利用绝缘电阻测试仪器进行排障

概述
　　
　　排障程序包括对设备进行系统的测试，要针对识别和纠正故障设计测试程序。技术员必须收集信息，并利用测试来识别故障和制定相应的解决方案。以下制定的排障程序确保了故障的识别和快速纠正，使设备和生产损失降至最低。一致的工作实践也会产生一致的测量结果，可以更加准确地比较和跟踪随参数时间的变化。
　　
　　在使用数字多用表(DMM入绝缘多用表或兆欧表进行测量时，为了达到精确地低阻测量结果，应将测试线的电阻从总电阻中减去。测试线的电阻一般介于0.2Q和 0.犯之间。
　　
　　电动马达的故障
　　
　　在对电动马达和相关设备进行排障时会 进行绝缘电阻测试。IEEE标准43-2000 “旋转式设备绝缘电阻测试的推荐操作规程”建议了施加的绝缘测试电压（根据绕组的额定功率）和电动马达绕组的最小可接收值。IEEE还提供了进行绝缘电阻测试时所施加的直流电压的一般制导原则。
　　
　　为了获得有意义的绝缘电阻测量结果，技术人员应该仔细检査被测系统。当满足以下条件时，可获得最佳的结果：
　　
　　•将系统或设备关闭，并与其它所有电路、开关装置、电容、碳刷、避雷器和断路器保持断开。确保测量不受通过开关和过流保护装置的漏泄电流的影响。
　　
　　•导体的温度要髙于环境空气的露点。如 果不是这样，就会在绝缘层表面形成湿气覆层，在某些情况下就会被材料所吸收。
　　
　　•导体的表面没有碳氢化合物和其它在潮湿环境下能够导电的杂质。
　　
　　•施加的电压不能髙于系统的承受能力。 在测试低压系统时，太髙的电压会超过绝缘的承受能力，损害绝缘。
　　
　　•被测系统要对地完全放电。对地放电时间应该大约为测试充电时间的5倍。
　　
　　•要考虑温度的影响。由于绝缘电阻与绝缘体温度成反比（当温度上升时绝缘电阻下降！如果绝缘材料的温度发生变化，记录的读数也会发生变化。建议在标准的导体温度6义F(20C)下进行测试。




　　
　　在将读数与68T下的基准温度相比较时， 超过68F时，每18下（10*C)将电阻值翻倍；低于68T时，每18T将电阻值减半。 例如，在104F (40*C)时1的电阻，换算到1KF (20T)下，就为4 MD。
　　
　　为了测量马达绕组的温度，可以使用连接 到数字多用表(DMM)的非接触式温度探 头或者红外测温仪。请参见图3-1。

图3-1.利用连接到数字多用表(DMM)的非接触式温度探头或红外测温仪测量马达绕组的温度。


　　
　　绝缘多用表可用来在重新缠绕导线之前检查导 线段之间的绝缘完整性。
　　
　　尽管在实"应用中使用的绝缘材料可以时固体、液体或气体,但电阻测量一般指固 体绝缘电阻测量。影响绝缘电阻测量的因素有材料的不均匀性、测试对象的加电时间周期、电压的幅值和极性、建立电荷所需的时间、材料衰变和样品的轮廓。
　　
　　在对电动马达进行排障时，要进行几种不同类型的绝缘电阻测试。这些测试包括绝缘抽査测试、介质吸收测试和绝缘步进电压测试。
　　
　　绝缘抽查测试
　　
　　绝缘抽査测试是指可用于在马达的寿命周期内验证绝缘状态的绝缘电阻测试。请参见图3—2。

图3-2.绝缘抽查测试是指在马达的寿命周期内检查马达绝缘状态的测试。

　　
　　应该定期（例如每6个月）进行抽査测试，跟踪绝缘完整性的变化。在对马达进行维修之后，也应该进行测试。可以在标明时间的测试曲线图上记录测量数据。
　　
　　请按照以下步骤进行绝缘抽査测试：
　　
　　1. 连接兆欧表，测量每一绕组导线的对地电阻。60秒钟后记录读数。
　　
　　2. 对马达绕组进行放电。
　　
　　3. 定期重复步骤1和2。

