Elektros izoliacijos savybės ir bandymai

Elektros izoliacijos savybės ir lygiavertė grandinė

Kaip žinote, sąvoka „izoliacija“ praktiškai vartojama dviem sąvokoms apibūdinti:

1) būdas išvengti elektros kontakto tarp elektros gaminio dalių susidarymo,

2) šiam metodui taikyti panaudotos medžiagos ir gaminiai iš jų.

Elektros izoliacinės medžiagos veikiant jiems taikomai įtampai, atrandama savybė vesti elektros srovę. Nors elektros izoliacinių medžiagų laidumo vertė yra keliomis eilėmis mažesnė nei laidų, ji vis dėlto atlieka reikšmingą vaidmenį ir daugiausia lemia elektros gaminio veikimo patikimumą.

Veikiant izoliacijai įtampai, per ją teka srovė, vadinama nuotėkio srove, kuri laikui bėgant kinta.

Norint ištirti ir iliustruoti elektros izoliacijos savybes, įprasta ją pavaizduoti tam tikro modelio forma, vadinama ekvivalentine grandine (1 pav.), kurioje yra keturios lygiagrečiai sujungtos elektros grandinės.Pirmajame iš jų yra tik kondensatorius C1, vadinamas geometrine talpa.

Ryžiai. 1. Elektros izoliacijos lygiavertė grandinė

Dėl šios talpos atsiranda momentinė įsijungimo srovė, kuri atsiranda, kai į izoliaciją yra įjungta nuolatinė įtampa, kuri išnyksta beveik per kelias sekundes, ir talpinė srovė, tekanti per izoliaciją, kai į ją patenka kintamoji įtampa. Ši talpa vadinama geometrine, nes priklauso nuo izoliacijos: jos matmenų (storio, ilgio ir kt.) ir vietos tarp srovę nešančios dalies A ir korpuso (žemės).

Antroji schema apibūdina izoliacijos vidinę struktūrą ir savybes, įskaitant jos struktūrą, lygiagrečiai sujungtų kondensatorių ir rezistorių grupių skaičių. Srovė I2, tekanti per šią grandinę, vadinama sugerties srove. Pradinė šios srovės vertė yra proporcinga izoliacijos plotui ir atvirkščiai proporcinga jos storiui.

Jei elektros gaminio srovę nešančios dalys yra izoliuotos dviem ar daugiau izoliacijos sluoksnių (pavyzdžiui, laido izoliacija ir ritės izoliacija), tada lygiavertėje grandinėje sugerties šaka vaizduojama dviejų ar daugiau nuosekliai sujungtų kondensatoriaus ir rezistoriaus grupės, apibūdinančios vieno iš izoliacijos sluoksnių savybes. Šioje schemoje nagrinėjama dviejų sluoksnių izoliacija, kurios sluoksnis pakeičiamas kondensatoriaus C2 ir rezistoriaus R1 elementų grupe, o antrasis - C3 ir R2.

Trečiojoje grandinėje yra vienas rezistorius R3 ir jis apibūdina izoliacijos nuostolius, kai jai tiekiama nuolatinė įtampa.Šio rezistoriaus varža, dar vadinama izoliacijos varža, priklauso nuo daugelio veiksnių: dydžio, medžiagos, konstrukcijos, temperatūros, izoliacijos būklės, įskaitant drėgmę ir nešvarumus ant jo paviršiaus, bei taikomos įtampos.

Esant vieniems izoliacijos defektams (pavyzdžiui, dėl pažeidimo), varžos R3 priklausomybė nuo įtampos tampa netiesinė, o kitiems, pavyzdžiui, esant stipriai drėgmei, didėjant įtampai praktiškai nekinta. Šia šaka tekanti srovė I3 vadinama tiesiogine srove.

Ketvirtoji grandinė pavaizduota lygiavertėje MF kibirkštinio tarpo grandinėje, kuri apibūdina izoliacijos dielektrinį stiprumą, skaitinį išreiškimą įtampos verte, kuriai esant izoliacinė medžiaga praranda izoliacines savybes ir sugenda veikiant srovei. I4 einantis pro jį.

Ši izoliacijos ekvivalentinė grandinė leidžia ne tik aprašyti joje vykstančius procesus, kai įjungiama įtampa, bet ir nustatyti parametrus, kuriuos stebint galima įvertinti jos būseną.

