测量绝缘电阻和吸收比的原理

电力设备中的绝缘材料（电介质）是不导电的物质，但并不是绝对的不导电。在直流电压作用下，电介质中有微弱的电流流过。根据电介质材料的性质、构成及结构等的不同，这部分电流可视为由三部分电流构成，如图2-1所示。

图中i₁为电容电流。直流电压作用到绝缘材料上，加压瞬间相当于给电容充电。这部分随时间较快衰减的电容电流与绝缘材料的电容量和外加电压有关，它随时间的变化曲线如图2-1(i)1曲线所示。其电流回路在等值电路[见图2-1(b)]中用—个纯电容C₁表示。i₂为吸收电流，不均匀介质中吸收电流由缓慢极化和夹层式极化产生。即在直流电压加上的瞬间，介质上的电压按电容分布，而电压稳定后介质上的电压按电阻分布；由于不同介质的电容与电阻不成比例，因此在加上直流电压瞬间到稳定这一过程中，介质上电荷要重新分配，重新分配的电荷在回路中形成电流i₂。其电流回路在等值电路[见图2-l(b)]中用一个电容C和电阻r串联表示。吸收电流i2随时间衰减的快慢与介质电容量大小有很大关系，如图2-1(c) i₂曲线所示。i₃为泄漏电流，电介质中有极少数束缚很弱的或自由的离子，当介质在直流电压作用下，正负离子就分别向两极移动而形成电流，称为泄漏电流或传导电流。这部分电流是由介质的电导引起的，是一个恒定的电流，如图2-1(c) i₃曲线所示。其电流回路在等值电路[见图2-1(b)]中用一个纯电阻R表示。

三个电流加起来，即i＝i₁+i₂+i₃，可得到在直流电压作用下流过绝缘介质的总电流i随时间变化的曲线，通常称为吸收曲线，如图2-1(c)i曲线所示。

从吸收曲线可以看出，电容电流_i1和吸收电流i₂经过一段时间后趋近于零，因此i趋近于i₃。所谓绝缘电阻就是指加于试品上的直流电压与流过试品的泄漏电流之比，即R=U/i₃。

(a) 试验接线图

(b) 不均匀介质等值电路

(c) 吸收电流示意图
图2-1 直流电压下不均匀介质中电流构成示意图

       αU——加于试品两端的电压，V

       αi₃——对应于电压U，试品中的泄漏电流

       αR——试品的绝缘电阻，MΩ

由于电容电流和吸收电流经过—段时间后趋于零，因此在用绝缘电阻测试仪进行绝缘电阻测量时，必须等到绝缘电阻测试仪指示稳定后才能读数。对一般试品，通常认为测1min后，泄漏电流趋于稳定(即电容电流、吸收电流趋于零)。

由于i₃的大小取决于绝缘材料的状况，当介质受潮、老化、表面脏污或有其他缺陷(如有裂缝、炭化、气泡等)时，R降低，i₃会增大。因此测量绝缘电阻是了解电气设备绝缘的最简便常用的手段之一。

由于流过绝缘介质的电流有表面电流和体积电流之分，所以绝缘电阻也有体积绝缘电阻和表面绝缘电阻之分。我们真正关心的是体积绝缘电阻。当绝缘受潮或有其他贯通性缺陷时，体积绝缘电阻降低。

由此，体积绝缘电阻的大小标志着绝缘介质内部绝缘的优劣。在现场测量中，当测量得到的试品绝缘电阻低时，应采取屏蔽措施，排除表面绝缘电阻的影响，以便测得真实准确的体积绝缘电阻值。

对大容量试品(如变压器、发电机、电缆)，《规程》除要求测量其绝缘电阻外，还要求测量吸收比或极化指数。

大容量试品的吸收曲线i随时间衰减较慢，其中尤其是吸收电流i2随时间衰减较慢，有的可达数十分钟。常把60s的绝缘电阻与15s的绝缘电阻之比称为吸收比K，即

       αK＝R_60s／R_15s＝i_15s／i_60s＝(U／i_60s)／(U／i_15s )

为便于分析理解，我们来分析极端情况。时间t＝15s与t＝∞时的绝缘电阻之比，即

       αR_∞／R_15s＝(i₁+i₂+i₃)_15S／i3＝1+(i₁+i₂)_15S／i₃

绝缘受潮劣化时，泄漏电流i3比15S时电容电流和吸收电流之和(i₁+i₂)_15S增加得快，R_∞／R_15s趋近于1。绝缘良好时，i₃很小，i₂相对较大，则K＞l。这就是说，吸收比的数据与绝缘状况有很大关系。而且K是一个比值，与绝缘结构的几何尺寸无关，易于比较。

由于无法测量R_∞，只能根据经验测量吸收比K，一般认为当K＞1.3～1.5时绝缘是良好的。这一数据对分析35～110kV变压器、大中型容量发电机是有效的。近年来，随着电力设备电压等级的提高，发现用吸收比K判断大容量变压器有很多的误判断现象。产生这种现象的原因很多，其中一条是由于大容量变压器的吸收电流衰减时间长。吸收比K反映不了绝缘吸收现象的整体，仅反映吸收现象的局部，而且与绝缘结构、油质、温度等有很大关系。为克服这种测量吸收比可能产生的误判断，常采用对吸收比小于1.3的试品测量其10min与1min的绝缘电阻之比，即用测量极化指数的方法来判断绝缘优劣。