Elektriske isoleringsegenskaber og test

Egenskaber og tilsvarende kredsløb af elektrisk isolering

Som du ved, bruges udtrykket «isolation» i praksis til at henvise til to begreber:

1) en metode til at forhindre dannelsen af ​​elektrisk kontakt mellem dele af et elektrisk produkt,

2) materialer og produkter fra dem, der anvendes til at anvende denne metode.

Elektriske isoleringsmaterialer under påvirkning af en spænding påført dem, opdages egenskaben ved at lede en elektrisk strøm. Selvom værdien af ​​ledningsevnen af ​​elektriske isoleringsmaterialer er flere størrelsesordener lavere end for ledninger, spiller den ikke desto mindre en væsentlig rolle og bestemmer i høj grad pålideligheden af ​​driften af ​​et elektrisk produkt.

Under påvirkning af en spænding påført isoleringen løber en strøm gennem den, kaldet lækstrøm, som ændrer sig med tiden.

For at studere og illustrere egenskaberne ved elektrisk isolering er det sædvanligt at repræsentere det i form af en bestemt model kaldet et ækvivalent kredsløb (fig. 1), der indeholder fire elektriske kredsløb forbundet parallelt.Den første af dem indeholder kun kondensatoren C1, kaldet geometrisk kapacitans.

Ris. 1. Tilsvarende kredsløb af elektrisk isolation

Tilstedeværelsen af ​​denne kapacitans forårsager udseendet af en øjeblikkelig startstrøm, der opstår, når en jævnspænding påføres isoleringen, som henfalder på næsten et par sekunder, og en kapacitiv strøm, der strømmer gennem isoleringen, når en vekselspænding påføres den. Denne kapacitet kaldes geometrisk, fordi den afhænger af isoleringen: dens dimensioner (tykkelse, længde osv.) og placeringen mellem den strømførende del A og huset (jord).

Den anden ordning karakteriserer den indre struktur og egenskaber af isoleringen, herunder dens struktur, antallet af grupper af kondensatorer og modstande forbundet parallelt. Strømmen I2, der strømmer gennem dette kredsløb, kaldes absorptionsstrømmen. Startværdien af ​​denne strøm er proportional med arealet af isoleringen og omvendt proportional med dens tykkelse.

Hvis de strømførende dele af et elektrisk produkt er isoleret med to eller flere lag isolering (for eksempel ledningsisolering og spoleisolering), så er absorptionsgrenen i det tilsvarende kredsløb repræsenteret i form af to eller flere serieforbundne grupper af en kondensator og en modstand, der karakteriserer egenskaberne på et af isoleringslagene. I dette skema overvejes en to-lags isolering, hvis lag er erstattet af en gruppe elementer af kondensator C2 og modstand R1, og den anden af ​​C3 og R2.

Det tredje kredsløb indeholder en enkelt modstand R3 og karakteriserer isolationstabet, når der påføres en jævnspænding.Modstanden af ​​denne modstand, også kaldet isolationsmodstand, afhænger af mange faktorer: størrelse, materiale, konstruktion, temperatur, isoleringstilstand, herunder fugt og snavs på overfladen og påført spænding.

Med nogle isolationsfejl (for eksempel gennem beskadigelse) bliver modstanden R3's afhængighed af spændingen ulineær, mens den for andre, for eksempel med stærk fugt, praktisk talt ikke ændres med stigende spænding. Strømmen I3, der strømmer gennem denne gren, kaldes den fremadgående strøm.

Det fjerde kredsløb er repræsenteret i det ækvivalente kredsløb af MF-gnistgabet, som karakteriserer den dielektriske styrke af isoleringen, numerisk udtrykt ved værdien af ​​den spænding, ved hvilken isoleringsmaterialet mister sine isolerende egenskaber og bryder ned under påvirkning af strømmen I4 passerer gennem den.

Dette isolationsækvivalente kredsløb gør det ikke kun muligt at beskrive de processer, der finder sted i det, når en spænding påføres, men også at indstille parametre, der kan observeres for at vurdere dens tilstand.

