Elektriisolatsiooni omadused ja katsed

Elektriisolatsiooni omadused ja ekvivalentskeem

Nagu teate, kasutatakse mõistet "isolatsioon" praktikas kahe mõiste viitamiseks:

1) meetod elektritoote osade vahelise elektrikontakti tekkimise vältimiseks,

2) selle meetodi rakendamiseks kasutatud materjalid ja nendest valmistatud tooted.

Elektriisolatsiooni materjalid neile rakendatud pinge mõjul avastatakse elektrivoolu juhtivuse omadus. Kuigi elektriisolatsioonimaterjalide juhtivuse väärtus on juhtmete omast mitu suurusjärku madalam, mängib see siiski olulist rolli ja määrab suuresti elektritoote töökindluse.

Isolatsioonile rakendatud pinge mõjul voolab seda läbi vool, mida nimetatakse lekkevooluks, mis aja jooksul muutub.

Elektriisolatsiooni omaduste uurimiseks ja illustreerimiseks on tavaks seda kujutada teatud mudeli kujul, mida nimetatakse ekvivalentahelaks (joonis 1), mis sisaldab nelja paralleelselt ühendatud elektriahelat.Esimene neist sisaldab ainult kondensaatorit C1, mida nimetatakse geomeetriliseks mahtuvuseks.

Riis. 1. Elektriisolatsiooni ekvivalentskeem

Selle mahtuvuse olemasolu põhjustab hetkelise sisselülitusvoolu, mis tekib siis, kui isolatsioonile rakendatakse alalispinget ja mis laguneb peaaegu mõne sekundiga, ja mahtuvusliku voolu, mis voolab läbi isolatsiooni, kui sellele rakendatakse vahelduvpinge. Seda võimsust nimetatakse geomeetriliseks, kuna see sõltub isolatsioonist: selle mõõtmetest (paksus, pikkus jne) ning asukohast voolu kandva osa A ja korpuse (maandus) vahel.

Teine skeem iseloomustab isolatsiooni sisemist struktuuri ja omadusi, sealhulgas selle struktuuri, paralleelselt ühendatud kondensaatorite ja takistite rühmade arvu. Seda ahelat läbivat voolu I2 nimetatakse neeldumisvooluks. Selle voolu algväärtus on võrdeline isolatsiooni pindalaga ja pöördvõrdeline selle paksusega.

Kui elektritoote voolu kandvad osad on isoleeritud kahe või enama isolatsioonikihiga (näiteks juhtmeisolatsioon ja mähise isolatsioon), siis samaväärses vooluringis on neeldumisharu esindatud kahe või enama järjestikku ühendatud kujul. kondensaatori ja takisti rühmad, mis iseloomustavad ühe isolatsioonikihi omadusi. Selles skeemis käsitletakse kahekihilist isolatsiooni, mille kiht asendatakse kondensaatori C2 ja takisti R1 elementide rühmaga ning teine ​​​​C3 ja R2 elementide rühmaga.

Kolmas ahel sisaldab ühte takistit R3 ja iseloomustab isolatsioonikadu, kui sellele rakendatakse alalispinget.Selle takisti takistus, mida nimetatakse ka isolatsioonitakistuseks, sõltub paljudest teguritest: suurusest, materjalist, konstruktsioonist, temperatuurist, isolatsiooni seisukorrast, sh selle pinnale sattunud niiskusest ja mustusest ning rakendatud pingest.

Mõnede isolatsioonidefektide korral (näiteks kahjustuste tõttu) muutub takistuse R3 sõltuvus pingest mittelineaarseks, samas kui teiste puhul, näiteks tugeva niiskuse korral, see pinge suurenedes praktiliselt ei muutu. Seda haru läbivat voolu I3 nimetatakse pärivooluks.

Neljas vooluahel on esindatud MF-sädevahe ekvivalentses vooluringis, mis iseloomustab isolatsiooni dielektrilist tugevust, mida väljendatakse arvuliselt pinge väärtusega, mille juures isoleermaterjal kaotab oma isoleerivad omadused ja laguneb voolu mõjul. I4 seda läbimas.

See isolatsiooni ekvivalentskeem võimaldab mitte ainult kirjeldada selles pinge rakendamisel toimuvaid protsesse, vaid ka määrata parameetreid, mida saab jälgida selle oleku hindamiseks.

