Električna izolacijska svojstva i ispitivanja

Svojstva i nadomjesna shema električne izolacije

Kao što znate, pojam "izolacija" u praksi se koristi za označavanje dva pojma:

1) metoda sprječavanja stvaranja električnog kontakta između dijelova električnog proizvoda,

2) materijale i proizvode od njih korištene za primjenu ove metode.

Električni izolacijski materijali pod utjecajem napona koji se na njih primjenjuje otkriva se svojstvo provođenja električne struje. Iako je vrijednost vodljivosti električnih izolacijskih materijala nekoliko redova veličine niža od vodljivosti žica, ona ipak igra značajnu ulogu i uvelike određuje pouzdanost rada električnog proizvoda.

Pod djelovanjem napona primijenjenog na izolaciju, kroz nju teče struja, koja se naziva struja curenja, koja se mijenja s vremenom.

Kako bi se proučavala i ilustrirala svojstva električne izolacije, uobičajeno je prikazati je u obliku određenog modela nazvanog ekvivalentni krug (slika 1), koji sadrži četiri električna kruga spojena paralelno.Prvi od njih sadrži samo kondenzator C1, nazvan geometrijski kapacitet.

Riža. 1. Nadomjesna shema električne izolacije

Prisutnost ovog kapaciteta uzrokuje pojavu trenutne udarne struje koja se javlja kada se na izolaciju dovede istosmjerni napon, koji opada u gotovo nekoliko sekundi, te kapacitivne struje koja teče kroz izolaciju kada se na nju dovede izmjenični napon. Taj se kapacitet naziva geometrijskim jer ovisi o izolaciji: njezinim dimenzijama (debljini, duljini itd.) i položaju između dijela A koji nosi struju i kućišta (uzemljenja).

Druga shema karakterizira unutarnju strukturu i svojstva izolacije, uključujući njegovu strukturu, broj skupina kondenzatora i otpornika spojenih paralelno. Struja I2 koja teče ovim krugom naziva se apsorpcijska struja. Početna vrijednost ove struje proporcionalna je površini izolacije i obrnuto proporcionalna njezinoj debljini.

Ako su dijelovi električnog proizvoda pod naponom izolirani s dva ili više slojeva izolacije (na primjer, izolacija žice i izolacija svitka), tada je u ekvivalentnom krugu apsorpcijska grana predstavljena u obliku dva ili više serijski spojenih spojeva. skupine kondenzatora i otpornika koje karakteriziraju svojstva jednog od izolacijskih slojeva. U ovoj se shemi razmatra dvoslojna izolacija, čiji je sloj zamijenjen skupinom elemenata kondenzatora C2 i otpornika R1, a drugi C3 i R2.

Treći krug sadrži jedan otpornik R3 i karakterizira gubitak izolacije kada se na njega primijeni istosmjerni napon.Otpor ovog otpornika, koji se naziva i izolacijski otpor, ovisi o mnogim čimbenicima: veličini, materijalu, konstrukciji, temperaturi, stanju izolacije, uključujući vlagu i prljavštinu na njegovoj površini, i primijenjenom naponu.

S nekim nedostacima izolacije (na primjer, oštećenjem), ovisnost otpora R3 na napon postaje nelinearna, dok se za druge, na primjer, s jakom vlagom, praktički ne mijenja s povećanjem napona. Struja I3 koja teče ovom granom naziva se prednja struja.

Četvrti krug prikazan je u ekvivalentnom krugu MF iskrišta, koji karakterizira dielektričnu čvrstoću izolacije, numerički izraženu vrijednošću napona pri kojem izolacijski materijal gubi izolacijska svojstva i dolazi do raspada pod djelovanjem struje I4 prolazeći kroz njega.

Ovaj izolacijski ekvivalentni krug omogućuje ne samo opisivanje procesa koji se odvijaju u njemu kada se primijeni napon, već i postavljanje parametara koji se mogu promatrati kako bi se procijenilo njegovo stanje.

