Свойства и испытания электрической изоляции

Свойства и схема замещения электрической изоляции

Как известно, термином «изоляция» в практике принято обозначать два понятия:

1) способ предотвращения образования электрического контакта между частями электрического изделия,

2) материалы и изделия из них, применяемые для реализации данного способа.

Электроизоляционные материалы под воздействием приложенного к ним напряжения обнаруживают свойство проводить электрический ток. Хотя значение проводимости электроизоляционных материалов на несколько порядков ниже, чем у проводников, тем не менее она играет существенную роль и во многом определяет надежность работы электротехнического изделия.

Под действием приложенного к изоляции напряжения через нее протекает ток, называемый током утечки, изменяющийся во времени.

Для изучения и иллюстрации свойств электрической изоляции ее принято представлять в виде некоторой модели, называемой схемой замещения (рис. 1), содержащей четыре параллельно соединенные электрические цепи. Первая из них содержит только конденсатор С1, называемый геометрической емкостью.

Рис. 1. Схема замещения электрической изоляции

Наличие этой емкости обусловливает появление мгновенного броска тока, возникающего при приложении к изоляции постоянного напряжения, затухающего практически за несколько секунд, и емкостного тока, проходящего через изоляцию при приложении к ней переменного напряжения. Геометрической эту емкость называют потому, что она зависит от изоляции: ее размеров (толщины, протяженности и т. п.) и расположения между токоведущей частью А и корпусом (землей).

Вторая цепь характеризует внутреннее строение и свойства изоляции, в том числе ее структуру, количество групп из параллельно соединенных конденсаторов и резисторов. Ток I2, протекающий по этой цепи, называют абсорбционным. Начальное значение этого тока пропорционально площади изоляции и обратно пропорционально ее толщине.

Если токоведущие части электротехнического изделия изолированы двумя, слоями изоляции и более (например, изоляция провода и изоляция катушки), то в схеме замещения абсорбционная ветвь представляется в виде двух и более последовательно соединенных групп из конденсатора и резистора, характеризующих свойства одного из слоев изоляции. В данной схеме рассматривается двухслойная изоляция, один слой которой замещен группой элементов из конденсатора С2 и резистора R1, а второй — С3 и R2.

Третья цепь содержит один резистор R3 и характеризует потери в изоляции при приложении к ней постоянного напряжения. Сопротивление этого резистора, называемое также сопротивлением изоляции, зависит от многих факторов: размеров, материала, конструкции, температуры, состояния изоляции, в том числе от увлажненности и загрязненности ее поверхности, а также от приложенного напряжения.

При одних дефектах изоляции (например, сквозных повреждениях) зависимость сопротивления R3 от напряжения становится нелинейной, а при других, например при сильном увлажнении, оно практически не изменяется с ростом напряжения. Ток I3 протекающий через эту ветвь, принято называть сквозным током.

Четвертая цепь представлена на схеме замещения искровым промежутком МП, характеризующим электрическую прочность изоляции, численно выражаемую значением напряжения, при котором электроизоляционный материал теряет изоляционные свойства и разрушается под действием протекающего через него тока I4.

Данная схема замещения изоляции позволяет не только описывать процессы, происходящие в ней при приложении напряжения, но и устанавливать параметры, контролируя которые можно судить о ее состоянии.

Способы испытания электрической изоляции

Наиболее простым и распространенным способом оценки состояния изоляции и ее целости является измерение ее сопротивления с помощью мегаомметра.

Обратим внимание на то, что наличие в схеме замещения конденсаторов объясняет также способность изоляции накапливать электрические заряды. Поэтому обмотки электрических машин и трансформаторов до и после измерения сопротивления изоляции должны быть разряжены путем заземления вывода, к которому подключался мегаомметр.

При измерении сопротивления изоляции электрических машин и трансформаторов следует контролировать температуру обмоток, которая фиксируется в протоколе испытаний. Знание температуры, при которой производились измерения, необходимо для сравнения результатов измерений между собой, так как сопротивление изоляции резко изменяется в зависимости от температуры: в среднем сопротивление изоляции уменьшается в 1,5 раза при увеличении температуры на каждые 10°С и так же возрастает при соответствующем уменьшении температуры.

Из-за того что влага, всегда содержащаяся в изоляционных материалах, влияет на результаты измерения, определение любых параметров, характеризующих качество изоляции, при температуре ниже +10оС не производят, так как полученные результаты не дадут правильного представления об истинном состоянии изоляции.

При измерении сопротивления изоляции практически холодного изделия температура изоляции может быть принята равной температуре окружающей среды. Во всех других случаях температуру изоляции условно принимают равной температуре обмоток, измеренной по их активному сопротивлению.

