Учет температуры при измерении сопротивления изоляции

Измерения емкости.В последние годы большое внимание уделяется разработке ёмкостных методов, позволяющих достаточно точно определять увлажненность вводимого в работу электрооборудования. По сопротивлению изоляции и коэффициенту абсорбции для электрооборудования с волокнистой изоляцией, особенно трансформаторов, нельзя судить, что данное оборудование не требует сушки перед включением его в работу. В этих случаях дополнительно проверяют степень увлажнённости изоляции ёмкостными методами как-то: «ёмкость-температура», «ёмкость-частота», «ёмкость-время».

Метод «ёмкость-температура» заключается в сравнении ёмкостей оборудования (обмоток трансформаторов), измеренных при разных температурах. Принято, что верхний предел температуры не более 70°С, а нижний - не менее 20°С. При этом отношение ёмкости к ёмкости оборудования в нагретом состоянии к емкости того же оборудования в холодном состоянии не должно превышать 1,15 для сухой изоляции. Превышение этой величины является показателем увлажнения. Физический смысл изменения отношения объясняется следующим образом. Сухая изоляция класса нагревостойкости более однородна, чем влажная и понижение или повышение температуры незначительно влияет на её ёмкость. Влажная изоляция становится более неоднородной и её ёмкость увеличивается. При возрастании температуры неоднородность изоляции проявляется резче из-за растворения во влаге остатков щелочей и кислот; в результате ёмкость увеличивается ещё больше. На рис.13.3. показана зависимость отношения температуры для сухой и влажной изоляции.

Рисунок 6.3- Зависимость отношения от температуры:

1 и 2 сухая и влажная изоляция

Недостаток этого метода испытываемого оборудования заключается в том, что требуется нагрев испытуемого оборудования.

Метод «емкость – частота». Соотношение величин емкостей абсорбции и смеще­ния изоляции зависит от степени ее увлажнения. В сухой изоля­ции преобладает электронная поляризация, характеризуемая емкостью смещения, а во влажной – дипольная поляризация (за счет дипольных молекул воды усиливается емкость абсорбции). Абсолютные значения величин этих емкостей имеют различную зависимость от частоты тока (рис. 13.4).

Рисунок 6.4- График изменения емкости сухой и влажной изоляций

Емкость сухой изоляции практически не зависит от час­тоты, так как поляризация в ней происходит почти мгновенно. Емкость же влажной изоляции с ростом частоты убывает. Это объясняется тем, что при малой частоте дипольные молеку­лы воды успевают следовать (поворачиваться) за полем и имеет наибольшее значение. Когда же частота становится боль­шой, молекулы из-за своей инертности не успевают следовать за полем. Абсорбционная емкость уменьшается, и ее значение при­ближается к емкости, обусловленной лишь электронной поляри­зацией. Поэтому по степени изменения емкости от частоты можно определить увлажненность изоляции.

Диагностирование увлажнения состоит в измерении емкости изоляции при частоте и (>) и определении отношения. Обычно принимают = 2, = 50 Гц и измеряют соответст­венно и . Если ()<1,2, то изоляция сухая, если ()1,2, – увлажненная. Такой способ диагностирования проводят при помощи прибора контроля влажности изоляции.

Состояние изоляции оценивают по отношению , которое подсчитывают по формуле:

Полученное значение сравнивают с нормами, приведенными в Инструкции по контролю за состоянием изоляции трансформаторов, ПУЭ и ПТЭ.

Метод «ёмкость-время» - характеризуется тем, что сначала создают ёмкость испытываемого объекта, а затем осуществляют двухкратный его разряд: быстрый - сразу после окончания заряда, и медленный - через одну секунду. Прирост общей емкости за счет абсорбционной сухой изоляции будет небольшой ; влажной - .

При испытании изоляции рассмотренными методами пользуются приборами ПКВ-7, ПКВ-8. Эти же приборы применяют для определения влажности изоляции залитых и не залитых маслом трансформаторов - в процессе их монтажа и ремонта.

Для трансформаторов, у которых сердечник с обмотками вынут из бака во время ремонта, определяют значения и . Состояние изоляции оценивают, соотнося /с существующими нормами.

Метод коэффициента нелинейности. В многослойной сухой изоляции класса «В» поляризация значительна, поэтому ёмкостные методы в этом случае не применимы. При испытании такой изоляции в электрических машинах критерием степени увлажненности служит вольтамперная характеристика, т.е. зависимость тока утечки от приложенного при испытании напряжения: (рис. 6.5).

Для сухой изоляции характеристика имеет линейную зависимость, а для влажной - нелинейную, что связано с большим приложенным выпрямленным напряжением.