Metode ispitivanja električne izolacije

Najjednostavniji i najčešći način za procjenu stanja izolacije i njezinog integriteta je mjerenje otpora pomoću megaommetra.

Obratimo pozornost na činjenicu da prisutnost kondenzatora u ekvivalentnom krugu također objašnjava sposobnost izolacije da akumulira električne naboje. Stoga se namoti električnih strojeva i transformatora prije i nakon mjerenja izolacijskog otpora moraju isprazniti uzemljenjem priključka na koji spojeni megohmmetar.

Pri mjerenju izolacijskog otpora električnih strojeva i transformatora mora se pratiti temperatura namota, što se upisuje u zapisnik o ispitivanju. Poznavanje temperature na kojoj su izvršena mjerenja potrebno je za međusobnu usporedbu rezultata mjerenja, jer se otpor izolacije naglo mijenja ovisno o temperaturi: u prosjeku se otpor izolacije smanjuje za 1,5 puta s povećanjem temperature svakih 10 ° C a također raste s odgovarajućim smanjenjem temperature.

Zbog činjenice da vlaga, koja je uvijek sadržana u izolacijskim materijalima, utječe na rezultate mjerenja, određivanje parametara koji karakteriziraju kvalitetu izolacije ne provodi se na temperaturama ispod + 10 ° C, budući da dobiveni rezultati neće dati ispravna predodžba o pravom stanju izolacije.

Pri mjerenju izolacijskog otpora praktički hladnog proizvoda, može se pretpostaviti da je temperatura izolacije jednaka temperaturi okoline. U svim ostalim slučajevima uvjetno se pretpostavlja da je temperatura izolacije jednaka temperaturi namota, mjerenoj njihovim aktivnim otporom.

Kako se izmjereni izolacijski otpor ne bi značajno razlikovao od stvarne vrijednosti, vlastiti izolacijski otpor elemenata mjernog kruga — žice, izolatora i sl. — treba unijeti minimalnu pogrešku u rezultat mjerenja.Stoga, pri mjerenju izolacijskog otpora električnih uređaja s naponom do 1000 V, otpor ovih elemenata mora biti najmanje 100 megohma, a pri mjerenju izolacijskog otpora energetskih transformatora - ne manji od granice mjerenja megohmetra. .

Ako ovaj uvjet nije ispunjen, rezultati mjerenja moraju se korigirati za izolacijski otpor elemenata kruga. Da biste to učinili, izolacijski otpor se mjeri dvaput: jednom s potpuno sastavljenim strujnim krugom i spojenim proizvodom, a drugi put s odspojenim proizvodom. Rezultat prvog mjerenja dat će ekvivalentni izolacijski otpor kruga i produkta Re, a rezultat drugog mjerenja otpor elemenata mjernog kruga Rc. Zatim izolacijski otpor proizvoda

Ako za električne strojeve nekih drugih proizvoda nije utvrđen redoslijed mjerenja izolacijskog otpora, onda je za energetske transformatore ovaj redoslijed mjerenja reguliran normom prema kojoj se prvo mjeri izolacijski otpor niskonaponskog namota (NN). Preostali namoti, kao i spremnik, moraju biti uzemljeni. U nedostatku spremnika, kućište transformatora ili njegov kostur moraju biti uzemljeni.

U prisustvu tri naponska namota - nižeg napona, srednjeg visokog napona i višeg napona - nakon niskonaponskog namota potrebno je izmjeriti otpor izolacije srednjenaponskog namota, a tek onda višeg napona.Naravno, za sva mjerenja, preostale zavojnice, kao i spremnik, moraju biti uzemljeni, a neuzemljena zavojnica mora se isprazniti nakon svakog mjerenja spajanjem na kutiju najmanje 2 minute. Ako rezultati mjerenja ne zadovoljavaju utvrđene zahtjeve, tada se ispitivanja moraju dopuniti određivanjem izolacijskog otpora namota koji su međusobno električno povezani.