Elektriisolatsiooni katsemeetodid

Lihtsaim ja levinum viis isolatsiooni seisukorra ja selle terviklikkuse hindamiseks on selle takistuse mõõtmine megoommeetri abil.

Pöörame tähelepanu asjaolule, et kondensaatorite olemasolu samaväärses ahelas selgitab ka isolatsiooni võimet koguda elektrilaenguid. Seetõttu tuleb elektrimasinate ja trafode mähised enne ja pärast isolatsioonitakistuse mõõtmist tühjendada, maandades terminali, mille külge ühendatud megoommeeter.

Elektrimasinate ja trafode isolatsioonitakistuse mõõtmisel tuleb jälgida mähiste temperatuuri, mis fikseeritakse katseprotokolli. Mõõtmiste tegemise temperatuuri teadmine on vajalik mõõtmistulemuste omavaheliseks võrdlemiseks, sest isolatsioonitakistus muutub sõltuvalt temperatuurist järsult: keskmiselt väheneb isolatsioonitakistus 1,5 korda temperatuuri tõusuga iga 10 ° C järel. ja suureneb ka vastava temperatuuri langusega.

Kuna isolatsioonimaterjalides alati sisalduv niiskus mõjutab mõõtmistulemusi, ei toimu isolatsiooni kvaliteeti iseloomustavate parameetrite määramist temperatuuril alla + 10 ° C, kuna saadud tulemused ei anna tulemust. õige ettekujutus tegelikust isolatsiooniseisundist.

Praktiliselt külma toote isolatsioonitakistuse mõõtmisel võib eeldada, et isolatsiooni temperatuur on võrdne ümbritseva keskkonna temperatuuriga. Kõigil muudel juhtudel eeldatakse, et isolatsiooni temperatuur on tinglikult võrdne mähiste temperatuuriga, mõõdetuna nende aktiivse takistuse järgi.

Et mõõdetud isolatsioonitakistus ei erineks oluliselt tegelikust väärtusest, peaks mõõteahela elementide — juhtmete, isolaatorite jms — oma isolatsioonitakistus tooma mõõtetulemuses minimaalse vea.Seetõttu peab kuni 1000 V pingega elektriseadmete isolatsioonitakistuse mõõtmisel nende elementide takistus olema vähemalt 100 megaoomi ja jõutrafode isolatsioonitakistuse mõõtmisel mitte väiksem kui megoommeetri mõõtepiir. .

Kui see tingimus ei ole täidetud, tuleb mõõtmistulemusi korrigeerida ahela elementide isolatsioonitakistuse osas. Selleks mõõdetakse isolatsioonitakistust kaks korda: üks kord täielikult kokkupandud vooluringiga ja tootega ühendatud ning teine ​​kord, kui toode on lahti ühendatud. Esimese mõõtmise tulemus annab vooluringi ja toote Re ekvivalentse isolatsioonitakistuse ning teise mõõtmise tulemus annab mõõteahela elementide takistuse Rc. Seejärel toote isolatsioonitakistus

Kui mõne teise toote elektrimasinate puhul ei ole isolatsioonitakistuse mõõtmise järjekord kehtestatud, siis jõutrafode puhul reguleerib seda mõõtmisjärjekorda standard, mille järgi mõõdetakse esmalt madalpingemähise (LV) isolatsioonitakistust. Ülejäänud mähised, nagu ka paak, peavad olema maandatud. Paagi puudumisel peab trafo korpus või selle karkass olema maandatud.

Kolme pingemähise — madalam pinge, keskkõrgepinge ja kõrgem pinge — olemasolul pärast madalpinge mähist on vaja mõõta keskpinge mähise isolatsioonitakistust ja alles seejärel kõrgemat pinget.Loomulikult tuleb kõigi mõõtmiste jaoks ülejäänud mähised ja ka paak maandada ning maandamata mähis tuleb pärast iga mõõtmist tühjendada, ühendades selle karbiga vähemalt 2 minutiks. Kui mõõtmistulemused ei vasta kehtestatud nõuetele, siis tuleb katseid täiendada omavahel elektriliselt ühendatud mähiste isolatsioonitakistuse määramisega.

