- 絕緣測試應用案例
- 了解不同的電阻測試
- 變壓器絕緣電阻
- 測量馬達的絕緣電阻
安裝測試
電工和工程師為了確保設備正常和導線的完整性而進行驗證測試。驗證測試是一種簡單、快速的測試，用來查看絕緣材料的瞬間狀態，它并不提供診斷數據，所使用的測試電壓要比進行預測維護測試所使用的電壓高許多。由于驗證測試主要測試電纜系統，檢查維護故障、不合格的設備、嚴重的老化或污染等情況，所以有時也被稱為GO/NO GO測試。如果在測試過程中沒有發現故障，則認為設備是合格的。
選擇測試電壓
經常要對各種各樣的設備進行驗證測試。可以在大約一分鐘內使用單一的電壓，通常為500和5000 V；也可以對絕緣材料施加高于正常的工作電壓的電壓，來檢測絕緣材料中細小的缺陷，這是很常見的。對于新的設備，測試電壓應該大約為制造商的工廠測試電壓（高于額定電壓，可以從電纜制造商處獲得該數據）的60% 到 80%。如果您不知道工廠測試電壓，則使用兩倍的電纜額定電壓再外加1000伏特。額定電壓是導線可以接受的長時間的最大電壓量，通常被印刷在電纜上。對于單相、兩相或三相系統來說，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，前邊所提到的測試方法只適用于測試小型、新的設備。對于更大的或舊的設備，或者電線，則使用DC測試電壓（參見表3）。表1所列的是測試旋轉式設備時通常采用的的驗證DC測試電壓（不是制造商的測試電壓）。
驗證測試步驟 進行設備驗證測試時，遵循下列步驟：
•使用萬用表或兆歐表上的電壓測量功能，確保被測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，將測試探針接地(地線)或另一導體。某些時候，將所有非被測部分的導線全部接地是非常有用的。利用鱷魚夾可以使測量更簡單，結果更精確。
•將紅色探頭線的末端插入表上的volt/ohm端，將測試探針連接至被測導線。
•按下測試鍵，施加所希望的電壓，讀出表上所顯示的阻抗值。讀數達到穩定可能需要幾秒鐘。阻抗值越高越好。
| 旋轉設備DC測試電壓 | 使用的公式 |
| 工廠AC測試，VAC（僅供參考） | 2 x (VAC額定值) + 1,000 |
| 最大DC設備測試，VDC | 1.28 x (工廠 AC測試電壓) |
| 最大售后服務測試DC，VDC | 0.96 x (工廠 AC 測試電壓) |
表1. 旋轉式設備的驗證測試電壓公式
圖4. 被測設備
•如果某些導線不能通過測試，確定故障，或將導線抽出。潮濕的空氣、水分或灰塵都能夠導致阻抗降低。 預測維護測試 維護測試能夠提供關于導線、發電機、變壓器和馬達現在和將來狀態的重要信息。有效的維護測試的關鍵是良好的數據收集。通過檢查所收集的數據，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間。下表列出了最常用的DC測試電壓和維護測試。
| 設備AC額定值(Volt) | DC測試電壓(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. 針對設備額定值的維護測試電壓 抽查讀數/短時阻抗測試
[page]在短時測試中，兆歐表被直接跨接在被測設備上，施加大約60秒的測試電壓。為了在大約一分鐘的時間內使絕緣值讀數達到穩定，應該只對低容性的設備進行該項測試。基本的連接步驟和驗證測試時相同，所施加的電壓按DC測試電壓公式進行計算。當測試好的設備時，您會注意到，隨電容容量和吸收電流的降低，絕緣阻抗值會穩定上升。由于溫度和濕度會影響測試結果，應該在標準溫度（大約20?C/68?F）下、露點之上的環境下進行測試。 當設備的額定值等于或小于1000伏特時，絕緣讀數應該為1MΩ或更高。當設備額定值高于1000伏特時，理想的阻抗應該為每1000伏特上升1MΩ。所測量的絕緣阻抗值通常會略低于以前記錄的值，其下降的趨勢規律如圖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。陡峭的下降斜率是絕緣失效或可能出現故障的先兆。
圖5. 絕緣阻抗測試
圖6.絕緣阻抗的一個周期
| DC測試電壓 | 適用的公式 |
| 對于相－相電壓額定值 | DCt = 0.8165 x Ep-p |
| 對于相－地電壓額定值 | DCt = 1.414 x Ep-n |
DCt－在通常的AC操作中與最大絕緣電壓相關的DC測試電壓
Ep-p －相－相電壓額定值
Ep-n－相－地電壓額定值 步進電壓測試
步進電壓測試包括在不同的電壓設置下的阻抗測試。在這種測試中，對每種電壓施加相同的時間周期（通常為60秒），然后畫出絕緣阻抗曲線。通過施加步進增長的電壓，絕緣阻抗問題會暴露于提高的電壓下，能夠顯現出一些絕緣上的缺陷信息，如針孔、有形損壞，或者脆度等。良好的絕緣應該能夠承受電壓的增長，在不同的測試電壓下，其阻抗應該保持基本相同。另一方面，尤其是在高壓時，材料惡化、破裂或被污染的絕緣材料也能承受增長的電流，只是導致絕緣阻抗的降低。這種測試并不受絕緣材料、設備電容和溫度的影響。由于該項測試需要更長的時間，所以，只有在絕緣抽查測試結果不確定時才進行該項測試。抽查測試處理的是絕對阻抗（單一讀數）隨時間的改變，而步進電壓測試是查找阻抗隨不同的測試電壓變化的趨勢。 介質吸收/時間－阻抗測試 時間阻抗測試不依賴于設備的大小和溫度，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。時間阻抗測試電壓的時間要超過10分鐘的周期，第一分鐘內，每10秒記錄數據，然后每分鐘進行記錄。描繪的圖表的斜率的意義能夠確定絕緣的狀態。阻抗圖表的持續增長表明絕緣良好；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. 步進電壓測試
