濕度對(duì)絕緣電阻影響的機(jī)理分析及解決方式探討

摘 要 絕緣電阻與電氣設(shè)備絕緣性能直接相關(guān)，其受環(huán)境因素的顯著影響。本文分析濕度參數(shù)對(duì)絕緣電阻的影響機(jī)理，提出避免絕緣電阻阻值因濕度變化而降低的方式，供相關(guān)人員借鑒參考。

關(guān)鍵詞 濕度參數(shù);絕緣電阻;影響機(jī)理

引言

電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜多樣，在地下、海域等位置的配電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于高環(huán)境濕度的狀態(tài)下運(yùn)行，易引發(fā)絕緣電阻阻值下降、設(shè)備絕緣性能降低的問(wèn)題，進(jìn)而影響配電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。對(duì)此，需要明確濕度對(duì)絕緣電阻的影響機(jī)理，并利用一定人為手段加以預(yù)防。

1濕度對(duì)絕緣電阻的影響機(jī)理分析

1.1 濕度對(duì)絕緣電阻的影響概述

相對(duì)濕度較大的環(huán)境中，絕緣材料以發(fā)生受潮，其表面吸附的水分隨濕度增加而增大，導(dǎo)致絕緣材料導(dǎo)電率上升，內(nèi)部絕緣電阻及表面電阻均會(huì)降低，使絕緣材料的整體絕緣性能及耐壓強(qiáng)度下降。電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，絕緣材料的受潮程度受環(huán)境溫度、濕度的同時(shí)作用，例如當(dāng)環(huán)境溫度較低且相對(duì)濕度較大時(shí)，絕緣材料的受潮情況將更為嚴(yán)重，引發(fā)絕緣電阻阻值大幅度下降的結(jié)果。

基于以上影響機(jī)理，電氣設(shè)備、線(xiàn)纜絕緣電阻測(cè)量均會(huì)選擇在環(huán)境相對(duì)濕度較低的情況下開(kāi)展，如電線(xiàn)電纜的絕緣電阻測(cè)量嚴(yán)禁在陰雨天氣進(jìn)行，獲取最佳測(cè)量結(jié)果的空氣濕度應(yīng)處于20%～80%范圍。為進(jìn)一步驗(yàn)證以上影響機(jī)理，開(kāi)展?jié)穸葘?duì)絕緣電阻的影響實(shí)驗(yàn)。

1.2 濕度對(duì)絕緣電阻的影響實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以戶(hù)外光端機(jī)為對(duì)象，實(shí)驗(yàn)分析濕度參數(shù)對(duì)電氣設(shè)備絕緣電阻的影響機(jī)理。本次實(shí)驗(yàn)在步入式試驗(yàn)箱內(nèi)開(kāi)展，試驗(yàn)箱的優(yōu)點(diǎn)在于，環(huán)境溫濕度的調(diào)節(jié)更為精確，且對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求相對(duì)寬泛，可幫助簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程[1]。利用試驗(yàn)箱調(diào)整戶(hù)外光端機(jī)所處的環(huán)境濕度，觀(guān)測(cè)其絕緣電阻阻值隨環(huán)境濕度的變化情況。

（2）實(shí)驗(yàn)流程

戶(hù)外光端機(jī)為光信號(hào)傳輸?shù)慕K端設(shè)備，目前在通信領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其在室外環(huán)境中運(yùn)行，借助信號(hào)調(diào)制、光電轉(zhuǎn)換等，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)程傳遞。作為通信系統(tǒng)的核心構(gòu)件，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)于通信系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)非常重要。由于長(zhǎng)期運(yùn)行于室外惡劣環(huán)境，光端機(jī)絕緣材料電阻更易受到濕度參數(shù)的影響。此外，該設(shè)備在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍，因此以其為案例分析濕度與絕緣電阻間的影響關(guān)系更具代表性。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將電氣設(shè)備置于試驗(yàn)箱內(nèi)，開(kāi)啟箱體門(mén)，保證箱內(nèi)濕度均勻，裸露銅線(xiàn)能夠與濕空氣充分接觸。設(shè)置多個(gè)信息采集點(diǎn)，以求平均值方式獲取不同濕度條件下電氣設(shè)備絕緣電阻的阻值，讀數(shù)間隔為1min。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

服務(wù)于港口及距離海域較近位置的電氣設(shè)備，其運(yùn)行除受空氣中水蒸氣的影響外，鹽分中的帶電離子也會(huì)給其絕緣電阻造成一定影響，導(dǎo)致絕緣電阻受潮情況加劇。為模擬電氣設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，取海水作為試驗(yàn)箱濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的水源，并設(shè)置海水和淡水的對(duì)照實(shí)驗(yàn)組，明確鹽分對(duì)絕緣電阻受潮程度的影響。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)無(wú)論在海水或淡水實(shí)驗(yàn)條件下，隨著空氣相對(duì)濕度的增加，絕緣電阻的阻值均會(huì)發(fā)生顯著下降。例如，在淡水條件下，空氣相對(duì)濕度為60%時(shí)，絕緣電阻阻值在14GΩ左右，當(dāng)相對(duì)濕度提高至95%，電阻阻值下降為91MΩ;在海水條件下，空氣相對(duì)濕度為60%時(shí)，絕緣電阻阻值在13GΩ左右，當(dāng)相對(duì)濕度提高至95%，電阻阻值下降1MΩ，此時(shí)的絕緣電阻阻值已無(wú)法滿(mǎn)足GJB367A中絕緣電阻在濕熱條件下不得低于2MΩ的要求。從以上數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，隨著空氣相對(duì)濕度的變化，絕緣電阻阻值發(fā)生數(shù)量級(jí)改變，阻值急劇降低。另外實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，任何一空氣濕度相同的時(shí)刻，海水實(shí)驗(yàn)條件下絕緣電阻的阻值均要低于淡水實(shí)驗(yàn)條件下，可以判斷濕空氣中含有的鹽分會(huì)提高絕緣電阻的受潮程度，導(dǎo)致電阻阻值以更大的幅度降低。在真實(shí)環(huán)境下，可說(shuō)明電氣設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行于港口、海岸等環(huán)境下，其絕緣電阻的導(dǎo)電性會(huì)顯著增加，因絕緣性能惡化而引發(fā)電氣設(shè)備故障、使用壽命縮短等問(wèn)題。

