Elektromos szigetelési tulajdonságok és vizsgálatok
Az elektromos szigetelés tulajdonságai és egyenértékű áramköre
Mint tudják, az „elszigetelés” kifejezést a gyakorlatban két fogalom megjelölésére használják:
1) módszer az elektromos termék részei közötti elektromos érintkezés kialakulásának megakadályozására,
2) a módszer alkalmazásához felhasznált anyagok és termékek.
Elektromos szigetelő anyagok rájuk kapcsolt feszültség hatására felfedezik az elektromos áram vezetésének tulajdonságát. Az elektromos szigetelőanyagok vezetőképességének értéke ugyan több nagyságrenddel kisebb, mint a vezetékeké, de ennek ellenére jelentős szerepet játszik és nagymértékben meghatározza egy elektromos termék működésének megbízhatóságát.
A szigetelésre adott feszültség hatására áram folyik át rajta, az úgynevezett szivárgási áram, amely idővel változik.
Az elektromos szigetelés tulajdonságainak tanulmányozása és szemléltetése érdekében azt szokás egy bizonyos, ekvivalens áramkörnek nevezett modell formájában ábrázolni (1. ábra), amely négy párhuzamosan kapcsolt elektromos áramkört tartalmaz.Az első közülük csak a C1 kondenzátort tartalmazza, amelyet geometriai kapacitásnak neveznek.
Rizs. 1. Az elektromos leválasztás egyenértékű áramköre
Ennek a kapacitásnak a jelenléte egy pillanatnyi bekapcsolási áram megjelenését idézi elő, amely akkor jön létre, ha a szigetelésre egyenfeszültséget kapcsolnak, és amely csaknem néhány másodperc alatt lebomlik, és egy kapacitív áramot, amely átfolyik a szigetelésen, amikor AC feszültséget kapcsolnak rá. Ezt a kapacitást geometriainak nevezzük, mert függ a szigeteléstől: a méreteitől (vastagságától, hosszától stb.), valamint az áramvezető A rész és a ház (föld) közötti elhelyezkedéstől.
A második séma a szigetelés belső szerkezetét és tulajdonságait jellemzi, beleértve a szerkezetét, a párhuzamosan kapcsolt kondenzátor- és ellenálláscsoportok számát. Az ezen az áramkörön átfolyó I2 áramot abszorpciós áramnak nevezzük. Ennek az áramnak a kezdeti értéke arányos a szigetelés területével és fordítottan arányos a vastagságával.
Ha egy elektromos termék áramvezető részei két vagy több szigetelési réteggel vannak szigetelve (például huzalszigeteléssel és tekercsszigeteléssel), akkor az egyenértékű áramkörben az abszorpciós ág két vagy több sorba kapcsolt formában van ábrázolva. egy kondenzátor és egy ellenállás csoportjai, amelyek az egyik szigetelőréteg tulajdonságait jellemzik. Ebben a sémában egy kétrétegű szigetelést veszünk figyelembe, amelynek rétegét a C2 kondenzátor és az R1 ellenállás elemeinek csoportja, a második pedig C3 és R2 helyettesíti.
A harmadik áramkör egyetlen R3 ellenállást tartalmaz, és a leválasztási veszteséget jellemzi, amikor egyenfeszültséget kapcsolunk rá.Ennek az ellenállásnak az ellenállása, amelyet szigetelési ellenállásnak is neveznek, számos tényezőtől függ: mérettől, anyagtól, felépítéstől, hőmérséklettől, szigetelés állapotától, beleértve a felületén lévő nedvességet és szennyeződést, valamint az alkalmazott feszültségtől.
Egyes szigetelési hibák esetén (például károsodás miatt) az R3 ellenállás feszültségtől való függése nemlineárissá válik, míg mások esetében, például erős nedvesség esetén, gyakorlatilag nem változik a feszültség növekedésével. Az ezen az ágon átfolyó I3 áramot előremenő áramnak nevezzük.
A negyedik áramkör az MF szikraköz ekvivalens áramkörében van ábrázolva, amely a szigetelés dielektromos szilárdságát jellemzi, számszerűen kifejezve annak a feszültségnek az értékével, amelynél a szigetelőanyag elveszti szigetelő tulajdonságait és az áram hatására elromlik. I4 áthaladva rajta.
