绝缘测试应用案例
中心议题：
安装测试
电工和工程师为了确保设备正常和导线的完整性而进行验证测试。验证测试是一种简单、快速的测试，用来查看绝缘材料的瞬间状态，它并不提供诊断数据，所使用的测试电压要比进行预测维护测试所使用的电压高许多。由于验证测试主要测试电缆系统，检查维护故障、不合格的设备、严重的老化或污染等情况，所以有时也被称为GO/NO GO测试。如果在测试过程中没有发现故障，则认为设备是合格的。
选择测试电压
经常要对各种各样的设备进行验证测试。可以在大约一分钟内使用单一的电压，通常为500和5000 V；也可以对绝缘材料施加高于正常的工作电压的电压，来检测绝缘材料中细小的缺陷，这是很常见的。对于新的设备，测试电压应该大约为制造商的工厂测试电压（高于额定电压，可以从电缆制造商处获得该数据）的60% 到 80%。如果您不知道工厂测试电压，则使用两倍的电缆额定电压再外加1000伏特。额定电压是导线可以接受的长时间的最大电压量，通常被印刷在电缆上。对于单相、两相或三相系统来说，电缆的额定电压是指相－相额定电压。由于受其承受高压的能力的限制，前边所提到的测试方法只适用于测试小型、新的设备。对于更大的或旧的设备，或者电线，则使用DC测试电压（参见表3）。表1所列的是测试旋转式设备时通常采用的的验证DC测试电压（不是制造商的测试电压）。
验证测试步骤 进行设备验证测试时，遵循下列步骤：
•使用万用表或兆欧表上的电压测量功能，确保被测电路未连接任何电源。
•选择合适的电压量程。
•将黑色探头线的末段插入表上的公共端，将测试探针接地(地线)或另一导体。某些时候，将所有非被测部分的导线全部接地是非常有用的。利用鳄鱼夹可以使测量更简单，结果更精确。
•将红色探头线的末端插入表上的volt/ohm端，将测试探针连接至被测导线。
•按下测试键，施加所希望的电压，读出表上所显示的阻抗值。读数达到稳定可能需要几秒钟。阻抗值越高越好。
旋转设备DC测试电压 使用的公式 工厂AC测试，VAC（仅供参考） 2 x (VAC额定值) + 1,000 最大DC设备测试，VDC 1.28 x (工厂 AC测试电压) 最大售后服务测试DC，VDC 0.96 x (工厂 AC 测试电压) 表1. 旋转式设备的验证测试电压公式
•如果某些导线不能通过测试，确定故障，或将导线抽出。潮湿的空气、水分或灰尘都能够导致阻抗降低。 预测维护测试 维护测试能够提供关于导线、发电机、变压器和马达现在和将来状态的重要信息。有效的维护测试的关键是良好的数据收集。通过检查所收集的数据，可以帮助我们安排诊断和维修工作，这可以降低由于意外造成的停工时间。下表列出了最常用的DC测试电压和维护测试。
设备AC额定值(Volt) DC测试电压(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. 针对设备额定值的维护测试电压 抽查读数/短时阻抗测试
在短时测试中，兆欧表被直接跨接在被测设备上，施加大约60秒的测试电压。为了在大约一分钟的时间内使绝缘值读数达到稳定，应该只对低容性的设备进行该项测试。基本的连接步骤和验证测试时相同，所施加的电压按DC测试电压公式进行计算。当测试好的设备时，您会注意到，随电容容量和吸收电流的降低，绝缘阻抗值会稳定上升。由于温度和湿度会影响测试结果，应该在标准温度（大约20?C/68?F）下、露点之上的环境下进行测试。 当设备的额定值等于或小于1000伏特时，绝缘读数应该为1MΩ或更高。当设备额定值高于1000伏特时，理想的阻抗应该为每1000伏特上升1MΩ。所测量的绝缘阻抗值通常会略低于以前记录的值，其下降的趋势规律如图6所示。绝缘值下降的斜率是绝缘材料老化程度的正常信号。陡峭的下降斜率是绝缘失效或可能出现故障的先兆。
图5. 绝缘阻抗测试
DCt－在通常的AC操作中与最大绝缘电压相关的DC测试电压
Ep-p －相－相电压额定值
Ep-n－相－地电压额定值 步进电压测试
步进电压测试包括在不同的电压设置下的阻抗测试。在这种测试中，对每种电压施加相同的时间周期（通常为60秒），然后画出绝缘阻抗曲线。通过施加步进增长的电压，绝缘阻抗问题会暴露于提高的电压下，能够显现出一些绝缘上的缺陷信息，如******、有形损坏，或者脆度等。良好的绝缘应该能够承受电压的增长，在不同的测试电压下，其阻抗应该保持基本相同。另一方面，尤其是在高压时，材料恶化、破裂或被污染的绝缘材料也能承受增长的电流，只是导致绝缘阻抗的降低。这种测试并不受绝缘材料、设备电容和温度的影响。由于该项测试需要更长的时间，所以，只有在绝缘抽查测试结果不确定时才进行该项测试。抽查测试处理的是绝对阻抗（单一读数）随时间的改变，而步进电压测试是查找阻抗随不同的测试电压变化的趋势。 介质吸收/时间－阻抗测试 时间阻抗测试不依赖于设备的大小和温度，它比较受污染的绝缘材料的吸收特性和良好的绝缘材料的吸收特性。时间阻抗测试电压的时间要超过10分钟的周期，第一分钟内，每10秒记录数据，然后每分钟进行记录。描绘的图表的斜率的意义能够确定绝缘的状态。阻抗图表的持续增长表明绝缘良好；平坦或下降的曲线表明绝缘材料被损坏或受到了污染。
