GB∕T 20833.4-2021 旋转电机 绕组绝缘 第4部分：绝缘电阻和极化指数测量

ICS29.160.01

K20

中华人民共和国国家标准

GB/T20833.4—2021/IEC60034-27-4:2018

旋转电机绕组绝缘

第4部分：绝缘电阻和极化指数测量

Rotatingelectricalmachines—Thewindinginsulation—Part4:Measurementof

insulationresistanceandpolarizationindex

(IEC60034-27-4：2018,Rotatingelectricalmachines—

Part27-4:Measurementofinsulationresistanceandpolarizationindexof

windinginsulationofrotatingelectricalmachines»IDT)

2021-03-09发布

2021-10-01实施

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GB/T20833.4—2021/IEC60034-27-4:2018

目次

tuW n

弓IW w

1 翻 1

2规范性引用文件 1

3术语和定义 1

4绝缘电阻组成部分及影响因素 2

5极化指数 3

6绝缘电阻的测试 3

7测量结果的说明 8

8绝缘电阻和极化指数极限推荐值 9

9试验报告 10

附录A（资料性附录）其他直流测试 12

附录B（资料性附录）直流电的电流分量 16

附录C（资料性附录）合成树脂绝缘高压绕组的测试结果实例 20

附录D（资料性附录）利用测试数据作图估算温度修正的斜率参数X 24

附录E（资料性附录）测试泄漏电流评估相间绝缘电阻 25

鈴城 27

图1直流电压试验中绕组绝缘的等效电路图 3

图2整体绕组测试的连接方式 6

图3相对地测试的连接方式 6

图A.lDAR计算结果为1.09时电流和绝缘电阻的测试 13

图A.250MVA水轮发电机的三相绕组上施加2.5kV阶跃电压后的充电电流和放电电流 13

图B.1不同电流与时间的关系 16

图C.1以对数刻度表示清洁干燥绝缘中合成电流与时间的关系 20

图C.2清洁干燥绝缘中绝缘电阻与时间的关系 20

图C.3受潮和污染绝缘中合成电流与时间的关系 21

图C.4受潮和污染绝缘中绝缘电阻与时间的关系 21

图C.5在干燥清洁表面具有连续端部防晕层绝缘中合成电流与时间的关系 23

图C.6在干燥清洁表面具有端部防晕层绝缘中电阻与时间的关系 23

图D.1对数坐标纸上作图估算斜率参数X 24

图E.1相间测试的连接方式，测试设备不与地相接，也可采用其他相间的组合方式 25

图E.2使用带有保护连接的测量仪器测量相间泄漏电流 26

I

图E.3使用不带有保护连接的测量仪器测量相间泄漏电流 26

表1用于修正温度的参数X的值 4

表2绝缘电阻测量时施加的直流电压范围指导准则 7

表3基准温度40°C时绝缘电阻的最小推荐值 9

表4高压绝缘结构极化指数的最小推荐值 10

表D.1不同绕组温度下的绝缘电阻测试结果实例 24

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GB/T20833((旋转电机绕组绝缘》分为4个部分：

一第1部分：离线局部放电测量；

一第2部分：在线局部放电测量；

一第3部分:介质损耗因数测量；

一第4部分:绝缘电阻和极化指数测量。

本部分为GB/T20833的第4部分。

本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本部分使用翻译法等同采用IEC60034-27-4：2018«旋转电机第27-4部分:旋转电机定子绕组绝缘电阻和极化指数测量》。

与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：

^GB/T2900.25—2008电工术语旋转电机(IEC60050-411：1996及AMD1:2007，IDT)本部分做了下列编辑性修改：

一为与我国技术标准体系一致，将标准名称改为《旋转电机绕组绝缘第4部分：绝缘电阻和极化指数测量》。

本部分由中国电器工业协会提出。

本部分由全国旋转电机标准化技术委员会(SAC/TC26)归口。

本部分起草单位：上海电机系统节能工程技术研究中心有限公司、铜陵精达特种电磁线股份有限公司、山西电机制造有限公司、中车永济电机有限公司、山东华力电机集团股份有限公司、东方电气集团东方电机有限公司、哈尔滨大电机研究所、上海电器设备检测所有限公司。

本部分主要起草人：张生德、彭春斌、杨创造、刘冠芳、王庆东、张跃、高鑫、胡春秀、汪双灿。

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本部分为旋转电机定子和转子绕组绝缘的绝缘电阻和极化指数的测量提供了指导。文中描述了典型的绝缘电阻特性、影响或改变这些特征的因素，以及这些特征是怎样表明绕组的状态，并且给出了交流和直流旋转电机绕组的绝缘电阻最小可接受值。此说明将取决于绝缘材料的性质——特别是热固性或热塑性类型绝缘。

绝缘电阻测量用来评估电气绝缘状态已超过50年。宜跟踪长期使用的旋转电机或与其维护和检修有关的周期性测量。

根据实践经验中验证的极限值可作为评价制造过程中定子绕组绝缘结构的质量依据。此外，趋势评估可作为绝缘结构功能评估或与旋转电机的维护和检修有关的诊断测试，也可提供关于老化过程、维修方案和测试时间的信息。这些测量无法显示绝缘结构的局部缺陷，趋势评估也不能用来预测绕组绝缘的失效时间。

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旋转电机绕组绝缘

第4部分：绝缘电阻和极化指数测量

1范围

GB/T20833的本部分规定了旋转电机的定子和转子绕组绝缘电阻及极化指数的测试程序。

本部分规定了额定功率750W及以上旋转电机绕组绝缘电阻和极化指数的最小推荐值。本部分适用于低压、高压交流和直流旋转电机。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

IEC60050-411国际电工词汇第411章：旋转电机(Internationalelectrotechnicalvocabulary—Chapter411:Rotatingmachinery)

3术语和定义

IEC60050-411界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

额定电压ratedvoltage

对三相交流电机，指两相之间的额定线电压；对单相电机，指额定线电压；对直流电机和励磁电机，指额定直流电压。

3.2

绝缘电阻insulationresistance

R.