Ez a leválasztási ekvivalens áramkör nem csak a benne feszültség alá helyezéskor lezajló folyamatok leírását teszi lehetővé, hanem olyan paraméterek beállítását is, amelyek megfigyelhető állapotának megítéléséhez.
Elektromos szigetelés vizsgálati módszerek
A szigetelés állapotának és integritásának felmérésének legegyszerűbb és legáltalánosabb módja az ellenállás mérése megohmméterrel.
Figyeljünk arra, hogy a kondenzátorok jelenléte az ekvivalens áramkörben a szigetelés elektromos töltések felhalmozási képességét is magyarázza. Ezért a villamos gépek és transzformátorok tekercseit a szigetelési ellenállás mérése előtt és után kisütni kell a kapocs földelésével, amelyre csatlakoztatott megohméter.
Villamos gépek és transzformátorok szigetelési ellenállásának mérése során figyelemmel kell lenni a tekercsek hőmérsékletére, amelyet a vizsgálati jegyzőkönyvben rögzítünk. A mérések hőmérsékletének ismerete szükséges a mérési eredmények egymással való összehasonlításához, mivel a szigetelési ellenállás a hőmérséklettől függően élesen változik: átlagosan 1,5-szeresére csökken a szigetelési ellenállás a hőmérséklet 10 ° C-onkénti növekedésével. és a hőmérséklet megfelelő csökkenésével is növekszik.
Tekintettel arra, hogy a szigetelőanyagokban mindig található nedvesség befolyásolja a mérési eredményeket, a szigetelés minőségét jellemző paraméterek meghatározása nem történik + 10 °C alatti hőmérsékleten, mivel a kapott eredmények nem adnak megfelelő értéket. helyes elképzelés az elszigeteltség valódi állapotáról.
Gyakorlatilag hideg termék szigetelési ellenállásának mérésekor a szigetelési hőmérsékletet a környezeti hőmérséklettel egyenlőnek tételezhetjük fel. Minden más esetben a szigetelés hőmérsékletét feltételesen feltételezzük, hogy megegyezik a tekercsek hőmérsékletével, aktív ellenállásukkal mérve.
Annak érdekében, hogy a mért szigetelési ellenállás ne térjen el jelentősen a valós értéktől, a mérőáramkör elemeinek - vezetékek, szigetelők stb. - saját szigetelési ellenállásának minimális hibát kell bevinnie a mérési eredménybe.Ezért az 1000 V-ig terjedő feszültségű elektromos készülékek szigetelési ellenállásának mérésekor ezen elemek ellenállásának legalább 100 megohmnak, a teljesítménytranszformátorok szigetelési ellenállásának mérésekor pedig legalább a megohmméter mérési határértékének kell lennie. .
Ha ez a feltétel nem teljesül, a mérési eredményeket az áramköri elemek szigetelési ellenállására kell korrigálni. Ehhez a szigetelési ellenállást kétszer mérik: egyszer teljesen összeszerelt áramkörrel és a termék csatlakoztatásával, másodszor pedig leválasztott termékkel. Az első mérés eredménye az áramkör és az Re szorzat egyenértékű szigetelési ellenállását adja meg, a második mérés eredménye pedig az Rc mérőkör elemeinek ellenállását. Ezután a termék szigetelési ellenállása
Ha más termékek elektromos gépeinél a szigetelési ellenállás mérési sorrendje nincs megállapítva, akkor a teljesítménytranszformátoroknál ezt a mérési sorrendet az a szabvány szabályozza, amely szerint először a kisfeszültségű tekercs (LV) szigetelési ellenállását mérik. A fennmaradó tekercseket, valamint a tartályt földelni kell. Tartály hiányában a transzformátorházat vagy annak vázát földelni kell.
A kisfeszültségű tekercselés után három feszültségű tekercs – kisebb feszültség, közepes feszültség és magasabb feszültség – jelenlétében meg kell mérni a középfeszültségű tekercs szigetelési ellenállását és csak ezután a magasabb feszültséget.Természetesen minden mérésnél a megmaradt tekercseket, valamint a tartályt földelni kell, a földeletlen tekercset pedig minden mérés után legalább 2 percre a dobozra csatlakoztatva le kell vezetni. Ha a mérési eredmények nem felelnek meg a megállapított követelményeknek, akkor a vizsgálatokat ki kell egészíteni az egymással elektromosan összekapcsolt tekercsek szigetelési ellenállásának meghatározásával.