Elektros izoliacijos bandymo metodai

Paprasčiausias ir labiausiai paplitęs būdas įvertinti izoliacijos būklę ir jos vientisumą – išmatuoti jos varžą naudojant megohmetrą.

Atkreipkime dėmesį į tai, kad kondensatorių buvimas ekvivalentinėje grandinėje paaiškina ir izoliacijos gebėjimą kaupti elektros krūvius. Todėl elektros mašinų ir transformatorių apvijos prieš ir po izoliacijos varžos matavimo turi būti iškrautos įžeminant gnybtą, prie kurio prijungtas megohmetras.

Matuojant elektros mašinų ir transformatorių izoliacijos varžą, turi būti stebima apvijų temperatūra, kuri įrašoma į bandymo protokolą. Žinant temperatūrą, kurioje buvo atlikti matavimai, būtina palyginti matavimo rezultatus tarpusavyje, nes izoliacijos varža smarkiai kinta priklausomai nuo temperatūros: vidutiniškai izoliacijos varža sumažėja 1,5 karto didėjant temperatūrai kas 10 °C. o taip pat didėja atitinkamai mažėjant temperatūrai.

Atsižvelgiant į tai, kad drėgmė, kuri visada yra izoliacinėse medžiagose, turi įtakos matavimo rezultatams, izoliacijos kokybę apibūdinantys parametrai nėra nustatomi žemesnėje nei + 10 ° C temperatūroje, nes gauti rezultatai neduos teisinga tikrosios izoliacijos būsenos idėja.

Matuojant praktiškai šalto gaminio izoliacijos varžą, galima laikyti, kad izoliacijos temperatūra lygi aplinkos temperatūrai. Visais kitais atvejais izoliacijos temperatūra sąlyginai laikoma lygi apvijų temperatūrai, matuojama pagal jų aktyviąją varžą.

Kad išmatuota izoliacijos varža ženkliai nesiskirtų nuo tikrosios vertės, matavimo grandinės elementų – laidų, izoliatorių ir kt. – izoliacijos varža turi įvesti minimalią matavimo rezultato paklaidą.Todėl matuojant elektros prietaisų, kurių įtampa iki 1000 V, izoliacijos varžą, šių elementų varža turi būti ne mažesnė kaip 100 megohm, o matuojant galios transformatorių izoliacijos varžą – ne mažesnė kaip megommetro matavimo riba. .

Jei ši sąlyga neįvykdyta, matavimo rezultatai turi būti pakoreguoti pagal grandinės elementų izoliacijos varžą. Norėdami tai padaryti, izoliacijos varža matuojama du kartus: vieną kartą su visiškai surinkta grandine ir prijungtu gaminiu, o antrą kartą - kai gaminys yra atjungtas. Pirmojo matavimo rezultatas suteiks grandinės ir gaminio Re ekvivalentinę izoliacijos varžą, o antrojo matavimo rezultatas – matavimo grandinės elementų varžą Rc. Tada gaminio izoliacijos varža

Jei kai kurių kitų gaminių elektros mašinoms izoliacijos varžos matavimo seka nenustatyta, tai galios transformatoriams ši matavimo seka reglamentuojama standartu, pagal kurį pirmiausia matuojama žemos įtampos apvijos izoliacijos varža (LV). Likusios apvijos, taip pat bakas, turi būti įžemintos. Jei rezervuaro nėra, transformatoriaus korpusas arba jo karkasas turi būti įžeminti.

Esant trims įtampos apvijoms — žemesnės įtampos, vidutinės aukštos įtampos ir aukštesnės įtampos — po žemos įtampos apvijos reikia išmatuoti vidutinės įtampos apvijos izoliacijos varžą ir tik tada aukštesnę.Natūralu, kad atliekant visus matavimus, likusieji gyvatukai, kaip ir bakas, turi būti įžeminti, o neįžeminta ritė turi būti iškrauta po kiekvieno matavimo, prijungus prie dėžutės bent 2 minutes. Jeigu matavimų rezultatai neatitinka nustatytų reikalavimų, tuomet bandymai turi būti papildyti, nustatant elektra sujungtų apvijų izoliacijos varžą.

Dviejų apvijų transformatoriams aukštos ir žemos įtampos apvijų varža turi būti matuojama korpuso atžvilgiu, o trijų apvijų transformatoriams pirmiausia reikia išmatuoti aukštos ir vidutinės įtampos apvijas, tada aukštos, vidutinės ir žemos įtampos apvijas. .

