仪表与计量技术
绝缘电阻及其测量
Insulation Resistance and Measurement
马晖 杨会民 陈珺
（中国人民解放军63892部队，洛阳市 47100）
Ma Hui Yang Huimin Chen Jun(PLA 63892, Luoyang 471003)
【摘 要】本文论述了绝缘电阻的定义、计算方法。分析了绝缘电阻测试的原因以及绝缘电阻测量的影响
因素。
【关键词】电气设备 绝缘电阻 测量方法 剩余电荷
Abstract: The paper mainly introduced the defi nition of insulation resistance and design procedure, and analyzed the reasons and the infl uence of insulation resistance test.
Key words: Electrical Equipment Insulation Resistance Methods of Measurement Residual Charge
引言
现代生活日新月异,人们一刻也离不开电。在
用电过程中就存在着用电安全问题,在电气设备中,例如电机、电缆、家用电器等。它们运行的重要参数之一就是其绝缘材料的绝缘程度，即绝缘电阻的大小。当受热和受潮时,绝缘材料便老化，其绝缘电阻便降低。从而造成电器设备漏电或短路事故的发生。为了避免事故发生,就要求经常测量各种电器设备的绝缘电阻，判断其绝缘程度是否满足设备需要。
1 绝缘电阻基本概念[1]
在电器设备中和电力传输线上，要把不同电位的导体隔离开，就要靠绝缘体。绝缘体的基本功能就是阻止电流流通，使得电能按设计的途径传输，保证设备能正常工作。但绝缘体也不是绝对不导电的，只是它的泄漏电流很小而已。绝缘电阻是表征绝缘体阻止电流流通能力的参数，是绝缘特性的基本参数之一。绝缘电阻太低，泄漏电流很大，不但造成电能的浪费，而且还会引起发热等其他问题，也是人员触电的主要原因之一，可能导致严重后果，因此必须进行检定。
绝缘电阻是施加于绝缘体上两个导体之间的
直流电压与流过绝缘体的泄漏电流之比。即：
一个绝缘体的绝缘电阻由两部分组成，即体积电阻与表面电阻。体积电阻Rv是施加的直流电压U与通过绝缘体内部的电流Iv之比；表面电阻Rs是施加的直流电压U与通过绝缘体表面电流Is之比。绝缘体电阻是体积电阻与表面电阻并联组成的。见图1。
即：
图1 绝缘体电阻是体积电阻与表面电阻并联
式中：R——绝缘电阻，单位为Ω； U——直流电压，单位为V； I——泄漏电流，单位为A。
收稿日期：2009-06-12
作者简介：马晖，男，中国人民解放军63892部队，七室助理工程师。
杨会民，男，中国人民解放军63892部队，七室工程师。陈珺，女，中国人民解放军63892部队，七室工程师。
绝缘体的电阻率均匀时，绝缘体的体积电阻主要取决于导体间绝缘体的厚度、导体和绝缘体接触的面积等，表面电阻则主要与绝缘体表面上放置的导体的长度、导体间绝缘体表面上的距离有关。影响绝缘电阻的环境因素主要有温度、湿度、电场强度和辐照等。
2 进行绝缘电阻测试的原因[2]
2.1 当电气绝缘出现故障时会发生什么情况
电气绝缘不仅仅是包着电线的塑料聚合物材料，它是由电缆绝缘层、套管绝缘子、线管内空间、电机和通用设备组成的完整系统。机械压力、污染和温度变化都能造成这些组件随时间而恶化，使电流发生漏泄。电流漏泄会产生以下的几个问题：
（1）当电流穿过绝缘层时产生热量，会使绝缘层恶化，直到最终绝缘失效，并会形成火灾隐患。
（2）漏泄电流必需返回至源极，它将流经任何可用的导体、线管、管道、水或大地返回到源极。这种不利的电流会产生危险的电压。
（3）漏泄电流是没有效率的。经绝缘层漏泄的
Instrument and Metrological Technology
电流并不能驱动电机、发光或加热，但是仍然会产生消耗。
（4）漏泄电流会引起过流保护装置跳闸，使电机和变压器过热。
结果就是差的电气绝缘造成设备发生故障、生产线停工。
2.2 什么是绝缘电阻测试
一个电气系统就象是管道系统一样，电压好比是液体压力，电流好比是液体的流速，而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄——其作用的大小是用绝缘电阻表示的。有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值，通常大于几个兆欧（MΩ）。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。
为了发现管道系统中的渗漏，您需要对其加压。由于在水压最高时最容易发现渗漏现象，所以您不能关闭自来水来检查渗漏。但是，您会限制可用的自来水，这样就能够在发现大的漏洞时不至于在周围喷洒出太多的水。比较理想的测试是在高（但也并不是特别高）压下提供有限的水量。这正是电气绝缘测试仪要做的事情。