此外，當(dāng)空氣相對(duì)濕度為60%時(shí)，海水條件及淡水條件下絕緣電阻阻值差相對(duì)較小，這主要是由于空氣濕度較低時(shí)，其含有的鹽分有限，對(duì)絕緣電阻阻值降低的促進(jìn)效果發(fā)揮不明顯[2]。但隨著空氣濕度的增加，鹽分的含量也發(fā)生明顯上升，使兩種條件下絕緣電阻阻值之差逐漸提高，但當(dāng)空氣濕度高到一定程度后，二者絕緣電阻阻值趨于相同。

2濕度對(duì)絕緣電阻影響的解決方式

2.1 調(diào)節(jié)測(cè)試條件

電氣設(shè)備絕緣電阻測(cè)試是設(shè)備運(yùn)維管理的重要環(huán)節(jié)，為獲取更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，正常大氣條件下，絕緣電阻測(cè)試作業(yè)應(yīng)盡量在溫度在15～35℃、相對(duì)濕度在20%～80%的條件下進(jìn)行。

2.2 改變溫度環(huán)境

前文提到，低溫、潮濕環(huán)境中，絕緣電阻更易受濕度影響導(dǎo)致電阻阻值降低，因此可通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度的方式抵消濕度對(duì)絕緣電阻絕緣性能造成的不利影響。有實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電氣設(shè)備絕緣電阻未受潮時(shí)，其受溫度因素的影響基本與溫度換算系數(shù)一致;當(dāng)電氣設(shè)備絕緣電阻受潮之后，電阻阻值與溫度之間則表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，即隨著溫度的上升，絕緣電阻阻值降低。發(fā)生以上現(xiàn)象的主要原因?yàn)椋瑴囟壬吆?，絕緣電阻內(nèi)部分子和離子運(yùn)動(dòng)速率增加，水分向電場(chǎng)兩極延長(zhǎng)，因水分粒子表現(xiàn)為長(zhǎng)線(xiàn)狀而使導(dǎo)電性增加。因此在絕緣電阻受潮后，溫度也會(huì)成為加劇其電阻阻值降低的一大因素。因此在檢測(cè)小體積電氣設(shè)備絕緣電阻時(shí)，首先可通過(guò)加溫判斷其絕緣電阻是否已經(jīng)受潮，注意增溫后的溫度不應(yīng)高于35℃。

2.3 進(jìn)行設(shè)備保護(hù)

電氣設(shè)備絕緣電阻檢測(cè)中，若發(fā)現(xiàn)環(huán)境相對(duì)濕度較大，可安裝臨時(shí)屏蔽裝置，對(duì)待檢測(cè)電氣設(shè)備進(jìn)行隔離保護(hù)，防止設(shè)備絕緣電阻受潮。另外，也可利用潔凈、柔軟的棉布，擦拭被檢測(cè)主體外表面，確保其外表干燥清潔。優(yōu)化選擇絕緣電阻檢測(cè)時(shí)間段也能有效規(guī)避空氣濕度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。例如在電線(xiàn)電纜的絕緣電阻檢測(cè)中，雨霧天氣、清晨和傍晚獲取的電阻數(shù)據(jù)往往要更低，而晴好天氣的正午檢測(cè)到的數(shù)據(jù)則偏高。因此檢測(cè)過(guò)程應(yīng)盡可能規(guī)避以上情境。結(jié)合前文實(shí)驗(yàn)結(jié)果，空氣中鹽分含量增加對(duì)加劇絕緣電阻受潮，導(dǎo)致其阻值對(duì)濕度變化更為敏感。針對(duì)該問(wèn)題，本文認(rèn)為除控制溫度及檢查時(shí)間外，還應(yīng)重點(diǎn)對(duì)沿海區(qū)域內(nèi)電氣設(shè)備的絕緣電阻進(jìn)行真空注油保護(hù)，以有效排除聚集在絕緣電阻內(nèi)的高含鹽量水蒸氣，輔助提高絕緣電阻保護(hù)效果。

3結(jié)束語(yǔ)

環(huán)境相對(duì)濕度對(duì)電氣設(shè)備絕緣電阻阻值的影響效果顯著，絕緣電阻受潮會(huì)導(dǎo)致其絕緣性能降低。在防范濕度參數(shù)對(duì)絕緣電阻的影響時(shí)，可采用調(diào)節(jié)測(cè)試條件、改變環(huán)境溫度、進(jìn)行設(shè)備保護(hù)等方式，獲取準(zhǔn)確的絕緣電阻阻值數(shù)據(jù)，順利開(kāi)展電氣設(shè)備運(yùn)維工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 王景旭，高海濤，富玉，等.變壓器制造中造成絕緣電阻偏低的因素[J].黑龍江科學(xué)，2019，10（10）：104-105.

[2] 王巍，楊濤.環(huán)境濕度對(duì)絕緣電阻影響的試驗(yàn)研究[J].建筑電氣，2018，37（12）：49-55.

作者簡(jiǎn)介

莫中橋（1990-），男，廣西賀州人;學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱(chēng)：助理工程師，現(xiàn)就職單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所，研究方向：光通信檢驗(yàn)與試驗(yàn)。