Testmetoder for elektrisk isolering

Den enkleste og mest almindelige måde at vurdere isoleringens tilstand og dens integritet på er at måle dens modstand ved hjælp af et megohmmeter.

Lad os være opmærksomme på, at tilstedeværelsen af ​​kondensatorer i det tilsvarende kredsløb også forklarer isoleringens evne til at akkumulere elektriske ladninger. Derfor skal viklingerne på elektriske maskiner og transformere før og efter måling af isolationsmodstanden aflades ved at jorde den terminal, som tilsluttet megohmmeter.

Ved måling af isolationsmodstanden på elektriske maskiner og transformere skal temperaturen på viklingerne overvåges, hvilket registreres i testrapporten. At kende temperaturen, ved hvilken målingerne blev foretaget, er nødvendigt for at sammenligne måleresultaterne med hinanden, fordi isolationsmodstanden ændrer sig kraftigt afhængigt af temperaturen: I gennemsnit falder isolationsmodstanden med 1,5 gange med en stigning i temperaturen hver 10 ° C og stiger også med det tilsvarende fald i temperaturen.

På grund af det faktum, at fugt, som altid er indeholdt i isoleringsmaterialer, påvirker måleresultaterne, udføres bestemmelsen af ​​parametre, der karakteriserer kvaliteten af ​​isoleringen, ikke ved temperaturer under + 10 ° C, da de opnåede resultater ikke vil give en korrekte idé om den sande tilstand af isolation.

Ved måling af isolationsmodstanden for et praktisk talt koldt produkt kan isoleringstemperaturen antages lig med omgivelsestemperaturen. I alle andre tilfælde antages isoleringens temperatur betinget at være lig med viklingernes temperatur, målt ved deres aktive modstand.

For at den målte isolationsmodstand ikke afviger væsentligt fra den sande værdi, bør den egen isolationsmodstand for elementerne i målekredsløbet - ledninger, isolatorer osv. - indføre en minimumsfejl i måleresultatet.Derfor, når man måler isolationsmodstanden for elektriske enheder med en spænding på op til 1000 V, skal modstanden af ​​disse elementer være mindst 100 megohms, og når man måler isolationsmodstanden af ​​strømtransformatorer - ikke mindre end målegrænsen for megohmmeteret .

Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, skal måleresultaterne korrigeres for kredsløbselementernes isolationsmodstand. For at gøre dette måles isolationsmodstanden to gange: en gang med et fuldt samlet kredsløb og produktet tilsluttet, og anden gang med produktet afbrudt. Resultatet af den første måling vil give den ækvivalente isolationsmodstand for kredsløbet og produktet Re, og resultatet af den anden måling vil give modstanden af ​​elementerne i målekredsløbet Rc. Derefter produktets isoleringsmodstand

Hvis sekvensen for måling af isolationsmodstanden ikke er etableret for elektriske maskiner af nogle andre produkter, er denne målesekvens for krafttransformatorer reguleret af standarden, ifølge hvilken isolationsmodstanden for lavspændingsviklingen (LV) måles først. De resterende viklinger, såvel som tanken, skal jordes. Hvis der ikke er en tank, skal transformatorhuset eller dets skelet jordes.

I nærværelse af tre spændingsviklinger - lavere spænding, mellemhøj spænding og højere spænding - efter lavspændingsviklingen er det nødvendigt at måle isolationsmodstanden af ​​mellemspændingsviklingen og først derefter den højere spænding.For alle målinger skal de resterende spoler, samt tanken, naturligvis jordes, og den ujordede spole skal aflades efter hver måling ved at forbinde til boksen i mindst 2 minutter. Hvis resultaterne af målingerne ikke opfylder de fastsatte krav, skal testene suppleres med at bestemme isolationsmodstanden af ​​viklingerne, der er elektrisk forbundet med hinanden.