Чтобы измеренное сопротивление изоляции заметно не отличалось от истинного значения, собственное сопротивление изоляции элементов измерительной схемы — проводов, изоляторов и других — должно вносить минимальную погрешность в результат измерения. Поэтому при измерении сопротивления изоляции электрических аппаратов напряжением до 1000 В сопротивление этих элементов должно быть не менее 100 МОм, а при измерении сопротивления изоляции силовых трансформаторов — не меньше предела измерения мегаомметра.

Если это условие не соблюдено, то в результаты измерения необходимо внести поправку на сопротивление изоляции элементов схемы. Для этого измерение сопротивления изоляции производят дважды: один раз при полностью собранной схеме и подключенном изделии, а второй— при отключенном изделии. Результат первого измерения даст эквивалентное сопротивление изоляции схемы и изделия Rэ, а результат второго измерения — сопротивление элементов измерительной схемы Rc. Тогда сопротивление изоляции изделия

Если для электрических машин некоторых других изделий не установлена последовательность измерения сопротивления изоляции, то для силовых трансформаторов эта очередность измерения регламентирована стандартом, согласно которому вначале измеряют сопротивление изоляции обмотки низшего напряжения (НН). Остальные обмотки, а также бак должны быть заземлены. При отсутствии бака заземлению подлежат кожух трансформатора или его остов.

При наличии трех обмоток напряжения — низшего НН, среднего СН и высшего ВН — после обмотки низшего напряжения необходимо измерить сопротивление изоляции обмотки среднего напряжения и только после этого высшего напряжения. Естественно, что при всех измерениях остальные обмотки, а также бак должны быть заземлены, а незаземленная обмотка после каждого измерения обязательно разряжена путем соединения с корпусом не менее чем на 2 мин. Если результаты измерений не соответствуют установленным требованиям, то испытания необходимо дополнить определением сопротивления изоляции обмоток, электрически соединенных между собой.

Для двухобмоточных трансформаторов следует измерить сопротивление обмоток высшего и низшего напряжений относительно корпуса, а для трехобмоточных — сперва обмоток высшего и среднего напряжений, а затем обмоток высшего, среднего и низшего напряжений.

При испытаниях изоляции трансформатора необходимо произвести несколько измерений, чтобы определить не только значения эквивалентного сопротивления изоляции, но и сопоставить между собой сопротивления изоляции обмоток относительно других обмоток и корпуса машины.

Сопротивление изоляции электрических машин обычно измеряют при соединенных между собой фазных обмотках, а на месте установки — вместе с кабелями (шинами). Если же результаты измерения не отвечают установленным требованиям, то тогда измеряют сопротивление изоляции каждой фазной обмотки, а при необходимости и каждой ветви обмотки.

Следует иметь в виду, что только по абсолютному значению сопротивления изоляции трудно обоснованно судить о состоянии изоляции. Поэтому для оценки состояния изоляции электрических машин в период эксплуатации сравнивают результаты данных измерений с результатами предыдущих.

Значительные, в несколько раз, расхождения между сопротивлениями изоляции отдельных фаз обычно свидетельствуют о каком-либо существенном ее дефекте. Одновременное снижение сопротивления изоляции у всех фазных обмоток, как правило, говорит об изменении общего состояния ее поверхности.

Сравнивая результаты измерений, следует помнить о зависимости сопротивления изоляции от температуры. Поэтому сравнивать между собой можно только результаты измерений, выполненные при одинаковой или близкой по значению температуре.

При постоянстве приложенного к изоляции напряжения суммарный ток Iи (см. рис. 1), протекающий через нее, уменьшается тем в большей степени, чем лучше состояние изоляции, а в соответствии с уменьшением тока Iи вырастают показания мегаомметра. В связи с тем что составляющая I2 этого тока, называемая также током абсорбции, в отличие от составляющей I3, не зависит от состояния поверхности изоляции, а также от ее загрязненности и увлажненности, отношение значений сопротивления изоляции в заданные моменты времени принято в качестве характеристики увлажненности изоляции.

В стандартах рекомендуется измерять сопротивление изоляции через 15 с (R15) и через 60 с (R60) после подключения мегаомметра, а отношение этих сопротивлений ka= R60/ R15 называют коэффициентом абсорбции.

При неувлажненной изоляции ka >2, а при влажной — ka 1.

Так как значение коэффициента абсорбции практически не зависит от размеров электрической машины и разных случайных факторов, то оно может быть нормировано: ka 1,3 при 20°С.

Погрешность измерения сопротивления изоляции не должна превышать ±20%, если она специально не установлена для конкретного изделия.

В электротехнических изделиях 10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев