Sähköeristysominaisuudet ja -testit

Sähköeristyksen ominaisuudet ja vastaava piiri

Kuten tiedätte, termiä "eristys" käytetään käytännössä viittaamaan kahteen käsitteeseen:

1) menetelmä, jolla estetään sähköisen kosketuksen muodostuminen sähkötuotteen osien välille,

2) tämän menetelmän soveltamiseen käytetyt materiaalit ja niistä valmistetut tuotteet.

Sähköeristysmateriaalit niihin kohdistetun jännitteen vaikutuksesta havaitaan sähkövirran johtamisominaisuus. Vaikka sähkön eristemateriaalien johtavuuden arvo on useita suuruusluokkia pienempi kuin johtimien, sillä on kuitenkin merkittävä rooli ja se määrää suurelta osin sähkötuotteen toimintavarmuuden.

Eristeeseen kohdistetun jännitteen vaikutuksesta sen läpi kulkee virta, jota kutsutaan vuotovirraksi, joka muuttuu ajan myötä.

Sähköeristyksen ominaisuuksien tutkimiseksi ja havainnollistamiseksi on tapana esittää se tietyn mallin muodossa, jota kutsutaan ekvivalenttipiiriksi (kuva 1), joka sisältää neljä rinnakkain kytkettyä sähköpiiriä.Ensimmäinen niistä sisältää vain kondensaattorin C1, jota kutsutaan geometriseksi kapasitanssiksi.

Riisi. 1. Sähköeristyksen vastaava piiri

Tämän kapasitanssin esiintyminen aiheuttaa hetkellisen sysäysvirran, joka syntyy, kun eristeeseen johdetaan tasajännite ja joka vaimenee lähes muutamassa sekunnissa, ja kapasitiivisen virran, joka kulkee eristeen läpi, kun siihen kytketään vaihtojännite. Tätä kapasiteettia kutsutaan geometriseksi, koska se riippuu eristyksestä: sen mitoista (paksuus, pituus jne.) sekä virtaa kuljettavan osan A ja kotelon (maa) välisestä sijainnista.

Toinen kaavio luonnehtii eristeen sisäistä rakennetta ja ominaisuuksia, mukaan lukien sen rakenne, rinnakkain kytkettyjen kondensaattorien ja vastusten ryhmien lukumäärä. Tämän piirin läpi kulkevaa virtaa I2 kutsutaan absorptiovirraksi. Tämän virran alkuarvo on verrannollinen eristeen pinta-alaan ja kääntäen verrannollinen sen paksuuteen.

Jos sähkötuotteen virtaa kuljettavat osat on eristetty kahdella tai useammalla eristekerroksella (esimerkiksi johdineristys ja käämin eristys), niin vastaavassa piirissä absorptiohaara esitetään kahdessa tai useammassa sarjaan kytkettynä. kondensaattorin ja vastuksen ryhmät, jotka kuvaavat yhden eristekerroksen ominaisuuksia. Tässä kaaviossa tarkastellaan kaksikerroksista eristystä, jonka kerros korvataan ryhmällä kondensaattorin C2 ja vastuksen R1 elementtejä ja toinen C3:lla ja R2:lla.

Kolmas piiri sisältää yhden vastuksen R3 ja kuvaa eristyshäviötä, kun siihen syötetään tasajännite.Tämän vastuksen resistanssi, jota kutsutaan myös eristysresistanssiksi, riippuu monista tekijöistä: koosta, materiaalista, rakenteesta, lämpötilasta, eristyksen tilasta, mukaan lukien sen pinnalla oleva kosteus ja lika, sekä jännitteestä.

Joillakin eristysvioilla (esimerkiksi vaurioiden kautta) vastuksen R3 riippuvuus jännitteestä tulee epälineaariseksi, kun taas toisilla, esimerkiksi vahvalla kosteudella, se ei käytännössä muutu jännitteen kasvaessa. Tämän haaran läpi kulkevaa virtaa I3 kutsutaan eteenpäinvirtaukseksi.

Neljäs piiri on esitetty MF-kipinävälin ekvivalentissa piirissä, joka kuvaa eristyksen dielektristä lujuutta, ilmaistuna numeerisesti sen jännitteen arvolla, jolla eristysmateriaali menettää eristysominaisuudet ja hajoaa virran vaikutuksesta. I4 kulkee sen läpi.