图7. 步进电压测试
图8. 良好和不良的测试曲线
图9.良好和受污染的介质吸收测试曲线
确定绝缘质量的另一个方法是利用极化指标（PI）测试。潮湿环境和油腻环境在PI曲线上表现为平坦现象，会导致漏泄电流，并最终是线圈短路，对于这种情况，PI指标测试是非常有价值的。极化指标是两个时间点阻抗读数的比值：一个为1分钟之后的读数，另一个是10分钟之后的读数。对于良好的绝缘，在开始时阻抗值较低，然后随容性漏泄电流和吸收电流的变小而增大。10分钟后的读数值被1分钟后的读数值除，即可得到结果。低的极化指标表明绝缘存在问题。当测试时间紧迫时，极化指标测试的捷径是进行介质吸收率（60/30）秒测试。 发电机、变压器、马达和导线的测试连接 为了测试发电机、变压器、马达和配线设备的绝缘阻抗，我们可以利用前面提到的任意维护测试。是否选择spot-reading、步进电压或时间阻抗测试取决于测试的原因和所获得的数据的有效性。当测试发电机、马达或变压器时，可以顺序测试或单独测试每一线圈/相，而将其它线圈接地。按照这种方法，同时也测量了相之间的绝缘阻抗。 测试旋转式设备时的温度修正 对于在不同的温度下测试电枢和激励绕组，IEEE推荐了以下的绝缘阻抗公式。Rm = Kt x (kV + 1)表6. AC和DC旋转式设备的绝缘阻抗公式
绝缘阻抗状态 60/30秒比值 10/1分钟比率（PI） 危险 0 -1.0 0 – 1 不良 1.0 – 1.3 1 – 2 良好 1.3 – 1.6 2 – 4 极好 1.6和更高 4和更高 表4. 近似的介质吸收率 认证测试 抽取 读数 步进测试电压 介质吸收测试 极化指标测试 单次读数 · · 高的测试电压 · 周期性的进行 · · · · 变化的测试电压 · 定时的测量间隔 · · 诊断信息 · · · · 表5. 不同的电阻测试Rm －修正至40?C (104?F)下的最大绝缘阻抗，单位为MΩ。
Kt －在一定的线圈温度下，绝缘阻抗的温度系数，可从图10中查到。
kV – 额定的设备端－端电压，单位为千伏。
对于三相系统，测试时其它两相接地，所记录的每一相的阻抗值应该被2除。所得到的结果可以和推荐的最小绝缘电阻进行比较。
图10. 旋转式设备的近似温度系数
测试发电机和马达
当测试定子马口铁的阻抗时，要确保定子绕组和定子相是断开的。测量绕组之间以及绕组和地之间的绝缘电阻。还有，当测量DC发电机或马达时，应该将电刷提高，这样，就能将马口铁和电枢分开来测量。下表列出了推荐的在不同的马达额定电压下的最小阻抗读数
马达额定电压 可接受的最小阻抗 0-208 100,000 Ω 208-240 200,000Ω 240-600 300,000Ω 600-1000 1 MΩ 1000-2400 2 MΩ 2400-5000 3 MΩ 表7. 推荐的40?C (104?F)下最小阻抗
测试变压器
当测试单相变压器时，要测试绕组－绕组、绕组－地，或者每次测试绕组和其它所有接地部分的绝缘电阻。对于三相变压器，用EP-P (三角型变压器)或Ep-n (Y型变压器)代替E，用被测绕组的kVA3Ø 额定值代替kVA。利用下列的公式来确定最小的绝缘电阻。
变压器类型 使用的公式 单相 R = C x E √kVA 三相Y型 R = C x Ep-n √kVA 三相三角型 R = C x Ep-p √kVA 表8. 变压器绝缘电阻公式
R－一分钟DC500伏特下最小绝缘，单位为兆欧C －在20?C (68?)温度下的一个常量（参加下文）E －绕组的电压额定值 KVA－被测线圈的额定功率。对于三相单元kVA3Ø =√3 x kVA1Ø
变压器类型 60-Hertz 槽式充油式 1.5 无槽充油式 30.0 干式或复合式 30.0 表9. 20?C (68?)下常量C的值
测试配线或电缆设备
当测试配线或电缆时，应将其从操作板或机器上断开，保持隔离。应该在电线或电缆之间或其和地之间进行测量（参见第4页的图4）。IPCEA（Insulated Power Cable Engineers Association）提供下列公式，推荐了最小的绝缘电阻值。 R = K x Log10 (D/d) 表10. 电缆绝缘电阻 R －每1000 英尺 (305 米)电缆的阻抗，单位为MΩ。基于500伏特的DC测试电压，在15.6?C (60?F)的温度下通电1分钟。 K－绝缘材料常数（例如，绝缘浸渍纸－2640, 漆包布铅皮-2460, 热塑聚乙烯材料－50000，合成聚乙烯－30000）
D －单根电线或电缆绝缘导体的外径
D = d + 2c + 2b 单根导线的直径
d －导线的直径
c－导体绝缘层的厚度
b－护套绝缘层的厚度
例如，一千米6号 A.W.G耐热天然橡胶绝缘的铝绞线，其绝缘层厚度为0.125，则K = 10,560 ，Log10 (D/d) = 0.373英寸。根据公式(R = K x Log10 (D/d), R = 10,560 x 0.373 = 3,939 MΩ/1000 英尺)，在60?F下，每一千英尺的单根导线的最小绝缘电阻应为3,939 MΩ。
图11. 测量马达的绝缘电阻
