3）。通常用于测试旋转式设备的验证直流测试电压（而y 非厂商的测试电压），可参见表1。

y

使用万用表或兆欧表的电压测量功能，确保被测电路未连接电源； 选择适当的电压量程；

将黑色探头线的一端与测试仪的公共端相连，将测试探针接地或另一个导体。有时，将与测试无关的所有导线接地将有助于获得正确结果； 使用鳄鱼夹，可使测量更简单，结果更准确；

将红色探头线的一端与测试仪的电压/阻抗端相连，将测试探针连接至被测导体；

验证测试步骤

进行设备验证测试时，要遵循以下步骤：

y 请按下测试键，加上所需电压，读出测试仪显示的阻抗值。读数达到稳定可能需要几秒钟。阻抗值越高越好。

所用公式

x（V 交流电标牌额定电压） + 1,0001. 8 x（工厂交流电测试） 0.96 x（工厂交流电测试）

旋转设备直流测试电压

工程交流测试，V交流电（仅供参考） 最大直流设备测试，V 直流电dc 最大直流售后服务测试，V 直流电

表1. 动设备使用的验证测试电压方程

选择测试电压

无论设备电容高低，都可以进行验证测试。测试使用单一电压，通常在 500到 5000 V 之间。常对绝缘材料施加高于正常工作电压的电压，用来发现绝缘体中存在的微小缺陷。对于新设备，测试电压约为厂家测试电压的 60％ 到 80％（高于额定电压，可咨询电缆生产商获得具体数值）。如果不知道生产商的测试电压，可使用两倍的额定电压加倍再加1000伏特。额定电压是导体可以长时间承受的最大电压，一般印刷在电缆上。对于单相、两相和三相相同来说，电缆的额定电压是指相间额定电压。

金属导管

绝缘体

\

图 4 被测导体

y

对每条导线进行对地测试，并对管线内其它导线进行相对测试。将测得数据标注日期，妥善保存。 y

如果某条导线不能通过测试，应当找出故障，或将导线抽出。导体受潮、进水或沾染灰尘，都可能导致阻抗读数偏低。

对于额定电压低于1000 伏的设备，绝缘读数应当大于或等于1 M。设备的额定电压高于1000 伏时，理想阻抗应当为每1000伏上升100欧姆。一般来说，绝缘阻抗值略低于此前的记录数值，下降的趋势如图6所示。斜率下行，说明绝缘体正逐步老化。如果下行斜率较为陡峭，表示绝缘失效或是发生故障的先兆。

直流电测试电压 相间电压额定值 相对地电压额定值

表3直流电测试电压公式适用公式

DCt =Ep-p

DCt = 1.414 x Ep-n

DCt - 正常交流电操作过程中、与最

大绝缘电压相关的直流测试电压

Ep-p - 相间电压额定值 Ep-n - 相对地电压额定值

预防性维护测试

通过维护测试，能够了解导体、发电机、变压器和马达的现状和未来的状态。要实现有效的维护测试，关键在于数据采集。通过检查所采集的数据，可以帮助我们安排诊断和维修工作，从而减少突发故障引起的停工时间。以下是最常用的直流测试电压和维护测试：

记录值（单位：兆欧）

设备额定交流电压（单位：伏特） 0 – 100 440 – 560 2,300

4,100 以上

交流测试电压（单位：伏特） 100 – 50 500 – 1,000 1,000以上 1,000 以上

阻抗（单位：兆欧）

表2 维护测试电压对比设备额定电压

时间（单位：秒） 60 秒

抽查读数/短时阻抗测试

短时测试的过程中，兆欧表直接跨接 在被测设备上，施加大约60秒的测试电

图 5. 绝缘阻抗测试

初始验收测

试

压。要在1分钟之内使绝缘值读数达到 稳定，测试对象应当为低容性的设备。

基本的连接步骤和验证测试相同，所施

加的电压根据直流测试电压公式计算。 如果接受测试的设备性能良好，随着电 容和吸收电流下降，绝缘阻抗值会呈现

稳步上升趋势。温度和湿度可能影响读数，因此测量温度最好高于露点，在标准温度（约 20°C/68°F）下进行。.