　　
　　分析测试图表的结果，确定绝缘的状态。 请参见图3-3。A点代表马达投入使用时的绝缘状态；B点表示老化、污染等因素对马达绝缘的影响；C点表示绝缘发生故障。D点表示重新缠绕后马达的绝缘状态。如果所有的读数都髙于可接收的最低电阻值，则在绝缘抽査测试曲线图中记录最小的仪表读数。如果读数不能满足可接收的最小电阻值，则需要维修马达。由于马达的性能受限于最薄弱的环节，所以仅使用最小的读数。

图3-3在标明时间的测试曲线图上记录测量数据。



　　
　　介质吸收测试
　　
　　介质吸收测试是指检查潮湿或被污染的绝缘材料的吸收特性的绝缘电阻测试。测试是在10分钟的周期内进行的。请参见图3-4。

图3-4.介质吸收测试是指检查潮湿或被污染的绝缘材料的吸收特性的绝缘电阻测试。




　　
　　请按以下步骤进行介质吸收测试：
　　
　　1.连接兆欧表，测量每一绕组导线的对地电阻。如果所有的读数都高于可接收的最小电阻值，就在介质吸收测试图上记录最小的仪表读数。在第一分钟的时间内，每10秒钟记 录一次读数，然后每10分钟记录一次读数。 [p]
　　
　　2.对马达绕组进行放电。




　　
　　分析测试图表的结果，确定绝缘的状态。请参见图3-5。曲线的斜率说明了绝缘的状态。良好的绝缘（曲线 A)表现为电阻值的连续增长。潮湿的或破裂的绝缘层（曲线B)表现为相对恒定的电阻。如果读数不能满足可接收的最小电阻，则需要维修马达。

　　

图3-5在标有时间的测试曲线记录介质吸收测试的数据。



　　极化指标是设备绕组的绝缘电阻之比，由10分钟测量值被1分钟的测量值除计算得到。极化指标是绝缘状态的一个指标。低的极化指标（一般为1.5或更低）表明过于潮湿或污染严重。不同的绝缘等级具有不同的最 小可接收极化指标值。请参见图3-6。绝缘等级是基于设施的连续工作温度的。例如，A级绝缘等级的最大工作温度为2d, B级为24KF, F级为 293°F, H级为 329°F0IEEE标准43-2000 “旋转式设备绝缘电阻测试的推荐操作规程”覆盖了极化指标测试的测量方法。
　　

图3-6.不同的绝缘等级具有不同的最小可各收极化指标值。


例如，如果B级绝缘的1分钟读数为80MQ, 10分钟的读数为90 MQ,极 化指标则为 1.125 (90MQ + 80 MQ = 1.125)。由于绝缘材料含有过多的水分或污染严重，极化指标低于最低可接收值。
　　
　　绝缘步进电压测试
　　
　　绝缘步进电压测试是指逐渐增加内部绝 缘材料的电应力来掲露在其它马达绝缘测试中没有发现的老化或损伤现象的测试。这项测试是在两种或更多电压下进行并将测试结果相比较来完成的。只有在绝缘抽查测试之后才进行绝缘步进电压测试。请参见图3-7。

图3-7.绝缘步进电压测试是指逐渐增加内部绝缘材料的电应力来掲露在其它马达绝缘测试中没有发现的老化或损伤现象的测试。

　请按照以下步骤进行绝缘步进电压测试：
　　
　　1. 将兆欧表设置为500 V,并建立连接，测试每一绕组导线的对地电阻。每一电阻读数都在60秒后读取。记录最低的读数。
　　
　　2. 将仪表测试线连接到具有最低读数的绕组。
　　
　　3. 从1000V开始，以500 V的增量增大兆欧表的设置，直到系统中马达的 高端电压"在60秒钟后记录每一读数。
　　
　　4. 对马达绕组进行放电。
　　
　　分析测试图表的结果,确定绝缘的状态。 请参见图3-8。非常干燥的良好的绝缘 层（曲线A)在不同的电压下近似地保持一致。退化了的绝缘层（曲线B)的电 阻值在不同的电压下显著降低。