For to-vindede transformere skal modstanden af ​​høj- og lavspændingsviklingerne måles i forhold til kabinettet, og for tre-vindede transformere skal høj- og mellemspændingsviklingerne måles først, derefter høj-, mellem- og lavspændingsviklingerne .

Når du tester isoleringen af ​​en transformer, er det nødvendigt at foretage flere målinger for at bestemme ikke kun værdierne af den ækvivalente isolationsmodstand, men også for at sammenligne viklingernes isolationsmodstand med andre viklinger og maskinlegemet.

Isolationsmodstanden for elektriske maskiner måles normalt med indbyrdes forbundne faseviklinger og på installationsstedet - sammen med kabler (samleskinner). Hvis måleresultaterne ikke opfylder de fastsatte krav, måles isolationsmodstanden for hver fasevikling og om nødvendigt hver gren af ​​viklingen.

Man skal huske på, at det er vanskeligt med rimelighed at bedømme isoleringens tilstand alene ud fra den absolutte værdi af isolationsmodstanden. Derfor sammenlignes resultaterne af disse målinger med resultaterne af de foregående for at evaluere isoleringstilstanden for elektriske maskiner under drift.

Betydelige, flere gange, uoverensstemmelser mellem isolationsmodstandene i de enkelte faser indikerer normalt en væsentlig defekt. Et samtidig fald i isolationsmodstanden for alle faseviklinger indikerer som regel en ændring i dens overflades generelle tilstand.

Ved sammenligning af måleresultaterne skal isolationsmodstandens afhængighed af temperaturen huskes. Derfor er det muligt at sammenligne resultaterne af målinger udført ved samme eller lignende temperatur med hinanden.

Når spændingen påført isoleringen er konstant, falder den samlede strøm Ii (se fig. 1), der strømmer gennem den, jo mere, jo bedre tilstanden af ​​isoleringen er, og i overensstemmelse med faldet i strømmen Ii, vil aflæsningerne af megohmmeter stigning. På grund af det faktum, at I2-komponenten af ​​denne strøm, også kaldet absorptionsstrømmen, i modsætning til I3-komponenten, ikke afhænger af tilstanden af ​​den isolerende overflade, samt af forurening og fugtindhold, er forholdet mellem isolationsmodstandsværdierne på givne tidspunkter tager det som en karakteristik af isolerende fugtindhold.

Standarderne anbefaler at måle isolationsmodstanden efter 15 s (R15) og efter 60 s (R60) efter tilslutning af megohmmeteret, og forholdet mellem disse modstande ka = R60 / R15 kaldes absorptionskoefficienten.

Med ikke-fugtig isolering, ka> 2, og med fugtig isolering — ka ≈1.

Da værdien af ​​absorptionskoefficienten er praktisk taget uafhængig af størrelsen af ​​den elektriske maskine og forskellige tilfældige faktorer, kan den normaliseres: ka ≥ 1,3 ved 20 ° C.

Fejlen i måling af isolationsmodstand bør ikke overstige ± 20 %, medmindre det er specifikt fastsat for et specifikt produkt.

I elektriske produkter udsætter elektriske styrketests isoleringen af ​​viklingerne til kroppen og hinanden, såvel som den mellemliggende isolering af viklingerne.

For at kontrollere den dielektriske styrke af isoleringen af ​​spoler eller strømførende dele til huset, påføres en øget sinusformet spænding med en frekvens på 50 Hz til terminalerne på den testede spole eller strømførende dele. Spændingen og varigheden af ​​dens anvendelse er angivet i den tekniske dokumentation for hvert specifikt produkt.

Ved test af den dielektriske styrke af isoleringen af ​​viklinger og strømførende dele til kroppen, skal alle andre viklinger og strømførende dele, der ikke er involveret i testene, være elektrisk forbundet til produktets jordede krop. Efter afslutningen af ​​testen skal spolerne jordes for at fjerne den resterende ladning.