Рисунок 6.5- Зависимость тока утечки от приложенного напряжения (электродвигатель рассчитан на напряжение 6 кВ) 1 и 2 - для влажной и сухой изоляции

В увлажненной изоляции ионизация наступает при определенном значении напряжения и, как следствие, показателем влажности служит коэффициент нелинейности.

где – сопротивление изоляции, определяемое по току утечки при испытательном напряжении, равном половине номинального;

– сопротивление изоляции, определяемое по току утечки при испытательном напряжении, равном максимальному выпрямленному.

Определение местных дефектов изоляции по частичным разрядам. Электрическое поле исправной изоляционной системы содержит основную гармонику. При появлении в изоляции ка­верн, расслоений, трещин и других дефектов в них равномер­ность поля нарушается, возникают частичные разряды, создаю­щие высокочастотные колебания. Обнаружение этих колебаний при помощи специального прибора (индикатор частичных раз­рядов - ИЧР) позволяет выявить наличие дефектов, а в отдель­ных случаях место их расположения. Принцип действия ИЧР основан на использовании воздействия электрических нестацио­нарных процессов, сопровождающих разряды, на электрический колебательный контур или антенну, усилитель и измерительный прибор.

Алгоритм диагностирования состоит в следующем. На изо­ляцию подают повышенное напряжение. Приемным колебатель­ным контуром или антенной ИЧР исследует пространство во­круг изоляционной системы. При этом измерительный прибор ИЧР позволяет зафиксировать высокочастотные колебания и выявить место, где они имеют наибольший уровень. Обычно это место совпадает с местным дефектом. Известны схемы, в кото­рых ИЧР подключают к исполнительной цепи через раздели­тельный конденсатор.

Определение диэлектрических потерь. Методом диэлектрических потерь проверяют изоляцию вводов, проходных изоляторов, трансформаторов, электрических машин и т.д. Диэлектрические потери или пропорциональный им тангенс угла диэлектрических потерь служит одной из основных характеристик состояния электрической изоляции. По величине потерь можно судить о надежности изоляции по отношению к тепловому пробою (тепловой устойчивости), общем старении и увлажненности изоляции. Если к диэлектрику приложить переменное напряжение, то ток будет изменяться каждый полупериод, т.е. сто раз в секунду. Приложенные к диэлектрику напряжение и токи, проходящие в нём можно представить векторами и построить векторную (рис.6.6.) диаграмму.

Рисунок 6.6- Векторная диаграмма электрических токов в диэлектрике, находящимся под напряжением

Если в прямоугольных координатах по горизонтальной оси отложить вектор и, изображающий приложенное к диэлектрику напряжение U, то вектор тока смещения (чисто ёмкостный ток) будет опережать приложенное напряжение и на 90° Ток абсорбции является результатом замедленной поляризации диэлектрика при котором имеются потери энергии в диэлектрике, поэтому он содержит реактивную и активную составляющие. Вектор реактивного абсорбционного тока будет иметь то же направление, что и вектор тока смещения, поэтому на векторной диаграмме он прибавляется к вектору тока смещения. Вектор реактивного абсорбционного тока должен иметь то же направление, что и приложенное напряжение, поэтому на диаграмме он отложен перпендикулярно вектору реактивного тока (+ ). Общий ток абсорбции является геометрической суммой составляющих активного и реактивного токов. Ток сквозной проводимости I_φ (ток утечки) через диэлектрик является активным током, который также вызывает потери в диэлектрике, как и активный абсорбционный ток. На диаграмме ток проводимости прибавлен к вектору активного абсорбционного тока. Общий ток, проходящий через диэлектрик, является геометрической суммой всех перечисленных токов. Он сдвинут относительно напряжения на угол , а по отношению реактивного тока (+ ) на угол . Таким образом, через диэлектрик проходит активный ток , состоящий из активной составляющей тока абсорбции и тока проводимости :

и реактивный (емкостной) ток состоящий из реактивной составляющей тока абсорбции и тока смещения:

Прохождение активного тока через диэлектрик вызывает потери электрической энергии, называемыми диэлектрическими потерями. Зная величину активного тока, проходящего через диэлектрик, можно найти мощность , затрачиваемую на нагревание диэлектрика:

Реактивная мощность диэлектрика определяется величиной тока и приложенного к диэлектрику напряжения:

Из прямоугольного треугольника ЛВС векторной диаграммы следует:

Если ёмкость рассматриваемого изолятора равна , то его проводимость будет , где ;

- частота переменного тока, Гц, и величина реактивного тока может быть выражена:

Подставив это значение в предшествующую формулу, найдем другое выражение для активного тока:

Тогда активная мощность, затрачиваемая на нагревание диэлектрика, получит выражение:

Это и есть мощность диэлектрических потерь. Величина называется тангенсом угла диэлектрических потерь.