Tällä eristysekvivalenttipiirillä ei vain kuvata siinä tapahtuvia prosesseja, kun jännite kytketään, vaan myös asettaa parametreja, joita voidaan tarkkailla sen tilan arvioimiseksi.

Sähköeristyksen testausmenetelmät

Yksinkertaisin ja yleisin tapa arvioida eristeen kuntoa ja eheyttä on mitata sen vastus megaohmimittarilla.

Kiinnitetään huomiota siihen, että kondensaattorien läsnäolo vastaavassa piirissä selittää myös eristyksen kyvyn kerätä sähkövarauksia. Siksi sähkökoneiden ja muuntajien käämit ennen eristysvastuksen mittausta ja sen jälkeen on purettava maadoittamalla liitin, johon kytketty megohmimittari.

Sähkökoneiden ja muuntajien eristysresistanssia mitattaessa on seurattava käämien lämpötilaa, joka kirjataan testausselosteeseen. Mittausten lämpötilan tunteminen on välttämätöntä mittaustulosten vertaamiseksi toisiinsa, koska eristysresistanssi muuttuu jyrkästi lämpötilasta riippuen: eristysvastus laskee keskimäärin 1,5 kertaa lämpötilan noustessa joka 10 °C. ja myös kasvaa vastaavan lämpötilan laskun myötä.

Koska eristysmateriaaleissa aina oleva kosteus vaikuttaa mittaustuloksiin, eristyksen laatua kuvaavien parametrien määritystä ei tehdä alle + 10 °C:n lämpötiloissa, koska saadut tulokset eivät anna oikea käsitys eristyneisyyden todellisesta tilasta.

Käytännössä kylmän tuotteen eristysresistanssia mitattaessa voidaan olettaa, että eristyslämpötila on yhtä suuri kuin ympäristön lämpötila. Kaikissa muissa tapauksissa eristyksen lämpötilan oletetaan ehdollisesti olevan yhtä suuri kuin käämien lämpötila mitattuna niiden aktiivisella resistanssilla.

Jotta mitattu eristysresistanssi ei poikkea merkittävästi todellisesta arvosta, mittauspiirin elementtien - johtojen, eristeiden jne. - oman eristysresistanssin tulee tuoda mittaustulokseen pienin virhe.Siksi, kun mitataan sähkölaitteiden, joiden jännite on enintään 1000 V, eristysresistanssia, näiden elementtien resistanssin on oltava vähintään 100 megaohmia ja tehomuuntajien eristysresistanssia mitattaessa - vähintään megaohmimittarin mittausraja. .

Jos tämä ehto ei täyty, mittaustulokset on korjattava piirielementtien eristysresistanssin suhteen. Tätä varten eristysvastus mitataan kahdesti: kerran täysin kootun piirin ja tuotteen ollessa kytkettynä ja toisen kerran tuotteen ollessa irrotettuna. Ensimmäisen mittauksen tulos antaa piirin ja tuotteen Re ekvivalentin eristysresistanssin ja toisen mittauksen tulos mittauspiirin elementtien resistanssin Rc. Sitten tuotteen eristysvastus

Jos joidenkin muiden tuotteiden sähkökoneissa eristysresistanssin mittausjärjestystä ei ole määritetty, niin tehomuuntajien osalta tätä mittausjärjestystä säätelee standardi, jonka mukaan ensin mitataan pienjännitekäämin (LV) eristysresistanssi. Loput käämit sekä säiliö on maadoitettava. Säiliön puuttuessa muuntajan kotelo tai sen runko on maadoitettava.

Kolmen jännitekäämin - matalan jännitteen, keskisuuren ja korkeamman jännitteen - läsnä ollessa matalajännitekäämin jälkeen on mitattava keskijännitekäämin eristysresistanssi ja vasta sitten korkeampi jännite.Luonnollisesti kaikkia mittauksia varten jäljellä olevat käämit sekä säiliö on maadoitettava ja maadoittamaton käämi on purettava jokaisen mittauksen jälkeen kytkemällä laatikkoon vähintään 2 minuutin ajaksi. Jos mittaustulokset eivät täytä asetettuja vaatimuksia, on testejä täydennettävä määrittämällä toisiinsa sähköisesti kytkettyjen käämien eristysresistanssi.

