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電線電纜絕緣電阻的探討

文檔作者：侯潭斌李鳳玉文檔來源：天津六0九電纜有限公司技術質量處		點擊數：	更新時間： 2024年11月24日
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電線電纜絕緣電阻的探討
天津六。九電纜有限公司 技術質量處
侯潭斌李鳳玉
1引言
在很多項目工程施工、電氣維修和試
驗(包括評價絕緣的完整性)等場合都要進
行絕緣電阻的測量。絕緣電阻是判斷絕緣
質最好壞以及絕緣品質變化的最典型依
據。它與絕緣強度、絕緣介質損耗以及絕
緣介質在運行狀態下的逐步劣化等存在相
互依賴關系。絕緣電阻也是電線電纜總體
質量的一個重要的衡量指標。若采用理想
絕緣介質，當導體問施加電壓時就不會有
任何電流流過絕緣材料。但實際上總會有
一些漏電流流經絕緣表面或通過絕緣流入
地線。漏電流并不損害好的絕緣，但是它
對于已變質的絕緣會產生影響。
2絕緣電阻的概念
絕緣電阻是電線電纜最基本的電氣性
能，它是指在規定條件下，處于兩個導體
之間的絕緣材料的電阻。絕緣電阻如無特
殊說明，是指絕緣上所施加的電壓U與泄漏
電流Ig的比值， 即：Ri=U／Ig。
實際應用中，絕緣電阻的數值受介質
材料、溫度、濕度、絕緣介質中雜質及水
份含量、測試時問和頻率，甚至測量手法
等因素的影響。
3絕緣電阻測試的目的和重要性
絕緣電阻反映了產品在正常工作狀態
下所具有的電絕緣性能， 因此，對大多數
的電線電纜產品(裸電線產品除外)均需測
定其絕緣電阻性能。對電壓等級較高、使
用環境惡劣、使用部位重要的產品更 重
視。
產品的絕緣電阻主要取決于所選用的
絕緣材料，但工藝水平對絕緣電阻的影響
也很大。 此，對正常生產的產品在工廠
中測試絕緣電阻的目的，主要是作為監督、
控制材料質量和丁藝質量的一種方法。在
設計和研制新產品或選用新材料時，對絕
緣電阻及其各種可能的影響因素必須進行
大量的研究試驗， 以保證產品及所用材料
能很好地滿足使用要求。此外， 當產品在
某些特殊環境中使用時，必須進行有關的
絕緣電阻性能研究試驗。
絕緣電阻是反映電線電纜產品絕緣特
性的重要指標，它與該產品能夠承受電擊
穿或熱擊穿的能力，與絕緣中的介質損耗，
以及絕緣材料在工作狀態的逐步劣化等均
存在著極為密切的相互依賴關系。因此，
對用于工作電壓為500 V及以上電壓等級
的產品， 一般均需測定其絕緣電阻，甚至
對于低壓弱電流的通信電線電纜，也把測
定絕緣電阻作為控制和保證其絕緣品質的
主要參數。測定絕緣電阻可以發現工藝中
的缺陷，如：絕緣干燥不透或護套損傷受
潮；絕緣受到污染和有導電雜質混入；各
種原因引起的絕緣穿透等。同時，測定絕
緣電阻也是研究絕緣材料的品質和特性，
研究絕緣結構以及產品在各種運行條件下
的使用性能等方面的重要手段。對于已投
入運行的產品，絕緣電阻是判斷產品變化
的重要依據之一。闋此，測定絕緣電阻是
十分重要的。
4絕緣電阻的定義中在電壓作用下介質中
電流的構成
在恒定電雎作用下，沿絕緣表面和絕
緣內部均有微弱的電流通過，對應于這兩
種電流的電阻分別稱為表面絕緣電阻和體
積絕緣電阻。通過介質或絕緣材料的電流
主要由以下幾部分構成：
(1)電導電流，這是由于絕緣介質中
存在的自由離子和導電雜質在電場作用下
遷移所產生的。這種電流不隨施加的電壓
和時間而變，在電場強度不太高時符合歐
姆定律，測量絕緣電阻時主要需要測量的