Bandant transformatoriaus izoliaciją, reikia atlikti kelis matavimus, kad būtų nustatytos ne tik ekvivalentinės izoliacijos varžos reikšmės, bet ir apvijų izoliacijos varža būtų palyginta su kitomis apvijomis ir mašinos korpusu.

Elektros mašinų izoliacijos varža dažniausiai matuojama tarpusavyje sujungtomis fazinėmis apvijomis, o montavimo vietoje – kartu su kabeliais (šynomis). Jei matavimo rezultatai neatitinka nustatytų reikalavimų, tada matuojama kiekvienos fazės apvijos ir, jei reikia, kiekvienos apvijos šakos izoliacijos varža.

Reikia turėti omenyje, kad vien pagal izoliacijos varžos absoliučią vertę pagrįstai spręsti apie izoliacijos būklę sunku. Todėl, siekiant įvertinti elektros mašinų izoliacijos būklę eksploatacijos metu, šių matavimų rezultatai lyginami su ankstesnių.

Dideli, kelis kartus, atskirų fazių izoliacijos varžų neatitikimai dažniausiai rodo kokį nors reikšmingą defektą. Vienu metu sumažėjęs visų fazių apvijų izoliacijos pasipriešinimas, kaip taisyklė, rodo bendros jo paviršiaus būklės pasikeitimą.

Lyginant matavimo rezultatus, reikia prisiminti izoliacijos varžos priklausomybę nuo temperatūros. Todėl galima palyginti tarpusavyje matavimų, atliktų toje pačioje ar panašioje temperatūroje, rezultatus.

Kai izoliacijai taikoma įtampa yra pastovi, tuo labiau mažėja per ją tekanti bendra srovė Ii (žr. 1 pav.), tuo geresnė izoliacijos būklė, o, mažėjant srovei Ii, mažėja ir Ii. megohmetro padidėjimas. Dėl to, kad šios srovės komponentas I2, dar vadinamas sugerties srove, skirtingai nei I3 komponentas, nepriklauso nuo izoliacinio paviršiaus būklės, taip pat nuo užterštumo ir drėgmės kiekio, izoliacijos varžos dydžių santykis. tam tikru laiko momentu yra izoliacinės drėgmės charakteristika.

Standartai rekomenduoja izoliacijos varžą matuoti po 15 s (R15) ir po 60 s (R60) prijungus megometrą, o šių varžų santykis ka = R60 / R15 vadinamas sugerties koeficientu.

Su nedrėgna izoliacija ka> 2, o su drėgna izoliacija - ka ≈1.

Kadangi absorbcijos koeficiento reikšmė praktiškai nepriklauso nuo elektros mašinos dydžio ir įvairių atsitiktinių veiksnių, ją galima normalizuoti: ka ≥ 1,3 esant 20 °C temperatūrai.

Izoliacijos varžos matavimo paklaida neturi viršyti ± 20%, nebent tai būtų konkrečiai nustatyta konkrečiam gaminiui.

Elektros gaminiuose, atliekant elektrinio stiprumo bandymus, apvijų izoliacija atliekama nuo korpuso ir viena nuo kitos, taip pat su tarpine apvijų izoliacija.

Norint patikrinti ritių arba srovę nešančių dalių izoliacijos į korpusą dielektrinį stiprumą, į bandomos ritės arba srovę nešančių dalių gnybtus įvedama padidinta sinusinė įtampa 50 Hz dažniu. Įtampa ir jos naudojimo trukmė nurodoma kiekvieno konkretaus gaminio techninėje dokumentacijoje.

Bandant apvijų ir įtampą turinčių dalių izoliacijos prie korpuso dielektrinį stiprumą, visos kitos apvijos ir įtampingosios dalys, nedalyvaujančios bandymuose, turi būti elektra sujungtos su įžemintu gaminio korpusu. Pasibaigus bandymui, ritės turi būti įžemintos, kad būtų pašalintas likutinis krūvis.

Fig. 2 parodyta trifazio elektros variklio apvijos dielektrinio stiprio tikrinimo diagrama Viršįtampa generuojama bandomuoju įrenginiu AG, kuriame yra reguliuojamas įtampos šaltinis E. Aukštos įtampos pusėje įtampa matuojama fotovoltiniu voltmetru. Ampermetras PA naudojamas nuotėkio srovei per izoliaciją matuoti.