Kaksikäämisillä muuntajilla tulee mitata korkea- ja matalajännitekäämien resistanssi suhteessa koteloon, ja kolmikäämimuuntajissa mitataan ensin korkea- ja keskijännitekäämit, sitten korkea-, keski- ja matalajännitekäämit. .

Muuntajan eristystä testattaessa on suoritettava useita mittauksia, jotta voidaan määrittää paitsi vastaavan eristysvastuksen arvot, myös vertailla käämien eristysvastusta muihin käämiin ja koneen runkoon.

Sähkökoneiden eristysresistanssi mitataan yleensä toisiinsa kytketyillä vaihekäämeillä ja asennuspaikalla yhdessä kaapeleiden (virtakiskojen) kanssa. Jos mittaustulokset eivät täytä asetettuja vaatimuksia, mitataan kunkin vaihekäämin ja tarvittaessa jokaisen käämin haaran eristysresistanssi.

On syytä muistaa, että eristyksen kuntoa on vaikea arvioida järkevästi pelkästään eristysvastuksen itseisarvon perusteella. Siksi sähkökoneiden eristyksen tilan arvioimiseksi käytön aikana näiden mittausten tuloksia verrataan aikaisempien mittausten tuloksiin.

Merkittävät, useaan kertaan esiintyvät erot yksittäisten vaiheiden eristysresistanssien välillä viittaavat yleensä johonkin merkittävään vikaan. Samanaikainen eristysresistanssin lasku kaikille vaihekäämeille yleensä tarkoittaa muutosta sen pinnan yleisessä tilassa.

Mittaustuloksia verrattaessa tulee muistaa eristysresistanssin riippuvuus lämpötilasta. Näin ollen on mahdollista verrata keskenään samassa tai samankaltaisessa lämpötilassa tehtyjen mittausten tuloksia.

Kun eristeeseen kohdistettu jännite on vakio, sen läpi kulkeva kokonaisvirta Ii (ks. kuva 1) pienenee, mitä enemmän, sitä parempi eristys on, ja virran Ii pienenemisen mukaisesti eristeen lukemat pienenevät. megohmimetrin nousu. Koska tämän virran I2-komponentti, jota kutsutaan myös absorptiovirraksi, toisin kuin I3-komponentti, ei riipu eristävän pinnan kunnosta, samoin kuin kontaminaatiosta ja kosteuspitoisuudesta, eristysresistanssiarvojen suhde. tiettynä hetkenä on eristävän kosteuspitoisuuden ominaisuus.

Standardit suosittelevat eristysresistanssin mittaamista 15 s (R15) ja 60 s (R60) kuluttua megaohmimittarin kytkemisen jälkeen, ja näiden vastusten suhdetta ka = R60 / R15 kutsutaan absorptiokertoimeksi.

Ei-kostealla eristyksellä ka> 2 ja kostealla eristyksellä ka ≈1.

Koska absorptiokertoimen arvo on käytännössä riippumaton sähkökoneen koosta ja erilaisista satunnaistekijöistä, se voidaan normalisoida: ka ≥ 1,3 20 °C:ssa.

Eristevastuksen mittausvirhe ei saa ylittää ± 20 %, ellei sitä ole erityisesti määritetty tietylle tuotteelle.

Sähkötuotteissa sähköisissä lujuuskokeissa käämien eristys kohdistuu runkoon ja toisiinsa sekä käämien välieristykseen.

Kotelon käämien tai virtaa kuljettavien osien eristyksen dielektrisen lujuuden tarkistamiseksi testatun kelan tai virtaa kuljettavien osien liittimiin kohdistetaan korotettu sinimuotoinen jännite taajuudella 50 Hz. Jännite ja sen käyttöaika ilmoitetaan kunkin tuotteen teknisissä asiakirjoissa.

Testattaessa käämien ja rungon jännitteisten osien eristyksen dielektristä lujuutta tulee kaikki muut käämit ja jännitteiset osat, jotka eivät ole mukana testeissä, kytkeä sähköisesti tuotteen maadoitettuun runkoon. Testin päätyttyä kelat tulee maadoittaa jäännösvarauksen poistamiseksi.

Kuvassa Kuvassa 2 on kaavio kolmivaiheisen sähkömoottorin käämin dielektrisen lujuuden testaamisesta.Ylijännite syntyy koelaitteistolla AG, joka sisältää säädetyn jännitelähteen E. Jännite mitataan korkeajännitepuolella aurinkosähkövolttimittarilla. Ampeerimittaria PA käytetään mittaamaan vuotovirta eristyksen läpi.