部分～一泄漏電流。它是反映絕緣優劣的
主要方面。
(2)電容／充電電流，這部分電流是
由于在施加電壓的開始瞬問電纜的幾何電
容充電和介質中的電子、原子位移極化所
產生的瞬時電流。它在施加電壓開始的
10一”～l0一 秒內降為0。
(3)吸收電流，這部分電流主要是由
于絕緣介質內部偶極子在電場作用下發生
轉向極化(或稱之為松弛極化)所產生的
電流，它隨著時間成負指數減小。
在最初的幾億分之一秒內，電子及分
子內帶電原子發生位移。介質中的這種帶
電原子的重新排列，就是我們對一些材料
所能測量的高頻介電常數。在以秒或分計
的時間里，我們所看到的極化電流是由于
偶極分子和分子群的轉向所致，而這些分
子是相對不動的。這部分的極化電流就是
2
最常見的測量到的電流，它是絕緣質量優
劣的一個很好的表征。
當介質被施加電壓時，流經介質中的
總電流是上述3種電流之和。施加的電壓不
變的情況下，總電流從開始的相對較高值
開始下降，逐漸接近并略高于泄漏電流(如
圖1)。對于不好的或絕緣性能逐漸劣化的
絕緣介質，上述的總電流下降較慢，甚至
會出現增加的情況。
麓加奄攫針間
豳1 絕緞介贗棱椎抽電壓時的電瀛主要縊威蓉意髓
5影響絕緣電阻的主要因素
5．1絕緣材料本身分子結構的影響
不同的絕緣材料因分子的極性大小不
同，在電場作用下極化程度也不同，其相
對介電系數也就不同。分子極性越大，在
一定電場強度下，介質被極化的程度越高，
介電系數越大，表現出的絕緣電阻率則越
低。
5．2絕緣介質中雜質的影響
絕緣材料中含有雜質或受潮吸入水份
則絕緣電阻系數也成明顯下降趨勢。這是
因為混入的雜質和水分大多是可離解的分
子，致使介質內離子濃度增大，從而增加
了介質的離子電導。
5-3絕緣材料結晶程度的影響
材料結晶度的增加會減少介質中的離
子電導。在絕緣擠出過程中，擠出機的溫
度設置，冷卻槽水溫及離開擠出機頭的距
離，會對絕緣材料的結晶產生影響，因此，
合理地控制絕緣擠出T藝是決定電纜絕緣
性能好壞的重要因素。
5．4溫度的影響
絕緣電阻系數隨溫度上升而近似成指
數下降，其服從如下指數近似公式：
p =ke一。。
式中，9 為絕緣電阻系數，0為溫度(℃)，
k、121為常數(與絕緣材料有關)。
根據材料的不同， 以及材料中添加的
增塑劑、交聯劑、阻燃劑等，絕緣介質的
絕緣電阻系數隨溫度的變化規律會有所不
同。
在實際應用中，往往用經驗的絕緣電
阻溫度換算系數進行換算。
Rto=9 v Rtt
其中：R10為to時的絕緣電阻值；Rtl為t1時的
絕緣電阻值；p 為絕緣電阻溫度換算系
數。
5．5電纜中絕緣線芯間空隙中及環境濕度
的影響
當電纜周圍環境濕度較大， 電纜加工
過程受潮，造成電纜內絕緣線芯間空隙中
濕度偏大時，一方面會使絕緣介質吸收一
些水分子而形成雜質，另一方面，水分子
附著在絕緣表面，相當于纜芯間增加了接
觸面積，或相當于改變了電纜的幾何結構。
實踐表明，濕度的影響能使電纜絕緣電阻
成倍地降低。
5．6絕緣線芯外包覆材料的影響
在電纜制造過程中，經常需要在纜芯
外包覆各種材料以達到屏蔽、隔離、標識
等目的。隨著這些包覆材料的金屬與非金
屬、材料的極性的不同，有時會對電纜的
絕緣電阻產生很大的影響。通常，在滿足
電纜包覆層所要達到的要求的前提下， 要
想提高絕緣電阻，應盡量選用非極性材料。
當然， 以上各影響因素都是在沒有制
造缺陷、電纜在制造完成后沒有遭受外部
損傷的前提下討論的。實際上在電纜制造
和使用過程中，對于同一材質和結構的電
纜其絕緣電阻水平應該是接近的，若出現
某一電纜絕緣電阻值明顯低于其它電纜，
則說明該電纜存在制造工藝的偏差或出現
電纜受損的情況。
除了上述原 外在電纜測量當中也會
存在一些因素影響測量結果。
5．7測試電壓
測量絕緣電阻時所施加的直流電壓不
能太高，否則會導致絕緣內部局部放電，
既影響測量的正確性又易造成絕緣損壞；
也不能太低， 以致影響測量的靈敏度和準
確性。測試電壓一般為100"~1000V。
5．8測量中的讀數時間
由于加上電壓后，絕緣中存在著3種隨
時間而衰減的電流。因此，理論上應等這
三種電流全部衰減完后才讀出電導電流(泄
漏電流)的數值，以計算絕緣電阻。但時間
太長測量工作量大以及考慮到測量系統長
時間的穩定性，因此在測量方法的標準中
明確規定在接通電流后不少于1 min，不超
過5 min讀數。這樣既保證了非電導電流大
部分已經消失，又使測量時間有了統一，
使讀數具有重復性和可比性， 以及提高測
量效率。
3
5．9電場強度
在電場強度較低時，絕緣電阻與電場
強度幾乎無關；在電場強度較高時，由于
離子遷移速率增加，絕緣電阻迅速下降。
電纜的絕緣電阻可近似用經驗公式表達：
p =ke一。。／E
式中，9 為絕緣電阻系數， 0為溫度
(℃)，k、a、y為常數(與絕緣材料有關)，
E為電場強度。
在接近擊穿的高場強范圍時，絕緣電
阻系統隨電場強度近似按指數規律急劇下
降，此時不僅離子遷移速率迅速增加，而
且還出現大量的電子遷移。因此控制好電
場強度的高低，對絕緣電阻測量的準確性
關系極大。
6絕緣電阻的測試方法
絕緣電阻的測試方法常用的有兩種：
直流比較法； 電壓電流法(包括常用的兆
歐表法和高阻計法)。
6．1試驗設備
如zC一9O 絕緣電阻測試儀等。
6．2試樣制備
(1)除產品標準中另有規定外，試樣
有效長度應不小于10 m。應小心的剝除試
樣兩端絕緣外的覆蓋物，并注意不損傷絕
緣表面。
(2)試樣應在試驗環境中放置足夠長
的時間，使試樣溫度和試驗溫度平衡，并
保持穩定。
(3)浸入水中試驗時，試樣兩個端頭
露出水面的長度應不小于250 mlTl，絕緣部
分露出的長度應不小于150 rnin。
在空氣中試驗時，試樣端部絕緣部分
4
露出的長度應不小于100 mill。露出的絕緣
表面應保持干燥和潔凈。
6．3試驗程序
6-3．1測試接線
(1)有金屬護套、屏蔽層或鎧裝的電
纜試樣。
單芯電纜，應測量導體對金屬套或屏
蔽層或鎧裝層之間的絕緣電阻；多芯電纜，
應分別就每個導體對其余線芯與金屬套或
屏蔽層或鎧裝層連接進行測量。
(2)非金屬護套、非屏蔽或元鎧裝的
電纜試樣。
單芯電纜應浸入水中，測量導體對水
之問的絕緣電阻；多 電纜應分別就每個
導體對其余線芯進行測量。
6-3．2試樣長度測量
將試樣接入測試系統，試樣的有效長
度測量誤差應不超過4-1％。
6．3．3試驗環境條件
除電線電纜產品標準中另有規定外，
型式試驗或抽樣試驗時測試應在環境溫度
2O±5℃ 和空氣相對濕度不大下80％ 的室
內或水中進行。交收試驗時，測試一般在
環境溫度為0~35~C的室內進行。工作溫度
下絕緣電阻的試驗溫度應在有關標準中規
定，溫度的誤差應不超過±2℃ 。
有爭議時環境溫度或工作溫度的誤差
應不超過±1℃ 。
6．3．4高溫下絕緣電阻測試方法
絕緣線芯或單芯電纜的高溫下絕緣電
阻可按GB5013．2—1997中2．4規定的方法測
試；或從成品電纜上取3～5 m電纜，將試
樣做適合于絕緣電阻測量的處理后，放入
試驗箱中。在達到規定試驗溫度后，保溫2
h，測量線芯絕緣電阻。
