浅析影响电缆绝缘电阻测量的因素及测量结果的换算

浅析影响电缆绝缘电阻测量的因素及测量结果的换算

1 问题的提出

某杂志刊登的《电缆绝缘电阻测试方法和质量好坏的判别》一文中，作者提了一个问题--"如果一根1kV的被测电缆长500m，绝缘电阻的测量结果为50MΩ，那么如何用MΩ／km 来表达?"文中有3个答案(原文照录)："第一种答案为25MΩ／km，理由是500m即0.5km，因此绝缘电阻也取一半，即25MΩ/km；第二种答案为100MΩ／km，理由是电缆的绝缘电阻与长度有关，电缆越短电阻越大，第一种答案是错误的，500m是1km的一半，因此绝缘电阻为100MΩ；第三种答案为不变，

电缆的绝缘电阻和长度的关系不是线性关系，因此第一二种答案都是无根据的，但讲不出不变的理由。"

该文中认为这三个答案都是不对的，但又没有给出正确的答案，难道说电缆绝缘电阻根本就不能根据长度换算?那么，让我们来做这道题。

2 问题分析

在国家标准GB／T 3048.5--2007《电线电缆电性能试验方法第5部分：绝缘电阻试验》第7章"试验结果及计算"第7．2条中有明确的公式：RL = RXL (1)

式中：RL--试样电缆每公里长度的绝缘电阻，MΩokm

RX--试样电缆的绝缘电阻，MΩ

L--试样电缆的有效测量长度，km

根据式(1)，可以很容易求得上述问题的正确答案。已知RX=50(MΩ)，L=500(m)=0.5(km)；则该电缆每公里长度绝缘电阻为RL =50×0.5=25(MΩokm)。

读者可能会认为该文中第一个答案是正确的，且慢!第一种答案是25MΩ／km，而不是正确答案25MΩokm，量纲不对。实际上式(1)中的量纲(MΩokm)与IEC标准的表述完全一致，若写成MΩ/km是概念性错误。

不过笔者宁可相信量纲错误是作者的笔误，即使答案为25MΩokm，也会被认为是错的，因为以下还有这样一段论述："需要指出的是：上述换算公式仅为换算需要而制定的，并不表示绝缘电阻和长度成线性反比例关系。"

对于这个观点，笔者是万万不敢苟同的。按国家标准GB／T 3048.5中7.2条的换算公式，当RL为一定值时，RX和L就是呈线性反比例关系的!GB／T 3048.5是唯一的关于电线电缆绝缘电阻测试的国家标准，应该是普遍适用于电缆制造与应用领域的，是我们测量电线电缆绝缘电阻以及换算测量结果时必须遵循的法则。作为写入标准的公式，应该都通过理论与实践的长期验证，不可能为了换算方便而"制造"出一个违背客观实际的换算公式。笔者作为绝缘电阻测量仪器的生产者，有幸参加了GB／T 3048--2007的修订工作，

国家标准修订的整个过程都是非常严谨的，在长达3年的反复征求意见的过程中，没有任何一个单位或个人对GB／T3048．5中7．2条的换算公式提出过疑义。

RX和L呈线性反比例关系，这一点很容易从基本的电工原理来理解。试想，有一段长电缆分成等长的N段，每段的绝缘电阻为RF，，那么长电缆的绝缘电阻为N个RF并联，因此总电阻RZ=RF／N。对于这个从理论上分析非常简单明了的问题，也许有人提出疑义，可能有实际测量数据的支持，但是电线电缆绝缘电阻测量有其技术含量，如果我们对试验方法的理解不全面，则会对试验方案的设计和数据分析带来偏差。对此，笔者根据参与电线电缆绝缘电阻测量测试技术工作的实践，提出自己的几点看法，与大家共同探讨GB／T 3048．5-2007的相关技术规范。