I fig. 2 viser et diagram til test af den dielektriske styrke af en vikling af en trefaset elmotor Overspændingen genereres af en testinstallation AG indeholdende en reguleret spændingskilde E. Spændingen måles på højspændingssiden med et fotovoltaisk voltmeter. Et amperemeter PA bruges til at måle lækstrømmen gennem isoleringen.

Produktet anses for at have bestået testen, hvis der ikke er nedbrud af isoleringen eller overlapning af overfladen, og også hvis lækstrømmen ikke overstiger den værdi, der er angivet i dokumentationen for dette produkt. Bemærk, at det at have et amperemeter, der overvåger lækstrømmen, gør det muligt at bruge en transformer i testopsætningen.

Ris. 2. Skema til test af den dielektriske styrke af isoleringen af ​​elektriske produkter

Udover frekvensspændingstest af isolering testes isolering også med ensrettet spænding. Fordelen ved en sådan test er muligheden for at vurdere isoleringens tilstand baseret på resultaterne af måling af lækstrømme ved forskellige værdier af testspændingen.

For at evaluere tilstanden af ​​isoleringen bruges den en ikke-linearitetskoefficient

hvor I1.0 og I0.5 er lækstrømme 1 min efter påføring af testspændinger svarende til den normaliserede værdi af Unorm og halvdelen af ​​den elektriske maskines mærkespænding Urated, kn <1,2.

De tre betragtede egenskaber - isolationsmodstand, absorptionskoefficient og ikke-linearitetskoefficient - bruges til at løse spørgsmålet om muligheden for at tænde for en elektrisk maskine uden at udtørre isoleringen.

Ved test af isoleringens dielektriske styrke i henhold til diagrammet i fig. 2 er alle vindinger ved praktisk talt den samme spænding i forhold til legeme (jord), og derfor forbliver drej-til-drej-isoleringen ukontrolleret.

En måde at teste den dielektriske styrke af den isolerende isolering er at øge spændingen med 30 % i forhold til den nominelle. Denne spænding påføres fra en reguleret spændingskilde EK til tomgangstestpunktet.

En anden metode er anvendelig til generatorer, der kører i tomgang og består i at øge generatorens excitationsstrøm indtil spændingen (1,3 ÷ 1,5) Unom opnås ved terminalerne på statoren eller ankeret, afhængigt af maskinens type.I betragtning af, at selv i tomgangstilstand kan strømmene, der forbruges af viklingerne på elektriske maskiner overskride deres nominelle værdier, tillader standarderne at udføre en sådan test med en øget frekvens af spændingen, der leveres til motorviklingerne over den nominelle værdi eller kl. øget generatorhastighed.

Til test af asynkronmotorer er det også muligt at anvende en testspænding med en frekvens på fi = 1,15 fn. Inden for samme grænser kan generatorens hastighed øges.

Når den dielektriske styrke af isoleringen testes på en sådan måde, vil en spænding numerisk lig med forholdet mellem den påførte spænding divideret med antallet af vindinger af spolen blive påført mellem tilstødende spolevindinger. Den adskiller sig lidt (med 30-50%) fra den, der eksisterer, når produktet kører ved nominel spænding.

Som du ved, skyldes grænsen for spændingsstigning, der anvendes på spolens terminaler, der er placeret på kernen, den ikke-lineære afhængighed af strømmen i denne spole af spændingen ved dens terminaler. Ved spændinger tæt på den nominelle værdi Unom er kernen ikke mættet, og strømmen afhænger lineært af spændingen (fig. 3, afsnit OA).

Efterhånden som spændingen stiger, stiger U over den nominelle strøm i spolen kraftigt, og ved U = 2Unom kan strømmen overstige den nominelle værdi med titusinder. For at øge spændingen markant pr. omdrejning af viklingen testes styrken af ​​isoleringen mellem vindingerne ved en frekvens, der er mange gange (ti gange eller mere) højere end den nominelle.

