Elektriskās izolācijas īpašības un testi

Elektriskās izolācijas īpašības un līdzvērtīga ķēde

Kā zināms, termins "izolācija" praksē tiek lietots, lai apzīmētu divus jēdzienus:

1) paņēmienu, lai novērstu elektriskā kontakta veidošanos starp elektropreces daļām,

2) materiāli un izstrādājumi no tiem, kas izmantoti šīs metodes pielietošanai.

Elektriskās izolācijas materiāli tiem pieliktā sprieguma ietekmē tiek atklāta īpašība vadīt elektrisko strāvu. Lai gan elektroizolācijas materiālu vadītspējas vērtība ir par vairākām kārtām zemāka nekā vadiem, tā tomēr spēlē nozīmīgu lomu un lielā mērā nosaka elektropreces darbības uzticamību.

Izolācijai pieliktā sprieguma ietekmē caur to plūst strāva, ko sauc par noplūdes strāvu, kas laika gaitā mainās.

Lai pētītu un ilustrētu elektriskās izolācijas īpašības, ir ierasts to attēlot noteikta modeļa veidā, ko sauc par ekvivalentu ķēdi (1. att.), kas satur četras paralēli savienotas elektriskās ķēdes.Pirmajā no tiem ir tikai kondensators C1, ko sauc par ģeometrisko kapacitāti.

Rīsi. 1. Ekvivalenta elektriskās izolācijas ķēde

Šīs kapacitātes klātbūtne izraisa momentānas ieslēgšanas strāvas parādīšanos, kas rodas, kad izolācijai tiek pielikts līdzstrāvas spriegums, kas gandrīz dažu sekunžu laikā samazinās, un kapacitatīvā strāva, kas plūst caur izolāciju, kad tai tiek pielikts maiņstrāvas spriegums. Šo jaudu sauc par ģeometrisku, jo tā ir atkarīga no izolācijas: tās izmēriem (biezums, garums utt.) un atrašanās vieta starp strāvu nesošo daļu A un korpusu (zeme).

Otrā shēma raksturo izolācijas iekšējo struktūru un īpašības, ieskaitot tās struktūru, paralēli savienoto kondensatoru un rezistoru grupu skaitu. Strāvu I2, kas plūst caur šo ķēdi, sauc par absorbcijas strāvu. Šīs strāvas sākotnējā vērtība ir proporcionāla izolācijas laukumam un apgriezti proporcionāla tās biezumam.

Ja elektropreces strāvu nesošās daļas ir izolētas ar diviem vai vairākiem izolācijas slāņiem (piemēram, vadu izolāciju un spoles izolāciju), tad ekvivalentajā ķēdē absorbcijas atzars attēlo divu vai vairāku virknē savienotu formu veidā. kondensatora un rezistoru grupas, kas raksturo īpašības uz viena no izolācijas slāņiem. Šajā shēmā tiek apskatīta divslāņu izolācija, kuras slānis tiek aizstāts ar kondensatora C2 un rezistora R1 elementu grupu, bet otro ar C3 un R2.

Trešā ķēde satur vienu rezistoru R3 un raksturo izolācijas zudumu, kad tai tiek pielikts līdzstrāvas spriegums.Šī rezistora pretestība, ko sauc arī par izolācijas pretestību, ir atkarīga no daudziem faktoriem: izmēra, materiāla, konstrukcijas, temperatūras, izolācijas stāvokļa, tostarp mitruma un netīrumiem uz tā virsmas, un pielietotā sprieguma.

Ar dažiem izolācijas defektiem (piemēram, ar bojājumiem) pretestības R3 atkarība no sprieguma kļūst nelineāra, savukārt citiem, piemēram, ar spēcīgu mitrumu, tā praktiski nemainās, palielinoties spriegumam. Caur šo atzaru plūstošo strāvu I3 sauc par priekšējo strāvu.

Ceturtā ķēde ir attēlota MF dzirksteles spraugas ekvivalentajā ķēdē, kas raksturo izolācijas dielektrisko izturību, kas skaitliski izteikta ar sprieguma vērtību, pie kuras izolācijas materiāls zaudē izolācijas īpašības un sadalās strāvas ietekmē. I4 iet caur to.

Šī izolācijas ekvivalentā ķēde ļauj ne tikai aprakstīt tajā notiekošos procesus, kad tiek pielikts spriegums, bet arī iestatīt parametrus, pēc kuriem var novērtēt tā stāvokli.

