电线电缆绝缘电阻测试方法探讨

王粤威 胡永乐 袁治中 王 霄

（珠海出入境检验检疫局，广东珠海 519015）

2010年，我们珠海出入境检验检疫局技术中心电气安全实验室参加了某机构“电线电缆绝缘电阻能力验证”活动。2011年，我室收到该机构发来的《能力验证计划结果通知单》(以下简称《通知单》)，得知我室参加的“电线电缆绝缘电阻能力验证”试验结果被判为“有问题结果”。

依据该机构提供的“作业指导书”中的描述，原文如下：

绝缘电阻试验 ：

试验方法：除应按照GB/T 3048.5-2007的要求测量绝缘电阻外，对以下具体条件进行了统一的规定：

试验温度：70℃±1℃；

试样测量：试样放入已经达到规定温度的水浴中至少2小时后开始测量；

试验电压：250V；

测试充电时间：请采用1分钟读数。

我们对该试验进行了全面细致的分析，对这次能力验证活动中采用的试验方法进行了多次实验验证，尽力查找原因。

1 试验结果及原因分析

1.1 作业指导书规定的“试验温度：70℃±1℃”过于宽松

电线电缆的绝缘电阻测量值不是一个恒定不变的数值，它易受外界诸多因素的影响而发生变化。由上海电缆研究所主办的《电线电缆》双月刊1997年01期《用ASTM方法确定绝缘电阻温度校正系数》一文(以下可简称《用》文，依据美国材料和实验协会标准（ASTM）方法进行检测，结果表明PVC绝缘电线电缆的绝缘电阻与温度的变化关系完全符合指数规律。随着温度的上升，绝缘电阻则下降：

式中 ρt—— 温度为t时的绝缘体积电阻率

ρt0——温度为t0时的绝缘体积电阻率

k——绝缘电阻温度校正系数

β——绝缘电阻温度系数

ASTM 标准规定的标准温度t0=60℉(即15.6℃)。

表1给出的则是ASTM 绝缘电阻温度校正系数标准(查ASTM D 2633的表)

表1 PVC绝缘电阻温度校正系数的ASTM 标准值

根据上述ASTM 标准，很容易推算出：温度每升高1℃，PVC绝缘电线电缆的绝缘电阻大概要减小18%。由于本次能力验证作业指导书还允许水温在70℃±1℃范围波动，在这种情况下测量电线电缆的绝缘电阻值必然一致性差。

为了尽量减少水温波动对测量结果的影响，我们在本次能力验证试验中，水温由6根热电偶在6个点测量，并设法保证了6个测量点显示的水温均稳定在70.0℃±0.1℃之间，且保持2小时。

1.2作业指导书未限制恒温水浴槽中的水温在整个升温过程中不可出现过冲

《用》文还指出：“在升温及降温过程中，同一温度点下的绝缘电阻值稍有不同。”见表2。

但是，很多恒温水槽在升温过程中都会出现过冲，即水温会冲过70℃，然后又降下来，逐步趋于稳定（见图1）。这样，根据《用》文作者的经验总结，测量结果可能大大低于水温无过冲的测量值。

图1

为防止水温冲过头再降下来，造成绝缘电阻测量结果偏低，我们在本次能力验证试验中保证了水温始终没有超过70.1℃。我们的做法是：将装有被测电线样品的恒温水浴槽安放在恒温恒湿箱内。恒温水浴槽升温至63.5℃时即停止加热，微调恒温恒湿箱内的温度，通过空气热传导使水温缓慢上升至70.0℃±0.1℃（历时2小时左右）。水温由6根热电偶在6个点测量，做到了水温始终没超过70.1℃,并在70.0℃±0.1℃之间稳定2小时后进行绝缘电阻测试。（见图2）

图2

1.3 第一次测试与“充分放电”后重复测试，结果不一致，复现性很差

国家标准和作业指导书都允许重复测量，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8.3条规定：“重复试验时，在加电压之前应使试样短路放电，放电时间应不少于试样充电时间的4倍；如因试样有残余电荷而造成测量结果有明显差别时，必须先进行充分放电。对于这类试样，无论是第一次测试或重复测试，均需充分放电。”