绕组抵抗直流电流的电气绝缘能力。施加电压后的某一特定时刻(H，所施加的直流电压除以通过绝缘的总直流电流的商。

注1：电压施加时间通常为1minCRn)和10min(7?ll()),但也可使用其他值。时间t的单位规定：1至10的单位为分，15及以上的单位为秒。

注2:绝缘电阻有时简写为IR。

3.3

极化指数polarizationindex

PI

在两个不同时间测量的绝缘电阻的商。通常，用施加直流电压后t2和分别为10min和1min的值，这是绝缘状态的一项指标。

注：其他时间参见附录A的A.2。

3.4

极化电流polarizationcurrent

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极化过程中产生的电流。随施加直流电压的时间，以一定的衰减速率从初始值衰减至接近于零。注：极化电流也称为吸收电流。

3.5

电导电流conductioncurrent

/g

通过主绝缘主体，不随时间变化的电流。

3.6

表面泄漏电流surfaceleakagecurrent

/l

不随时间变化的电流。若两者之间有导电物质（如潮湿或污染物），它通常存在于定子绕组端部的表面，或绝缘转子绕组的裸露导体与转子本体之间。

3.7

电容电流capacitivecurrent

Ic

电流幅值较高且持续时间短（通常小于1S）的电流，随施加直流电压的时间按指数规律衰减。

3.8

端咅P防晕层电流stresscontrolcoatingcurrent

Is

不随时间变化的电流，通过导体与地之间的绕组端部绝缘表面上连续端部防晕层，平行于表面泄漏电流流动。

3.9

合成电流totalcurrent

IT

所有电流分量的总和，随时间变化。一般在测量绝缘电阻的同时测得。

注：合成电流是测量绝缘电阻亿，和极化指数PI的基础。

3.10

极性效应polarityeffect

改变绝缘电阻计的极性时，测得不同绝缘电阻值艮、的效应。

注：当绝缘材料中存在湿气时可观察到。它是由一种称为电内渗的现象引起的。

4绝缘电阻组成部分及影响因素

旋转电机绕组的绝缘电阻与绝缘材料的种类和状况、绝缘结构的设计以及绕组的生产工艺有关。绝缘电阻用直流电压测试，电阻测量随时间的变化，反映了不同物理机制引起的电流分量的信息。图1是不同直流电流分量的示意图，各种电流分量的说明参见附录B。

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配有内电阻和引线

图1直流电压试验中绕组绝缘的等效电路图

5极化指数

极化指数是指施加直流电压后的G时刻绝缘电阻除以t,时刻绝缘电阻的商，见公式（1），其中=10min^i=1mino

PI=》 （1）

尺il

在特殊的应用场合中，也可采用其他时刻的绝缘电阻计算得到的商值作为极化指数，这时要加以说明（参见附录A）。10min内读取更多的数据可以提供更多信息。

极化指数反映了两个特定时间点之间的绝缘电阻变化，因此，比单个的绝缘电阻值更好，它还可表明绕组表面的污染物和水分沉积状况，以及绕组吸收潮气的状况。但是它可能无法判断由于不合理的浸渍工艺和热损坏所导致的内部孔隙。

极化指数可用来评估绕组是否能进行耐压试验以及是否能够投人运行，还可提供绝缘结构状态评定所需要的信息。

由于极化电流在施加电压后的1min到10min内可以忽略不计，因此极化指数的测试可能无法用于散绕的小型电机、发电机转子的励磁绕组、非绝缘励磁、鼠笼式转子绕组以及直流电机电枢。

极化指数取决于绝缘结构的类型，特别是绝缘材料的性质以及绕组生产的工艺（对合成树脂类、虫胶漆类和沥青类，见7.1）。同时还取决于端部防晕层的种类（参见附录C的C.3）以及测试电压的大小（见6.4.1）。如果在1min到10min之间绕组温度保持恒定，那么温度对极化指数的影响不大（见6.1.2）。

极化指数宜达到最小值的要求（推荐值见8.3）后，方可进行耐压测试或投人运行。

6绝缘电阻的测试

6.1影响绝缘电阻测试的因素

6.1.1概述

绝缘电阻测试结果取决于环境因素，主要是绕组温度和空气湿度。绕组温度对绝缘电阻的影响可用经验数据或试验测量来评估，可用于不同温度下绝缘电阻测试结果的修正（见6.1.2）。

空气的相对湿度会影响表面泄漏电流，这种影响通常难以评估，因为空气的相对湿度主要取决于空

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气温度、绝缘的表面性质和表面污染物的性质。因此测试绝缘电阻吋，绕组的温度在露点以上。

6.1.2绕组温度的修正

温度的变化对电容电流Ic以外所有的电流分量都有影响，这是因为温度的升高提供了热能，提升了载流子的自由度，从而降低了电阻率。因此绕组的绝缘电阻值取决于绕组温度。

为了比较不同温度下的绝缘电阻值，宜将所有的绝缘电阻测量值修正到常用基准温度40°C（如适用，见表1）。如果电压施加1min后的绝缘电阻值大于5GCL,或者在40°C以下测得的合成树脂类绝缘结构的绝缘电阻值，都不需要修正（参见参考文献［4］）。否则修正因子按公式（2）计算：

40-T

Kt=0.5了 （2）

式中：

40——基准温度，单位为摄氏度（°0;

T——绕组温度，单位为摄氏度（°C）;