Elektriskās izolācijas pārbaudes metodes

Vienkāršākais un visizplatītākais veids, kā novērtēt izolācijas stāvokli un tās integritāti, ir izmērīt tās pretestību, izmantojot megaohmetru.

Pievērsīsim uzmanību tam, ka kondensatoru klātbūtne ekvivalentajā ķēdē izskaidro arī izolācijas spēju uzkrāt elektriskos lādiņus. Tāpēc elektrisko mašīnu un transformatoru tinumi pirms un pēc izolācijas pretestības mērīšanas ir jāizlādē, iezemējot spaili, kurai pieslēgts megohmetrs.

Mērot elektrisko mašīnu un transformatoru izolācijas pretestību, jāuzrauga tinumu temperatūra, kas tiek fiksēta pārbaudes protokolā. Zinot temperatūru, kurā veikti mērījumi, ir nepieciešams salīdzināt mērījumu rezultātus savā starpā, jo izolācijas pretestība krasi mainās atkarībā no temperatūras: vidēji izolācijas pretestība samazinās 1,5 reizes, palielinoties temperatūrai ik pēc 10 ° C. un arī palielinās līdz ar atbilstošu temperatūras pazemināšanos.

Tā kā mitrums, kas vienmēr atrodas izolācijas materiālos, ietekmē mērījumu rezultātus, izolācijas kvalitāti raksturojošo parametru noteikšana netiek veikta temperatūrā, kas zemāka par + 10 ° C, jo iegūtie rezultāti nedos pareizs priekšstats par patieso izolācijas stāvokli.

Mērot praktiski auksta izstrādājuma izolācijas pretestību, var pieņemt, ka izolācijas temperatūra ir vienāda ar apkārtējās vides temperatūru. Visos citos gadījumos nosacīti tiek pieņemts, ka izolācijas temperatūra ir vienāda ar tinumu temperatūru, ko mēra pēc to aktīvās pretestības.

Lai izmērītā izolācijas pretestība būtiski neatšķirtos no patiesās vērtības, mērīšanas ķēdes elementu — vadu, izolatoru uc — izolācijas pretestībai mērījumu rezultātos jāievada minimāla kļūda.Tāpēc, mērot izolācijas pretestību elektroierīcēm ar spriegumu līdz 1000 V, šo elementu pretestībai jābūt vismaz 100 megaohiem, bet, mērot jaudas transformatoru izolācijas pretestību - ne mazākai par megohmetra mērījumu robežu. .

Ja šis nosacījums nav izpildīts, mērījumu rezultāti jākoriģē attiecībā uz ķēdes elementu izolācijas pretestību. Lai to izdarītu, izolācijas pretestība tiek mērīta divas reizes: vienu reizi ar pilnībā samontētu ķēdi un pievienotu izstrādājumu, bet otro reizi ar atvienotu produktu. Pirmā mērījuma rezultāts dos ķēdes un produkta Re līdzvērtīgu izolācijas pretestību, bet otrā mērījuma rezultāts – mērīšanas ķēdes elementu pretestību Rc. Pēc tam produkta izolācijas pretestība

Ja dažu citu izstrādājumu elektromašīnām izolācijas pretestības mērīšanas secība nav noteikta, tad spēka transformatoriem šo mērījumu secību regulē standarts, saskaņā ar kuru vispirms mēra zemsprieguma tinuma (LV) izolācijas pretestību. Atlikušajiem tinumiem, kā arī tvertnei jābūt iezemētiem. Ja tvertnes nav, transformatora korpusam vai tā karkasam jābūt iezemētam.

Trīs sprieguma tinumu — zemāka sprieguma, vidēja augsta sprieguma un augstāka sprieguma — klātbūtnē pēc zemsprieguma tinuma nepieciešams izmērīt vidējā sprieguma tinuma izolācijas pretestību un tikai tad augstāko spriegumu.Likumsakarīgi, ka visiem mērījumiem atlikušās spoles, kā arī tvertne ir jāsazemē, un neiezemētā spole pēc katra mērījuma ir jāizlādē, pieslēdzot pie kastes vismaz 2 minūtes. Ja mērījumu rezultāti neatbilst noteiktajām prasībām, tad pārbaudes jāpapildina, nosakot izolācijas pretestību tinumiem, kas ir elektriski savienoti viens ar otru.

Divu tinumu transformatoriem augstsprieguma un zemsprieguma tinumu pretestība jāmēra attiecībā pret korpusu, un trīs tinumu transformatoriem vispirms jāmēra augstsprieguma un vidējā sprieguma tinumi, pēc tam augstsprieguma, vidējā un zemsprieguma tinumi. .

Pārbaudot transformatora izolāciju, ir jāveic vairāki mērījumi, lai noteiktu ne tikai ekvivalentās izolācijas pretestības vērtības, bet arī salīdzinātu tinumu izolācijas pretestību ar citiem tinumiem un mašīnas korpusu.

Elektrisko mašīnu izolācijas pretestību parasti mēra ar savstarpēji savienotiem fāzes tinumiem, bet uzstādīšanas vietā - kopā ar kabeļiem (kopnēm). Ja mērījumu rezultāti neatbilst noteiktajām prasībām, tad tiek mērīta katras fāzes tinuma un, ja nepieciešams, katra tinuma atzara izolācijas pretestība.

Jāpatur prātā, ka ir grūti saprātīgi spriest par izolācijas stāvokli tikai pēc izolācijas pretestības absolūtās vērtības. Tāpēc, lai novērtētu elektrisko mašīnu izolācijas stāvokli ekspluatācijas laikā, šo mērījumu rezultāti tiek salīdzināti ar iepriekšējo.

Būtiskas, vairākkārtējas neatbilstības starp atsevišķu fāžu izolācijas pretestībām parasti norāda uz kādu būtisku defektu. Vienlaicīga izolācijas pretestības samazināšanās visiem fāzes tinumiem, kā likums, norāda uz izmaiņām tās virsmas vispārējā stāvoklī.

Salīdzinot mērījumu rezultātus, jāatceras izolācijas pretestības atkarība no temperatūras. Tāpēc ir iespējams salīdzināt savā starpā mērījumu rezultātus, kas veikti vienā vai līdzīgā temperatūrā.

Ja izolācijai pievadīts spriegums ir nemainīgs, caur to plūstošā kopējā strāva Ii (sk. 1. att.) samazinās, jo labāks ir izolācijas stāvoklis, un saskaņā ar strāvas Ii samazināšanos tiek rādīti izolācijas rādījumi. megohmetra palielinājums. Tā kā šīs strāvas komponents I2, ko sauc arī par absorbcijas strāvu, atšķirībā no I3 komponentes, nav atkarīgs no izolācijas virsmas stāvokļa, kā arī no piesārņojuma un mitruma satura, izolācijas pretestības vērtību attiecība. noteiktos laika momentos tiek ņemts par izolācijas mitruma satura raksturlielumu.

Standarti iesaka izmērīt izolācijas pretestību pēc 15 s (R15) un pēc 60 s (R60) pēc megohmetra pievienošanas, un šo pretestību attiecību ka = R60 / R15 sauc par absorbcijas koeficientu.

Ar izolāciju, kas nav mitra, ka> 2 un ar mitru izolāciju — ka ≈1.

Tā kā absorbcijas koeficienta vērtība praktiski nav atkarīga no elektriskās mašīnas izmēra un dažādiem nejaušības faktoriem, to var normalizēt: ka ≥ 1,3 20 ° C temperatūrā.

Izolācijas pretestības mērījuma kļūda nedrīkst pārsniegt ± 20%, ja vien tā nav īpaši noteikta konkrētam izstrādājumam.

Elektrisko izstrādājumu elektriskās stiprības pārbaudēs tinumu izolācija tiek pakļauta korpusam un vienam pret otru, kā arī tinumu starpizolācijai.

Lai pārbaudītu spoļu vai strāvu nesošo daļu izolācijas dielektrisko izturību līdz korpusam, pārbaudītās spoles vai strāvu nesošo daļu spailēm tiek pielikts paaugstināts sinusoidālais spriegums ar frekvenci 50 Hz. Spriegums un tā lietošanas ilgums ir norādīts katra konkrētā produkta tehniskajā dokumentācijā.

Pārbaudot tinumu un zemsprieguma daļu izolācijas pret korpusu dielektrisko izturību, visiem pārējiem tinumiem un zemsprieguma daļām, kas nav iesaistītas testos, jābūt elektriski savienotām ar izstrādājuma iezemēto korpusu. Pēc testa beigām spoles jāiezemē, lai noņemtu atlikušo lādiņu.

attēlā. 2 parādīta diagramma trīsfāzu elektromotora tinuma dielektriskās stiprības pārbaudei Pārspriegumu ģenerē pārbaudes iekārta AG, kas satur regulējamo sprieguma avotu E. Spriegumu mēra augstsprieguma pusē ar fotoelektrisko voltmetru. Ampermetrs PA tiek izmantots, lai mērītu noplūdes strāvu caur izolāciju.