绝缘测试仪（兆欧表）会在绝缘系统上加直流电压，并测量由此产生的电流。这样就能够计算并显示绝缘的电阻值（绝缘将电流束缚在电线中的程度，或者说防止电流漏泄的程度）。
便携式绝缘测试仪（兆欧表）一般输出的测试电压为50V、100V、250V、500V或1000V。正象在管道系统中那样，目的是提供一个并非是特别高的压力（电压）。我们希望发现已有的漏泄，但是并不希望对系统造成过应力而产生新的漏泄。较低的电压用于低压系统，例如电话、网络或控制线路；较高的压力用于测试电力系统绝缘。2.3 绝缘电阻测试的作用
通过测试系统中不同组件的绝缘电阻（变压器、开关装置、导线、电机），技术员就可以隔离并修复发生故障的部件。
技术员利用测试来检验导线和地或者相邻导线之间的高绝缘电阻。在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能；绝缘测试能够发现制造工艺问题和设备缺陷，而这些问题在设备发生故障之前一般是发现不了的。因此，绝缘测试仪(兆欧表）是非常重要的故障诊断工具。并且应该频繁的进行绝缘测试。
2.4 绝缘电阻的基本测量方法[3]
测量绝缘电阻的方法主要有直接测量法、比较测量法和充放电测量法。
直接测量法即直接测量施加于被测绝缘式样的直流电压和流过试样的电流，并通过欧姆定律计算出绝缘电阻。所用的测量仪器主要有绝缘电阻表（兆欧表）、检流计和高阻计等。
比较测量法是与已知的标准电阻相比较来测定绝缘电阻值的方法。常用的比较方法有电桥法和电流比较法。
充放电测量法包括充电测量法和自放电法。充
电测量法是利用静电计和标准电容来测量绝缘电阻，自放电法利用高压直流电压源和静电电压表来测量绝缘电阻。
3 绝缘电阻测量时相关因素的影响[4]
（1）湿度的影响
湿度对绝缘材料电性质的影响非常大。绝缘材料受潮后,其体积电阻和表面电阻都要显著地减少,介质损耗将会增大,耐压强度也要降低。绝缘材料的受潮程度与周围空气的相对湿度及温度有关,相对湿度愈大,温度愈低,材料本身的湿度也愈大,绝缘电阻大大地降低。因此,绝缘电阻的测量一般要求在干燥的晴天进行,以克服湿度的影响。
（2）温度的影响
电介质理论研究和实际应用表明:绝缘介质的绝缘电阻是随温度变化而变化的,其变化程度又随绝缘的种类而变化。一般而言,绝缘介质的绝缘电阻和吸收比是随温度的上升而下降的。其原因一是温度升高后加速了绝缘介质内部电子和离子的热运动;二是在低温条件下,绝缘介质中的水分是与其它介质紧密结合的,当温度升高后,水分子就向电磁场两极延伸,因而增加了绝缘介质的电导性能,故绝缘电阻就呈指数规律下降了。
（3）剩余电荷的影响
在可能有剩余电荷的设备上做绝缘电阻测量时,若不进行足够的接地放电,则会出现虚假的测量数据而影响测量的准确性,严重时会危及人身或设备安全。其原因是当剩余电荷与测量电压相同时,相当于两电压叠加,从而加快了绝缘介质内部电子和离子的运动,提高了绝缘介质的电导品质,相应的绝缘电阻值就下降。反之,其绝缘电阻值就升高。因此,规程规定对容量较大的设备(如大容量发电机、长距离电缆等)做绝缘电阻测量前要接地放电1～5min,其出发点就是消除剩余电荷的影响。被测设备的剩余电荷是否已完全对地释放,可以用绝缘电阻表来进行检查。其方法是:在绝缘电阻表未转动时,将表的测量连线瞬时搭接在被测设备上,此时表计若无上升的现象,则认为被测对象的剩余电荷已对地放尽。反之,则要充分地接地放电,方可进行测量。4 结束语
电气设备绝缘材料性能的好坏,对于电气设备的正常运行和安全用电有着重大的影响,衡量绝缘性能的主要标志之一是它的绝缘电阻,因此,采取正确的方法测量绝缘电阻是至关重要的[5]。参考文献
[1] 电工测量仪器计量技术
[2] 绝缘电阻测试仪的使用方法简介
[3] 吴萍，李用平. 用兆欧表测量绝缘电阻及应用.鞍钢技术，2000，1
[4] 徐萍.绝缘电阻的测量及影响绝缘电阻的主要因素. 煤矿开采，2001，4
[5] 朱承高. 电工及电子技术手册.高等教育出版社
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仪表与计量技术
绝缘电阻及其测量
Insulation Resistance and Measurement
马晖 杨会民 陈珺
（中国人民解放军63892部队，洛阳市 47100）
Ma Hui Yang Huimin Chen Jun(PLA 63892, Luoyang 471003)
【摘 要】本文论述了绝缘电阻的定义、计算方法。分析了绝缘电阻测试的原因以及绝缘电阻测量的影响
因素。
【关键词】电气设备 绝缘电阻 测量方法 剩余电荷
Abstract: The paper mainly introduced the defi nition of insulation resistance and design procedure, and analyzed the reasons and the infl uence of insulation resistance test.