圖8. 良好和不良的測試曲線
圖9.良好和受污染的介質吸收測試曲線
確定絕緣質量的另一個方法是利用極化指標（PI）測試。潮濕環境和油膩環境在PI曲線上表現為平坦現象，會導致漏泄電流，并最終是線圈短路，對于這種情況，PI指標測試是非常有價值的。極化指標是兩個時間點阻抗讀數的比值：一個為1分鐘之后的讀數，另一個是10分鐘之后的讀數。對于良好的絕緣，在開始時阻抗值較低，然后隨容性漏泄電流和吸收電流的變小而增大。10分鐘后的讀數值被1分鐘后的讀數值除，即可得到結果。低的極化指標表明絕緣存在問題。當測試時間緊迫時，極化指標測試的捷徑是進行介質吸收率（60/30）秒測試。 發電機、變壓器、馬達和導線的測試連接 為了測試發電機、變壓器、馬達和配線設備的絕緣阻抗，我們可以利用前面提到的任意維護測試。是否選擇spot-reading、步進電壓或時間阻抗測試取決于測試的原因和所獲得的數據的有效性。當測試發電機、馬達或變壓器時，可以順序測試或單獨測試每一線圈/相，而將其它線圈接地。按照這種方法，同時也測量了相之間的絕緣阻抗。 測試旋轉式設備時的溫度修正 對于在不同的溫度下測試電樞和激勵繞組，IEEE推薦了以下的絕緣阻抗公式。Rm = Kt x (kV + 1)表6. AC和DC旋轉式設備的絕緣阻抗公式
| 絕緣阻抗狀態 | 60/30秒比值 | 10/1分鐘比率（PI） |
| 危險 | 0 -1.0 | 0 – 1 |
| 不良 | 1.0 – 1.3 | 1 – 2 |
| 良好 | 1.3 – 1.6 | 2 – 4 |
| 極好 | 1.6和更高 | 4和更高 |
表4. 近似的介質吸收率
| 認證測試 | 抽取 讀數 | 步進測試電壓 | 介質吸收測試 | 極化指標測試 | |
| 單次讀數 |
·
|
·
|
|||
| 高的測試電壓 |
·
|
||||
| 周期性的進行 |
·
|
·
|
·
|
·
|
|
| 變化的測試電壓 |
·
|
||||
| 定時的測量間隔 |
·
|
·
|
|||
| 診斷信息 |
·
|
·
|
·
|
·
|
Rm －修正至40?C (104?F)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，可從圖10中查到。
kV – 額定的設備端－端電壓，單位為千伏。
對于三相系統，測試時其它兩相接地，所記錄的每一相的阻抗值應該被2除。所得到的結果可以和推薦的最小絕緣電阻進行比較。
圖10. 旋轉式設備的近似溫度系數
測試發電機和馬達
當測試定子馬口鐵的阻抗時，要確保定子繞組和定子相是斷開的。測量繞組之間以及繞組和地之間的絕緣電阻。還有，當測量DC發電機或馬達時，應該將電刷提高，這樣，就能將馬口鐵和電樞分開來測量。下表列出了推薦的在不同的馬達額定電壓下的最小阻抗讀數
| 馬達額定電壓 | 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 |
測試變壓器
當測試單相變壓器時，要測試繞組－繞組、繞組－地，或者每次測試繞組和其它所有接地部分的絕緣電阻。對于三相變壓器，用EP-P (三角型變壓器)或Ep-n (Y型變壓器)代替E，用被測繞組的kVA3Ø 額定值代替kVA。利用下列的公式來確定最小的絕緣電阻。
| 變壓器類型 | 使用的公式 |
| 單相 | 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 |
R－一分鐘DC500伏特下最小絕緣，單位為兆歐C －在20?C (68?)溫度下的一個常量（參加下文）E －繞組的電壓額定值 KVA－被測線圈的額定功率。對于三相單元kVA3Ø =√3 x kVA1Ø
| 變壓器類型 | 60-Hertz |
| 槽式充油式 | 1.5 |
| 無槽充油式 | 30.0 |
| 干式或復合式 | 30.0 |
測試配線或電纜設備
當測試配線或電纜時，應將其從操作板或機器上斷開，保持隔離。應該在電線或電纜之間或其和地之間進行測量（參見第4頁的圖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。基于500伏特的DC測試電壓，在15.6?C (60?F)的溫度下通電1分鐘。 K－絕緣材料常數（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體的外徑
D = d + 2c + 2b 單根導線的直徑
d －導線的直徑
c－導體絕緣層的厚度
b－護套絕緣層的厚度
例如，一千米6號 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，每一千英尺的單根導線的最小絕緣電阻應為3,939 MΩ。
圖11. 測量馬達的絕緣電阻