图3-8.在标有时间的曲线图上记录绝缘步进电压测试的测量数据。



　　
　　绝缘表面越大，绝缘电阻就越低；马达的电源电压越高,所需的绝缘层就越厚。 一个50马力，230 V的马达与一个1马力，230v马达所需的绝缘层是相同的。
　　
　　警告:在绝缘电阻测试中，兆欧表使用非常高的电压（高达5000V)。请严格遵守推荐的程序和安全规范。如果兆欧表没有自动放电功能，在利用兆欧表进行绝缘电阻测试之后，请通过一个5k G， 5W的电阻将被测装置连接到地。
　　
　　电缆和电线装置的排障
　　
　　在对电缆和电线装置进行排障时，应该将其从配电盘和设备上断开，保持隔离。应该在导线之间和导线和地之间进行测试。请参见图3-9。
　　


图3-9.在进行电缆和电线装置排障时，应该在导线之间和导线和地之间测试导线。



　　应该至少以3年为一个循环对电缆和电线进行测试和维护。对于显示出有绝缘材料退化现象的系统，则应该更加频繁地进行绝缘电阻测试。请按照以下的步骤对电缆和电线进行绝缘测试：
　　
1. 检查电缆和电线的外露部分是否有 物理损伤。更换或维修显露出危险的部分。
　　
　　2. 检査电缆和电线的接地、电缆固定 和端接是否合适。对端接不合适的部分进行端接。
　　
　　3. 如果电缆和电线端接合适，则验证 零线和地线端接合适，保证保护器件工作正常。
　　
　　4. 对电缆中的每一导线进行绝缘电阻 测试。对于低压电缆（1 kV或更低）， 施加1000 V的直流电压，持续1分钟（1分钟绝缘电阻测试），并利用兆 欧表或绝缘多用表（IMM)测量绝缘电阻（对于1 kV到69 kV的电缆！利用耐压测试仪进行直流耐压测试)。
　　
　　低压电缆
　　
　　对于新安装的电缆，应该进行电缆长度测试。和所有的导线一样，由于低阻电缆的电阻会降低通过它的功率，因此就需要知道低压电缆的实际长度。电缆长度越大，由于电缆引起的功率减小（衰减）就越大。由于信号是以低功率的形式传送的，电缆引起的任何功率下降都必须降至最小。
　　
　　电缆长度测试测量的是电缆的长度， 通过测量包含两根或多根导线的电缆末端，还可指示出到电缆故障的距离。
　　
　　电气开关装置和配电盘排障
　　
　　电气开关装置和配电盘是金属封闭的 独立成套设备，它包含断路器和/或有保险丝的断开开关。它还包括母线、电缆端接点、备份保护装置和不同形式的控制装置和仪表设备。开关装置或配电盘用来通过连接到变压器、配电箱和马达起动器的配电通道分配市电。
　　
　　请参见图3-10。成套设备可以是负载中心、变电站或配电盘的一部分。