Key words: Electrical Equipment Insulation Resistance Methods of Measurement Residual Charge
引言
现代生活日新月异,人们一刻也离不开电。在
用电过程中就存在着用电安全问题,在电气设备中,例如电机、电缆、家用电器等。它们运行的重要参数之一就是其绝缘材料的绝缘程度，即绝缘电阻的大小。当受热和受潮时,绝缘材料便老化，其绝缘电阻便降低。从而造成电器设备漏电或短路事故的发生。为了避免事故发生,就要求经常测量各种电器设备的绝缘电阻，判断其绝缘程度是否满足设备需要。
1 绝缘电阻基本概念[1]
在电器设备中和电力传输线上，要把不同电位的导体隔离开，就要靠绝缘体。绝缘体的基本功能就是阻止电流流通，使得电能按设计的途径传输，保证设备能正常工作。但绝缘体也不是绝对不导电的，只是它的泄漏电流很小而已。绝缘电阻是表征绝缘体阻止电流流通能力的参数，是绝缘特性的基本参数之一。绝缘电阻太低，泄漏电流很大，不但造成电能的浪费，而且还会引起发热等其他问题，也是人员触电的主要原因之一，可能导致严重后果，因此必须进行检定。
绝缘电阻是施加于绝缘体上两个导体之间的
直流电压与流过绝缘体的泄漏电流之比。即：
一个绝缘体的绝缘电阻由两部分组成，即体积电阻与表面电阻。体积电阻Rv是施加的直流电压U与通过绝缘体内部的电流Iv之比；表面电阻Rs是施加的直流电压U与通过绝缘体表面电流Is之比。绝缘体电阻是体积电阻与表面电阻并联组成的。见图1。
即：
图1 绝缘体电阻是体积电阻与表面电阻并联
式中：R——绝缘电阻，单位为Ω； U——直流电压，单位为V； I——泄漏电流，单位为A。
收稿日期：2009-06-12
作者简介：马晖，男，中国人民解放军63892部队，七室助理工程师。
杨会民，男，中国人民解放军63892部队，七室工程师。陈珺，女，中国人民解放军63892部队，七室工程师。
绝缘体的电阻率均匀时，绝缘体的体积电阻主要取决于导体间绝缘体的厚度、导体和绝缘体接触的面积等，表面电阻则主要与绝缘体表面上放置的导体的长度、导体间绝缘体表面上的距离有关。影响绝缘电阻的环境因素主要有温度、湿度、电场强度和辐照等。
2 进行绝缘电阻测试的原因[2]
2.1 当电气绝缘出现故障时会发生什么情况
电气绝缘不仅仅是包着电线的塑料聚合物材料，它是由电缆绝缘层、套管绝缘子、线管内空间、电机和通用设备组成的完整系统。机械压力、污染和温度变化都能造成这些组件随时间而恶化，使电流发生漏泄。电流漏泄会产生以下的几个问题：
（1）当电流穿过绝缘层时产生热量，会使绝缘层恶化，直到最终绝缘失效，并会形成火灾隐患。
（2）漏泄电流必需返回至源极，它将流经任何可用的导体、线管、管道、水或大地返回到源极。这种不利的电流会产生危险的电压。
（3）漏泄电流是没有效率的。经绝缘层漏泄的
Instrument and Metrological Technology
电流并不能驱动电机、发光或加热，但是仍然会产生消耗。
（4）漏泄电流会引起过流保护装置跳闸，使电机和变压器过热。
结果就是差的电气绝缘造成设备发生故障、生产线停工。
2.2 什么是绝缘电阻测试
一个电气系统就象是管道系统一样，电压好比是液体压力，电流好比是液体的流速，而电气绝缘就好比是管壁。绝缘防止电子从导体发生漏泄——其作用的大小是用绝缘电阻表示的。有效的绝缘电阻系统具有高的电阻值，通常大于几个兆欧（MΩ）。差的绝缘系统具有较低的绝缘电阻。
为了发现管道系统中的渗漏，您需要对其加压。由于在水压最高时最容易发现渗漏现象，所以您不能关闭自来水来检查渗漏。但是，您会限制可用的自来水，这样就能够在发现大的漏洞时不至于在周围喷洒出太多的水。比较理想的测试是在高（但也并不是特别高）压下提供有限的水量。这正是电气绝缘测试仪要做的事情。
绝缘测试仪（兆欧表）会在绝缘系统上加直流电压，并测量由此产生的电流。这样就能够计算并显示绝缘的电阻值（绝缘将电流束缚在电线中的程度，或者说防止电流漏泄的程度）。