Kéttekercses transzformátoroknál a nagy- és kisfeszültségű tekercsek ellenállását kell mérni a házhoz viszonyítva, három tekercses transzformátoroknál pedig először a nagy- és középfeszültségű tekercseket, majd a nagy-, közép- és kisfeszültségű tekercseket kell mérni. .
A transzformátor szigetelésének tesztelésekor több mérést kell végezni, hogy ne csak az egyenértékű szigetelési ellenállás értékeit határozzák meg, hanem a tekercsek szigetelési ellenállását is összehasonlítsák más tekercsekkel és a géptesttel.
Az elektromos gépek szigetelési ellenállását általában egymáshoz kapcsolódó fázistekercsekkel, a telepítés helyén pedig kábelekkel (sínekkel) együtt mérik. Ha a mérési eredmények nem felelnek meg a megállapított követelményeknek, akkor az egyes fázistekercsek és szükség esetén a tekercs egyes ágainak szigetelési ellenállását megmérjük.
Szem előtt kell tartani, hogy a szigetelés állapotát nehéz ésszerűen megítélni pusztán a szigetelési ellenállás abszolút értékéből. Ezért az elektromos gépek üzem közbeni szigetelési állapotának értékelése érdekében ezen mérések eredményeit összehasonlítják az előzőek eredményeivel.
Az egyes fázisok szigetelési ellenállásai közötti jelentős, többszörös eltérések általában valamilyen jelentős hibára utalnak. Az összes fázistekercs szigetelési ellenállásának egyidejű csökkenése általában a felület általános állapotának megváltozását jelzi.
A mérési eredmények összehasonlításakor emlékezni kell a szigetelési ellenállás hőmérséklettől való függésére. Ezért lehetőség van az azonos vagy hasonló hőmérsékleten végzett mérések eredményeinek egymással való összehasonlítására.
Ha a szigetelésre alkalmazott feszültség állandó, akkor a rajta átfolyó Ii összáram (lásd 1. ábra) minél jobban csökken, annál jobb a szigetelés állapota, és az Ii áram csökkenésével összhangban a szigetelés leolvasott értékei. megohmméter növekedés. Mivel ennek az áramnak az I2 komponense, amelyet abszorpciós áramnak is neveznek, az I3 komponenssel ellentétben nem függ a szigetelőfelület állapotától, valamint a szennyeződéstől és a nedvességtartalomtól, a szigetelési ellenállás értékeinek aránya adott időpontban a szigetelő nedvességtartalom jellemzője.
A szabványok a megohmmérő csatlakoztatása után 15 s (R15) és 60 s (R60) után javasolják a szigetelési ellenállás mérését, és ezen ellenállások ka = R60 / R15 arányát abszorpciós együtthatónak nevezik.
Nem nedves szigeteléssel ka> 2, nedves szigeteléssel pedig ka ≈1.
Mivel az abszorpciós együttható értéke gyakorlatilag független az elektromos gép méretétől és a különféle véletlenszerű tényezőktől, így normalizálható: ka ≥ 1,3 20 °C-on.
A szigetelési ellenállás mérésének hibája nem haladhatja meg a ± 20%-ot, kivéve, ha azt egy adott termékre kifejezetten megállapították.
Az elektromos termékeknél az elektromos szilárdsági vizsgálatok a tekercsek testhez és egymáshoz való szigetelését, valamint a tekercsek közbenső szigetelését vetik alá.
A tekercsek vagy az áramot vezető részek szigetelésének dielektromos szilárdságának ellenőrzése érdekében a vizsgált tekercs vagy áramvezető részek kapcsaira 50 Hz frekvenciájú megnövelt szinuszos feszültséget kell alkalmazni. A feszültség és az alkalmazás időtartama az egyes termékek műszaki dokumentációjában van feltüntetve.
A tekercsek és a karosszéria feszültség alatt álló részei szigetelésének dielektromos szilárdságának vizsgálatakor minden más, a vizsgálatokban nem érintett tekercset és feszültség alatt álló részt elektromosan kell csatlakoztatni a termék földelt testéhez. A teszt befejezése után a tekercseket földelni kell a maradék töltés eltávolítása érdekében.