Kahe mähisega trafode puhul tuleks mõõta kõrge ja madalpinge mähiste takistust korpuse suhtes ning kolme mähisega trafode puhul tuleks mõõta esmalt kõrge- ja keskpinge mähised, seejärel kõrge-, kesk- ja madalpinge mähised. .

Trafo isolatsiooni testimisel on vaja teha mitu mõõtmist, et määrata mitte ainult samaväärse isolatsioonitakistuse väärtused, vaid ka võrrelda mähiste isolatsioonitakistust teiste mähiste ja masina korpusega.

Elektrimasinate isolatsioonitakistust mõõdetakse tavaliselt omavahel ühendatud faasimähistega, paigalduskohas aga koos kaablitega (siinidega). Kui mõõtmistulemused ei vasta kehtestatud nõuetele, siis mõõdetakse iga faasimähise ja vajadusel iga mähise haru isolatsioonitakistus.

Tuleb meeles pidada, et ainult isolatsioonitakistuse absoluutväärtuse järgi on isolatsiooni seisukorda raske mõistlikult hinnata. Seetõttu võrreldakse nende mõõtmiste tulemusi eelmiste mõõtmiste tulemustega, et hinnata elektrimasinate isolatsiooniseisundit töö ajal.

Olulised, mitmekordsed erinevused üksikute faaside isolatsioonitakistuste vahel viitavad tavaliselt mõnele olulisele defektile. Kõigi faasimähiste isolatsioonitakistuse samaaegne vähenemine näitab reeglina selle pinna üldise oleku muutumist.

Mõõtmistulemuste võrdlemisel tuleks meeles pidada isolatsioonitakistuse sõltuvust temperatuurist. Seetõttu on võimalik võrrelda üksteisega samal või sarnasel temperatuuril tehtud mõõtmiste tulemusi.

Kui isolatsioonile rakendatav pinge on konstantne, siis seda läbiv koguvool Ii (vt joonis 1) väheneb, mida rohkem, seda parem on isolatsiooni seisukord, ning vastavalt voolu Ii vähenemisele väheneb isolatsiooni näidud. megohmmeetri tõus. Kuna selle voolu komponent I2, mida nimetatakse ka neeldumisvooluks, ei sõltu erinevalt komponendist I3 isolatsioonipinna seisundist, samuti saastumisest ja niiskusesisaldusest, on isolatsioonitakistuse väärtuste suhe. antud ajahetkedel on isoleeriva niiskusesisalduse tunnuseks.

Standardid soovitavad mõõta isolatsioonitakistust 15 s (R15) ja 60 s (R60) pärast pärast megoommeetri ühendamist ning nende takistuste suhet ka = R60 / R15 nimetatakse neeldumisteguriks.

Mitteniiske isolatsiooni korral ka> 2 ja niiske isolatsiooni korral ka ≈1.

Kuna neeldumisteguri väärtus on praktiliselt sõltumatu elektrimasina suurusest ja erinevatest juhuslikest teguritest, saab seda normaliseerida: ka ≥ 1,3 temperatuuril 20 ° C.

Isolatsioonitakistuse mõõtmise viga ei tohiks ületada ± 20%, välja arvatud juhul, kui see on konkreetse toote jaoks spetsiaalselt kehtestatud.

Elektritoodetes allutatakse elektriliste tugevuskatsetega mähiste isolatsioon korpusele ja üksteisele, samuti mähiste vaheisolatsioon.

Mähiste või korpuse voolu kandvate osade isolatsiooni dielektrilise tugevuse kontrollimiseks rakendatakse testitava pooli või voolu kandvate osade klemmidele kõrgendatud siinuspinget sagedusega 50 Hz. Pinge ja selle kasutamise kestus on märgitud iga konkreetse toote tehnilises dokumentatsioonis.

Mähiste ja kere pinge all olevate osade isolatsiooni dielektrilise tugevuse testimisel peavad kõik muud mähised ja pingestatud osad, mis ei ole katsetes kaasatud, olema elektriliselt ühendatud toote maandatud korpusega. Pärast katse lõppu tuleks mähised maandada, et eemaldada jääklaeng.