Produkts tiek uzskatīts par izturējušu pārbaudi, ja nav izolācijas bojājumu vai virsmas pārklāšanās, kā arī, ja noplūdes strāva nepārsniedz šī izstrādājuma dokumentācijā norādīto vērtību. Ņemiet vērā, ka, ja ir ampērmetrs, kas uzrauga noplūdes strāvu, testa iestatījumos ir iespējams izmantot transformatoru.

Rīsi. 2. Elektrisko izstrādājumu izolācijas dielektriskās stiprības pārbaudes shēma

Papildus izolācijas frekvences sprieguma pārbaudei izolācija tiek pārbaudīta arī ar rektificētu spriegumu. Šādas pārbaudes priekšrocība ir iespēja novērtēt izolācijas stāvokli, pamatojoties uz noplūdes strāvu mērīšanas rezultātiem pie dažādām testa sprieguma vērtībām.

Lai novērtētu izolācijas stāvokli, tiek izmantots nelinearitātes koeficients

kur I1.0 un I0.5 ir noplūdes strāvas 1 min pēc testa spriegumu pielietošanas, kas vienāds ar Unorm normalizēto vērtību un pusi no elektriskās mašīnas Urated nominālā sprieguma, kn <1.2.

Trīs aplūkotie raksturlielumi — izolācijas pretestība, absorbcijas koeficients un nelinearitātes koeficients — tiek izmantoti, lai atrisinātu jautājumu par iespēju ieslēgt elektrisko mašīnu bez izolācijas izžūšanas.

Pārbaudot izolācijas dielektrisko izturību saskaņā ar diagrammu attēlā. 2 visi tinuma pagriezieni ir praktiski pie vienāda sprieguma attiecībā pret korpusu (zemi) un tāpēc pagrieziena pret pagriezienu izolācija paliek nepārbaudīta.

Viens no veidiem, kā pārbaudīt izolācijas izolācijas dielektrisko izturību, ir palielināt spriegumu par 30%, salīdzinot ar nominālo. Šis spriegums tiek pievadīts no regulēta sprieguma avota EK uz tukšgaitas pārbaudes punktu.

Cita metode ir piemērojama ģeneratoriem, kas darbojas tukšgaitā, un tā sastāv no ģeneratora ierosmes strāvas palielināšanas, līdz statora vai armatūras spailēs tiek iegūts spriegums (1,3 ÷ 1,5) Unom atkarībā no mašīnas veida.Ņemot vērā, ka pat dīkstāves režīmā elektrisko mašīnu tinumu patērētās strāvas var pārsniegt to nominālās vērtības, standarti ļauj veikt šādu pārbaudi ar paaugstinātu motora tinumiem pievadītā sprieguma frekvenci virs nominālvērtības vai plkst. palielināts ģeneratora ātrums.

Asinhrono motoru testēšanai var izmantot arī pārbaudes spriegumu ar frekvenci fi = 1,15 fn. Tādās pašās robežās var palielināt ģeneratora ātrumu.

Pārbaudot izolācijas dielektrisko izturību šādā veidā, starp blakus esošajiem spoles apgriezieniem tiks pielikts spriegums, kas skaitliski vienāds ar pielietotā sprieguma attiecību, kas dalīta ar spoles apgriezienu skaitu. Tas nedaudz atšķiras (par 30-50%) no tā, kas pastāv, kad izstrādājums darbojas ar nominālo spriegumu.

Kā jūs zināt, sprieguma pieauguma robeža, kas tiek piemērota uz serdes esošās spoles spailēm, ir saistīta ar šīs spoles strāvas nelineāro atkarību no sprieguma tās spailēs. Pie spriegumiem, kas ir tuvu nominālvērtībai Unom, serde nav piesātināta un strāva ir lineāri atkarīga no sprieguma (3. att., sadaļa OA).

Palielinoties spriegumam, U virs nominālās strāvas spolē strauji palielinās, un pie U = 2Unom strāva var desmitiem reižu pārsniegt nominālo vērtību. Lai būtiski palielinātu spriegumu uz vienu tinuma apgriezienu, izolācijas stiprību starp pagriezieniem pārbauda ar frekvenci, kas ir daudzkārt (desmit reizes vai vairāk) lielāka par nominālo.