ábrán. A 2. ábra háromfázisú villanymotor tekercsének dielektromos szilárdságának vizsgálatára szolgáló diagramot mutat be A túlfeszültséget egy E szabályozott feszültségforrást tartalmazó AG vizsgálóberendezés állítja elő. PA ampermérőt használnak a szigetelésen keresztüli szivárgási áram mérésére.
A termék akkor tekinthető megfeleltnek a teszten, ha nincs a szigetelés meghibásodása vagy a felület átfedése, valamint ha a szivárgó áram nem haladja meg a termék dokumentációjában megadott értéket. Vegye figyelembe, hogy a szivárgási áramot figyelő ampermérő lehetővé teszi transzformátor használatát a tesztbeállításban.
Rizs. 2. Elektromos termékek szigetelésének dielektromos szilárdságának vizsgálati sémája
A szigetelés frekvenciafeszültség-vizsgálata mellett a szigetelést egyenirányított feszültséggel is tesztelik. Az ilyen vizsgálat előnye, hogy a szigetelés állapotát a szivárgási áramok mérési eredményei alapján a vizsgálati feszültség különböző értékeinél lehet értékelni.
A szigetelés állapotának értékeléséhez nemlinearitási együtthatót használnak
ahol I1,0 és I0,5 szivárgási áramok 1 perccel az Unorm normalizált értékével és a villamos gép névleges feszültségének felével egyenlő próbafeszültségek alkalmazása után Urated, kn <1,2.
A három figyelembe vett jellemző - szigetelési ellenállás, abszorpciós együttható és nemlinearitási együttható - arra szolgál, hogy megoldja azt a kérdést, hogy a szigetelés kiszáradása nélkül lehet-e bekapcsolni egy elektromos gépet.
ábra diagramja szerinti szigetelés dielektromos szilárdságának vizsgálatakor. 2 a tekercselés összes menete gyakorlatilag azonos feszültséggel rendelkezik a testhez (földhöz) képest, ezért a fordulatról-fordulóra szigetelés ellenőrizetlen marad.
A szigetelő szigetelés dielektromos szilárdságának vizsgálatának egyik módja a feszültség 30%-os növelése a névlegeshez képest. Ezt a feszültséget egy szabályozott EK feszültségforrásról a terhelés nélküli vizsgálati pontra vezetik.
Egy másik módszer az alapjáraton működő generátorokra alkalmazható, és a generátor gerjesztőáramának növeléséből áll, amíg a feszültség (1,3 ÷ 1,5) Unom értéket nem kap az állórész vagy az armatúra kapcsain, a gép típusától függően.Tekintettel arra, hogy az elektromos gépek tekercseinek által fogyasztott áramok üresjáratban is meghaladhatják névleges értéküket, a szabványok lehetővé teszik az ilyen vizsgálat elvégzését a motortekercsekre adott feszültség megnövelt frekvenciáján a névleges érték felett vagy megnövelt generátor fordulatszám.
Az aszinkron motorok tesztelésére fi = 1,15 fn frekvenciájú próbafeszültséget is lehet használni. Ugyanezen határokon belül a generátor fordulatszáma növelhető.
A szigetelés dielektromos szilárdságának ilyen módon történő vizsgálatakor a rákapcsolt feszültség és a tekercs fordulatszámának hányadosával számszerűen megegyező feszültség kerül a szomszédos tekercsfordulatok közé. Kissé (30-50%-kal) eltér attól, ami akkor létezik, ha a termék névleges feszültségen működik.
Mint ismeretes, a tekercs magon elhelyezkedő kapcsaira alkalmazott feszültségnövekedés határa az ebben a tekercsben lévő áram nemlineáris függése a kapcsai feszültségétől. Az Unom névleges értékhez közeli feszültségeknél a mag nem telített, és az áram lineárisan függ a feszültségtől (3. ábra, OA szakasz).
A feszültség növekedésével a tekercs névleges árama feletti U meredeken növekszik, és U = 2Unom esetén az áram több tízszeresével haladhatja meg a névleges értéket. A tekercselés menetenkénti feszültségének jelentős növelése érdekében a menetek közötti szigetelés szilárdságát a névlegesnél többszörösen (tízszer vagy többször) nagyobb frekvencián tesztelik.