X——绝缘结构的斜率参数，单位为开尔文（K）。

公式（2）是在公式（B.3）的基础上，对所有相关的电流分量加以考虑的结果。

注1:该式表明，绕组温度T上升X（K），绝缘电阻下降一半。这种经验关系可以用其他底数（如e）的幂函数来等效表示。例如以e为底数时，用一ln（0.5）除以X来直接变换斜率参数。

注2:也可用40°C以外的其他基准温度，如20°C。

基准温度下的兄为在绕组温度丁下测得的电阻值与修正因子尺，相乘得到，见公式（3）。

-Ric=-RiTxKT （3）

式中：

K,c——修正至基准温度的绝缘电阻值，单位为兆欧（Mfl）；

Ra—绕组温度T吋测得的绝缘电阻值，单位为兆欧（Mfl）；

Kt——温度修正因子。

公式（2）中的斜率参数X表明单个绝缘结构对绝缘电阻温度的依赖性，该参数最好由试验测得。方法是在可能涉及的温度范围内，测得一系列绕组温度点（其中包括40°C，并且所有测试点都在露点以上）对应的绝缘电阻值，然后将结果记录在半对数坐标纸上，通过指数拟合的方法得到斜率参数X。附录D举例说明了这一过程。如果无法得到试验数据，可以使用表1中提供的X值。表1以经验数据为基准，尚无法说明40°0时叉值不连续的原因。

使用公式（2）和公式（3）的温度修正指数拟合可能会随着绕组温度和基准温度之间的差异的增大导致明显误差。此方法宜仅限于表1中给出的由试验测量得出的绕组温度范围。

注3:如果槽内和绕组端部使用了不同的绝缘结构，那么槽内绝缘结构与温度修正有关。

表1用于修正温度的参数X的值

绝缘结构种类

斜率参数X

K

温度范围

°C

虫胶基和沥青基绝缘

10

10〜60

合成树脂基绝缘

无需修正（kt=i）

10〜40

（例：环氧、聚酯、聚酯亚胺等）

17

40〜60

表1中的X值为试验得到的实测值，被认为是保守的方法（取试验数据的最小值），实际情况中与温度相关性［公式（2）］较小（即X值较大）。

对于极化指数PI的评估，不应进行温度修正，因为在测试和。期间，绕组温度的差异可以忽略不计。

6.2检测设备

对于直接测量法，优选的设备是欧姆表。反:读数小于5000MO时，数字式高阻计宜满足以下条件：

显示：三位数；

一精度：读数精度±5%，量程精度±5。

如果没有绝缘电阻计，绝缘电阻能通过测量电压和电流得到（间接法）。该方法可能用到稳压直流电源、伏特表、微安表。实际上，直流电压源输出的电压会有波动，导致电流也会变化■.i^t）=CndUjdr。由于大部分高压电机的电容C。很大，所以直流电源应具有最小的稳定性和噪声以忽略这种影响。根据电压和电流的读数，按公式（4）计算得到绝缘电阻：

R.-U/It （4）

式中：

——t时刻的绝缘电阻值，单位为兆欧（Mfl）；

U——直流电压源的测量电压（电压表读数），单位为伏特（V）；

L——t时刻的测量的电流（电流表读数），单位为微安（mA）。

测量较大的绝缘电阻值时，为了避免测试电缆泄漏电流和电容的影响，宜使用带有保护的仪表。整套仪器设备应在5s内将电压升至试验值。

6.3试品和测试电路

6.3.1概述

根据试验目标及其设计，采用不同的试验电路。为检查绝缘电阻最小的推荐值，应对绕组整体进行测试；为检查各相绕组和绕组相互间的绝缘问题，如果各相绕组之间能够很容易地断开，则应逐相进行测量。为达到试验目的，应使用相同的连接方式。

如果可能，如电缆、开关、电容器和电流互感器等所有的外接设备都应与绕组断开连接。要记录与绕组连接的设备。

对直接水冷绕组进行绝缘电阻测试，宜完全排干水使内部电路完全干燥。可能有些水冷绕组制造商已经提供不必排出冷却水进行绝缘电阻测量方法。通常，如果水不排除则水的电导率宜小于生产厂家的推荐值。在此情况下，水的电导率会极大程度上影响绝缘电阻值，因此可预估= =

1Mfi。

任何情况下，未测试的绕组元件都应接地，以避免不良影响，例如补偿电流或测试回路的感应交流电流。

6.3.2三相定子绕组

整体绕组对地测试的连接方式

所有相的绕组连接在一起，如图2所7K。

5

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rl—

图2整体绕组测试的连接方式

相对地测试的连接方式

用于趋势分析以及获得单相之间的对比，分别对每相绕组进行测试（见图3）是首选方法。此电路可测试多个相绕组的对地绝缘，只要将待测相绕组与测试设备连接，其他两相绕组接地。

如果测试设备配有保护装置，那么其他相可以接在保护装置上来代替接地，这样可以消除绕组相互间的电流影响，比如泄漏电流和端部防晕层电流。由于该方法与标准流程有偏差，所以应在测试报告中注明。

图3相对地测试的连接方式

相间测试的连接方式

该试验为非标准测试流程，但可为诊断电机状况提供附加信息，详情参见附录E。

6.3.3其他绕组

其他绕组，如励磁绕组或高压转子绕组，应采用与定子绕组相对地测试类似的连接方式（见）。所有不属于测试回路的元件，如与静止励磁相连的电刷，都要与测试对象断开，例如移走电刷。旋转二极管应桥接，以避免测试过程中绕组损坏时出现故障。对安装的固定监测设备，如转子电流监测仪或在线温度测试仪，也应做上述处理。