Rīsi. 3. Spoles ar serdi strāvas atkarības grafiks no pielietotā sprieguma

Rīsi. 4.Tinumu izolācijas pārbaudes shēma pie palielinātas strāvas frekvences

Apskatīsim kontaktoru spoļu starpizolācijas pārbaudes principu (4. att.). Testa spole L2 tiek novietota uz sadalītās magnētiskās ķēdes stieņa. Spriegums U1 tiek pielikts uz spoles L1 spailēm ar paaugstinātu frekvenci, lai katram spoles L2 pagriezienam būtu spriegums, kas nepieciešams izolācijas dielektriskās stiprības pārbaudei no pagrieziena līdz pagriezienam. Ja spoles L2 tinumu izolācija ir labā stāvoklī, tad spoles L1 patērētā strāva, kas mērīta ar ampērmetru PA pēc spoles uzstādīšanas, būs tāda pati kā iepriekš. Pretējā gadījumā strāva spolē L1 palielinās.

Rīsi. 5. Dielektrisko zudumu leņķa pieskares mērīšanas shēma

Pēdējais no aplūkotajiem izolācijas parametriem ir dielektrisko zudumu tangenss.

Ir zināms, ka izolācijai ir aktīvā un reaktīvā pretestība, un, kad tai tiek pielikts periodisks spriegums, caur izolāciju plūst aktīvās un reaktīvās strāvas, tas ir, ir aktīvā P un reaktīvā Q jauda. Attiecību P pret Q sauc par dielektriskā zuduma leņķa tangensu un apzīmē ar tgδ.

Ja atceramies, ka P = IUcosφ un Q = IUsinφ, tad varam rakstīt:

tgδ ir aktīvās strāvas, kas plūst caur izolāciju, attiecība pret reaktīvā strāva.

Lai noteiktu tgδ, nepieciešams vienlaicīgi mērīt aktīvo un reaktīvo jaudu vai aktīvo un reaktīvo (kapacitatīvo) izolācijas pretestību. Tgδ mērīšanas princips ar otro metodi ir parādīts attēlā. 5, kur mērīšanas ķēde ir viens tilts.

Tilta sviras sastāv no kondensatora C0, mainīgā kondensatora C1, mainīgā R1 un nemainīgā R2 rezistoriem, kā arī no tinuma L kapacitātes un izolācijas pretestības pret izstrādājuma vai masas korpusu, ko parasti attēlo kā kondensatoru Cx. un rezistors Rx. Gadījumā, ja ir nepieciešams izmērīt tgδ nevis uz spoles, bet gan uz kondensatora, tā plāksnes ir tieši savienotas ar tilta ķēdes spailēm 1 un 2.

Tilta diagonāle ietver galvanometru P un strāvas avotu, kas mūsu gadījumā ir transformators T.

Tāpat kā citos tiltu ķēdes mērīšanas process sastāv no ierīces P minimālo rādījumu iegūšanas, secīgi mainot rezistora R1 pretestību un kondensatora C1 kapacitāti. Parasti tilta parametrus izvēlas tā, lai tgδ vērtība pie ierīces P nulles vai minimālajiem rādījumiem tiktu nolasīta tieši uz kondensatora C1 skalas.

Tgδ definīcija ir obligāta jaudas kondensatoriem un transformatoriem, augstsprieguma izolatoriem un citiem elektroierīcēm.

Sakarā ar to, ka dielektriskās stiprības testi un tgδ mērījumi parasti tiek veikti pie sprieguma virs 1000 V, ir jāievēro visi vispārīgie un īpašie drošības pasākumi.

Elektriskās izolācijas pārbaudes procedūra

Iepriekš apspriestie izolācijas parametri un raksturlielumi jānosaka secībā, kas noteikta noteikta veida izstrādājumu standartos.

Piemēram, jaudas transformatoros vispirms nosaka izolācijas pretestību un pēc tam mēra dielektrisko zudumu tangensu.

Rotējošām elektriskajām mašīnām pēc izolācijas pretestības mērīšanas pirms tās dielektriskās stiprības pārbaudes ir jāveic šādi testi: ar paaugstinātu griešanās frekvenci, ar īslaicīgu strāvas vai griezes momenta pārslodzi, ar pēkšņu īssavienojumu (ja tāds ir paredzēts šai sinhronajai iekārtai), tinumu taisnotā sprieguma izolācijas pārbaude (ja norādīts šīs iekārtas dokumentācijā).

Standarti vai specifikācijas konkrētiem mašīnu tipiem var papildināt šo sarakstu ar citiem testiem, kas var ietekmēt izolācijas dielektrisko izturību.