絕緣測(cè)試應(yīng)用案例

安裝測(cè)試
驗(yàn)證測(cè)試 　　

電工和工程師為了確保設(shè)備正常和導(dǎo)線的完整性而進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。驗(yàn)證測(cè)試是一種簡(jiǎn)單、快速的測(cè)試，用來(lái)查看絕緣材料的瞬間狀態(tài)，它并不提供診斷數(shù)據(jù)，所使用的測(cè)試電壓要比進(jìn)行預(yù)測(cè)維護(hù)測(cè)試所使用的電壓高許多。由于驗(yàn)證測(cè)試主要測(cè)試電纜系統(tǒng)，檢查維護(hù)故障、不合格的設(shè)備、嚴(yán)重的老化或污染等情況，所以有時(shí)也被稱為GO/NO GO測(cè)試。如果在測(cè)試過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)故障，則認(rèn)為設(shè)備是合格的。 選擇測(cè)試電壓 　　經(jīng)常要對(duì)各種各樣的設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試?？梢栽诖蠹s一分鐘內(nèi)使用單一的電壓，通常為500和5000 V；也可以對(duì)絕緣材料施加高于正常的工作電壓的電壓，來(lái)檢測(cè)絕緣材料中細(xì)小的缺陷，這是很常見(jiàn)的。對(duì)于新的設(shè)備，測(cè)試電壓應(yīng)該大約為制造商的工廠測(cè)試電壓（高于額定電壓，可以從電纜制造商處獲得該數(shù)據(jù)）的60% 到 80%。如果您不知道工廠測(cè)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(dǎo)線可以接受的長(zhǎng)時(shí)間的最大電壓量，通常被印刷在電纜上。對(duì)于單相、兩相或三相系統(tǒng)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(cè)試方法只適用于測(cè)試小型、新的設(shè)備。對(duì)于更大的或舊的設(shè)備，或者電線，則使用DC測(cè)試電壓（參見(jiàn)表3）。表1所列的是測(cè)試旋轉(zhuǎn)式設(shè)備時(shí)通常采用的的驗(yàn)證DC測(cè)試電壓（不是制造商的測(cè)試電壓）。 驗(yàn)證測(cè)試步驟 　　進(jìn)行設(shè)備驗(yàn)證測(cè)試時(shí)，遵循下列步驟：

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

•選擇合適的電壓量程。

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

•將紅色探頭線的末端插入表上的volt/ohm端，將測(cè)試探針連接至被測(cè)導(dǎo)線。

•按下測(cè)試鍵，施加所希望的電壓，讀出表上所顯示的阻抗值。讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定可能需要幾秒鐘。阻抗值越高越好。旋轉(zhuǎn)設(shè)備DC測(cè)試電壓 使用的公式

工廠AC測(cè)試，VAC（僅供參考） 2 x (VAC額定值) + 1,000

最大DC設(shè)備測(cè)試，VDC 1.28 x (工廠 AC測(cè)試電壓)

最大售后服務(wù)測(cè)試DC，VDC 0.96 x (工廠 AC 測(cè)試電壓)

表1. 旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的驗(yàn)證測(cè)試電壓公式

圖4. 被測(cè)設(shè)備

•相對(duì)于地和管線內(nèi)所有其它導(dǎo)線，測(cè)試每一導(dǎo)線。將測(cè)量值的數(shù)據(jù)記錄放在一個(gè)安全的地方。

•如果某些導(dǎo)線不能通過(guò)測(cè)試，確定故障，或?qū)?dǎo)線抽出。潮濕的空氣、水分或灰塵都能夠?qū)е伦杩菇档汀?/p>

預(yù)測(cè)維護(hù)測(cè)試 　

維護(hù)測(cè)試能夠提供關(guān)于導(dǎo)線、發(fā)電機(jī)、變壓器和馬達(dá)現(xiàn)在和將來(lái)狀態(tài)的重要信息。有效的維護(hù)測(cè)試的關(guān)鍵是良好的數(shù)據(jù)收集。通過(guò)檢查所收集的數(shù)據(jù)，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(cè)試電壓和維護(hù)測(cè)試。

設(shè)備AC額定值(Volt) DC測(cè)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(duì)設(shè)備額定值的維護(hù)測(cè)試電壓 抽查讀數(shù)/短時(shí)阻抗測(cè)試 　

在短時(shí)測(cè)試中，兆歐表被直接跨接在被測(cè)設(shè)備上，施加大約60秒的測(cè)試電壓。為了在大約一分鐘的時(shí)間內(nèi)使絕緣值讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，應(yīng)該只對(duì)低容性的設(shè)備進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試?；镜倪B接步驟和驗(yàn)證測(cè)試時(shí)相同，所施加的電壓按DC測(cè)試電壓公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)測(cè)試好的設(shè)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(wěn)定上升。由于溫度和濕度會(huì)影響測(cè)試結(jié)果，應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)溫度（大約20C/68F）下、露點(diǎn)之上的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試。 　當(dāng)設(shè)備的額定值等于或小于1000伏特時(shí)，絕緣讀數(shù)應(yīng)該為1MΩ或更高。當(dāng)設(shè)備額定值高于1000伏特時(shí)，理想的阻抗應(yīng)該為每1000伏特上升1MΩ。所測(cè)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(shì)規(guī)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(hào)。陡峭的下降斜率是絕緣失效或可能出現(xiàn)故障的先兆。

圖5. 絕緣阻抗測(cè)試

圖6.絕緣阻抗的一個(gè)周期

DC測(cè)試電壓 適用的公式

對(duì)于相－相電壓額定值 DCt = 0.8165 x Ep-p

對(duì)于相－地電壓額定值 DCt = 1.414 x Ep-n

表3.DC測(cè)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(cè)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(cè)試 　