Следовательно, потери и тангенс угла диэлектрических потерь пропорциональны друг другу:

Значение обычно не превышает сотых или десятых долей единицы, поэтому его принято измерять в процентах. Предельное значение для конкретных электроустановок не должно быть больше установленного «Нормами испытаний электрооборудования».

Для одного и того же диэлектрика зависит от температуры и частоты приложенного напряжения, которое при определении угла потерь должно быть достаточно высоким (обычно 10 кВ). Значение нормировано для температуры 20°С; измерения производят мостами типов МД-16, Р595, Р5026.

В зависимости от места включения -измерительного элемента, через который протекает ток объекта, мостовая схема может быть нормальной и перевернутой. В первом случае измерительный элемент находится под низким потенциалом и экранировать схему очень просто. Во втором случае оборудование заземлено.

Применяя мосты Р595, Р5026 находят значение при напряжении от 3 до 10 кВ по первой и второй схемам, а при напряжении 100 В только по первой схеме. Тангенс угла диэлектрических потерь трансформаторов и вращающихся машин измеряют между каждой обмоткой и корпусом при заземленных свободных обмотках.

Сопротивление изоляции является изменчивой величиной, поскольку зависит от многих факторов. Наибольшее влияние на нее оказывают температура и влажность, с увеличением которых сопротивление изоляции снижается. Целью измерения сопро­тивления изоляции является установление возможности прове­дения испытаний машины или включения ее в сеть без повы­шенного риска повреждения.

Такие измерения проводятся мегаомметром, который содер­жит источник питания постоянного напряжения. Если применя­ется мегаомметр с генератором постоянного тока, то его ручка должна вращаться непрерывно и равномерно, пока стрелка при­бора не установится; при всяком замедлении или перерыве во вращении обмотка разряжается через мегаомметр на корпус, что затягивает измерение или вызывает дополнительные погрешно­сти, особенно для обмоток крупных машин, имеющих значи­тельную емкость.

Для сопротивления изоляции обмоток электрических машин нормируется лишь наименьшее значение при рабочей темпера­туре. Основным критерием при суждении о допустимом состоя­нии изоляции обмоток является сравнение сопротивления изо­ляции в процессе эксплуатации. При этом температура, при ко­торой производятся измерения, должна быть одинаковой, т.е. , где – очередной номер измерений, а продолжи­тельность измерения должна быть равна одной минуте.

Если сопротивление изоляции уменьшилось более чем на 30% по сравнению с предыдущим, то сопротивление изоляции счита­ется недопустимым. Более подробно объем, периодичность и другие нормы испытаний электрооборудования приводятся в первом разделе ПУЭ. Здесь указано, что при температуре изоля­ции, равной 75°С ее сопротивление должно быть не меньше оп­ределяемого по формуле (9.1), но не менее 0,5 МОм.

При температуре электрооборудования в 20°С сопротивление изоляции должно быть не менее 4,7 МОм. Это следует из приве­дения допустимого значения сопротивления изоляции (0,5 МОм) при 75°С к температуре 20°С па основе коэффициентов, пока­занных в табл. 13.1.

Таблица 6.1- Коэффициенты приведения сопротивления изоляции к одной температуре

Разность температур
Коэффициент приведения	1,23	1,50	1,80	2,25	2,75	3,40	4,15	5,10

Методика применения табл. 13.1 состоит в следующем. Нахо­дят разность температур . По ней из табл. 3.2 определяют значение коэффициентов приведения. В том случае, если разность температур более 40°С, можно принять два или более коэффициента приведения. В нашем случае интервал 55° можно разбить на две составляющих - 25° и 30°, в первом случае коэффициент приведения равен 2,75, а во втором – 3,40. Тогда общий коэффициент приведения равен 2,75∙3,40=9,35. Значит, сопротивление изоляции при 20°С должно быть равно: 0,5∙9,35=4,7 Мом.

Приблизительно оценить значения сопротивления изоляции при рабочей температуре (75 °С) можно, пользуясь следующим правилом: В случае измерения сопротивления изоляции при темпе­ратуре ниже рабочей, сопротивление изоляции следует удваивать на каждые полные или неполные 20°С разности между рабочей температурой и той температурой, при которой выполнялись из­мерения. Например: при температуре 20°С сопротивление изоляции было равно 4,8 МОм, рабочая температура обмотки равна 75°С, тогда разность температур . Согласно правилу, в этой разности находится 3 полных (или неполных) интервала по 20°С (20+20+15=55). Тогда приведенный результат измерения будет равен:

МОм

Полное заключение о состоянии изоляции делают по сово­купности результатов измерений. Но в ряде случаев выделяют отдельные определяющие параметры, которые в некоторых ус­ловиях достаточно полно оценивают качество изоляции. Такой подход оправдан для выявления конкретных неисправностей изоляции (увлажнение, старение и т.п.).

Дата добавления: 2014-01-05