6-3．5試驗電壓
應按產品標準規定選擇對試樣的測試
電壓，一般為：100～1000 V。
6．3．6測試充電時問
為使絕緣電阻測量值基本穩定，測試
充電時間應足夠充分，不少于1 min，不超
過5 min。
6．3．7測試系統的測最誤差 符合下述要
求
被測試試樣絕緣電阻值為1×10 。Q及
以下，測量誤差不超過±10％。
被測試試樣絕緣電阻值為1×10mQ以
上，測=旱=誤差不超過±2O 。
絕緣電阻測試儀計量檢定的校準誤差
超過以上對應值時，應停用。
6．4 試驗結果及計算
每公里長度的絕緣電阻應按下面公式
計算：
RL=Rx ·L
式中RL一每公里長度絕緣電阻，M Q／
km ；
Rx一試樣絕緣電阻，M Q；
L一試樣有效測量長度，km。
2O℃ 時每公里長度的絕緣電阻應按
下面公式計算：
R2o=K ·RL
式中R20—20℃ 時每公里長度的絕緣
電阻，M Q／km：
K 一絕緣電阻溫度校正系數，交
收試驗時應采用相關標準或制造廠的規
定；型式試驗或抽樣試驗時應按規定調控
試驗環境條件，不作溫度校準。
體積電阻率P由所測得的絕緣電阻應
按下面公式計算：
P=(2 J1；LRX)／ln(D／d)
式中P一體積電阻率，Q／cm- ；
D一絕緣外徑，rnrn：
d一絕緣內徑，ITIIl。
絕緣電阻常數K應按下面公式計算，以
M Q／km表示。
Ki=LRx X 10。¨／lg(D／d)=10一 ×0．367 P
計算結果所取有效數字位數應與產品
標準一致。
7絕緣質量完好性的判斷
對于同一種材料而言，絕緣電阻越高
絕緣性能越好。電纜制造后，就開始老化。
由于老化，其絕緣性能就開始降低。任何
惡劣的環境，特別是高溫、有化學污染的
場合會加速這種老化。這種絕緣性能的惡
化會對供電穩定性及人身安全構成威脅。
因此，怎樣快速識別這種惡化以便采取措
施是很重要的。
在規定的時問問隔內測量介質的絕緣
電阻值的變化趨勢，可以對絕緣完整性的
趨勢作分析。例如，在一定時間內絕緣電
阻值持續降低，這就意味著絕緣介質的絕
緣性能存在問題。
在施加恒定電壓的條件下，在用不同
的時間間隔里測量通過介質的電流可以計
算不隨溫度變化的極化指數(PI)，即10min
時的絕緣電阻值與lmin時的絕緣電阻值之
比。還有其他的極化表示方法，如極化率
(PR)，是指3min時的絕緣電阻值與15s時的
絕緣電阻之比； 以及介質吸收率(DAR)，
5
是~'60s時的絕緣電阻值與30s時的絕緣電
阻值之比。
這種比率如果較低(比如小于1．0)，說明
有一個較低的電阻并聯地通過絕緣材料
中。這種降低的最主要的原 是介質表面
吸收了一層水膜， 增加了離子的濃度使得
介質原子的流動性增大。若排除表面吸水
因素，說明介質的絕緣性能劣化了。
此外，還可以采用施加不同測試電壓
的方法來評價絕緣介質是否老化或受損以
及含有不必要的雜質。
6
8結束語
嚴格按照絕緣電阻的測量方法排除各
種與測量有關的影響因素進行準確地測
量，不僅可以發現電線電纜絕緣層材料品
質的優劣、生產T藝中的缺陷和大大提高
電線電纜的性價比、節約成本，還能通過
對絕緣電阻的準確測量嚴格控制電線電纜
的絕緣電阻，保證出廠和進入使用現場的
電線電纜質量，而且還可以準確地判定使
用中的電纜的電氣絕緣性的好壞，以避免
由于絕緣的事故引起供電系統的故障而引
發安全生產事故。總之，準確地測定絕緣
電阻極為重要。

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