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6.4测试电压

6.4.1类型和幅值

绝缘电阻的测试应施加直流电压。电压幅值应限制在与绕组的额定电压以及基准绝缘的状况相适应的范围内。对于低压电机和湿绕组，这点尤为重要。电压幅值过高，可能使绝缘过载并导致绝缘损坏。电压范围的指导准则如表2所示。

表2绝缘电阻测量时施加的直流电压范围指导准则

额定电压

V

直流电压范围

V

<1000

500

1000〜2500

500〜1000

2501〜5000

1000〜2500

5001〜12000

2500〜5000

>12000

5000〜10000

注：只有在测试方与客户共同协定的情况下，才能采用较高的直流电压范围进行测试。

6.4.2极'性

绝缘电阻的测量通常在恒定直流负极性电压下进行。当绝缘结构内部潮湿时，宜采用负极性，以适应电内渗现象。

6.5测试时间

在施加测试电压后的特定时间读取电阻值。例：1min时的绝缘电阻值为K；1,1Omin时的绝缘电阻值为Kil0。

6.6安全

由于极化效应，绕组绝缘与直流电源断开后很长一段时间内都会存在电荷。因此在试验结束后，将试验电压降至零，并在试验仪器断开前将试验对象接地是非常重要的。相端部或绕组接地吋间至少应为电压施加吋间的4倍。

6.7测试规程

6.7.1标准规程

电压宜快速升至测试值并在测试期间保持恒定，升压时间不能超过5s。达到规定的测试电压时开始计时，记录特定时刻的读数。对于多相绕组，同时测试所有绕组相和单相逐个测试，所用的流程是不同的。

对多相绕组或单相绕组测试时，试验结束后，为了安全起见测试电压宜降至0,测试对象宜立即短路、接地和放电，放电时间不少于绕组充电吋间的4倍（见6.6）。

对多相绕组中的每一个单相逐个测试（其他相接地）时，第一相测试结束后，应立刻接地，接地时间不少于施加电压时间的4倍；只要第一相保持接地，第二相和其他相可以通过将测试仪器与接地相连接的方式依次进行测试。如果终端接地的放电电流足够小（例如10nA）时，也可以选择别的连接方式。

绝缘测试是电机校准的一项重要内容，宜在试验前和试验后进行，用looMn左右的高压电阻检查设备的运行。这对电池供电的设备尤为重要。

6.7.2特殊流程

为了获得绝缘状况的更多信息，也可以使用其他测试流程，详情参见附录A。

7测量结果的说明

7.1概述

绝缘电阻和极化指数可用于以下几个方面，但不限于：

一评估一台电机是否适合进行耐压试验或投人运行，可基于获得绝缘电阻和极化指数的最小推荐值（见7.2）；

一只要所涉及的可控变量测试条件相同，给定电机的绝缘电阻和极化指数的历史资料可以用来判断若干年后其绝缘状态变化趋势的有效方法（见7.3）;

一只要所涉及的可控变量测试条件相同，通过测试绝缘电阻和极化指数来比较每相绕组或相同设计的不同电机的绝缘状况。

基于以上几点，测试时应充分考虑影响测试结果的因素（见7.4）。

7.2试验和运行的可行性

绝缘电阻和极化指数可用来对电机耐压试验和投人运行的可行性进行评估。电机的绝缘电阻和极化指数宜大于最小推荐值（见表3和表4）。如果测试值小于最小推荐值，则不宜对电机进行耐压试验或投人运行，除非存在设计原因或有此类较低数值的记录。

绝缘电阻也可以用来判断绕组是否在耐压试验中被破坏。假如耐压试验后的绝缘电阻值远小于试验前，说明耐压试验过程中绝缘可能被破坏，即使由于高故障电流的存在，测试电压并不会迅速下降。如果测试值因污染或过分受潮而低于最小推荐值，排除存在绝缘缺陷的可能性后，可以通过清洗和干燥的措施改善测量结果。绝缘电阻数值可用于监测干燥过程的有效性。

如果40°C时的绝缘电阻反：值大于5000Mfh那么极化指数值可不做规定且可不考虑。

对虫胶和沥青基绝缘结构，过高的极化指数（如大于8）说明绝缘可能已经热老化，发生失效的风险会很高。如果物理检查（如敲击绝缘）发现绝缘干枯及脆化，那么最好不要对绕组清洗或进行耐压试验。如果电机重新投人运行，随时可能发生故障。

7.3绝缘状况趋势分析

如果能得到电机绝缘电阻（只/）的历史资料，将当前的试验结果与之前的比较有助于了解绝缘的状况，然而具备相似条件的比较试验是非常重要的，即绕组温度、电压范围、测试持续时间和相对湿度（见6.1）。同时，尽可能使用相同的测试设备。对在不同绕组温度下的试验结果进行比较，宜将结果修正到相同的基准温度（见6.1.2）。

如果只|1或？1与之前的读数相比急剧下降则说明表面污染或受潮。当温度提高（60°C以上）时PI值较低，为了检查真实的绝缘状况，宜在露点以上且40°C以下进行第二次测量。

7.4不同电机或不同相之间的比较

如果整个绕组的I小于5000Mn，则相同电机之间艮:或？〗的显著差异可能表示表面污染、受潮或绝缘损坏。在此情况下，宜查明导致差异的原因。

8

7.5绝缘电阻过大时的影响

根据测试电压的范围和绝缘状况，测试电流可能不会超出亚微安范围，此吋任何外部干扰（如测试设备的电压波动、温度波动以及潮湿引起的电化学反应）引起的电流都可能超出通过绝缘物的电流，从而导致错误的读数。