Za transformatore s dva namota treba izmjeriti otpor namota visokog i niskog napona u odnosu na kućište, a za transformatore s tri namota prvo treba izmjeriti namotaje visokog i srednjeg napona, zatim namotaje visokog, srednjeg i niskog napona. .

Prilikom ispitivanja izolacije transformatora potrebno je izvršiti nekoliko mjerenja kako bi se utvrdile ne samo vrijednosti ekvivalentnog izolacijskog otpora, već i usporediti izolacijski otpor namota s drugim namotima i tijelom stroja.

Izolacijski otpor električnih strojeva obično se mjeri s međusobno povezanim faznim namotima, a na mjestu ugradnje - zajedno s kabelima (sabirnicama). Ako rezultati mjerenja ne zadovoljavaju postavljene zahtjeve, tada se mjeri izolacijski otpor svakog faznog namota i, ako je potrebno, svake grane namota.

Treba imati na umu da je samo po apsolutnoj vrijednosti izolacijskog otpora teško razumno prosuditi stanje izolacije. Stoga, da bi se ocijenilo stanje izolacije električnih strojeva tijekom rada, rezultati ovih mjerenja uspoređuju se s rezultatima prethodnih.

Značajna, nekoliko puta, odstupanja između izolacijskih otpora pojedinih faza obično ukazuju na neki značajan nedostatak. Istodobno smanjenje izolacijskog otpora za sve fazne namotaje u pravilu ukazuje na promjenu općeg stanja njegove površine.

Pri usporedbi rezultata mjerenja treba imati na umu ovisnost izolacijskog otpora o temperaturi. Stoga je moguće međusobno uspoređivati ​​rezultate mjerenja provedenih na istoj ili sličnoj temperaturi.

Kada je napon primijenjen na izolaciju konstantan, ukupna struja Ii (vidi sliku 1) koja teče kroz nju opada što više, što je stanje izolacije bolje, au skladu sa smanjenjem struje Ii, očitanja povećanje megohmetra. Budući da komponenta I2 ove struje, koja se naziva i apsorpcijska struja, za razliku od komponente I3, ne ovisi o stanju izolacijske površine, kao ni o onečišćenju i sadržaju vlage, omjer vrijednosti otpora izolacije u danim trenucima vremena uzima se kao karakteristika izolacijske vlažnosti.

Norme preporučuju mjerenje izolacijskog otpora nakon 15 s (R15) i nakon 60 s (R60) nakon priključenja megohmetra, a omjer tih otpora ka = R60 / R15 naziva se koeficijent apsorpcije.

S nevlažnom izolacijom, ka> 2, a s vlažnom izolacijom - ka ≈1.

Budući da je vrijednost koeficijenta apsorpcije praktički neovisna o veličini električnog stroja i raznim slučajnim čimbenicima, može se normalizirati: ka ≥ 1,3 pri 20 °C.

Pogreška u mjerenju izolacijskog otpora ne smije prelaziti ± 20%, osim ako nije posebno utvrđeno za određeni proizvod.

Kod električnih proizvoda, ispitivanja električne čvrstoće podvrgavaju izolaciju namota prema tijelu i međusobno, kao i međuizolaciju namota.

Za provjeru dielektrične čvrstoće izolacije zavojnica ili strujnih dijelova na kućište, na stezaljke ispitivanog svitka ili strujnih dijelova dovodi se povećani sinusni napon frekvencije 50 Hz. Napon i trajanje njegove primjene navedeni su u tehničkoj dokumentaciji za svaki pojedini proizvod.

Prilikom ispitivanja dielektrične čvrstoće izolacije namota i dijelova pod naponom prema tijelu, svi ostali namoti i dijelovi pod naponom koji nisu uključeni u ispitivanja moraju biti električno povezani s uzemljenim tijelom proizvoda. Nakon završetka ispitivanja zavojnice treba uzemljiti kako bi se uklonio preostali naboj.