Ris. 3. Graf over afhængigheden af ​​strømmen i spolen med en kerne af den påførte spænding

Ris. 4.Viklingsisoleringstestskema ved øget strømfrekvens

Lad os overveje princippet om at teste den mellemliggende isolering af kontaktorspoler (fig. 4). Testspolen L2 placeres på stangen af ​​det delte magnetiske kredsløb. En spænding U1 påføres spolen L1's terminaler med en øget frekvens, således at der for hver drejning af spolen L2 er en spænding, der er nødvendig for at teste isoleringens dielektriske styrke fra tur til sving. Hvis isoleringen af ​​viklingerne af spolen L2 er i god stand, vil strømmen, der forbruges af spolen L1 og måles med amperemeteret PA efter installationen af ​​spolen, være den samme som før. Ellers stiger strømmen i spolen L1.

Ris. 5. Skema til måling af tangenten af ​​vinklen for dielektriske tab

Den sidste af de betragtede isoleringsegenskaber — dielektrisk tab tangent.

Det er kendt, at isolering har aktiv og reaktiv modstand, og når der påføres en periodisk spænding, strømmer aktive og reaktive strømme gennem isoleringen, det vil sige, at der er aktive P- og reaktive Q-effekter. Forholdet P til Q kaldes tangenten af ​​den dielektriske tabsvinkel og betegnes tgδ.

Hvis vi husker, at P = IUcosφ og Q = IUsinφ, så kan vi skrive:

tgδ er forholdet mellem den aktive strøm, der strømmer gennem isoleringen til reaktiv strøm.

For at bestemme tgδ er det nødvendigt at måle aktiv og reaktiv effekt eller aktiv og reaktiv (kapacitiv) isolationsmodstand samtidigt. Princippet for måling af tgδ ved den anden metode er vist i fig. 5, hvor målekredsløbet er en enkelt bro.

Broens arme er sammensat af en eksempel kondensator C0, variabel kondensator C1, variable R1 og konstante R2 modstande, såvel som kapacitansen og isolationsmodstanden af ​​viklingen L til produktets eller massens krop, konventionelt afbildet som kondensator Cx og modstand Rx. I tilfælde af at det er nødvendigt at måle tgδ ikke på spolen, men på kondensatoren, er dens plader forbundet direkte til terminalerne 1 og 2 i brokredsløbet.

Broens diagonal inkluderer et galvanometer P og en strømkilde, som i vores tilfælde er en transformer T.

Som i andre bro kredsløb Måleprocessen består i at opnå minimumsaflæsningerne af enheden P ved sekventielt at ændre modstanden af ​​modstanden R1 og kapacitansen af ​​kondensatoren C1. Normalt vælges broens parametre således, at værdien af ​​tgδ ved nul eller minimum aflæsninger af enheden P aflæses direkte på skalaen af ​​kondensatoren C1.

Definitionen af ​​tgδ er obligatorisk for strømkondensatorer og transformere, højspændingsisolatorer og andre elektriske produkter.

På grund af det faktum, at dielektriske styrketest og tgδ-målinger som regel udføres ved spændinger over 1000 V, skal alle generelle og specielle sikkerhedsforanstaltninger overholdes.

Testprocedure for elektrisk isolering

Parametrene og egenskaberne for isoleringen diskuteret ovenfor skal bestemmes i den rækkefølge, der er fastsat af standarderne for specifikke typer produkter.

For eksempel i krafttransformatorer bestemmes først isolationsmodstanden, og derefter måles den dielektriske tabstangent.

For roterende elektriske maskiner, efter måling af isolationsmodstanden før testning af dens dielektriske styrke, er det nødvendigt at udføre følgende test: ved øget rotationsfrekvens, med en kortvarig strøm- eller drejningsmomentoverbelastning, med en pludselig kortslutning (hvis det er beregnet til denne synkronmaskine), isolationstest af den ensrettede spænding af viklingerne (hvis specificeret i dokumentationen til denne maskine).

Standarder eller specifikationer for specifikke maskintyper kan supplere denne liste med andre test, der kan påvirke isoleringens dielektriske styrke.