由于我们在第一次测试时，水温只控制在70℃±1℃之间，我们发现误差较大，所以放弃了第一次测试的结果，转而采用将水温控制在70.0℃±0.1℃之间，并防止过冲的控制方式。而样品则遵照国家标准要求进行“充分放电”后的重复测试。

但根据介质中静电场的理论，介质极化出现的电荷属于束缚电荷，与金属中的自由电荷不同，它不会因短路放电而消除。若要使极化完全消除，必须加反向电场（矫顽场），或者使用衰减的交变电场来消除极化现象。我们在本次能力验证试验中严格遵照国家标准和作业指导书的规定，没有使用矫顽场，而是在重复测量前对被测电线样品进行了为时24小时的“充分放电”，然后又在室温下进行了为时2天半的自然干燥，再进行测量得出最终结果。现在看来，由于极化电场没有消除，就会造成重复测量得到的绝缘电阻值明显大于第一次测量值，两者复现性很差。

收到《通知单》后，我们又对能力验证样品进行了重复测试，结果见表3。从中可以看出：同一个样品，即使经过“充分放电”，绝缘电阻值总的趋势还是随着测量的次数增加而越来越大。能力验证时的测量结果是0.120 MΩ·km，现在增大到了0.274 MΩ·km。

表3 重复测试CNAS T0558能力验证电线样品的绝缘电阻测量结果(线长7.427m,水浴温度70.0℃)

可见，针对该能力验证的样品来说，第一次测试与所谓“充分放电”后重复测试，结果很不一致，复现性很差。

2 结论和建议

2.1能力验证方案设计时应充分考虑各因素对结果的影响

《影响绝缘电阻测量值的主要因素》一文中介绍，影响电线电缆绝缘电阻的因素很多、原因很复杂，严格遵照国家标准和作业指导书的规定进行试验的结果复现性很差，尤其是所谓“充分放电”后重复测试的结果与第一次测试结果差别很大。

因此在能力验证方案设计时（包括试验前的预处理、试验条件的规定、对重复测试的规定、统计方法及测量结果的判定等）应该充分考虑到这些因素的影响。如果仅仅根据数据统计出来的中位数和Z比分数，划分“满意”、“不满意”、“有问题”结果，很可能将严格遵照国家标准和作业指导书的规定进行试验的结果，判为“有问题”或“离群”。

例如，电线电缆绝缘电阻能力验证必须考虑以下因素：是否允许所谓“充分放电”后的重复测试？或者是否应该将第一次测试与重复测试的结果分开统计？

是否应规定恒温水浴槽中的水温在整个升温过程中不应该过冲，具体地说，是否可规定任何时候水温不得超过70.1℃；

是否应规定恒温水浴槽中的水温在整个2小时测量过程中应该稳定在70.0℃±0.1℃。等等。

上海浦东新区环境保护监测站两位专家曾提出建议：“在能力验证检测报告中，变动性度量s推荐采用合成标准不确定度。其一当参加能力验证检测的实验室较少（n≤9）时，变动性度量s采用标准差表示的误差较大；其二如参加能力验证检测的实验室较多，且同为一个行业系统时，由于不能排除实验室之间部分串通，计算出的标准差可能偏小（注：相当于本次能力验证的标准化IQR偏小），易导致部分实验室的Z比分数＞2，而被误判为有问题或不满意。”

这个建议自有它的道理。

2.2 建议国家标准在具体的试验方法上作出适当的修订

国标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》中关于“充分放电”后可进行“重复测试”的方法值得商榷。通过以上试验表明：由于介质极化电荷不会因短路放电而消除，对同一个样品，即使经过所谓“充分放电”，绝缘电阻值总的趋势还是随着测量的次数增加而越来越大。因此，我们认为国标中应该对电线电缆绝缘电阻的测试方法进行修订，例如可以规定：绝缘电阻的测量值取第一次测试的结果，如有怀疑，需进行重新测试时，试验应在新的样品上进行。

［1］ 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》〔S〕

［2］ 梁学红、崔兴艳 《用ASTM方法确定绝缘电阻温度校正系数》〔J〕《电线电缆》1997年01期双月刊

［3］ bellawang 《影响绝缘电阻测量值的主要因素》〔Z〕wenku.baidu.com/view 2011年1月14日

［4］ 徐建平 刁凤鸣 《Z比分数在实验室能力验证监测中的运用》［J］《环境监测管理与技术》第15卷第1期2003年2月