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電線電纜的合格“把關者”——絕緣電阻

電線電纜的絕緣電阻

絕緣電阻是反映電線電纜產品絕緣特性的主要指標,它反映了線纜產品承受電擊穿或熱擊穿能力的大小,與絕緣的介質損耗以及絕緣材料在工作狀態下的逐步劣化等均存在著極為密切的關系。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很大,因此測定絕緣電阻是監督材料質量和工藝水平的一種方法。測定絕緣電阻可以發現工藝的缺陷,同時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各方面的重要手段,對于已投入運行的產品,絕緣電阻是判斷產品品質變化的重要依據之一。絕緣電阻測量準確與否直接影響產品品質的判定,因此要注重絕緣電阻的測量問題。

一、試驗現象

影響電線電纜絕緣電阻測量的因素有儀器準確度、環境條件和人員素質等幾個方面,下面以GB5023.3-1997中一般用途單芯硬導體無護套電纜(型號227IEC01(BV))為例,談談絕緣電阻測量中應注意的幾個問題。按GB5023.3之規定:試驗應在5m長的絕緣線芯上進行,水溫為(70±2)℃,仲裁試驗時為(70±1)℃,浸水時間不小于2h,絕緣電阻應在施加電壓1分鐘后測量。如何理解標準中的這些要求,它們對測量結果有何影響?下面舉例說明。

本試驗共進行了四次:

第1次:5m長、70℃絕緣電阻、1分鐘讀數測量值為:6.80×106Ω

第2次:5m長、70℃絕緣電阻、1.5分鐘讀數測量值為:7.01×106Ω

第3次:5m長、20℃絕緣電阻、1分鐘讀數測量值為:109.6×106Ω

第4次:10m長、70℃絕緣電阻、1分鐘讀數測量值為:3.40×106Ω

二、原因分析

同樣一組電線的絕緣電阻在不同溫度、不同長度、不同讀數時間為什么會有如此大的差別?現分析如下:

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

R=

當絕緣層加上直流電壓時,沿絕緣表面和絕緣內部均有微弱電流通過,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,一般不加特別說明的絕緣電阻均指體積絕緣電阻,只有極少數的產品有表面絕緣電阻的要求(如汽車高壓點火線)。

絕緣層加上電壓后,流經絕緣內部的電流有下面四種:

1.電容電流

因介質極化而產生,實際上以導體和外極(絕緣層)作為一對電級構成一個電器的電容電流,電容電流按指數規律隨時間很快的衰減,一般在數毫秒時間內接近消失。

2.不可逆吸收電流

因絕緣材料中的電解電導而產生,經數秒后衰減至零。

3.可吸收電流

是指絕緣材料的位移電流,在施加電壓的瞬間達最大值,然后趨向位移穩定,經數分鐘后趨于消失。

4.泄漏電流

泄漏電流是指絕緣材料中的自由離子及混入的導電雜質所產生的,與電壓施加時間無關,在電場強度不太高時符合歐姆定律,電阻隨溫度升高而增大。它的大小反應了絕緣品質的優劣,嚴格說來,只有對應恒定電導電流的電阻才是體積絕緣電阻。

由于施加電壓后,絕緣中存在著三種隨時間而衰減的電流,因此理論上應該等這三種電流全部衰減完后,才讀出泄漏電流的數值,以計算絕緣電阻,但由于可吸收電流要經數分鐘后才趨于消失,考慮到測量系統長時間的穩定性,測量時間不宜太長。同樣測量條件,讀數時間不同會造成很大差別,讀數時間長,將造成數值偏大,從第1次和第2次的數據可明顯看出。因此標準中明確規定在接通電流1分鐘后讀數(即正達1分鐘時讀數),1分鐘讀數既保證了非泄漏電流大部分已消失,又使測量時間有了統一,使數值具有重復性和可比性。第1次和第3次的數據表明隨著溫度的升高絕緣電阻迅速下降,這是因為隨溫度的升高,絕緣材料中的雜質離子運動速度加快,使得電導增大,絕緣電阻下降,溫度與絕緣電阻的關系近似符合指數關系。因此測量時,必須嚴格控制溫度,長度的不同絕緣電阻測量值也不同,這是因為絕緣電阻與長度成反比,測量電線長度時,誤差要控制在±1%內。

絕緣電阻的數值與產品的長度成反比,且與溫度有密切關系。在產品標準中為了統一和方便,均以20℃(或70℃)時,長度為1km時絕緣電阻最低極限值作為標準值(此標準值可以通過理論計算得出),為此產品標準中有著嚴格的試驗條件,所以在測試過程中應嚴格按標準進行,不得放松試驗條件,以免影響測量的準確性。
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