Електрична изолациона својства и испитивања

Особине и еквивалентно коло електричне изолације

Као што знате, термин «изолација» се у пракси користи за означавање два концепта:

1) начин спречавања стварања електричног контакта између делова електричног производа,

2) материјали и производи од њих који се користе за примену ове методе.

Електрични изолациони материјали под утицајем напона примењеног на њих открива се својство провођења електричне струје. Иако је вредност проводљивости електричних изолационих материјала неколико редова величине нижа од вредности жица, она ипак игра значајну улогу и у великој мери одређује поузданост рада електричног производа.

Под дејством напона примењеног на изолацију, кроз њу тече струја, названа струја цурења, која се мења током времена.

Да би се проучила и илустровала својства електричне изолације, уобичајено је да се она представи у виду одређеног модела који се назива еквивалентно коло (слика 1), које садржи четири електрична кола повезана паралелно.Први од њих садржи само кондензатор Ц1, који се назива геометријска капацитивност.

Пиринач. 1. Еквивалентно коло електричне изолације

Присуство ове капацитивности изазива појаву тренутне ударне струје која настаје када се на изолацију примени једносмерни напон, који се распада за скоро неколико секунди, и капацитивна струја која тече кроз изолацију када се на њу примени наизменични напон. Овај капацитет се назива геометријским јер зависи од изолације: њених димензија (дебљине, дужине итд.) и локације између струјног дела А и кућишта (уземљења).

Друга шема карактерише унутрашњу структуру и својства изолације, укључујући њену структуру, број група кондензатора и отпорника повезаних паралелно. Струја И2 која тече кроз ово коло назива се струја апсорпције. Почетна вредност ове струје је пропорционална површини изолације и обрнуто пропорционална њеној дебљини.

Ако су делови електричног производа који носе струју изоловани са два или више слојева изолације (на пример, изолација жице и изолација намотаја), онда је у еквивалентном колу апсорпциона грана представљена у облику два или више серијски повезаних групе кондензатора и отпорника који карактеришу својства на једном од изолационих слојева. У овој шеми разматра се двослојна изолација, чији је слој замењен групом елемената кондензатора Ц2 и отпорника Р1, а други са Ц3 и Р2.

Треће коло садржи један отпорник Р3 и карактерише губитак изолације када се на њега примени једносмерни напон.Отпор овог отпорника, који се назива и отпор изолације, зависи од многих фактора: величине, материјала, конструкције, температуре, стања изолације, укључујући влагу и прљавштину на његовој површини и примењеног напона.

Код неких недостатака изолације (на пример, кроз оштећење), зависност отпора Р3 од напона постаје нелинеарна, док се за друге, на пример, са јаком влагом, практично не мења са повећањем напона. Струја И3 која тече кроз ову грану назива се струја унапред.

Четврто коло је представљено у еквивалентном колу МФ искришта, које карактерише диелектричну чврстоћу изолације, нумерички изражену вредношћу напона при којем изолациони материјал губи изолациона својства и разбија се под дејством струје. И4 пролазећи кроз њега.

Ово изолационо еквивалентно коло омогућава не само да опише процесе који се у њему одвијају када се примени напон, већ и да се подесе параметри који се могу посматрати да би се проценило његово стање.

Методе испитивања електричне изолације

Најједноставнији и најчешћи начин да се процени стање изолације и њен интегритет је мерење њеног отпора помоћу мегоомметра.

Обратимо пажњу на чињеницу да присуство кондензатора у еквивалентном колу објашњава и способност изолације да акумулира електрична наелектрисања. Због тога се намотаји електричних машина и трансформатора пре и после мерења отпора изолације морају испразнити уземљењем терминала на који се повезани мегоомметар.

Приликом мерења отпора изолације електричних машина и трансформатора мора се пратити температура намотаја, што се евидентира у извештају о испитивању. Познавајући температуру на којој су извршена мерења неопходно је упоредити резултате мерења једни са другима, јер се отпор изолације нагло мења у зависности од температуре: у просеку, отпор изолације се смањује за 1,5 пута са повећањем температуре на сваких 10 ° Ц а такође расте са одговарајућим смањењем температуре.