Tuotteen katsotaan läpäisevän kokeen, jos eristys ei ole rikkoutunut tai pinnalla ei ole päällekkäisyyksiä, ja myös jos vuotovirta ei ylitä tämän tuotteen dokumentaatiossa ilmoitettua arvoa. Huomaa, että vuotovirtaa valvovan ampeerimittarin avulla on mahdollista käyttää muuntajaa testiasetuksissa.

Riisi. 2. Kaavio sähkötuotteiden eristyksen dielektrisen lujuuden testaamiseksi

Eristyksen taajuusjännitetestauksen lisäksi eristystä testataan myös tasasuuntautuneella jännitteellä. Tällaisen testin etuna on mahdollisuus arvioida eristyksen kunto vuotovirtojen mittaustulosten perusteella testijännitteen eri arvoilla.

Eristyksen kunnon arvioimiseksi käytetään epälineaarisuuskerrointa

jossa I1.0 ja I0.5 ovat vuotovirtoja 1 min kuluttua testijännitteiden asettamisesta, jotka vastaavat Unormin normalisoitua arvoa ja puolet sähkökoneen nimellisjännitteestä Urated, kn <1.2.

Kolmea tarkasteltua ominaisuutta - eristysvastus, absorptiokerroin ja epälineaarisuuskerroin - käytetään ratkaisemaan kysymys mahdollisuudesta käynnistää sähkökone ilman eristeen kuivumista.

Testattaessa eristeen dielektristä lujuutta kuvan 1 kaavion mukaisesti. 2 kaikki käämin kierrokset ovat käytännössä samalla jännitteellä runkoon (maahan) nähden ja siksi käännös-käännöseristys jää tarkastamatta.

Eräs tapa testata eristävän eristeen dielektristä lujuutta on lisätä jännitettä 30 % nimellisarvoon verrattuna. Tämä jännite syötetään säädetystä jännitelähteestä EK tyhjäkäyntitestipisteeseen.

Toinen menetelmä soveltuu joutokäynnillä toimiviin generaattoreihin, ja se koostuu generaattorin viritysvirran lisäämisestä, kunnes staattorin tai ankkurin napoihin saadaan jännite (1,3 ÷ 1,5) Unom konetyypistä riippuen.Ottaen huomioon, että jopa tyhjäkäynnissä sähkökoneiden käämien kuluttamat virrat voivat ylittää nimellisarvonsa, standardit sallivat tällaisen testin suorittamisen moottorin käämeihin syötetyn jännitteen taajuudella nimellisarvon yläpuolella tai lisääntynyt generaattorin nopeus.

Asynkronisten moottoreiden testaamiseen voidaan käyttää myös testijännitettä, jonka taajuus on fi = 1,15 fn. Samoissa rajoissa generaattorin nopeutta voidaan lisätä.

Testattaessa eristyksen dielektristä lujuutta tällä tavalla, vierekkäisten kelan kierrosten väliin syötetään jännite, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin syötetty jännite jaettuna kelan kierrosten lukumäärällä. Se eroaa hieman (30-50 %) siitä, mikä on olemassa, kun tuote toimii nimellisjännitteellä.

Kuten tiedät, ytimessä sijaitsevan kelan napoihin sovellettava jännitteen nousun raja johtuu tämän kelan virran epälineaarisesta riippuvuudesta sen liittimien jännitteestä. Jännitteillä, jotka ovat lähellä nimellisarvoa Unom, sydän ei ole kyllästynyt ja virta riippuu lineaarisesti jännitteestä (kuva 3, osa OA).

Jännitteen kasvaessa käämin nimellisvirran yläpuolella oleva U kasvaa jyrkästi, ja kun U = 2Unom virta voi ylittää nimellisarvon kymmeniä kertoja. Käämityksen jännitteen lisäämiseksi merkittävästi kierrosten välisen eristyksen lujuutta testataan taajuudella, joka on monta kertaa (kymmenen kertaa tai enemmän) suurempi kuin nimellisarvo.