Laikoma, kad gaminys išlaikė testą, jei nėra izoliacijos gedimo ar paviršiaus persidengimo, taip pat jei nuotėkio srovė neviršija šio gaminio dokumentacijoje nurodytos vertės. Atminkite, kad turint ampermetrą, kuris stebi nuotėkio srovę, bandymo sąrankoje galima naudoti transformatorių.

Ryžiai. 2. Elektros gaminių izoliacijos dielektrinio stiprio tikrinimo schema

Be izoliacijos dažnio įtampos bandymo, izoliacija taip pat tikrinama su ištaisyta įtampa. Tokio bandymo pranašumas yra galimybė įvertinti izoliacijos būklę, remiantis nuotėkio srovių matavimo rezultatais esant skirtingoms bandomosios įtampos vertėms.

Norint įvertinti izoliacijos būklę, naudojamas netiesiškumo koeficientas

čia I1,0 ir I0,5 yra nuotėkio srovės praėjus 1 min. po bandomųjų įtampų, lygių normalizuotai Unorm vertei ir pusei elektros mašinos vardinės įtampos Urated, kn <1,2.

Trys nagrinėjamos charakteristikos - izoliacijos varža, absorbcijos koeficientas ir netiesiškumo koeficientas - yra naudojamos sprendžiant klausimą dėl galimybės įjungti elektrinę mašiną neišdžiūvus izoliacijai.

Bandant izoliacijos dielektrinį stiprumą pagal schemą pav. 2 visi apvijos apsisukimai yra praktiškai vienodos įtampos korpuso (žemės) atžvilgiu, todėl izoliacija posūkis į posūkį lieka nepatikrinta.

Vienas iš būdų patikrinti izoliacinės izoliacijos dielektrinį stiprumą yra padidinti įtampą 30%, palyginti su vardine. Ši įtampa tiekiama iš reguliuojamo įtampos šaltinio EK į tuščiosios eigos bandymo tašką.

Kitas metodas taikomas generatoriams, dirbantiems tuščiąja eiga, ir jį sudaro generatoriaus sužadinimo srovės didinimas, kol statoriaus arba armatūros gnybtuose gaunama įtampa (1,3 ÷ 1,5) Unom, priklausomai nuo mašinos tipo.Atsižvelgiant į tai, kad net ir tuščiosios eigos režimu elektros mašinų apvijų suvartojamos srovės gali viršyti jų vardines vertes, standartai leidžia atlikti tokį bandymą, kai į variklio apvijas tiekiama įtampa yra didesnė už vardinę vertę arba padidino generatoriaus greitį.

Asinchroniniams varikliams tikrinti taip pat galima naudoti bandomąją įtampą, kurios dažnis yra fi = 1,15 fn. Tose pačiose ribose galima padidinti generatoriaus greitį.

Tokiu būdu tikrinant izoliacijos dielektrinį stiprumą, tarp gretimų ritės apsisukimų bus taikoma įtampa, skaitinė lygi tiekiamos įtampos santykiui, padalytam iš ritės apsisukimų skaičiaus. Jis šiek tiek skiriasi (30–50%) nuo to, kuris egzistuoja, kai gaminys veikia esant vardinei įtampai.

Kaip žinote, ritės, esančios ant šerdies, gnybtų įtampos padidėjimo riba yra dėl netiesinės šios ritės srovės priklausomybės nuo įtampos jos gnybtuose. Esant įtampai, artimai vardinei Unom vertei, šerdis nėra prisotinta, o srovė tiesiškai priklauso nuo įtampos (3 pav., skyrius OA).

Didėjant įtampai, U virš vardinės srovės ritėje smarkiai padidėja, o esant U = 2Unom srovė gali dešimtis kartų viršyti vardinę vertę. Siekiant žymiai padidinti įtampą vienam apvijos apsisukimui, izoliacijos stiprumas tarp posūkių tikrinamas dažniu, kuris daug kartų (dešimt ir daugiau kartų) yra didesnis už vardinį.