Joonisel fig. 2 on diagramm kolmefaasilise elektrimootori mähise dielektrilise tugevuse testimiseks.Liigpinge tekitab katsepaigaldis AG, mis sisaldab reguleeritavat pingeallikat E. Pinge mõõdetakse kõrgepinge poolelt fotogalvaanilise voltmeetriga. Isolatsiooni läbiva lekkevoolu mõõtmiseks kasutatakse ampermeetrit PA.

Toode loetakse testi läbinuks, kui ei esine isolatsiooni purunemist ega pinna kattumist, samuti kui lekkevool ei ületa selle toote dokumentatsioonis märgitud väärtust. Pange tähele, et lekkevoolu jälgiva ampermeetri olemasolu võimaldab katseseades kasutada trafot.

Riis. 2. Elektritoodete isolatsiooni dielektrilise tugevuse testimise skeem

Lisaks isolatsiooni sageduspinge testimisele testitakse isolatsiooni ka alaldatud pingega. Sellise testi eeliseks on võimalus hinnata isolatsiooni seisukorda lekkevoolude mõõtmise tulemuste põhjal katsepinge erinevatel väärtustel.

Isolatsiooni seisukorra hindamiseks kasutatakse mittelineaarsuse koefitsienti

kus I1,0 ja I0,5 on lekkevoolud 1 min pärast katsepingete rakendamist, mis on võrdsed Unormi normaliseeritud väärtusega ja poolega elektrimasina Urated nimipingest, kn <1,2.

Kolme vaadeldavat omadust — isolatsioonitakistust, neeldumistegurit ja mittelineaarsuse koefitsienti — kasutatakse selleks, et lahendada elektrimasina sisselülitamise võimalus ilma isolatsiooni kuivatamata.

Isolatsiooni dielektrilise tugevuse testimisel vastavalt joonisel fig. 2 mähise kõik pöörded on korpuse (maanduse) suhtes praktiliselt sama pingega ja seetõttu jääb pöörde-pöörde isolatsioon kontrollimata.

Üks võimalus isoleeriva isolatsiooni dielektrilise tugevuse testimiseks on pinge tõstmine nimiväärtusega võrreldes 30%. See pinge rakendatakse reguleeritud pingeallikast EK tühikäigukatsepunkti.

Teine meetod on rakendatav tühikäigul töötavatele generaatoritele ja seisneb generaatori ergutusvoolu suurendamises, kuni staatori või armatuuri klemmidel saadakse pinge (1,3 ÷ 1,5) Unom, olenevalt masina tüübist.Arvestades, et isegi tühikäigurežiimis võivad elektrimasinate mähiste poolt tarbitavad voolud ületada nende nimiväärtusi, võimaldavad standardid sellist katset läbi viia mootori mähistele antud pinge suurendatud sagedusel üle nimiväärtuse või suurenenud generaatori kiirus.

Asünkroonsete mootorite testimiseks on võimalik kasutada ka katsepinget sagedusega fi = 1,15 fn. Samades piirides saab generaatori kiirust suurendada.

Isolatsiooni dielektrilise tugevuse katsetamisel sellisel viisil rakendatakse külgnevate pooli keerdude vahel pinge, mis on arvuliselt võrdne rakendatud pinge suhtega, mis on jagatud pooli keerdude arvuga. See erineb veidi (30–50%) sellest, mis eksisteerib siis, kui toode töötab nimipingel.

Nagu teate, tuleneb südamikul asuva mähise klemmidele rakendatav pinge suurenemise piir selle mähise voolu mittelineaarsest sõltuvusest selle klemmide pingest. Nimiväärtusele Unom lähedasel pingel ei ole südamik küllastunud ja vool sõltub pingest lineaarselt (joon. 3, lõik OA).

Pinge kasvades suureneb mähise nimivoolu kohal olev U järsult ja U = 2Unom korral võib vool nimiväärtust kümneid kordi ületada. Mähise pöörde pinge oluliseks suurendamiseks testitakse keerdudevahelise isolatsiooni tugevust sagedusega, mis on mitu korda (kümme või enam korda) suurem kui nimiväärtus.

