Лабораторная работа 6 методы профилактических испытании изоляции электрических машин

Цель работы — изучение и практическое освоение методи­ки проведения испытаний изоляции электрических машин.

Общие сведения. Контроль состояния изоляции электри­ческих машин и тяговых двигателей позволяет своевременно предупредить возможность выхода из строя этого ответствен­ного электрооборудования. Для проверки изоляции электрических машин должны быть проведены следующие виды испытаний:

1. Измерение величины сопротивления изоляции относи­тельно корпуса машины.

1. Испытание на степень увлажнения изоляции.

2. Испытание па ионизационные процессы.

3. Испытание витковой изоляции.

2. Испытание электрической изоляции повышенным на­пряжением.

1. Измерение величины сопротивления изоляции являет­ся наиболее простым и распространенным средством провер­ки ее состояния. Измеряя сопротивление изоляции мегомметром, можно обнаружить пробой электрической изоляции, ее сильное загрязнение, общее увлажнение изоляции, посто­ронние предметы на токоведущих частях.

Измеренное сопротивление изоляции электрических машин при температуре близкой к рабочей должно удовлетворять условию

где U — номинальное напряжение машины, В;

R_из - сопротивление изоляции, МОм;

Р - номинальная мощность электрической машины, кВА.

Сопротивление изоляции машины практически не подда­ется расчету, поэтому по измеренному абсолютному значе­нию R_из трудно судить о ее состоянии.

При контроле изоляции вместо анализа абсолютных зна­чений целесообразно производить сравнения с данными предыдущего измерения и, если сопротивление изоляции уменьшилось на 25% и более, то изоляцию следует считать поврежденной.

Этот вид испытаний следует рассматривать не как про­филактическое испытание, а лишь как контрольное испыта­ние перед включением электрической машины в работу, име­ющее целью проверить отсутствие случайного замыкания об­мотки на корпус.

2. Существенное влияние на характеристики изоляции электрических машин оказывает процесс увлажнения. Сте­пень увлажнения изоляции может быть определена по значе­нию коэффициента абсорбции /К_абс, тангенсу угла диэлектрических потерь — tg и сопоставлением емкостей изоляции при раз­ личных частотах—метод «емкость—частота». Во внешнем электрическом поле в изоляции происходит медленная миграция носителей заряда, характеризующая перемещение свободного заряда абсорбции. После отключе­ния источника питания емкость изоляции разряжается на со­противление утечки по закону

где R_{n -} объемное сопротивление изоляции; С_n - емкость изоляции.

При увлажнении R и постоянная времени уменьшаются. Это обстоятельство используется для оценки состоя­ния изоляции.

На основании опыта эксплуатации принято считать изоля­цию сухой, если

Метод контроля tg угла диэлектрических потерь базиру­ется на явлении, возникающем в диэлектрике под действием слабых электрических нолей, электрической поляризации. Процесс поляризации в реальных диэлектриках сопровожда­ется рассеянием энергии - диэлектрическими потерями. Кон­троль этих потерь (tg ) является наиболее распространен­ным способом обнаружения общего ухудшения состоянии изо­ляции. Увеличение потерь свидетельствует об увлажнении, появлении неоднородностей между слоями, возникновении ча­стичных разрядов.

Метод «емкость—частота» основан па том, что емкость неувлажненной изоляции с изменением частоты почти не из­меняется, в то время как в увлажненной изоляции процессы поляризации протекают достаточно быстро. Это существенно сказывается на величине диэлектрической проницаемости и, в конечном счете, на емкости образца.

При измерении емкости в функции частоты приложенного напряжения для влажной изоляции достаточно резко прояв­ляется перепад емкостей при частотах f₁ = 2 Гц и f₂ = 50 Гц. Для сухой изоляции этот перепад практически не заметен. Опытным путем установлено, что для неувлажненной изоляции отношение С_f1/С_f2 близко к 1, а для увлажнен-­ ной, требующей сушки; - C_f1/C_f2>1,3. Таким образом, по коэффициенту

K_f= C_f1/C_f2 можно судить о степени увлаж­нения изоляции образца.