Ryžiai. 3. Ritės su šerdimi srovės priklausomybės nuo veikiančios įtampos grafikas

Ryžiai. 4.Apvijos izoliacijos bandymo schema esant padidintam srovės dažniui

Panagrinėkime kontaktorių ritinių tarpinės izoliacijos bandymo principą (4 pav.). Bandymo ritė L2 uždedama ant suskaidytos magnetinės grandinės strypo. Į ritės L1 gnybtus padidintu dažniu įvedama įtampa U1, kad kiekvienam ritės L2 apsisukimui būtų įtampa, reikalinga izoliacijos dielektriniam stipriui patikrinti nuo posūkio iki posūkio. Jei ritės L2 apvijų izoliacija yra geros būklės, tada ritės L1 suvartojama srovė, išmatuota ampermetru PA po ritės montavimo, bus tokia pati kaip ir anksčiau. Priešingu atveju, srovė ritėje L1 padidėja.

Ryžiai. 5. Dielektrinių nuostolių kampo liestinės matavimo schema

Paskutinė iš nagrinėjamų izoliacijos charakteristikų yra dielektrinių nuostolių liestinė.

Yra žinoma, kad izoliacija turi aktyviąją ir reaktyviąją varžą, o kai į ją patenka periodinė įtampa, per izoliaciją teka aktyvioji ir reaktyvioji srovės, tai yra, yra aktyvioji P ir reaktyvioji Q galios. Santykis P ir Q vadinamas dielektrinių nuostolių kampo liestine ir žymimas tgδ.

Jei prisiminsime, kad P = IUcosφ ir Q = IUsinφ, tada galime parašyti:

tgδ yra aktyviosios srovės, tekančios per izoliaciją, santykis su reaktyvioji srovė.

Norint nustatyti tgδ, reikia vienu metu matuoti aktyviąją ir reaktyviąją galią arba aktyviąją ir reaktyviąją (talpinę) izoliacijos varžą. Tgδ matavimo antruoju metodu principas parodytas fig. 5, kur matavimo grandinė yra vienas tiltas.

Tilto strypus sudaro pavyzdinis kondensatorius C0, kintamasis kondensatorius C1, kintamasis R1 ir pastovus R2 rezistoriai, taip pat apvijos L talpa ir izoliacijos varža gaminio korpusui arba masėms, paprastai vaizduojama kaip kondensatorius Cx. ir rezistorius Rx. Tuo atveju, kai reikia matuoti tgδ ne ant ritės, o ant kondensatoriaus, jo plokštės yra tiesiogiai prijungtos prie tilto grandinės 1 ir 2 gnybtų.

Tilto įstrižainė apima galvanometrą P ir maitinimo šaltinį, kuris mūsų atveju yra transformatorius T.

Kaip ir kituose tilto grandinės matavimo procesas susideda iš minimalių prietaiso P rodmenų gavimo, nuosekliai keičiant rezistoriaus R1 varžą ir kondensatoriaus C1 talpą. Paprastai tiltelio parametrai parenkami taip, kad tgδ reikšmė esant nuliui arba minimaliems prietaiso P rodmenims būtų skaitoma tiesiogiai kondensatoriaus C1 skalėje.

Tgδ apibrėžimas yra privalomas galios kondensatoriams ir transformatoriams, aukštos įtampos izoliatoriams ir kitiems elektros gaminiams.

Dėl to, kad dielektrinio stiprumo bandymai ir tgδ matavimai paprastai atliekami esant aukštesnei nei 1000 V įtampai, reikia laikytis visų bendrųjų ir specialiųjų saugos priemonių.

Elektros izoliacijos bandymo procedūra

Aukščiau aptarti izoliacijos parametrai ir charakteristikos turi būti nustatomos tam tikros rūšies gaminių standartuose nustatyta tvarka.

Pavyzdžiui, galios transformatoriuose pirmiausia nustatoma izoliacijos varža, o tada matuojama dielektrinių nuostolių liestinė.

Besisukančioms elektros mašinoms, išmatavus izoliacijos varžą prieš tikrinant jos dielektrinį stiprumą, būtina atlikti šiuos bandymus: esant padidintam sukimosi dažniui, esant trumpalaikei srovės ar sukimo momento perkrovai, esant staigiam trumpajam jungimui (jei yra skirta šiai sinchroninei mašinai), apvijų išlygintos įtampos izoliacijos bandymą (jei nurodyta šios mašinos dokumentacijoje).

Konkrečių mašinų tipų standartai arba specifikacijos gali papildyti šį sąrašą kitais bandymais, kurie gali turėti įtakos izoliacijos dielektriniam stiprumui.