图3-10.开关装置或配电盘通过连接到变压器、配电箱和马达起动器的配电通道分配市电。



　　
　　应该至少每年一次对开关装置和相关的成套设备进行测试和维护。如果设备所处的环境中灰尘和水分较大，则应该更加频繁地进行检査。按照工厂的工序和制造商的建议，当采取以下措施使可获得最佳的结果：
　　
　　•检査开关装置的电气部分是否有损坏。
　　
　　维修或更换被损坏部分。
　　
　　•利用绝缘多用表检査所有的母线连接是否存在髙阻。维修或更换不符合规定的部分。
　　
　　•检査绝缘材料是否有物理损伤或表面是否被污染。清洁或维修所有不符合规定的绝缘材料。
　　
　　•利用兆欧表或绝缘多用表对每一母线部 分进行相"相和相-地绝缘电阻测试。 开关装置的绝缘电阻值一般介于50 MD 和20,000 MD之间。对于低于设备制造商建议的最小电阻值的绝缘电阻值进行调査，检査是否有其它故障。
　　
　　•务必在不通电的设备上进行测试。
　　
　　杂项电气装置的排障
　　
　　杂项设备包括便携式电气设备、双绝缘工具、延长线、变压器，以及通过独立的电源线接收电力的电气设备。对这些设备进行绝缘电阻测试是定期维护程序的一部分，也是OSHA和NEC®标准的要求。
　　
　　在对大多数马达和其它电气装置进行排障 时，尽管可以使用标准的绝缘电阻技术指标，但是特定的环境则要求使用更髙的电阻技术指标。大多数给出的技术指标都列出了最大的可接收漏泄电流，而不是实际的电阻。例如，对于3线式手持电气用具或工具来说，必须具有足够的绝缘，从外漏部分到地的的漏泄电流不得超过0.75 mA (0.00075 A)。
　　
　　按照1 kV的工业标准，一般的电阻值要比 1 MQ髙出三分之一。被标称为“双绝缘” 的医疗设备和电气装置都具有比普通的设备髙许多的绝缘等级。杂项设备包括双插 脚CAT II电源线设备、三插脚CAT I电 源线设备和干式变压器。
　　
　　绝缘电阻值会随温度和绝缘材料中的水分量而变化。在读取绝缘测试读数时，应该记录温度和湿度。 [p]
　　
　　双插脚头CAT II电源线设备
　　
　　双插脚CAT II电源线设备是指仅延伸出 两根导线(一根火线和一根零线）的设备。 双插脚设备在电源线上没有第三根接地线 (绿色导线)插脚。有些双插脚设备为双绝 缘的。
　　
　　双绝缘设备是指当发生单一接地故障时， 通过电工很容易接触到的产品外漏部分不会引起危险的电击的电气产品。双绝缘设备不仅包括导线上适用的标准绝缘层，而 且在设备的带电部分和容易接触到的部分 之间还有绝缘材料。
　　
　　在对这些设备进行排障而测量绝缘电阻时， 在外露金属部分和地之间测量漏泄电流。 请参见图3-11。请按照以下步骤测试双插脚CAT II电源线设备的绝缘电阻：
　　
　　1. 如果设备没有外露的金属，则在^卜露的 塑料部位（例如把手）缠绕金属箔。金 属箔模拟了接触到电气装置的湿手。
　　
　　2. 确保被测电气设备没有插入到电源。
　　
　　3. 将地测试线连接到被测工具上包裹的金属箱。
　　
　　4. 将电压测试线连接到工具电源线上的零线（较大的那个）插脚。
　　
　　5. 利用绝缘电阻测试仪施加测试电压。
　　
　　6. 以mA为单位测量漏泄电流并记录读数。双绝缘、双插脚CAT II设备的漏泄 电流的最大漏泄电流一般为0.25 mA (0.00025 A)。