З. По современным представлениям пробой изоляции элек­трических машин при длительном воздействии напряжения имеет ионизационный характер, т. с. обусловлен постепенным разрушением изоляции частичными разрядами. Частичные разряды представляют собою электрические локализованные разряды в микрообластях пор изоляции тяговых электриче­ских машин. Они могут обнаруживаться при напряжениях, существенно меньших пробивного значения.

Поскольку в миканитовой изоляции имеется большое чис­ло воздушных включений, то при приложении к ней напря­жения, особенно переменного, разряды происходят весьма часто и в питающей цепи образуются непрерывные высокоча­стотные несинусоидальные колебания тока (рис.18). Ампли­туда импульса тока, вызываемого частичным разрядом, зави­сит от размера воздушного включения. Измеряя импульсы ток можно оценить состояние изоляции и относительные размеры воздушных включений. По рекомендации МЭК для оценки интенсивности ЧР используется понятие о кажущем­ся заряде. При возникновении в воздушном включении ЧР происходит нейтрализация заряда Q, а в изоляции возни­кают переходные процессы. При этом на изоляции наблюда­ется скачкообразное изменение напряжения

U_X которое соответствует кажущемуся изменению заряда на емкости всей изоляции С_х на величину Q, пКл:

Рис. 1. Схема для измерения интенсивности ЧР и осциллограммы им­пульсных токов и напряжений

Энергия, выделяемая при ЧР в нДж:

где U_чр – действующее напряжение на изоляции, при котором в воздушном включении возникают ЧР.

Средняя мощность ЧР в изоляции оценивается как

где n – число ЧР в единицу времени, причем минимальное значение n = 4f, где f – чистота напряжения.

4. Для испытаний витковой изоляции обычно используют метод осциллографирования импульсного тока в обмотке ма­шины. В кривой тока, снятой при неопасной для изоляции амплитуде импульсного напряжения и остающейся себе по­добной с повышением напряжения, в момент пробоя витковой изоляции отмечается характерное изменение.

5. Испытание электрической изоляции повышенным на­пряжением является одной из важнейших контрольных опе­раций, обеспечивающей надежную работу изоляции электри­ческих машин в эксплуатации. Испытания повышенным на­пряжением могут включать в себя испытание переменным на­пряжением промышленной, высокой и низкой частот, выпрямленным и импульсным.

Испытание повышенным напряжением промышленной час­тоты обязательно при заводских и профилактических испы­таниях. Оно дает возможность выявить большинство мест­ных дефектов изоляции. Величина испытательного напряже­ния составляет (1,7 ... 2,0) U_H. Отступления от максималь­ных норм испытательного напряжения возможны и необхо­димы. Но эти отступления должны основываться не только на принципе, предусматривающем применение пониженных испытательных напряжений, а с учетом экономических фак­торов, так как испытания повышенным напряжением таят в себе много неопределенного, и при этом постоянно существует опасность разрушения изоляции.

Испытание повышенным выпрямленным напряжением яв­ляется разновидностью высоковольтных испытаний и осуще­ствляется обычно в тех случаях, когда значительная собст­венная емкость оборудования затрудняет проведение испыта­ний переменным током; Следует отметить, что при испытании постоянным' напряжением отсутствует опасность появления мощных ЧР, вследствие чего напряжение можно увеличить для лучшего выявления дефектов. Величина испытательного напряжения, согласно рекомендациям МЭК, составляет 2U_н + 1000 В. Кроме того, во время испытания можно измерять ток утечки и тем самым получать дополнительную информацию.

Импульсные испытания с кратностью (1,7 ... 2,0)U_H про­водят с целью проверки состояния межвитковой изоляции обмоток и определения ВСХ изоляции электрооборудования.

Программа работы

1. Измерить сопротивление корпусной изоляции электри­ческой машины.