Riisi. 3. Kaavio käämin virran riippuvuudesta käytetystä jännitteestä

Riisi. 4.Käämin eristystestikaavio korotetulla virtataajuudella

Tarkastellaan periaatetta kontaktorikäämien välieristyksen testaamisesta (kuva 4). Testikela L2 asetetaan jaetun magneettipiirin sauvaan. Kelan L1 liittimiin syötetään jännite U1 korotetulla taajuudella siten, että jokaista kelan L2 kierrosta kohden on jännite, joka tarvitaan eristyksen dielektrisen lujuuden testaamiseen kierroksesta kierrokseen. Jos kelan L2 käämien eristys on hyvässä kunnossa, kelan L1 kuluttama virta, joka mitataan ampeerimittarilla PA käämin asennuksen jälkeen, on sama kuin ennen. Muuten kelan L1 virta kasvaa.

Riisi. 5. Kaavio dielektristen häviöiden kulman tangentin mittaamiseksi

Viimeinen tarkastelluista eristysominaisuuksista on dielektrisen häviön tangentti.

Tiedetään, että eristyksessä on aktiivinen ja loisvastus, ja kun siihen kohdistetaan jaksollinen jännite, eristeen läpi kulkevat aktiiviset ja loisvirrat, eli aktiivisia P- ja loistehoja on olemassa. Suhdetta P:hen Q kutsutaan dielektrisen häviökulman tangentiksi ja sitä merkitään tgδ.

Jos muistamme, että P = IUcosφ ja Q = IUsinφ, voimme kirjoittaa:

tgδ on eristyksen läpi kulkevan aktiivisen virran suhde loisvirta.

Tgδ:n määrittämiseksi on tarpeen mitata samanaikaisesti pätö- ja loisteho tai aktiivinen ja loisteho (kapasitiivinen) eristysresistanssi. Periaate tgδ:n mittaamiseksi toisella menetelmällä on esitetty kuvassa. 5, jossa mittauspiiri on yksi silta.

Sillan varret koostuvat esimerkkikondensaattorista C0, säädettävästä kondensaattorista C1, muuttuvasta R1 ja vakio-R2 vastuksista sekä käämin L kapasitanssista ja eristysresistanssista tuotteen tai massan runkoon nähden, joka on perinteisesti kuvattu kondensaattorina Cx ja vastus Rx. Siinä tapauksessa, että on tarpeen mitata tgδ ei kelasta, vaan kondensaattorista, sen levyt on kytketty suoraan siltapiirin liittimiin 1 ja 2.

Sillan diagonaali sisältää galvanometrin P ja virtalähteen, joka tapauksessamme on muuntaja T.

Kuten muissakin siltapiirit mittausprosessi koostuu laitteen P minimilukemien saamisesta muuttamalla peräkkäin vastuksen R1 resistanssia ja kondensaattorin C1 kapasitanssia. Yleensä sillan parametrit valitaan siten, että tgδ:n arvo laitteen P nolla- tai minimilukemissa luetaan suoraan kondensaattorin C1 asteikolla.

Tgδ:n määritelmä on pakollinen tehokondensaattoreille ja muuntajille, suurjänniteeristeille ja muille sähkötuotteille.

Koska dielektriset lujuustestit ja tgδ-mittaukset suoritetaan pääsääntöisesti yli 1000 V jännitteillä, on noudatettava kaikkia yleisiä ja erityisiä turvatoimenpiteitä.

Sähköeristyksen testausmenettely

Edellä käsitellyt eristyksen parametrit ja ominaisuudet on määritettävä tietyntyyppisten tuotteiden standardien mukaisessa järjestyksessä.

Esimerkiksi tehomuuntajissa määritetään ensin eristysresistanssi ja sitten mitataan dielektrisen häviön tangentti.

Pyöriville sähkökoneille eristysresistanssin mittaamisen jälkeen ennen sen dielektrisen lujuuden testaamista on suoritettava seuraavat testit: korotetulla pyörintätaajuudella, lyhytaikaisella virran tai vääntömomentin ylikuormituksella, äkillisellä oikosulkulla (jos se on tarkoitettu tälle synkroniselle koneelle), käämien tasasuunnatun jännitteen eristystesti (jos se on määritetty tämän koneen dokumentaatiossa).

Tiettyjä konetyyppejä koskevat standardit tai tekniset tiedot voivat täydentää tätä luetteloa muilla testeillä, jotka voivat vaikuttaa eristeen dielektriseen lujuuteen.