3 几点看法

(1)绝缘电阻测量与普通的实体电阻的测量不同，有较大的离散性。例如单位长度的电线电缆的绝缘电阻的数值，与电缆外径、导体直径以及绝缘体的体积电阻率P有关。由于绝缘材料(目前主要是各种塑料)的P与材料中的增塑剂以及杂质的分布关系极大，而这些增塑剂以及杂质的分布不可能绝对均匀，这就造成了同一批甚至是同一根电缆内，单位长度电缆的绝缘电阻数值是不完全相同的。因此，说RX和L呈线性反比例关系，是一个比较粗略的概念，作为单次测量，不可能也没有必要精确吻合。但是从宏观上说，从统计学的概念上说，Rx和三之间线性反比例关系是成立的，否则国家标准中的换算公式就是毫无意义的。

(2)在式(1)中只考虑电缆的体积电阻RV，忽略表面电阻RS的影响。GB／T 3048．5的第2章中给出了"绝缘电阻、体积电阻、体积电阻率"三个术语的定义，并在第7．4条列出体积电阻率的计算公式，这就是明证。而在实际测量中，如果RS影响到RX的测量数据，则必须采取技术措施。GB／T 3048．5第8．1条规定："需要时，可在试样两端绝缘表面上加保护环。保护环应紧贴绝缘表面，并与测试系统的屏蔽相连接或接地。"

(3)除此之外，影响电缆绝缘电阻测量的因素还有很多，造成测量结果的离散性大与不可重复性，具体为：

①测量时间对测量结果的影响。

在电线电缆绝缘电阻测量时，由于电缆中存在较大的分布电容以及绝缘材料的介质吸收与极化现象，其充电时间常数可能高达数十分钟。在测量开始时，电容性电流占主导地位，电阻示值很小，随着电容电流逐渐衰减，仪表电阻示值缓慢上升，这是正常现象(如果电阻示值很快稳定，反而说明在测量开始时电导性泄漏电流就在测量电流中占主导地位，这是被测对象因受潮而导致绝缘不良的一个主要特征)。为了取得一个比较确定的测量结果，通常规定一个特定的测量时间(GB／T 3048．5第6．6条规定："不少于1 min，不超过75min，通常推荐1min读数。")，可以通过设置高阻计(如ZC一90系列)中的定时器获得所需的定时时间。

②重复测量对测量结果的影响。

在测量电线电缆的绝缘电阻时，如在短时间内进行重复测量，则第二次测量示值将明显

比第一次测量示值高，这是由于被测电缆中存在第一次测量所施加的残余电荷的缘故。这些电缆充电时间很长，同样，放电时间也很长，在没有充分放电的情况下重复测量，充电效果是叠加的，其等效作用是延长了后一次测量实际上的测量时间，电阻示值自然较高。因此，测量结果应以第一次测量为准，如要进行第二次测量则必须对被测电缆进行充分放电后(GB／T 3048．5第8．3条规定："放电时间应不少于试样充电时间的4倍。")才能进行。

⑧测量电压对测量结果的影响。

不同的测量电压可能会导致不同的测量结果，这是因为绝缘体的导电机理与金属的导电机理有本质上的不同，一般都有较高的负电压系数，即测量电压越高，漏电流越大，绝缘电阻值数越小。因此，电缆试样的测量电压应严格按照产品标准的要求进行(GB／T 3048．5第6．5条)。

④环境温度对测量结果的影响。

电线电缆的绝缘电阻具有较大的温度系数，为了取得一个比较确定的测量结果，通常规定一个特定的标准温度[GB／T3048．5第6．3条规定了型式试验应在(20±5)℃的环境温度中进行，第6．4条又规定了电缆高温下绝缘电阻测试方法]。对于例行试验的测量结果，可以用GB／T 3048．5第7．3条中的公式进行绝缘电阻的温度校正：

R20=KRL (2)

式中：R20--20℃时试样电缆每公里长度的绝缘电阻，MΩokm

K--绝缘电阻温度校正系数(应由供需双方商定)