Na sl. Slika 2 prikazuje dijagram za ispitivanje dielektrične čvrstoće namota trofaznog elektromotora.Prenapon stvara ispitna instalacija AG koja sadrži regulirani izvor napona E. Napon se mjeri na visokonaponskoj strani fotonaponskim voltmetrom. Za mjerenje struje curenja kroz izolaciju koristi se ampermetar PA.

Smatra se da je proizvod prošao ispitivanje ako nema proboja izolacije ili preklapanja površine, te ako struja curenja ne prelazi vrijednost navedenu u dokumentaciji za ovaj proizvod. Imajte na umu da ampermetar koji nadzire struju curenja omogućuje korištenje transformatora u postavljanju ispitivanja.

Riža. 2. Shema za ispitivanje dielektrične čvrstoće izolacije električnih proizvoda

Osim frekvencijskog naponskog ispitivanja izolacije, izolacija se ispituje i ispravljenim naponom. Prednost takvog ispitivanja je mogućnost procjene stanja izolacije na temelju rezultata mjerenja struja curenja pri različitim vrijednostima ispitnog napona.

Za procjenu stanja izolacije koristi se koeficijent nelinearnosti

gdje su I1,0 i I0,5 struje curenja 1 min nakon primjene ispitnih napona jednake normaliziranoj vrijednosti Unorm i polovici nazivnog napona električnog stroja Urang., kn <1,2.

Tri razmatrane karakteristike — otpor izolacije, koeficijent apsorpcije i koeficijent nelinearnosti — koriste se za rješavanje pitanja mogućnosti uključivanja električnog stroja bez isušivanja izolacije.

Pri ispitivanju dielektrične čvrstoće izolacije prema dijagramu na sl. 2 svi zavoji namota su pod praktički istim naponom u odnosu na tijelo (masu) i stoga izolacija od zavoja do zavoja ostaje neprovjerena.

Jedan od načina ispitivanja dielektrične čvrstoće izolacijske izolacije je povećanje napona za 30% u odnosu na nazivni. Ovaj napon se dovodi iz reguliranog izvora napona EK na ispitnu točku praznog hoda.

Druga metoda je primjenjiva na generatore koji rade u praznom hodu i sastoji se u povećanju uzbudne struje generatora dok se ne postigne napon (1,3 ÷ 1,5) Unom na stezaljkama statora ili armature, ovisno o vrsti stroja.S obzirom da čak iu stanju mirovanja struje koje troše namoti električnih strojeva mogu premašiti njihove nazivne vrijednosti, norme dopuštaju provođenje takvog ispitivanja pri povećanoj frekvenciji napona koji se dovodi na namote motora iznad nazivne vrijednosti ili pri povećana brzina generatora.

Za ispitivanje asinkronih motora moguće je koristiti i ispitni napon frekvencije fi = 1,15 fn. U istim granicama može se povećati brzina generatora.

Prilikom ispitivanja dielektrične čvrstoće izolacije na takav način, između susjednih zavoja zavojnice primijenit će se napon numerički jednak omjeru primijenjenog napona podijeljenog s brojem zavoja zavojnice. Malo se razlikuje (za 30-50%) od onoga što postoji kada proizvod radi na nazivnom naponu.

Kao što znate, granica povećanja napona primijenjena na stezaljke zavojnice koja se nalazi na jezgri je posljedica nelinearne ovisnosti struje u ovoj zavojnici o naponu na njegovim stezaljkama. Pri naponima blizu nazivne vrijednosti Unom jezgra nije zasićena i struja linearno ovisi o naponu (slika 3, presjek OA).

Kako se napon povećava, U iznad nazivne struje u zavojnici naglo raste, a pri U = 2Unom struja može premašiti nazivnu vrijednost za desetke puta. Kako bi se značajno povećao napon po zavoju namota, ispituje se čvrstoća izolacije između zavoja na frekvenciji koja je višestruko (deset puta ili više) veća od nazivne.