2. Испытать изоляцию на степень увлажнения:

а) определить коэффициент абсорбции; б) определить коэффициент по методу «емкость—частота»; в) снять кри­вую саморазряда.

3. Исследовать ионизационные процессы в изоляции.

4. Испытать изоляцию электрической машины повышен­ным напряжением.

Порядок выполнения работы

По п. 1. Измерить сопротивление изоляции относительно корпуса машины с помощью мегаомметра типа Е-4.

По п. 2. Мостом М-4100 измерить величину сопротивления корпусной изоляции через 15 и 60 с после подачи напряже­ния, определить величину коэффициента абсорбции.

Замерить емкость испытуемой изоляции с помощью при­бора ПКВ-7 при частотах напряжения 2 и 50 Гц. Вычислить коэффициент влажности изоляции.

Рис. 2. Схема для получения кривой самозаряда изоляции

электрической машины

Снять кривую саморазряда изоляции электрической ма­шины. Схема испытания приведена на рис.2, которая содер­жит источник постоянного высокого напряжения ИВН, испы­туемую изоляцию — С_х и регистрирующий

напряжение электростатический вольт­метр — V. Изоляцию пред­варительно в течение 2 ... 3 мин зарядить от ИВН до напряжения 1 кВ (ключ в положении 1), после чего переключатель перевести в положение 2, одновременно включив секундомер и для различных значений време­ни—t записать (в.табл. 1) соответствующие напряже­ния. При необходимости повторения опыта необходимо раз­рядить емкость С_х переводом ключа в положение 3.

По п. 3. Модель изоляции электрической машины подклю­чить к источникам переменного напряжения. Измерить нанапряжение

Появления частичных разрядов – U_{n. чр} и напряжение гашения ЧР – U_{г. чр.} Зарисовать на экране осциллографа кривые напряжения до появления ЧР и при возникновении их.

Таблица 1

Опыт

Расчет

Rиз

R15

R60

C2

C50

Iут

Uвосст, В

Кисп

Кабс

Rиз МОм

Кувл

МОм

МОм

МОм

пФ

пФ

мкА

Отношение A Q_х/A U_BX определяется схемными фактора­ми, поэтому его выявляют на готовой изоляции с использо­ванием генератора прямоугольных импульсов — ГПИ (рис. 3).

Рис. 3. Схема для исследования ЧР в изоляции

Величину емкости С_г выбирают из условия С_г << С_х . При этом напряжение генератора U_г оказывается практически полностью приложенным к емкости С_г. При каждом импуль­се С_г возникает заряд Q_г. С_гU_г. Поскольку емкость С_х со­единена е С_г последовательно (относительно ГПИ), то на ней также появится заряд Q_г, что равносильно возникновению в С_хЧР с кажущимся зарядом Q_г. Одновременно на входе из­мерительной части (резистор z) появляется импульс напряже­ния . Измеряя его максимальные значения и зная ем­кость С_г и напряжение U_г, устанавливается соотношение Q_r/ . По результатам градуировки построить зависи­мость отклонения луча осциллографа h = f(Q_r) для испыту­емого образца изоляции. Результаты свести в табл. 2.

Таблица 2

Объект	Градуировка					Qх, нКл	Wчр, пДж	Рчр, пВт
	Uг, В	Сг, пФ	Qг, пКл	Uвх, мВ	h, мм
Исследуемый объект

По п.4. Испытать корпусную изоляцию электрической машины с помощью высоковольтной установки выпрямленного напряжения. Инструкция по работе с высоковольтной установкой и правилам испытаний с соблюдением ПТБ имеется на рабочем месте в лаборатории.

Содержание отчета

1. Программа работы.

2. Схема электрических испытаний.

3. Таблицы измеренных и вычисленных величин.

4. Кривые саморазряда изоляции (опытная и расчетная).

5. Градировочная зависимость для схемы измерения ЧР, осциллограммы ЧР.

6. Заключение о состоянии электрической изоляции машины.