Због чињенице да влага, која се увек налази у изолационим материјалима, утиче на резултате мерења, одређивање параметара који карактеришу квалитет изолације не врши се на температурама испод + 10 °Ц, јер добијени резултати неће дати тачна идеја о правом стању изолације.

Приликом мерења отпора изолације практично хладног производа, температура изолације се може претпоставити једнаком температури околине. У свим осталим случајевима, условно се претпоставља да је температура изолације једнака температури намотаја, мерена њиховим активним отпором.

Како се измерени отпор изолације не би значајно разликовао од праве вредности, сопствени отпор изолације елемената мерног кола — жица, изолатора итд. — треба да унесе минималну грешку у резултат мерења.Дакле, при мерењу отпора изолације електричних уређаја напона до 1000 В, отпор ових елемената мора бити најмање 100 мегоома, а при мерењу отпора изолације енергетских трансформатора - не мањи од границе мерења мегоомметра. .

Ако овај услов није испуњен, резултати мерења се морају кориговати за изолациони отпор елемената кола. Да би се то урадило, изолациони отпор се мери два пута: једном са потпуно састављеним колом и повезаним производом, а други пут са искљученим производом. Резултат првог мерења ће дати еквивалентни отпор изолације кола и производа Ре, а резултат другог мерења ће дати отпор елемената мерног кола Рц. Затим изолациони отпор производа

Ако за електричне машине неких других производа није успостављен редослед мерења отпора изолације, онда је код енергетских трансформатора овај редослед мерења регулисан стандардом по коме се прво мери изолациони отпор нисконапонског намотаја (НН). Преостали намотаји, као и резервоар, морају бити уземљени. У недостатку резервоара, кућиште трансформатора или његов скелет морају бити уземљени.

У присуству три напона намотаја — нижег напона, средњег високог напона и вишег напона — после нисконапонског намотаја потребно је измерити отпор изолације средњенапонског намотаја па тек онда виши напон.Наравно, за сва мерења, преостали калемови, као и резервоар, морају бити уземљени, а неуземљени калем се мора испразнити након сваког мерења повезивањем на кутију на најмање 2 минута. Ако резултати мерења не испуњавају утврђене захтеве, онда се испитивања морају допунити одређивањем изолационог отпора намотаја међусобно електрично повезаних.

За трансформаторе са два намотаја треба мерити отпор намотаја високог и ниског напона у односу на кућиште, а за трансформаторе са три намотаја прво треба мерити намотаје високог и средњег напона, затим намотаје високог, средњег и ниског напона. .

Приликом тестирања изолације трансформатора потребно је извршити неколико мерења како би се утврдиле не само вредности еквивалентног отпора изолације, већ и упоредио отпор изолације намотаја са другим намотајима и телом машине.

Отпор изолације електричних машина обично се мери међусобно повезаним фазним намотајима, а на месту уградње — заједно са кабловима (сабирницама). Ако резултати мерења не испуњавају утврђене захтеве, онда се мери отпор изолације сваког фазног намотаја и, ако је потребно, сваке гране намотаја.

Треба имати на уму да је тешко разумно судити о стању изолације само по апсолутној вредности отпора изолације. Због тога, да би се проценило стање изолације електричних машина током рада, резултати ових мерења се упоређују са резултатима претходних.

Значајна, неколико пута, неслагања између отпора изолације појединих фаза обично указују на неки значајан недостатак. Истовремено смањење отпора изолације за све фазне намотаје, по правилу, указује на промену општег стања његове површине.

Приликом упоређивања резултата мерења треба запамтити зависност отпора изолације од температуре. Због тога је могуће међусобно упоређивати резултате мерења на истој или сличној температури.

Када је напон који се примењује на изолацију константан, укупна струја Ии (види слику 1) која тече кроз њу опада утолико више што је стање изолације боље, а у складу са смањењем струје Ии, очитавања струје Ии повећање мегоомметра. Због чињенице да И2 компонента ове струје, која се назива и струја апсорпције, за разлику од компоненте И3, не зависи од стања изолационе површине, као ни од контаминације и садржаја влаге, однос вредности отпора изолације у датим тренуцима времена узима се као карактеристика изолационог садржаја влаге.