图3—11.双插脚CATII电源线设备仅从设备中引出两根导线,一根火线和一根零线，在电源插线上没有第三根接地线。

　
　　当漏泄电流超出给出的指标极限时，则 必须使用三插脚电源线。增加接地线（绿 色），在所有非承载电流部分和地之间提供一个低阻抗（电阻）通路，将漏泄电流 引导到大地。在医学领域使用的设备具有相当低的最大可接收漏泄电流极限值。
　　
　　三插脚CAT I电源线设备
　　
　　三插脚CAT I电源线设备指的是延伸出 三根导线的设备，一根火线、一根零线 和一根地线。在正常工作时，所有的漏泄电流都通过接地线（绿色）返回到大地。接地线防止了电气设备的外漏金属部分带电，以至于引起电击。请参见图 3-12。请按照以下的步骤测试三插脚 CAT I电源线设备的绝缘电阻：
　　
　　1. 确保被测电气设备没有插到电源。
　　
　　2. 将地测试线连接到被测设备的金属部位，比如马达外壳。
　　
　　3. 将电压测试线连接到工具电源线上的零线（较大的那个）插脚。
　　
　　4. OmA为单位测量漏泄电流并记录t纖。
　　
　 5. 　对于手持式电气设备，例如盘磨机，三插脚CAT I设备的最大漏泄电流一般为75 mA (0.00075 A)；而对于非手持式电气设备，例如地板打蜡机、电动马达、小型钻床和空压机，最大漏泄电流 一般为 3.5 mA (0.0035 A)。

　　

图3-12.三插脚CAII电源线设备从设备中引出三根导线，一根火线"一根零线和一根接地线 (绿色）。



　　干式变压器
　　
　　干式变压器是指利用非液体材料绝缘的变 压器。干式变压器可以被造成环型或叠片型的。环型变压器一把使用铜线缠绕着一个圆柱形的核心，线圈中的磁通量就不会漏泄，具有良好的线圈效率，对其它组件影响很小；叠片式变压器包含有层叠的钢芯。钢叠片用非传导性材料绝缘，例如绝缘漆或髙温聚合物，从而形成一个减小电损的变压器芯。从变压器初次安装开始，就应该对干式变压器进行维护和测试，并进行记录。




　　
　　利用参考多用表可以进行20到20Q的电阻测 量，并且能够比标准手持仪表更加准确地测量电压 电流和温度。
　　
　　设置为测量电阻的绝缘多用表（IMM) 可用来检査线圈中的开路、初级和次级线圈之间的短路，或者线圈和变压器芯短路，而无需对变压器施加功率。请参见图3—13。

图3-13.设置为测量电阻的绝缘多用表（IMM )可用来检查线圈的开路、初级和次级线圈之间短路，或者检查线圈和变压器芯的短路，而无需对变压器施加功率。利用绝缘多用表（IMM )的绝缘测试功能完成这些测试。
　
　　线圏中的开路。利用数字多用表 (DMM)检査每一个线圈的电阻。如果有任何线圈表现为无限的电阻读数，则表明绕组开路，变压器损坏。请注意，非常低的电阻读数并不能说明短路，而是指导线的电阻。
　　
　　初级和次级线圏之间短路。应该检査变压器的初级和次级线圈之间是否短路。
　　
　　应该利用兆欧表来检査初级和次级线圈 之间的短路。线圏和变压器芯短路。检査每一组变压器线圈到变压器芯的电阻。所有的线圈都应该表现为无限大的读数。如果任意线圈和 变压器芯之间显示有电阻读数，则应该不再使用该变压器。
　　
　　变压器维护。变压器制造商会提供针对其设备所推荐的维护程序和计划，但是特定变压器的实际性能决定了进行维护和排障的频率。
　　
　　大多数变压器故障都是由于维护不良造成的。应该至少每年一次对变压器进行测试和维护。请按照以下的步骤对干式变压器进行绝缘电阻测试：
　　
　　1.目检物理损伤：破裂的绝缘层、有缺陷的导线、连接的紧固性，以及线圈上的灰尘/水分。
　　
　　2.验证变压器芯和设备接地合适。
　　
　　3.利用兆欧欧表或绝缘多用表在绕组之间或 绕组和地之间进行绝缘电阻测试。对每 一绕组都进行绝缘电阻测试。
　　
　　变压器绝缘电阻值一般介于500 Mfi和 25,000 MD之间。请参见图3-4。变压器绕组的绝缘电阻测试读数应该在相邻绕组的1%范围之内。
　　
　　3.利用兆欧表或绝缘多用表在绕组之间或 绕组和地之间进行绝缘电阻测试。对每一绕组都进行绝缘电阻测试。