尤其是测试时间较长的情况下，外界条件发生变化，导致测试结果失真。

当绝缘电阻值达到5000 及以上时，极化指数不作为评估绝缘状况的依据。

参考测试设备的操作手册，所有生产厂家都宜提供设备精度，以便于判断测试结果。

7.6绝缘电阻试验的局限性

绝缘电阻试验数据对评估某些绝缘问题是有用的，如：污染、受潮或严重开裂。然而也有一些局限性：

一绕组的绝缘电阻与它的介电强度没有直接联系，不能通过它来判断绕组的绝缘结构是否失效，也不能表明绝缘内部缺陷的（如：不良的浸渍工艺或热老化引起的较大气隙）分布情况；一绕组端部表面积较大的大型或低速电机、隐极机励磁绕组以及带换向器电机的绝缘电阻可能低于推荐值，这种情况下，的历史趋势对评估绝缘状况是有用的；

一由于绝缘电阻是电机处于静态时测量的，所以这些试验检测不到电机旋转时产生的问题，如：线圈固定不牢或振动导致端部绕组的松动。

8绝缘电阻和极化指数极限推荐值

8.1概述

以下绝缘电阻和极化指数值是绕组进行耐压试验和投人运行的最小值。在某些情况下，特殊的绝缘材料或设计可能导致它的值较低（端部防晕层的特殊设计，参见附录C的C.3）。此类电机的最小值宜与历史数据比较。

这些推荐值不适用于评估尚未浸渍的完整绕组。

8.2绝缘电阻

表3列出了全绕组修正至基准温度40°C时的绝缘电阻的最小推荐值。

表3基准温度40°C时绝缘电阻的最小推荐值

试验对象

最小绝缘电阻值

虫胶和沥青基高压绝缘结构及所有励磁绕组

额定电压（kV）+l

合成树脂基高压绝缘结构（成型绕组）

100

低压散绕绕组、成型绕组及直流电枢

5

如果表3的绝缘电阻的最小值不能满足整个绕组，可查阅了解其他测量方法。更多相关信息可参见附录E。

8.3极化指数

表4列出了整体绕组的极化指数的最小推荐值，但只适用于高压电机的绝缘结构，这是由于该结构

9

中的特征极化电流Ip可以使1min时和10min吋的绝缘电阻值导致显著的变化。

如果在读取1min时和10min时的绝缘电阻之间，绕组温度发生了明显变化，那么应将数值修正至基准温度40°C后再计算极化指数。

表4高压绝缘结构极化指数的最小推荐值

高压绝缘结构种类

最小极化指数PI

虫胶和沥青基

1.5

合成树脂基（例：环氧、聚酯、聚酯亚胺等）

2.0

注：这些最小值为10min时和1min时的绝缘电阻值的比值。

表4中最小推荐值不适用于：

一散绕绕组的小型电机、无绝缘励磁绕组的电机、鼠笼型转子绕组以及直流电机电枢（见第5章h

一绕组连接与电流接触的带端部防晕层的电机（参见附录B的B.6和附录C的C.3）；——Ku值〉5000 的绕组（见7.5）。

9试验报告

9.1运行中的绕组

试验报告中宜至少提供试验数据、试验结论。如果用于绝缘状况的趋势分析和比较，还要对试验结果加以说明。试验报告宜包括下列内容：

a） 标识信息：

——工厂名称；

电机编号。

b） 测量日期。

c） 环境状况：

环境温度；

——绕组温度；

——计算绝对湿度和露点的相对温度和环境温度。

d） 测试仪器：

名称、型号；

生产厂家;

——序列号；

计量有效日期。

e） 测试电路、仪器设置和试验条件：

——测试电压、极性；

——测试时长（如有要求）。

f） 试验测量条件下的绝缘特性，并修正至基准温度：

1min时的绝缘电阻；

10min时的绝缘电阻（如适用）；

——极化指数（如适用）；

温度修正（如适用）。

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g） 绘制测量曲线（如适用）：

——被测电流对时间的关系，对数坐标为佳；

一被测绝缘电阻对时间的关系，对数坐标为佳。

h） 试验人员姓名。

i） 记录特定信息。

j）注释（如与标准测试流程不同的地方、试验过程中观察到的现象等）。

宜将所有测试结果以原始数据的形式保存，以供将来参考。

根据文件类型、独立检测认证，或作为状态评估报告的一部分，报告内容可包括相应的附加信息，如工作模式、电机寿命等。

9.2新绕组

对全新的绕组，绝缘电阻试验可作为耐压试验的补充，在耐压试验前后分别进行1min的绝缘电阻测试。

因此，一份完整的测试报告所要求的大部分信息，都会成为耐压试验协议的一部分。9.1中定义的所需信息可能已经足够充分。

附录A

（资料性附录）其他直流测试

A.1概述

本部分所述的绝缘电阻测试和极化指数计算，在实际操作中通过直流电压和直流电流来了解绕组状态并非唯一的方法。除了测定绝缘电阻和极化指数以外，新式的绝缘测试仪提供了其他方法。本附录总结了目前评估旋转电机绕组状态更好的方法，包括改变测试时间、直流测试电压和环境条件等。

A.2介电吸收比（DAR）

极化指数（PI）—般定义为10min时的绝缘电阻和1min时的绝缘电阻（只。）之比。在老旧的绝缘结构（如：沥青-云母），极化电流衰减至接近于0需要10mm甚至更长的时间。

然而在散绕组低压电机和励磁绕组中，极化电流可能在1min内就衰减至接近于0。因此一些测试者会计算与传统极化指数PI不同的派生极化指数。派生极化指数包括但不限于公式（A.1）的计算方法。

DAR=R./Rao （A.1）

式中：

DAR——介电吸收比；

Rn 施加电压60s时的绝缘电阻读数；

Riso 施加电压30s时的绝缘电阻读数。

图A.1举例说明了散绕定子绕组在施加电压后的1min内测得的绝缘电阻值，兄：为4083 ,

R劭为3745MfK得到的DAR为1.09。一些绝缘电阻测试仪具有自动测试设置来执行DAR测量。与传统方法的区别在于其施加直流电压的时间较短，因此绕组接地的时间也较短（见6.6）。由于使用不含云母的绝缘结构，极化电流会在1min内降至0,因此选用更短时刻的绝缘电阻来计算，可以大大缩短测试时间，同时几乎不损失绕组受污染或受潮程度的信息。测试兄,，。时，测试对象应在1s内升至试验电压。

使用这些派生极化指数的局限性有：

一记录反值的时间间隔没有标准，不同机构采用不同的比值（见3.3）；

一不同于传统的极化指数，派生极化指数没有一致的判断标准。

#

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76

o.o.

