張宇星 郝 奇

（機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所）

0 引言

電線電纜產(chǎn)品的絕緣電阻能夠直觀地反映出產(chǎn)品所能承受電擊穿或熱擊穿的能力。而且絕緣電阻與絕緣內(nèi)部的介質(zhì)損耗，絕緣材料在工作狀態(tài)下性能逐步劣化等這些決定產(chǎn)品有效性的因素都存在緊密的聯(lián)系。絕緣電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度能夠直接決定產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)劣的判定。因此關(guān)于絕緣電阻的測(cè)量問(wèn)題應(yīng)當(dāng)多了解測(cè)量的機(jī)理以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。當(dāng)前絕緣電阻測(cè)試的方法主要是“加高壓、測(cè)漏流”。ZC?90系列高絕緣電阻測(cè)量?jī)x便是其中運(yùn)用高阻計(jì)法測(cè)量的產(chǎn)品代表，在機(jī)構(gòu)、廠家中較為常見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)員在操作過(guò)程中與儀器的直接交互信息便是儀表的示數(shù)，而示數(shù)隨加壓時(shí)間呈規(guī)律性變化，因此分析了解示數(shù)規(guī)律性變化的內(nèi)在原因與本質(zhì)，就可以幫助我們確定何時(shí)進(jìn)行讀數(shù)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)才是合理有效的。

1 示數(shù)的變化

為獲取 ZC?90絕緣電阻測(cè)量?jī)x在測(cè)量過(guò)程中示數(shù)的變化曲線，進(jìn)行如下試驗(yàn)：試驗(yàn)設(shè)備采用ZC?90絕緣電阻測(cè)量?jī)x和SYY?II型恒溫水浴儀，以一般用途單芯硬導(dǎo)體無(wú)護(hù)套電纜型號(hào)（60227IEC01（BV））為例，根據(jù)GB/T 5023.3—2008中有關(guān)規(guī)定，試驗(yàn)絕緣線芯的長(zhǎng)度為5m，水溫為（70±2）℃，浸水時(shí)間不小于2h，絕緣電阻應(yīng)在施加電壓1min后進(jìn)行測(cè)量。在施加 250V直流電壓后，每隔1s進(jìn)行一次讀數(shù)，由于讀數(shù)在前期過(guò)快變化以及后期基本趨于穩(wěn)定，因此選取更具有研究意義的3～15s內(nèi)的示數(shù)，示數(shù)與時(shí)間的關(guān)系曲線圖如圖1所示。

從圖1中基本可以將示數(shù)的變化過(guò)程分為a、b、c三個(gè)階段：階段a中示數(shù)隨時(shí)間迅速減小，在6～7s處達(dá)到最小值。階段 b中示數(shù)隨時(shí)間減速增大。階段c中示數(shù)雖緩慢上漲，但基本趨于穩(wěn)定。該現(xiàn)象不僅限于此次試驗(yàn)樣品，在大量的試驗(yàn)過(guò)程中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯絕緣的電線電纜在絕緣電阻的測(cè)試過(guò)程中，儀器的示數(shù)都基本符合這樣的變化曲線。

2 原因分析

絕緣電阻是指絕緣上所加的直流電壓 U與泄漏電流I之間的比值：

因?yàn)樵诮^緣電阻測(cè)試中所施加的直流電壓 U是不變的，所以所研究的絕緣電阻示數(shù)變化的本質(zhì)就是測(cè)試系統(tǒng)輸入端電流I的變化。在測(cè)試系統(tǒng)中，在給絕緣層加上直流電壓時(shí)，沿絕緣表面和絕緣內(nèi)部都有微弱電流通過(guò)，沿絕緣表面通過(guò)的電流所對(duì)應(yīng)的電阻稱為表面絕緣電阻，沿絕緣內(nèi)部通過(guò)的電流稱為體積絕緣電阻。一般在絕緣電阻測(cè)試中所提到的絕緣電阻均為體積絕緣電阻，只有極少數(shù)的產(chǎn)品如汽車高壓點(diǎn)火線在產(chǎn)品檢測(cè)中有表面絕緣電阻的要求。