Rizs. 3. A tekercsben lévő áramerősség és a rákapcsolt feszültség függésének grafikonja
Rizs. 4.A tekercsszigetelés vizsgálati sémája megnövelt áramfrekvencián
Tekintsük a kontaktortekercsek közbenső szigetelésének vizsgálatának elvét (4. ábra). Az L2 teszttekercset az osztott mágneses áramkör rúdjára helyezzük. Az L1 tekercs kapcsaira U1 feszültséget kapcsolunk megnövelt frekvenciával, így az L2 tekercs minden egyes fordulatánál van egy feszültség, amely a szigetelés dielektromos szilárdságának vizsgálatához szükséges fordulatról menetre. Ha az L2 tekercs tekercseinek szigetelése megfelelő, akkor az L1 tekercs által fogyasztott és a tekercs felszerelése után PA ampermérővel mért áram ugyanaz lesz, mint korábban. Ellenkező esetben az L1 tekercs áramerőssége megnő.
Rizs. 5. A dielektromos veszteségek szögének tangensének mérési sémája
Az utolsó figyelembe vett szigetelési jellemzők - a dielektromos veszteség érintője.
Ismeretes, hogy a szigetelésnek van aktív és meddő ellenállása, és amikor időszakos feszültséget kapcsolunk rá, akkor aktív és meddő áramok áramlanak át a szigetelésen, azaz aktív P és meddő Q teljesítmények vannak. A P és Q arányt a dielektromos veszteségszög tangensének nevezzük, és tgδ-vel jelöljük.
Ha emlékszünk arra, hogy P = IUcosφ és Q = IUsinφ, akkor felírhatjuk:
tgδ a szigetelésen átfolyó aktív áram aránya meddő áram.
A tgδ meghatározásához szükséges az aktív és meddő teljesítmény vagy az aktív és meddő (kapacitív) szigetelési ellenállás egyidejű mérése. A tgδ második módszerrel történő mérésének elvét az 1. ábra mutatja. 5, ahol a mérőkör egyetlen híd.
A híd karjai egy példa C0 kondenzátorból, C1 változó kondenzátorból, változó R1 és állandó R2 ellenállásokból, valamint az L tekercsnek a termék vagy tömeg testéhez viszonyított kapacitásából és szigetelési ellenállásából állnak, amelyet hagyományosan Cx kondenzátorként ábrázolnak. és az Rx ellenállást. Abban az esetben, ha a tgδ-t nem a tekercsen, hanem a kondenzátoron kell megmérni, annak lemezeit közvetlenül a hídáramkör 1. és 2. kapcsaihoz kell csatlakoztatni.
A híd átlója egy P galvanométert és egy tápforrást tartalmaz, ami esetünkben egy T transzformátor.
Ahogy másoknál is híd áramkörök a mérési folyamat abból áll, hogy az R1 ellenállás ellenállásának és a C1 kondenzátor kapacitásának szekvenciális változtatásával megkapjuk a P eszköz minimális értékeit. Általában a híd paramétereit úgy választják meg, hogy a tgδ értéke a P eszköz nulla vagy minimális leolvasásánál közvetlenül a C1 kondenzátor skáláján legyen leolvasva.
A tgδ meghatározása kötelező teljesítménykondenzátorok és transzformátorok, nagyfeszültségű szigetelők és egyéb elektromos termékek esetében.
Tekintettel arra, hogy a dielektromos szilárdsági vizsgálatokat és a tgδ méréseket általában 1000 V feletti feszültségen végzik, minden általános és speciális biztonsági intézkedést be kell tartani.
Elektromos szigetelés vizsgálati eljárás
A szigetelés fent tárgyalt paramétereit és jellemzőit az egyes termékekre vonatkozó szabványok által meghatározott sorrendben kell meghatározni.
Például a teljesítménytranszformátorokban először a szigetelési ellenállást határozzák meg, majd mérik a dielektromos veszteség érintőjét.
Forgó elektromos gépeknél a szigetelési ellenállás mérése után a dielektromos szilárdság vizsgálata előtt a következő vizsgálatokat kell elvégezni: megnövelt forgási frekvencián, rövid ideig tartó áram- vagy nyomatéktúlterheléssel, hirtelen rövidzárlattal (ha van ehhez a szinkrongéphez való), a tekercsek egyenirányított feszültségének szigetelési vizsgálata (ha a gép dokumentációja előírja).
Az egyes géptípusokra vonatkozó szabványok vagy specifikációk kiegészíthetik ezt a listát más vizsgálatokkal, amelyek befolyásolhatják a szigetelés dielektromos szilárdságát.