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00

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6

00

csw/BI-ff

—电阻/MQTR30s•TR1min 电流/{nA

0♦

图A.lDAR计算结果为1.09时电流和绝缘电阻的测试

A.3监测充电电流和放电电流

如附录B的B.4所述，极化电流主要取决于绝缘内部的界面极化，两者都与温度相关。

当外加直流电压被移除后，使用合适的放电回路，放电电流可作为时间的函数被记录。放电电流分为两部分：电容放电电流（几乎瞬间衰减，取决于放电电阻）和极化放电电流（从高的初始值衰减至接近于0,与初始充电电流相似但极性相反）。通常情况下，表面泄漏电流和电导电流不会影响放电电流。图A.2所示为50MVA水轮发电机三相绕组的充放电电流［a）为线性坐标系，b）为对数坐标系］。充放电电流的分离使得更容易观察到泄漏电流的量级变化。

10-3

—-充电

0.5X103

放电

500 1000 1500

2500 3000 3500 4000

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-0.5X103

时间/s

-10。

a）线性坐标系

图A.2 50MVA水轮发电机的三相绕组上施加2.5kV阶跃电压后的充电电流和放电电流

13

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0.11

10

时间/s

100100010000

b）放电时间重置为0,放电电流视为正值的对数坐标系

图A.2（续）

放电电流由退极化电流产生，充放电电流差别非常大可能表示内部绝缘问题，例如：内部绝缘固化不完全、热老化、机械损伤或绝缘壁内部水分子极化。

假如极化电流2P与极性相反的放电电流相同，那么附录B中公式（B.5）中的经验参数就可以由试验来测得，并构建图1所示的等效模型。

A.4高压直流测试

A.4.1概述

绝缘电阻的测试一般是对绕组施加恒定电压（远低于运行时电压的峰值）来进行。然而有些绝缘测试仪器是通过将直流电压增加到大于运行的峰值电压来测试电流。有三种高直流电压测试技术：等时电压、阶梯电压、斜坡电压测试，这些测试可参见IEEE95:2002。宜注意以下几点：

直流电压移除后，绕组接地时间宜足够长；

一直流电压会使端部防晕层发生短路，导致绝缘结构内电场增强，可能产生不可逆的影响；一在条件未知的情况下对定子绕组进行高压直流测试会有闪络或绝缘击穿的风险。

A.4.2等时阶梯升压测试

本方法将施加直流电压按一定的时间间隔使电压上升相同的步长。每个时间间隔末尾记录电流读数，然后对电流与电压作图。测试中和测试后，如果发现曲线突然上升，或者电导电流对电压有其他变化，则表明绝缘可能存在缺陷。

电介质的极化会影响电流测试，并掩盖电导电流的重要变化。为了使该影响降到最低，每一个阶段的测试电压都应保持足够长的时间使得极化电流衰减至可忽略的值。对老旧的沥青-云母和虫胶云母层绕组，时间间隔至少为1min;—般试验人员会采用6min的间隔。对新的环氧-云母绝缘结构，间隔一般为1min。

A.4.3分时阶跃升压测试

每一个阶段的测试电压都保持足够长的时间使极化电流衰减至可忽略的值，这一点在实践中经常难以实现。为了避免衰减不完全的极化电流造成测试误差，同时也为了缩短得到电流与电压曲线所需要的时间，开发出一种比较复杂的电压-时间程序。该程序的基本思路是按照极化电流的衰减时间逐步调整电压，使测试电流中的极化部分呈线性，如与施加电压成正比。根据预先确定好的测试程序，电导电流的相对变化就更容易识别。尽管调压测试的操作难度比等时阶梯升压测试大，但确实能缩短试验时间并更精确地估算电导电流。阶跃电压的保持时间是可变的，并且由绝缘的特性决定。

A.4.4斜坡升压阶跃测试

斜坡升压测试法也可以看做一种阶跃电压测试，只不过电压阶跃和间隔非常小，接近于零，形成电压斜坡。可以用一种直流电压测试程序使电压以指定的速度自动上升或下降。记录绝缘电流与对应的施加电压，就可以对电流进行连续的观察和分析。用斜坡升压代替不连续的阶梯升压，可使几何电容和极化电流呈线性，可以很容易地观察到电流的变化。

斜坡升压测试与传统的阶梯升压测试法相比，最大的优点是它能对即将发生的故障进行更好的控制并发出预警，以避免绝缘损坏；消除了时间、电压和电流参数的人为因素，使测试结果的重复性更好。电压的升压速率一般为1kV/min或2kV/min。

A.5湿态绝缘电阻测试

对可能受到严重污染的定子绕组，通常需要通过润湿绝缘表面并随后测量绝缘电阻和极化指数来检查绝缘结构是否密封，以防止绝缘表面受潮而被污染（参见NEMAMG1:2OO9）。可使用以下三种方法：