Riis. 3. Südamikuga mähises oleva voolu sõltuvuse graafik rakendatavast pingest

Riis. 4.Mähise isolatsiooni katseskeem suurendatud voolusagedusel

Vaatleme kontaktoripoolide vaheisolatsiooni testimise põhimõtet (joonis 4). Katsemähis L2 asetatakse poolitatud magnetahela vardale. Mähise L1 klemmidele rakendatakse suurenenud sagedusega pinge U1, nii et mähise L2 iga pöörde jaoks on pinge, mis on vajalik isolatsiooni dielektrilise tugevuse testimiseks pöördest pöördeni. Kui pooli L2 mähiste isolatsioon on heas korras, siis pooli L1 poolt tarbitav ja ampermeetriga PA mõõdetud vool peale mähise paigaldamist on sama, mis enne. Vastasel juhul suureneb vool mähises L1.

Riis. 5. Dielektriliste kadude nurga puutuja mõõtmise skeem

Viimane vaadeldavatest isolatsiooniomadustest on dielektrilise kadu puutuja.

On teada, et isolatsioonil on aktiiv- ja reaktiivne takistus ning kui sellele rakendatakse perioodilist pinget, voolavad isolatsioonist läbi aktiiv- ja reaktiivvoolud, see tähendab, et on olemas aktiivne P ja reaktiivne Q võimsus. Suhet P ja Q nimetatakse dielektrilise kadunurga puutujaks ja tähistatakse tgδ.

Kui me mäletame, et P = IUcosφ ja Q = IUsinφ, siis võime kirjutada:

tgδ on isolatsiooni läbiva aktiivvoolu suhe reaktiivvool.

Tgδ määramiseks on vaja samaaegselt mõõta aktiiv- ja reaktiivvõimsust või aktiiv- ja reaktiivset (mahtuvuslikku) isolatsioonitakistust. Teise meetodiga tgδ mõõtmise põhimõte on näidatud joonisel fig. 5, kus mõõteahel on üks sild.

Silla harud koosnevad näidiskondensaatorist C0, muutuva kondensaatori C1, muutuva R1 ja konstantse R2 takistitest, samuti mähise L mahtuvusest ja isolatsioonitakistusest toote või massi korpuse suhtes, mida tavapäraselt kujutatakse kondensaatorina Cx ja takisti Rx. Juhul, kui tgδ on vaja mõõta mitte mähisel, vaid kondensaatoril, ühendatakse selle plaadid otse sillaahela klemmidega 1 ja 2.

Silla diagonaal sisaldab galvanomeetrit P ja toiteallikat, mis meie puhul on trafo T.

Nagu teisteski silla ahelad mõõtmisprotsess seisneb seadme P minimaalsete näitude saamises, muutes järjestikku takisti R1 takistust ja kondensaatori C1 mahtuvust. Tavaliselt valitakse silla parameetrid nii, et tgδ väärtus seadme P null- või miinimumnäitudel loetakse otse kondensaatori C1 skaalal.

Tgδ määratlus on kohustuslik võimsuskondensaatorite ja trafode, kõrgepinge isolaatorite ja muude elektriseadmete puhul.

Kuna dielektrilise tugevuse katsed ja tgδ mõõtmised tehakse reeglina pingetel üle 1000 V, tuleb järgida kõiki üldisi ja erilisi ohutusmeetmeid.

Elektriisolatsiooni testimise protseduur

Eespool käsitletud isolatsiooni parameetrid ja omadused tuleb kindlaks määrata kindlat tüüpi toodete standarditega kehtestatud järjekorras.

Näiteks jõutrafodes määratakse esmalt isolatsioonitakistus ja seejärel mõõdetakse dielektrilise kao puutuja.

Pöörlevate elektrimasinate puhul on pärast isolatsioonitakistuse mõõtmist enne selle dielektrilise tugevuse testimist vaja läbi viia järgmised katsed: suurenenud pöörlemissagedusel, lühiajalise voolu või pöördemomendi ülekoormusega, äkilise lühise korral (kui see on mõeldud selle sünkroonmasina jaoks), mähiste alaldatud pinge isolatsioonikatse (kui see on selle masina dokumentatsioonis ette nähtud).

Konkreetsete masinatüüpide standardid või spetsifikatsioonid võivad seda loendit täiendada muude testidega, mis võivad mõjutada isolatsiooni dielektrilist tugevust.