阻抗（单位：

兆欧）

绝缘体老化

重新绕组之后

年份

绝缘故障

图 6 一段时间内的绝缘阻抗值

步进电压测试

步进电压测试包括在不同电压设置下的阻抗测试。此类测试中，对每种电压施加的

时间周期相等（通常为60秒），然后画出 绝缘阻抗曲线。通过施加逐步增加的电压，

增大的电压会使绝缘阻抗问题得以显现，

如针孔、可见损坏，或脆度等。如果绝缘性能良好，应当能够承受过电压的增长，在不同的测试电压下，其阻抗值应该基本

相同。另一方面，特别是在高压下，老化、

破裂或者不纯的绝缘材料能够承受增大的 电流，并导致绝缘阻抗降低。这种测试不

会受到绝缘材料、设备电容和温度的影响。由于该项测试比较费时，所以，只有根据

绝缘抽查测试的结果无法得出结论时、才应当进行该项测试。抽查测试的对象是绝 对阻抗（单一读数）随着时间的变化值， 而通过步进电压测试，我们可以了解阻抗

随不同测试电压变化的改变趋势。

介电吸收/时间－阻抗测试

时间阻抗测试与设备大小和温度无关。该

测试将不纯绝缘材料的吸收特性和良好绝 缘材料的吸收特性相比较。时间－阻抗测 试电压共持续10分钟，第一分钟内，每10

秒钟记录一次读数，此后每分钟记录读数。

通过解读绘制曲线的斜率，可以了解绝缘

性能。如果图中的阻抗持续增加，表示绝

缘性能良好。如果曲线平坦或呈下行趋势，表示绝缘性能受损或绝缘材料不纯。

电压为50 V时所作测试

电压为500 V时所作测试

阻抗（单位：兆 绝缘性能故欧）

障方向

电压为1000 V时所作测试

时间（单位：秒） 60 秒

7 步压测试

绝缘性能良好

阻抗（单位：

兆欧）

绝缘性能不佳

电压（单位：千伏）

8 不同绝缘性能的测试曲线

绝缘性能良好

阻抗（单位：兆欧）

绝缘性能异常

时间（单位：分钟）10 分钟

9 不同绝缘性能曲线的介电吸收测试

图

图图

还可以通过极化指数（PI）测试，确

定绝缘质量。潮湿和油腻的环境在PI危险

曲线上表现为曲线平坦，导致漏泄电不良

流，并最终造成线圈短路，对于这种良好

1.6 以上 情 况，PI指标测试是非常有价值的。优秀 4 以上

表 4 近似介电吸收比

极化指数是两个时间－阻抗读数的比 值：一个为1分钟之后的读数，另一个

是10分钟之后的读数。如果绝缘性能

良好，起初阻抗值较低，之后会随着

单个读数

容性漏泄电流和吸收电流的变小而增

测试高电压

大。用1分钟之后的测试值去除10分钟定期进行

后的测试值，即可得到结果。如果极

不同的测试电压

化指数较低，表明绝缘存在问题。当

测试时间紧迫时，可以进行介质吸收定时测试间隔

诊断信息 率（60/30）秒测试，这不失为一个捷

径。

表 5各类绝缘测试

Rm - 最小绝缘阻抗，温度修正对于三相系统，测试时其它两相接地，

40 °C(104°F）单位为 MΩ所记录的每一个相位的阻抗值应当被2发电机、变压器、马达和电线的

Kt - 一定线圈温度下绝缘阻抗

除。随后，所得结果可与推荐的最小绝连接测试 的温度系数，可参见图10。

要测试发电机、变压器、马达和电线设备的绝缘阻抗，我们可以采用上述任一预检维护测试。选择抽查读数、步进电压还是时间阻抗测试，取决于测试的原因和获得数据的有效性。测试发电机、马达或变压器时，可以按照一定顺序、对每一线圈/相位进行单独测试，此时应将将其它线圈接地。这种方法也可用于测量了相间的绝缘阻抗。

kV - 设备端间额定电压，单位为

千伏。

缘阻抗进行比较。

测试旋转机组时的温度修正

要测试不同温度下的转子和绝缘阻抗，电气电子工程师协会建议采用以下绝缘阻抗公式：

表6 交直流电旋转机组的绝缘阻抗公式

绝缘阻抗温度系数Kt

绕组温度，摄氏度

图10 旋转机组的近似温度系数

测试发电机和马达

测试定子绕组的阻抗时，要确认定子绕组和定子相是断开的。请测量绕组间和绕组对地的绝缘阻抗。同时，测量直流发电机或马达进时，应将电刷抬高，便于绕组和转子分开测试。下表列出不同马达额定电压下的推荐最小阻抗读数：

R - C - E -

一分钟直流电500伏下绝缘阻抗最小值，单位为兆欧 20 ℃（68 ℉）的测试常数 绕组的额定电压值

KVA - 被测绕组的额定功率。对于三相设备：kVA3 Ø = √3 x kVA1Ø

（参见下表）

绝缘阻抗测试仪

连接其它绕组

槽型充油式变压器 无槽充油式变压器 干型或复合填充型变压器表9 20 ℃（68 ℉）常量C的值

接地

表 7 40 ℃(104 ℉）时的推荐最小阻抗读数

测试配线和电缆设备

测试配线和电缆时，应从操作板和机器断开，保持隔离。应在电线或电缆之间或其和地之间进行测试（参见第4页的图4）。以下公式由绝缘电缆工程师协会提供，其中包含绝缘阻抗的推荐最小值：

表11 测试马达绝缘阻抗

测试变压器

进行单相变压器测试时，应测试线绕组间和绕组的对地阻抗，或者每次测试绕组和其它所有接地部分的绝缘阻抗。对于三相变压器，用EP-P代替E（三角型变压器），或者用Ep-n来代替E（y型变压器），用被测绕组的额定kVA3ø代替kVA。

D - 单根电线和电缆导电绝缘体的外经，

D = d + c + b 单根导线的直径 d - 导线直径

c - 导体绝缘层的厚度 b - 被覆绝缘层厚度

例如，一千米6号 A.W.G耐热天然橡胶绝缘的铝绞线，绝缘层厚度为0.125，K = 10,560 ，Log10 (D/d) = 0.373英寸。根据公式(R = K x Log10 (D/d), R = 10,560 x 0.373 = 3,939 MΩ/1000英尺下，60 ℉时每一千英尺的单根导线的最小绝缘阻抗应为3,939 MΩ。

表10 电缆绝缘阻抗

要确定最小绝缘阻抗，可使用以下计算公式：

单相 三相wye 三相 delta

表8 变压器绝缘阻抗方程

R - 15.6 ℃(60 ℉）温度下通电1分钟。每 1000 英尺（305 米）电缆的阻抗，单位为MΩ。基于500伏特的直流测试电压。

K - 绝缘材料常数（如：绝缘浸渍纸- 640,漆布- 460,热塑聚乙烯-50000, 合成聚乙烯- 30000）

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