一将含有无离子润湿剂的水溶液制成喷雾，对干燥清洁的绝缘结构局部润湿，在此期间测试绝缘电阻；

一将含有无离子润湿剂的水溶液制成喷雾，对干燥清洁的绝缘结构的绕组全部润湿，然后测试绝缘电阻；

一将含有无离子润湿剂的水溶液对清洁干燥的绝缘结构绕组完全润湿，然后测试绝缘电阻。润湿剂的浓度要使水在25°C下的表面张力下降至不大于30mN/m。绝缘电阻测量使用500V的直流电压。

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GB/T20833.#—2021/IEC60034-27-4:2018

附录B

（资料性附录）

直流电的电流分量

B.1合成电流JT

合成电流是施加在试验对象上的直流测试电压产生的所有电流的总和。可由电压源与试验对象之间测得（见图1）。

合成电流与各电流分量随时间的变化关系如图B.1所示。具体绝缘状况的例子参见附录C。

图B.1不同电流与时间的关系

B.2电容电流h

由于回路电阻（由电压源的内电阻和引线电阻组成）的存在，电容电流由绕组电容的充电或放电引起。根据公式（B.1）,电容电流与时间t的关系：

△Uo,

“⑴e—⑶ （B.1）

尺m

式中：

uo—电压，单位为伏特（V）;

Rm——电压电源内电阻和引线电阻，单位为欧姆（fl）；

Co 电容，单位为法拉（F）。

当向绕组施加AU。的阶跃电压时，电容电流的峰值是与电阻的商。电流指数级衰减函数的时间常数是与Co的乘积。即使是电容达到微法级别的大型绕组，时间常数也不超过1s，而且一般的测试设备具有相对较低的只。值，因此电容电流的持续时间极短，从而不会影响到绝缘电阻和极化

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GB/T20833.4—2021/IEC60034-27-4:2018

指数的测试。

B.3电导电流“

电导电流是由电子和离子在电场中的定向移动产生的。在较低的电场强度下，电导电流主要由离子的定向移动产生；而在较高的电场强度下，达到电介质击穿强度时，电导电流主要由电子的定向移动产生。

考虑到Rm《Rv，平行电极间单位体积绝缘中的电导电流IG由公式（B.2）计算得到。

式中：

Uo 电压，单位为伏特（V）;

Rv 体积电阻，Rv= .，单位为欧姆（fi）;

kv——体积电导率，单位为西门子每米（S/m）;

d 电极间的距离，单位为米（m）;

A——电极面积，单位为平方米（m2）。

通过绝缘体的电导电流大小与电介质的材料、电场强度、温度和绝缘的含水量有关。只要测试期间的场强远低于击穿场强，那么体积电导率与电场强度关系不大。如果绝缘材料的活化能低，则温度没有明显影响，在这种情况下，活化能取决于绝缘材料中离子和电子的迁移率，与温度的关系如公式（B.3）所示：

Wa=Koe~KT （B.3）

式中：

——体积电导率，单位为西门子每米（S/m）；

k0——材料电导率，单位为西门子每米（S/m）；

——活化能，单位为电子伏特（eV）；

K——玻尔兹曼常数，单位为电子伏特每开尔文（eV/K）；

T——绝对温度，单位为开尔文（K）。

可见，体积电导率和电导电流随活化能和温度呈指数级变化［见公式（B.2）和（B.3）］。

绝缘结构中存在水分会使电导电流增大，这是由于水本身的导电性，以及内部污染物的分解和水解产物增加了离子数量。含水量的增加会使体积电导率增大几个数量级。

B.4极化电流JP

固体电介质的极化是指在电场的存在下，使由电场诱导所产生的或是本身就存在的偶极子发生有序排列的过程。偶极子的排列过程（称为“松弛”）需要一定时间，其长短取决于该机制固有的惯性。等效电路图中，用电阻-电容系列的组合代表不同的机制（图1）。不同机制的松弛时间常数r,•C,（7=1，…，》）相差很大，例如从速度极快的电子极化过程到缓慢且时间长的界面极化过程，时间常数从几毫秒到几小时不等。

考虑到电源和引线的内电阻可忽略不计（Rm《R、），极化电流iP（t）—般可用公式（B.4）表示为时间的函数（7）:

n1

£p（i） （B.4）

7=1Ki

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GB/T20833.25—2021/IEC60034-27-4:2018

式中：

Uo 电压，单位为伏特（V）;

t,——极化机理j的松弛时间常数•C｝，单位为秒（s）;

R,——极化机理7的特征电阻，单位为欧姆（Q）;

c,——极化机理y的特征电容，单位为法拉（f）。

由于快速极化过程的极化电流会在不到1ms的时间内降至零，所以绝缘电阻的测试只与慢速极化过程有关。因此，只考虑界面极化效应。界面极化是由离子和少量的自由电子的漂移引起，并在内部的界面和电极上积累。由于复合电介质内部存在不同的宏观或微观的界面，因此极化电流是不同量级和不同时间常数的各分电流的叠加。极化电流的经验表达式由公式（B.5）给出，有的时间常数可达数分钟或数小时。

ip（t）=/3AUoCot~n （B.5）

式中：

/?—表示绝缘种类及其状况的因子；

uo—电压，单位为伏特（V）；

Co 几何电容，单位为法拉（F）;

n——表示绝缘及其状况的指数。

温度升高会增加离子的可移动性和电子的活跃性，因此极化电流随温度的升高而增大。

同样的，水分和污染物的存在也会增加界面极化的载流子的活跃性。

对于干燥洁净的绝缘，极化电流为主导。由于极化电流在对数坐标系中为一条直线，因此通常优选以log（z）对log（i）作图来绘制极化电流曲线。

B.5表面泄漏电流

表面泄漏电流是由异物层的电导引起的。异物层为固体沉积层本质上主要由电子导电，异物层为油膜或水导致的潮湿层，则主要来自离子导电。表面潮湿层的形成由于直接受潮，或由于异物层对空气中水分子的吸附、吸湿和冷凝过程，使水分子不断积聚而成。

