絕緣測試應用案例

安裝測試
驗證測試 　　

電工和工程師為了確保設備正常和導線(xiàn)的完整性而進(jìn)行驗證測試。驗證測試是一種簡(jiǎn)單、快速的測試，用來(lái)查看絕緣材料的瞬間狀態(tài)，它并不提供診斷數據，所使用的測試電壓要比進(jìn)行預測維護測試所使用的電壓高許多。由于驗證測試主要測試電纜系統，檢查維護故障、不合格的設備、嚴重的老化或污染等情況，所以有時(shí)也被稱(chēng)為GO/NO GO測試。如果在測試過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現故障，則認為設備是合格的。 選擇測試電壓 　　經(jīng)常要對各種各樣的設備進(jìn)行驗證測試?？梢栽诖蠹s一分鐘內使用單一的電壓，通常為500和5000 V；也可以對絕緣材料施加高于正常的工作電壓的電壓，來(lái)檢測絕緣材料中細小的缺陷，這是很常見(jiàn)的。對于新的設備，測試電壓應該大約為制造商的工廠(chǎng)測試電壓（高于額定電壓，可以從電纜制造商處獲得該數據）的60% 到 80%。如果您不知道工廠(chǎng)測試電壓，則使用兩倍的電纜額定電壓再外加1000伏特。額定電壓是導線(xiàn)可以接受的長(cháng)時(shí)間的最大電壓量，通常被印刷在電纜上。對于單相、兩相或三相系統來(lái)說(shuō)，電纜的額定電壓是指相－相額定電壓。由于受其承受高壓的能力的限制，前邊所提到的測試方法只適用于測試小型、新的設備。對于更大的或舊的設備，或者電線(xiàn)，則使用DC測試電壓（參見(jiàn)表3）。表1所列的是測試旋轉式設備時(shí)通常采用的的驗證DC測試電壓（不是制造商的測試電壓）。 驗證測試步驟 　　進(jìn)行設備驗證測試時(shí)，遵循下列步驟：

•使用萬(wàn)用表或兆歐表上的電壓測量功能，確保被測電路未連接任何電源。

•選擇合適的電壓量程。

•將黑色探頭線(xiàn)的末段插入表上的公共端，將測試探針接地(地線(xiàn))或另一導體。某些時(shí)候，將所有非被測部分的導線(xiàn)全部接地是非常有用的。利用鱷魚(yú)夾可以使測量更簡(jiǎn)單，結果更精確。

•將紅色探頭線(xiàn)的末端插入表上的volt/ohm端，將測試探針連接至被測導線(xiàn)。

•按下測試鍵，施加所希望的電壓，讀出表上所顯示的阻抗值。讀數達到穩定可能需要幾秒鐘。阻抗值越高越好。旋轉設備DC測試電壓 使用的公式

工廠(chǎng)AC測試，VAC（僅供參考） 2 x (VAC額定值) + 1,000

最大DC設備測試，VDC 1.28 x (工廠(chǎng) AC測試電壓)

最大售后服務(wù)測試DC，VDC 0.96 x (工廠(chǎng) AC 測試電壓)

表1. 旋轉式設備的驗證測試電壓公式

圖4. 被測設備

•相對于地和管線(xiàn)內所有其它導線(xiàn)，測試每一導線(xiàn)。將測量值的數據記錄放在一個(gè)安全的地方。

•如果某些導線(xiàn)不能通過(guò)測試，確定故障，或將導線(xiàn)抽出。潮濕的空氣、水分或灰塵都能夠導致阻抗降低。

預測維護測試 　

維護測試能夠提供關(guān)于導線(xiàn)、發(fā)電機、變壓器和馬達現在和將來(lái)狀態(tài)的重要信息。有效的維護測試的關(guān)鍵是良好的數據收集。通過(guò)檢查所收集的數據，可以幫助我們安排診斷和維修工作，這可以降低由于意外造成的停工時(shí)間。下表列出了最常用的DC測試電壓和維護測試。

設備AC額定值(Volt) DC測試電壓(Volt)