Стандарди препоручују мерење отпора изолације након 15 с (Р15) и након 60 с (Р60) након повезивања мегоомметра, а однос ових отпора ка = Р60 / Р15 назива се коефицијент апсорпције.

Са невлажном изолацијом, ка> 2, а са влажном изолацијом — ка ≈1.

Пошто је вредност коефицијента апсорпције практично независна од величине електричне машине и различитих случајних фактора, може се нормализовати: ка ≥ 1,3 на 20 ° Ц.

Грешка у мерењу отпора изолације не би требало да прелази ± 20%, осим ако није посебно утврђено за одређени производ.

У електричним производима, испитивања електричне чврстоће подвргавају изолацију намотаја према телу и једни према другима, као и међуизолацију намотаја.

Да би се проверила диелектрична чврстоћа изолације калемова или струјних делова до кућишта, на стезаљке испитиваног намотаја или струјних делова примењује се повећан синусоидни напон фреквенције од 50 Хз. Напон и трајање његове примене су назначени у техничкој документацији за сваки конкретан производ.

Приликом испитивања диелектричне чврстоће изолације намотаја и делова под напоном на телу, сви остали намотаји и делови под напоном који нису укључени у испитивања морају бити електрично повезани са уземљеним телом производа. Након завршетка теста, калемове треба уземљити да би се уклонило заостало пуњење.

На сл. На слици 2 приказан је дијаграм за испитивање диелектричне чврстоће намотаја трофазног електромотора Пренапон се генерише испитном инсталацијом АГ која садржи регулисани извор напона Е. Напон се мери на страни високог напона фотонапонским волтметром. Амперметар ПА се користи за мерење струје цурења кроз изолацију.

Сматра се да је производ прошао испитивање ако нема квара изолације или преклапања површине, као и ако струја цурења не прелази вредност наведену у документацији за овај производ. Имајте на уму да амперметар који прати струју цурења омогућава коришћење трансформатора у поставци за тестирање.

Пиринач. 2. Шема за испитивање диелектричне чврстоће изолације електричних производа

Поред испитивања фреквенције напона изолације, изолација се испитује и исправљеним напоном. Предност оваквог теста је могућност да се процени стање изолације на основу резултата мерења струја цурења на различитим вредностима испитног напона.

Да би се проценило стање изолације, користи се коефицијент нелинеарности

где су И1.0 и И0.5 струје цурења 1 мин након примене испитних напона једнаке нормализованој вредности Унорм и половини називног напона електричне машине Уратед, кн <1,2.

Три разматране карактеристике — отпор изолације, коефицијент апсорпције и коефицијент нелинеарности — користе се за решавање питања могућности укључивања електричне машине без исушивања изолације.

Приликом испитивања диелектричне чврстоће изолације према дијаграму на сл. 2 сви завоји намотаја су на практично истом напону у односу на тело (уземљење) и стога изолација од завоја до завоја остаје непроверена.

Један од начина да се испита диелектрична чврстоћа изолационе изолације је повећање напона за 30% у поређењу са номиналним. Овај напон се примењује од регулисаног извора напона ЕК до тачке тестирања без оптерећења.

Друга метода је применљива на генераторе који раде у празном ходу и састоји се у повећању побудне струје генератора док се не добије напон (1,3 ÷ 1,5) Уном на прикључцима статора или арматуре, у зависности од типа машине.С обзиром да чак иу режиму мировања струје које троше намотаји електричних машина могу премашити своје номиналне вредности, стандарди дозвољавају да се такво испитивање спроведе при повећаној фреквенцији напона који се доводи на намотаје мотора изнад номиналне вредности или при повећана брзина генератора.

За испитивање асинхроних мотора могуће је користити и испитни напон са фреквенцијом фи = 1,15 фн. У истим границама, брзина генератора се може повећати.

Приликом испитивања диелектричне чврстоће изолације на такав начин, напон бројчано једнак односу примењеног напона подељен са бројем завоја калема ће се применити између суседних намотаја. Мало се разликује (за 30-50%) од оног који постоји када производ ради на називном напону.

Као што знате, граница повећања напона примењеног на терминале завојнице која се налази на језгру је последица нелинеарне зависности струје у овом калему од напона на његовим терминалима. При напонима близу номиналне вредности Уном, језгро није засићено и струја линеарно зависи од напона (слика 3, пресек ОА).

Како напон расте, У изнад називне струје у калему нагло расте, а при У = 2Уном струја може десетинама пута премашити називну вредност. Да би се значајно повећао напон по завоју намотаја, чврстоћа изолације између завоја се испитује на фреквенцији која је вишеструко (десет и више пута) већа од називне.

Пиринач. 3. Графикон зависности струје у калему са језгром од примењеног напона

Пиринач. 4.Шема испитивања изолације намотаја при повећаној фреквенцији струје

Размотримо принцип испитивања међуизолације намотаја контактора (слика 4). Испитни калем Л2 се поставља на штап подељеног магнетног кола. На стезаљке завојнице Л1 се доводи напон У1 са повећаном фреквенцијом, тако да за сваки завој намотаја Л2 постоји напон неопходан за испитивање диелектричне чврстоће изолације од завоја до завоја. Ако је изолација намотаја завојнице Л2 у добром стању, тада ће струја коју троши калем Л1 и измерена амперметром ПА након уградње завојнице бити иста као и раније. У супротном, струја у калему Л1 се повећава.

Пиринач. 5. Шема за мерење тангенте угла диелектричних губитака

Последња од разматраних карактеристика изолације — тангента диелектричних губитака.

Познато је да изолација има активни и реактивни отпор, а када се на њу примени периодични напон, кроз изолацију теку активна и реактивна струја, односно постоје активне П и реактивне К снаге. Однос П према К назива се тангент угла диелектричног губитка и означава се тгδ.

Ако се сетимо да је П = ИУцосφ и К = ИУсинφ, можемо написати:

тгδ је однос активне струје која протиче кроз изолацију до реактивна струја.

За одређивање тгδ потребно је истовремено мерити активну и реактивну снагу или активни и реактивни (капацитивни) отпор изолације. Принцип мерења тгδ другом методом приказан је на сл. 5, где је мерно коло један мост.

Кракови моста се састоје од примера кондензатора Ц0, променљивог кондензатора Ц1, променљивог Р1 и константног Р2 отпорника, као и капацитивности и изолационог отпора намотаја Л према телу производа или масе, који се конвенционално приказују као кондензатор Цк и отпорник Рк. У случају да је потребно мерити тгδ не на калему, већ на кондензатору, његове плоче су директно повезане на терминале 1 и 2 мостног кола.

Дијагонала моста укључује галванометар П и извор напајања, што је у нашем случају трансформатор Т.

Као и у другим мостовна кола процес мерења се састоји у добијању минималних очитавања уређаја П узастопним мењањем отпора отпорника Р1 и капацитивности кондензатора Ц1. Обично се параметри моста бирају тако да се вредност тгδ при нултом или минималном очитавању уређаја П очитава директно на скали кондензатора Ц1.

Дефиниција тгδ је обавезна за енергетске кондензаторе и трансформаторе, високонапонске изолаторе и друге електричне производе.

Због чињенице да се испитивања диелектричне чврстоће и мерења тгδ обављају по правилу на напонима изнад 1000 В, морају се поштовати све опште и посебне мере безбедности.

Поступак испитивања електричне изолације

Параметри и карактеристике изолације о којима је горе било речи морају се одредити редоследом утврђеним стандардима за одређене врсте производа.

На пример, код енергетских трансформатора прво се одређује отпор изолације, а затим се мери тангента диелектричног губитка.

За ротационе електричне машине, након мерења отпора изолације пре испитивања њене диелектричне чврстоће, потребно је извршити следећа испитивања: при повећаној фреквенцији ротације, са краткотрајним преоптерећењем струје или обртног момента, са изненадним кратким спојем (ако је намењен овој синхроној машини), испитивање изолације исправљеног напона намотаја (ако је наведено у документацији за ову машину).

Стандарди или спецификације за одређене типове машина могу допунити ову листу другим тестовима који могу утицати на диелектричну чврстоћу изолације.