表面泄漏电流与表面电阻的关系如公式（B.6）所示。

式中：

Uo 电压，单位为伏特（V）；

——表面泄漏电阻，，单位为欧姆⑴）；

KLb

kl 层电导率，单位为西门子米每米（S•m/m）；

I——电极间层的长度，单位为米（m）;

b 层的宽度，单位为米（m）。

空气相对湿度在30%到90%之间时，表面泄漏电阻会随相对湿度的增大发生数量级式的下降，并且随相对湿度瞬间变化。

当达到冷凝条件（表面温度＜露点温度）时，随着表面水分增大，表面电阻将进一步下降。潮湿层的表面泄漏电阻与温度呈经验指数关系。

导电材料形成的干燥沉积层，如：铜或碳的粉末，会极大地降低表面泄漏电阻。该过程以电子电导机制为主。由于金属粉末会被空气氧化产生金属氧化物，因此其表面泄漏电阻大于碳粉末层。

表面泄漏电流的影响取决于绕组端部的绝缘状况；在分别对每一个单相（其他相接地）进行测试时，18

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表面泄漏电流主要是由于绕组端部发生击穿造成的。

B.6端部防晕层电流Js

如果定子的绕组端部上完全覆盖上一层连续的端部防晕涂层，并且通过设计使该涂层与绕组连接发生电流接触，就会产生端部防晕层电流。这种特殊的端部防晕设计十分独特，在附录C的C.3中介绍了其技术背景，总结了它对绝缘电阻与极化指数测试的影响，并给出了相应的解释。

附录C

（资料性附录）

合成树脂绝缘高压绕组的测试结果实例

C.1绝缘表面干燥清洁的电机

图C.1表明了绝缘表面干燥清洁的绕组中，直流电流的电流分量及合成电流与施加电压时间之间的关系。

10

v<痗

io-3io-210_1 1 10 102io3io4105io6

t 施加电压时间/s

o

1

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23

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图C.l以对数刻度表示清洁干燥绝缘中合成电流与时间的关系

通过合成电流对时间的关系，就可以得到绝缘电阻对时间的关系和极化指数（见图C.2）。

aw/ws-tf瀨涸

10min

Pl=5.8

10

102103

104

105106

施加电压时间/s

图C.2清洁干燥绝缘中绝缘电阻与时间的关系

C.2表面潮湿和被污染的电机

图C.3表明了绝缘表面受潮和污染的绕组中，直流电流的电流分量及合成电流与施加电压时间之间的关系。

vi/w-tf

6

O

11

103

10-3

一-电容电流和快速极化电流--慢速极化电流

—电导电流

--受潮和污染表面泄漏电流—合成电流

10一3 io-21O-1 1

10

103104

105106

施加电压时间/s

图C.3受潮和污染绝缘中合成电流与时间的关系

通过合成电流对时间的关系，就可以得到绝缘电阻对时间的关系和极化指数（见图C.4）。与干燥清洁的状态相比，由于表面泄漏电流的原因，极化指数可能显著下降（见C.1）。

60

1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

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110

102103

104

105

106

施加电压时间/s

图C.4受潮和污染绝缘中绝缘电阻与时间的关系

C.3与高压导体电流接触具有连续端部防晕层的电机

C.3.1端部防晕层电流Js

如果端部防晕层覆盖整个定子绕组端部，就会产生端部防晕层电流。该电流流经树脂涂料（用于绝缘表层，作为清漆或胶带）粒子间的接触点。填料主要掺杂碳化硅或氧化铁，相当于半导体的作用，并与外加电场有很强的相关性，与外加电压的指数相关性可用公式（C.1）来近似表示：

式中：

U。——电压，单位为伏特（V）;

Rs——端部防晕层电阻，，单位为欧姆（⑴;

Ksb

Ks 表面电导率,KS=K0ep~，单位为西门子米每米（S.m/m）;

Ko—Uo/I，时的表面电导率，单位为西门子米每米（S•m/m）；

I——电极表面层间的长度，单位为米（m）;

b 层宽，单位为米（m）;

——材料参数。

表面电导率的指数为正，表明端部防晕层电阻随着电压Uo/I的增大而减小。

端部防晕层电阻随着温度的升高而减小。

只有当涂层与绕组导体发生电流接触（通过设计或小的串联电阻，如在端部防晕层末端与端部绕组的连接点或绝缘裂痕间的表面上的水分或导电沉积物）时，端部防晕层电流占总电流的比重才较大。

C.3.2对绝缘电阻和极化指数的影响

如果绕组端部上的端部防晕层和处于高电势的绕组发生电流接触，那么端部防晕层电流就成为主要因素。绝缘电阻值可能会低于最小推荐值，尤其是在绕组端部较短的情况下。同样也影响着极化指数。绝缘电阻对时间的曲线趋于平缓，故极化指数可能接近于1（见图C.6）。由于这些影响，表3和表4中的最小推荐值此处不适用。

为了确定这种端部防晕层设计，应改变施加的测试电压。由于端部防晕层电流与施加电压的指数相关性，绝缘电阻将随着测试电压的增加而下降。

C.3.3测试结果实例

图C.5中的曲线表明了具有连续端部防晕层（并与相绕组连接）的绕组，且绝缘表面干燥清洁，直流电流分量及合成电流与时间的关系。

60

1

一-电容电流和快速极化电流一-慢速极化电流一垂电导电流

清洁干燥表面泄漏电流

端部防晕层电流

合成黾施

I:IiI IIIII111 I.111:11 1 :

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104

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106

施加电压时间/s

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