步進(jìn)電壓測(cè)試包括在不同的電壓設(shè)置下的阻抗測(cè)試。在這種測(cè)試中，對(duì)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。通過(guò)施加步進(jìn)增長(zhǎng)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(xiàn)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(yīng)該能夠承受電壓的增長(zhǎng)，在不同的測(cè)試電壓下，其阻抗應(yīng)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(zhǎng)的電流，只是導(dǎo)致絕緣阻抗的降低。這種測(cè)試并不受絕緣材料、設(shè)備電容和溫度的影響。由于該項(xiàng)測(cè)試需要更長(zhǎng)的時(shí)間，所以，只有在絕緣抽查測(cè)試結(jié)果不確定時(shí)才進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試。抽查測(cè)試處理的是絕對(duì)阻抗（單一讀數(shù)）隨時(shí)間的改變，而步進(jìn)電壓測(cè)試是查找阻抗隨不同的測(cè)試電壓變化的趨勢(shì)。

介質(zhì)吸收/時(shí)間－阻抗測(cè)試 　

時(shí)間阻抗測(cè)試不依賴于設(shè)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(cè)試電壓的時(shí)間要超過(guò)10分鐘的周期，第一分鐘內(nèi)，每10秒記錄數(shù)據(jù)，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(xù)增長(zhǎng)表明絕緣良好；平坦或下降的曲線表明絕緣材料被損壞或受到了污染。

圖7. 步進(jìn)電壓測(cè)試

圖8. 良好和不良的測(cè)試曲線

圖9.良好和受污染的介質(zhì)吸收測(cè)試曲線

確定絕緣質(zhì)量的另一個(gè)方法是利用極化指標(biāo)（PI）測(cè)試。潮濕環(huán)境和油膩環(huán)境在PI曲線上表現(xiàn)為平坦現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致漏泄電流，并最終是線圈短路，對(duì)于這種情況，PI指標(biāo)測(cè)試是非常有價(jià)值的。極化指標(biāo)是兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)阻抗讀數(shù)的比值：一個(gè)為1分鐘之后的讀數(shù)，另一個(gè)是10分鐘之后的讀數(shù)。對(duì)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(shù)值被1分鐘后的讀數(shù)值除，即可得到結(jié)果。低的極化指標(biāo)表明絕緣存在問(wèn)題。當(dāng)測(cè)試時(shí)間緊迫時(shí)，極化指標(biāo)測(cè)試的捷徑是進(jìn)行介質(zhì)吸收率（60/30）秒測(cè)試。

發(fā)電機(jī)、變壓器、馬達(dá)和導(dǎo)線的測(cè)試連接 　

為了測(cè)試發(fā)電機(jī)、變壓器、馬達(dá)和配線設(shè)備的絕緣阻抗，我們可以利用前面提到的任意維護(hù)測(cè)試。是否選擇spot-reading、步進(jìn)電壓或時(shí)間阻抗測(cè)試取決于測(cè)試的原因和所獲得的數(shù)據(jù)的有效性。當(dāng)測(cè)試發(fā)電機(jī)、馬達(dá)或變壓器時(shí)，可以順序測(cè)試或單獨(dú)測(cè)試每一線圈/相，而將其它線圈接地。按照這種方法，同時(shí)也測(cè)量了相之間的絕緣阻抗。 測(cè)試旋轉(zhuǎn)式設(shè)備時(shí)的溫度修正 　對(duì)于在不同的溫度下測(cè)試電樞和激勵(lì)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(zhuǎn)式設(shè)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(cè)試

Rm －修正至40C (104F)下的最大絕緣阻抗，單位為MΩ。

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

kV – 額定的設(shè)備端－端電壓，單位為千伏。

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

圖10. 旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的近似溫度系數(shù)

測(cè)試發(fā)電機(jī)和馬達(dá)
　
當(dāng)測(cè)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(cè)量繞組之間以及繞組和地之間的絕緣電阻。還有，當(dāng)測(cè)量DC發(fā)電機(jī)或馬達(dá)時(shí)，應(yīng)該將電刷提高，這樣，就能將馬口鐵和電樞分開(kāi)來(lái)測(cè)量。下表列出了推薦的在不同的馬達(dá)額定電壓下的最小阻抗讀數(shù)

表7. 推薦的40C (104F)下最小阻抗

測(cè)試變壓器
　
當(dāng)測(cè)試單相變壓器時(shí)，要測(cè)試?yán)@組－繞組、繞組－地，或者每次測(cè)試?yán)@組和其它所有接地部分的絕緣電阻。對(duì)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(cè)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(cè)線圈的額定功率。對(duì)于三相單元kVA3Ø =√3 x kVA1Ø

表9. 20C (68)下常量C的值

測(cè)試配線或電纜設(shè)備
　
當(dāng)測(cè)試配線或電纜時(shí)，應(yīng)將其從操作板或機(jī)器上斷開(kāi)，保持隔離。應(yīng)該在電線或電纜之間或其和地之間進(jìn)行測(cè)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(cè)試電壓，在15.6C (60F)的溫度下通電1分鐘。 K－絕緣材料常數(shù)（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 －單根電線或電纜絕緣導(dǎo)體的外徑　

D = d + 2c + 2b　單根導(dǎo)線的直徑

d －導(dǎo)線的直徑

c－導(dǎo)體絕緣層的厚度

b－護(hù)套絕緣層的厚度

例如，一千米6號(hào) A.W.G耐熱天然橡膠絕緣的鋁絞線，其絕緣層厚度為0.125，則K = 10,560 ，Log10 (D/d) = 0.373英寸。根據(jù)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(dǎo)線的最小絕緣電阻應(yīng)為3,939 MΩ。

圖11. 測(cè)量馬達(dá)的絕緣電阻[/size]