0 – 100 100 – 250

440 – 560 500 – 1,000

2,300 1,000 或更高

4,100及以上 1,000 或更高

表2. 針對設備額定值的維護測試電壓 抽查讀數/短時(shí)阻抗測試 　

在短時(shí)測試中，兆歐表被直接跨接在被測設備上，施加大約60秒的測試電壓。為了在大約一分鐘的時(shí)間內使絕緣值讀數達到穩定，應該只對低容性的設備進(jìn)行該項測試?；镜倪B接步驟和驗證測試時(shí)相同，所施加的電壓按DC測試電壓公式進(jìn)行計算。當測試好的設備時(shí)，您會(huì )注意到，隨電容容量和吸收電流的降低，絕緣阻抗值會(huì )穩定上升。由于溫度和濕度會(huì )影響測試結果，應該在標準溫度（大約20C/68F）下、露點(diǎn)之上的環(huán)境下進(jìn)行測試。 　當設備的額定值等于或小于1000伏特時(shí)，絕緣讀數應該為1MΩ或更高。當設備額定值高于1000伏特時(shí)，理想的阻抗應該為每1000伏特上升1MΩ。所測量的絕緣阻抗值通常會(huì )略低于以前記錄的值，其下降的趨勢規律如圖6所示。絕緣值下降的斜率是絕緣材料老化程度的正常信號。陡峭的下降斜率是絕緣失效或可能出現故障的先兆。

圖5. 絕緣阻抗測試

圖6.絕緣阻抗的一個(gè)周期

DC測試電壓 適用的公式

對于相－相電壓額定值 DCt = 0.8165 x Ep-p

對于相－地電壓額定值 DCt = 1.414 x Ep-n

表3.DC測試電壓公式

DCt－在通常的AC操作中與最大絕緣電壓相關(guān)的DC測試電壓

Ep-p －相－相電壓額定值

Ep-n－相－地電壓額定值 步進(jìn)電壓測試 　

步進(jìn)電壓測試包括在不同的電壓設置下的阻抗測試。在這種測試中，對每種電壓施加相同的時(shí)間周期（通常為60秒），然后畫(huà)出絕緣阻抗曲線(xiàn)。通過(guò)施加步進(jìn)增長(cháng)的電壓，絕緣阻抗問(wèn)題會(huì )暴露于提高的電壓下，能夠顯現出一些絕緣上的缺陷信息，如針孔、有形損壞，或者脆度等。良好的絕緣應該能夠承受電壓的增長(cháng)，在不同的測試電壓下，其阻抗應該保持基本相同。另一方面，尤其是在高壓時(shí)，材料惡化、破裂或被污染的絕緣材料也能承受增長(cháng)的電流，只是導致絕緣阻抗的降低。這種測試并不受絕緣材料、設備電容和溫度的影響。由于該項測試需要更長(cháng)的時(shí)間，所以，只有在絕緣抽查測試結果不確定時(shí)才進(jìn)行該項測試。抽查測試處理的是絕對阻抗（單一讀數）隨時(shí)間的改變，而步進(jìn)電壓測試是查找阻抗隨不同的測試電壓變化的趨勢。

介質(zhì)吸收/時(shí)間－阻抗測試 　

時(shí)間阻抗測試不依賴(lài)于設備的大小和溫度，它比較受污染的絕緣材料的吸收特性和良好的絕緣材料的吸收特性。時(shí)間阻抗測試電壓的時(shí)間要超過(guò)10分鐘的周期，第一分鐘內，每10秒記錄數據，然后每分鐘進(jìn)行記錄。描繪的圖表的斜率的意義能夠確定絕緣的狀態(tài)。阻抗圖表的持續增長(cháng)表明絕緣良好；平坦或下降的曲線(xiàn)表明絕緣材料被損壞或受到了污染。

圖7. 步進(jìn)電壓測試

圖8. 良好和不良的測試曲線(xiàn)

圖9.良好和受污染的介質(zhì)吸收測試曲線(xiàn)

確定絕緣質(zhì)量的另一個(gè)方法是利用極化指標（PI）測試。潮濕環(huán)境和油膩環(huán)境在PI曲線(xiàn)上表現為平坦現象，會(huì )導致漏泄電流，并最終是線(xiàn)圈短路，對于這種情況，PI指標測試是非常有價(jià)值的。極化指標是兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)阻抗讀數的比值：一個(gè)為1分鐘之后的讀數，另一個(gè)是10分鐘之后的讀數。對于良好的絕緣，在開(kāi)始時(shí)阻抗值較低，然后隨容性漏泄電流和吸收電流的變小而增大。10分鐘后的讀數值被1分鐘后的讀數值除，即可得到結果。低的極化指標表明絕緣存在問(wèn)題。當測試時(shí)間緊迫時(shí)，極化指標測試的捷徑是進(jìn)行介質(zhì)吸收率（60/30）秒測試。