Riža. 3. Grafikon ovisnosti struje u svitku s jezgrom o primijenjenom naponu

Riža. 4.Shema ispitivanja izolacije namota pri povećanoj frekvenciji struje

Razmotrimo princip ispitivanja međuizolacije zavojnica kontaktora (slika 4). Ispitna zavojnica L2 postavlja se na šipku razdvojenog magnetskog kruga. Na stezaljke zavojnice L1 dovodi se napon U1 s povećanom frekvencijom, tako da za svaki zavoj zavojnice L2 postoji napon potreban za ispitivanje dielektrične čvrstoće izolacije od zavoja do zavoja. Ako je izolacija namota zavojnice L2 u dobrom stanju, tada će struja koju troši zavojnica L1 i izmjerena ampermetrom PA nakon postavljanja zavojnice biti ista kao i prije. Inače se povećava struja u zavojnici L1.

Riža. 5. Shema za mjerenje tangensa kuta dielektričnih gubitaka

Posljednja od razmatranih karakteristika izolacije - tangens dielektričnog gubitka.

Poznato je da izolacija ima djelatni i jalovi otpor, a kada se na nju dovede periodički napon, kroz izolaciju teku djelatna i jalova struja, odnosno postoje djelatna P i jalova Q snaga. Omjer P prema Q naziva se tangens kuta dielektričnih gubitaka i označava se tgδ.

Ako se sjetimo da je P = IUcosφ i Q = IUsinφ, tada možemo napisati:

tgδ je omjer aktivne struje koja teče kroz izolaciju prema reaktivna struja.

Za određivanje tgδ potrebno je istovremeno izmjeriti djelatnu i jalovu snagu odnosno djelatni i jalovi (kapacitivni) otpor izolacije. Princip mjerenja tgδ drugom metodom prikazan je na sl. 5, gdje je mjerni krug jednostruki most.

Krakovi mosta sastoje se od primjerice kondenzatora C0, promjenjivog kondenzatora C1, promjenjivog R1 i konstantnog R2 otpornika, kao i kapaciteta i izolacijskog otpora namota L prema tijelu proizvoda ili mase, konvencionalno prikazanog kao kondenzator Cx i otpornik Rx. U slučaju da je potrebno izmjeriti tgδ ne na zavojnici, već na kondenzatoru, njegove ploče se spajaju izravno na priključke 1 i 2 kruga mosta.

Dijagonala mosta uključuje galvanometar P i izvor struje, što je u našem slučaju transformator T.

Kao i u drugima premosni krugovi postupak mjerenja sastoji se u dobivanju minimalnih očitanja uređaja P sekvencijalnim mijenjanjem otpora otpornika R1 i kapaciteta kondenzatora C1. Obično se parametri mosta biraju tako da se vrijednost tgδ pri nuli ili minimalnim očitanjima uređaja P očitava izravno na ljestvici kondenzatora C1.

Definicija tgδ obvezna je za energetske kondenzatore i transformatore, visokonaponske izolatore i druge električne proizvode.

S obzirom na to da se ispitivanja dielektrične čvrstoće i mjerenja tgδ izvode u pravilu na naponima iznad 1000 V, potrebno je poštivati ​​sve opće i posebne sigurnosne mjere.

Postupak ispitivanja električne izolacije

Parametri i karakteristike izolacije o kojima se govori gore moraju se odrediti redoslijedom utvrđenim normama za određene vrste proizvoda.

Na primjer, kod energetskih transformatora prvo se odredi otpor izolacije, a zatim se mjeri tangens dielektričnog gubitka.

Za rotacijske električne strojeve, nakon mjerenja izolacijskog otpora prije ispitivanja dielektrične čvrstoće, potrebno je provesti sljedeća ispitivanja: pri povišenoj frekvenciji vrtnje, pri kratkotrajnom preopterećenju strujom ili momentom, pri iznenadnom kratkom spoju (ako je namijenjen za ovaj sinkroni stroj), ispitivanje izolacije ispravljenog napona namota (ako je navedeno u dokumentaciji za ovaj stroj).

Standardi ili specifikacije za određene vrste strojeva mogu dopuniti ovaj popis drugim ispitivanjima koja mogu utjecati na dielektričnu čvrstoću izolacije.