便携式绝缘测试仪（兆欧表）一般输出的测试电压为50V、100V、250V、500V或1000V。正象在管道系统中那样，目的是提供一个并非是特别高的压力（电压）。我们希望发现已有的漏泄，但是并不希望对系统造成过应力而产生新的漏泄。较低的电压用于低压系统，例如电话、网络或控制线路；较高的压力用于测试电力系统绝缘。2.3 绝缘电阻测试的作用
通过测试系统中不同组件的绝缘电阻（变压器、开关装置、导线、电机），技术员就可以隔离并修复发生故障的部件。
技术员利用测试来检验导线和地或者相邻导线之间的高绝缘电阻。在给系统加电之前，利用绝缘测试验证它是健全的，能够改善系统的性能；绝缘测试能够发现制造工艺问题和设备缺陷，而这些问题在设备发生故障之前一般是发现不了的。因此，绝缘测试仪(兆欧表）是非常重要的故障诊断工具。并且应该频繁的进行绝缘测试。
2.4 绝缘电阻的基本测量方法[3]
测量绝缘电阻的方法主要有直接测量法、比较测量法和充放电测量法。
直接测量法即直接测量施加于被测绝缘式样的直流电压和流过试样的电流，并通过欧姆定律计算出绝缘电阻。所用的测量仪器主要有绝缘电阻表（兆欧表）、检流计和高阻计等。
比较测量法是与已知的标准电阻相比较来测定绝缘电阻值的方法。常用的比较方法有电桥法和电流比较法。
充放电测量法包括充电测量法和自放电法。充
电测量法是利用静电计和标准电容来测量绝缘电阻，自放电法利用高压直流电压源和静电电压表来测量绝缘电阻。
3 绝缘电阻测量时相关因素的影响[4]
（1）湿度的影响
湿度对绝缘材料电性质的影响非常大。绝缘材料受潮后,其体积电阻和表面电阻都要显著地减少,介质损耗将会增大,耐压强度也要降低。绝缘材料的受潮程度与周围空气的相对湿度及温度有关,相对湿度愈大,温度愈低,材料本身的湿度也愈大,绝缘电阻大大地降低。因此,绝缘电阻的测量一般要求在干燥的晴天进行,以克服湿度的影响。
（2）温度的影响
电介质理论研究和实际应用表明:绝缘介质的绝缘电阻是随温度变化而变化的,其变化程度又随绝缘的种类而变化。一般而言,绝缘介质的绝缘电阻和吸收比是随温度的上升而下降的。其原因一是温度升高后加速了绝缘介质内部电子和离子的热运动;二是在低温条件下,绝缘介质中的水分是与其它介质紧密结合的,当温度升高后,水分子就向电磁场两极延伸,因而增加了绝缘介质的电导性能,故绝缘电阻就呈指数规律下降了。
（3）剩余电荷的影响
在可能有剩余电荷的设备上做绝缘电阻测量时,若不进行足够的接地放电,则会出现虚假的测量数据而影响测量的准确性,严重时会危及人身或设备安全。其原因是当剩余电荷与测量电压相同时,相当于两电压叠加,从而加快了绝缘介质内部电子和离子的运动,提高了绝缘介质的电导品质,相应的绝缘电阻值就下降。反之,其绝缘电阻值就升高。因此,规程规定对容量较大的设备(如大容量发电机、长距离电缆等)做绝缘电阻测量前要接地放电1～5min,其出发点就是消除剩余电荷的影响。被测设备的剩余电荷是否已完全对地释放,可以用绝缘电阻表来进行检查。其方法是:在绝缘电阻表未转动时,将表的测量连线瞬时搭接在被测设备上,此时表计若无上升的现象,则认为被测对象的剩余电荷已对地放尽。反之,则要充分地接地放电,方可进行测量。4 结束语
电气设备绝缘材料性能的好坏,对于电气设备的正常运行和安全用电有着重大的影响,衡量绝缘性能的主要标志之一是它的绝缘电阻,因此,采取正确的方法测量绝缘电阻是至关重要的[5]。参考文献
[1] 电工测量仪器计量技术
[2] 绝缘电阻测试仪的使用方法简介
[3] 吴萍，李用平. 用兆欧表测量绝缘电阻及应用.鞍钢技术，2000，1
[4] 徐萍.绝缘电阻的测量及影响绝缘电阻的主要因素. 煤矿开采，2001，4
[5] 朱承高. 电工及电子技术手册.高等教育出版社
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