發(fā)電機、變壓器、馬達和導線(xiàn)的測試連接 　

為了測試發(fā)電機、變壓器、馬達和配線(xiàn)設備的絕緣阻抗，我們可以利用前面提到的任意維護測試。是否選擇spot-reading、步進(jìn)電壓或時(shí)間阻抗測試取決于測試的原因和所獲得的數據的有效性。當測試發(fā)電機、馬達或變壓器時(shí)，可以順序測試或單獨測試每一線(xiàn)圈/相，而將其它線(xiàn)圈接地。按照這種方法，同時(shí)也測量了相之間的絕緣阻抗。 測試旋轉式設備時(shí)的溫度修正 　對于在不同的溫度下測試電樞和激勵繞組，IEEE推薦了以下的絕緣阻抗公式。Rm = Kt x (kV + 1)表6. AC和DC旋轉式設備的絕緣阻抗公式

表4. 近似的介質(zhì)吸收率

表5. 不同的電阻測試

Rm －修正至40C (104F)下的最大絕緣阻抗，單位為MΩ。

Kt －在一定的線(xiàn)圈溫度下，絕緣阻抗的溫度系數，可從圖10中查到。

kV – 額定的設備端－端電壓，單位為千伏。

對于三相系統，測試時(shí)其它兩相接地，所記錄的每一相的阻抗值應該被2除。所得到的結果可以和推薦的最小絕緣電阻進(jìn)行比較。

圖10. 旋轉式設備的近似溫度系數

測試發(fā)電機和馬達
　
當測試定子馬口鐵的阻抗時(shí)，要確保定子繞組和定子相是斷開(kāi)的。測量繞組之間以及繞組和地之間的絕緣電阻。還有，當測量DC發(fā)電機或馬達時(shí)，應該將電刷提高，這樣，就能將馬口鐵和電樞分開(kāi)來(lái)測量。下表列出了推薦的在不同的馬達額定電壓下的最小阻抗讀數

表7. 推薦的40C (104F)下最小阻抗

測試變壓器
　
當測試單相變壓器時(shí)，要測試繞組－繞組、繞組－地，或者每次測試繞組和其它所有接地部分的絕緣電阻。對于三相變壓器，用EP-P (三角型變壓器)或Ep-n (Y型變壓器)代替E，用被測繞組的kVA3Ø 額定值代替kVA。利用下列的公式來(lái)確定最小的絕緣電阻。

表8. 變壓器絕緣電阻公式

R－一分鐘DC500伏特下最小絕緣，單位為兆歐C －在20C (68)溫度下的一個(gè)常量（參加下文）E －繞組的電壓額定值　KVA－被測線(xiàn)圈的額定功率。對于三相單元kVA3Ø =√3 x kVA1Ø

表9. 20C (68)下常量C的值

測試配線(xiàn)或電纜設備
　
當測試配線(xiàn)或電纜時(shí)，應將其從操作板或機器上斷開(kāi)，保持隔離。應該在電線(xiàn)或電纜之間或其和地之間進(jìn)行測量（參見(jiàn)第4頁(yè)的圖4）。IPCEA（Insulated Power Cable Engineers Association）提供下列公式，推薦了最小的絕緣電阻值。 R = K x Log10 (D/d) 表10. 電纜絕緣電阻 R －每1000 英尺 (305 米)電纜的阻抗，單位為MΩ?；?00伏特的DC測試電壓，在15.6C (60F)的溫度下通電1分鐘。 K－絕緣材料常數（例如，絕緣浸漬紙－2640, 漆包布鉛皮-2460, 熱塑聚乙烯材料－50000，合成聚乙烯－30000）

D －單根電線(xiàn)或電纜絕緣導體的外徑　

D = d + 2c + 2b　單根導線(xiàn)的直徑

d －導線(xiàn)的直徑

c－導體絕緣層的厚度

b－護套絕緣層的厚度

例如，一千米6號 A.W.G耐熱天然橡膠絕緣的鋁絞線(xiàn)，其絕緣層厚度為0.125，則K = 10,560 ，Log10 (D/d) = 0.373英寸。根據公式(R = K x Log10 (D/d), R = 10,560 x 0.373 = 3,939 MΩ/1000 英尺)，在60F下，每一千英尺的單根導線(xiàn)的最小絕緣電阻應為3,939 MΩ。

圖11. 測量馬達的絕緣電阻[/size]