在a階段中，測(cè)試系統(tǒng)剛通電時(shí)輸入端電流I受啟動(dòng)沖擊電流主導(dǎo)，在電路學(xué)中，給負(fù)載通電的一瞬間，通常會(huì)產(chǎn)生大電流，這就是沖擊電流。這個(gè)現(xiàn)象主要體現(xiàn)在容性負(fù)載中，例如電容，容量越大沖擊電流和時(shí)間就越大越長(zhǎng)，在通電一瞬間是相當(dāng)于短路的，瞬間電流理論上是無(wú)限大的。此階段示數(shù)R與I成反比快速減小。

在b階段中，絕緣層加上電壓后，通過(guò)絕緣內(nèi)部的電流有以下四種：

（1）電容電流

由于介質(zhì)極化而產(chǎn)生，實(shí)際是將導(dǎo)體和外極（金屬護(hù)套或屏蔽層）作為一對(duì)電級(jí)所構(gòu)成電容器的充電電流，電容電流隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律迅速衰減，一般在數(shù)毫秒內(nèi)接近消失。

（2）不可逆吸收電流

由于絕緣材料中的電解電導(dǎo)而產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)數(shù)秒后衰減至零。

（3）可逆吸收電流

本質(zhì)是絕緣材料的位移電流，在施加電壓的瞬間達(dá)到最大值，然后趨向位移穩(wěn)定，這個(gè)過(guò)程較慢，一般要經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘后才趨于消失。

（4）泄漏電流

由絕緣材料中的自由離子及混入的導(dǎo)電雜質(zhì)所產(chǎn)生的電流，在電場(chǎng)強(qiáng)度不高時(shí)符合歐姆定律。其數(shù)值反應(yīng)了絕緣層品質(zhì)的優(yōu)劣，也是在絕緣電阻測(cè)量理想狀態(tài)下所要測(cè)量的電流值。其大小與電壓施加時(shí)間無(wú)關(guān)，不隨時(shí)間而衰減，基本保持不變。

從圖2可看出，電纜絕緣加上直流電壓后絕緣內(nèi)電流的變化，由于施加電壓后，絕緣中存在著三種隨時(shí)間而衰減的電流，而這三種電流的衰減速度不同，當(dāng)這三種電流先后趨于消失，它們的衰減過(guò)程共同作用造成了此階段中示數(shù)隨時(shí)間增長(zhǎng)而減速增大。

在階段c中，三種隨時(shí)間而衰減的電流基本已趨于消失，而此時(shí)主導(dǎo)示數(shù)變化的電流為絕緣電阻測(cè)試的對(duì)象泄漏電流（電導(dǎo)電流），其數(shù)值基本不隨電壓施加時(shí)間增長(zhǎng)而變化。因此該階段中示數(shù)基本趨于穩(wěn)定。

圖 2

3 結(jié)束語(yǔ)

在了解絕緣電阻測(cè)試中示數(shù)的變化機(jī)理后發(fā)現(xiàn)，在對(duì)絕緣施加電壓后，絕緣內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間而衰減的電流，因此為了測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，應(yīng)該等這些電流全部衰減完后，再讀出由泄漏電流計(jì)算而來(lái)的絕緣電阻的數(shù)值，但由于可逆吸收電流要經(jīng)過(guò)數(shù)分鐘后才能趨于消失，考慮到測(cè)量系統(tǒng)如果測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)其穩(wěn)定性將受影響，測(cè)量時(shí)間又不宜太長(zhǎng)。因此檢測(cè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的讀數(shù)時(shí)間進(jìn)行讀數(shù)，而且每次測(cè)量后都應(yīng)確保足夠長(zhǎng)時(shí)間的放電以保證在下次試驗(yàn)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部不會(huì)有上次試驗(yàn)時(shí)的殘留電荷。