2022年4月18日星期一

絕緣電阻測試的介紹

 

大家好 我是Michael

這篇文章會介紹絕緣電阻測試

同樣的,我會在文章最後解答一些問題。

 

記得在學徒的時候

有師傅跟我說過

絕緣電阻錶是電工面很重要的武器之一

大家沒想到絕緣電阻測試也可以寫到一篇文

幾乎每一個電工都會使用絕緣電阻測試

除了用作完工測試之外還可以跟進故障

在香港,絕緣電阻測試通常會稱為Megger test

因為Megger是英國的一個重要品牌,殖民地時期港英政府規定必需使用megger儀錶,特別是政府部門,所以每次做絕緣測試便會叫員工拿取megger錶來,直到後期才開始引入其他品牌。另外,絕緣電阻的基本單位MΩ亦是讀作Mega Ohm,因此叫上Megger錶亦無不妥。現在絕緣電阻錶是非常普遍的,就算是用作基本"收貨"的"四合一錶",亦有絕緣電阻測試。所以很多人都會稱呼這個測試的正名Insulation Resistance Test,簡稱IR Test。

絕緣電阻測試其實也是電壓電流法(Volt Ampere method)上的應用,主要是透過輸入電壓,從而計算測試目標的漏電電流,再以電壓及電流相除,得出的阻值便是其絕緣電阻阻值。也即是應用歐姆定律 V=IR

絕緣的定義,並非物質,而是相對該電壓提供合適的電阻值,那個電阻值便是絕緣阻值

為何否定了物質呢?我們時常使用在電纜外皮的PVC是公認的絕緣物吧。一條常用的電線,沒有問題,因為能提供良好絕緣電阻阻值。那麼同樣是一條銅芯及一層PVC外皮的網絡電纜又如何?這樣便不難理解否定原因吧。


會影響絕緣電阻阻值的原因:包括如下

水份 (高相對濕度)

塵埃(金屬塵的影響更為嚴重),同時也可能會引發塵爆現象、

絕緣物質的老化

絕緣物受到外力破壞 (如放置時已經壓著金屬物、放置新電纜時,原有的電纜外皮被磨損、因施工時的工具碰撞損毀、老鼠咬去外皮等等)

異物入侵 (金屬物或生物,如老鼠及蛇等......還有更令人討厭的蟑螂,也是經常令電器用具短路的元兇。)、

熱力—時常因為導體的接觸不良而發熱,同時因為正溫度系數的原固,愈熱電阻便愈大,再來是電阻愈大,便產生更多熱量。 (大多數物質會因為溫度上升,而改變其化學元素,最常見是硬化,之後便是炭化,直接變成導電物。)、

在電學上,電壓與絕緣是密不可分的。電壓愈高,需要愈大的絕緣阻值,當電壓高空氣能承受的電壓時,空氣也會出現擊穿Flashover (閃電是一個例子)。

空氣的絕緣值約為10毫米能承受3300伏特,因此在絕對理想條件下3毫米已經足夠隔離低壓系統。


絕緣電阻測試有以下幾款我會逐一介紹:

1.  絕緣電阻測試

絕緣電阻測試名思義,就是兩個導體之間(導體與大地之間)的絕緣的阻值

因為電壓的特性是擊穿所以絕緣電阻測試實際上是量度導體與導體之間最近距離的絕緣及空氣之間的電阻。用於所有電氣設的導體高壓及低壓測試方法是調較合適的直流電壓然後把錶的兩枝他針接在兩個導體之上(LN一枝接上L一枝接上N)


單相測試對象:

單相香港有例要用雙極開關,所以關閉配電箱總制便可以測試NE。(屋內的最終電路)

L - N

L - E

N - E


三相測試對象:

而三相是使用中性線連桿,因此在測試時便要把中性線連桿分離。

L1 - L2

L2 - L3

L3 - L1

L1 - N

L2 - N

L3 - N

L1 - E

L2 - E

L3 - E

N - E

共10次

省時的做法:

L1 - L2L3NE

L2 - L1L3NE

L3 - L1L2NE

N - L1L2L3E

共4次

IEEE 43-2000絕緣電阻測試的使用電壓是取決於導體的電壓其準則如下:


另外,在機電工程署的COP 2020亦有相關的準則。

 

如上圖:
在500V電壓要求的最少絕緣值為1M ohm(1000000 ohm),換言之容許漏電電流是 0.0005A。
如果把標準提升,最少絕緣值為1G ohm(1000000000 ohm),那麼容許漏電電流將會減少至 0.0000005A 。
從上面可以見到,把絕緣不斷提升是無法做到絕對性絕緣,因此便會在成本與人體的安全性上尋求一個平衡點

另外做絕緣測試時也應該記錄當天天氣狀況,如天晴或下雨,並記錄溫度及相對濕度,用作日後測試作對照。

由於絕緣電阻測試是確確實實出現一個電壓,因此應確保工作人員的手不接觸到測試錶針的針頭情況下,才按動測試按鈕。

測試後的放電工序,沒有進行這個工序的話,雖然不會對電力系統產生不良影響,但可能對仍在工作的人員產生電擊。(如測試高壓系統時,這個程序是必要的)

我在學徒的時候,用絕緣電阻測試一台額定電壓為660V的電動機,使用DC 1000V作測試。測試完畢後用電線放電,當另一端接上接地終端時,出現火花(Spark)。證明導體內已經儲存了一定的電能。

在一條較長的電纜,在切離電源測試及完成放電工序後經過一段時間也可能對人體產生電擊,雖然不會構成危害,但仍會使該名受害者產生震奮作用。原因是電纜的電容效應,儲存著殘餘電流

2.  Polarization Index (PI) 極化指數

 電動機的絕緣測試

方法與絕緣電阻測試相同,但要持續一段時間,並收集兩個數值 (1分鐘及10分鐘)

PI是一個計算出來的數值 其計算方法是

PI = R(1min)/R(10min)

 

計算出來的數值是反映出絕緣的質量,根據IEEE43-2000,溫度等級為BFH級的馬達,其極化指數的最小值為2。一般來說,PI超過4表示絕緣良好,低於2則表示絕緣存在潛在的問題。

3.     Dielectric Absorption Ratio (DAR) 吸收比


這個測試跟極化指數類似,只是其測試時間為60秒及30秒。其計算方法是:

DAR = R(60s)/R(30s) 

結果不應少於1.25 

而超過1.6表示絕緣良好。


4.      Dielectric Discharge   (DD) 電介質放電

 

DD測試有三個部份組成:電容充電電流、極化電流和漏電電流

這個測試用於多層絕緣的電纜

當多層絕緣中的一層發生絕緣被損壞或污染時,普通的絕緣電阻測試或PIDAR測試可能會發現不到問題。因此要做電介質放電測試。


計算公式

DD=電流1分鐘後/(測試電壓x電容)

DD值理論上不應多於2超過7的絕緣是非常有問題 


 

一些關於絕緣電阻測試的問題

Q: 電子器具只要做絕緣電阻測試就會燒毀

A: 一般來說,輸入端的電壓為AC 220V的電子器具,做DC 500V絕緣電阻測試是沒有甚麼問題的。確實的電子零件要看耐壓值,所以不一定會全部燒毀。

 

Q: 為什麼只用DC不用AC

A: 絕緣電阻的目的是測試其電阻,如果轉用AC的話,電纜會變為LRC電路,測試後會變為"阻抗",對測試結果的準確性有一定的影響。

 

Q: NE做測試沒有結果

A: 因為NE在系統上是相通的 (變壓器N落地


Q: 較長距離電纜,在進行絕緣測試時,為何指針會直彈零位,然後慢慢回升?

A: 由於儀錶只是由一組AA電池推動(一般串聯至12V),在錶針接觸電纜時,大量電流迅速流入電纜中,形成短路假象,當電纜開始儲存到一定的電流水平,儀錶的顯示數值便開始回升。


Q: 為何不能用萬用錶的電阻檔來測試絕緣電阻?

A: 因為萬用錶的設計主要是2顆AA電池為供電設計,部份會用一顆9V電池,因此在輸出電壓及功率上未能滿足測試條件。


參考資料:

IEEE 43-2000