2. Диагностирование изоляции

Под действием электрического поля в изоляции происходят сложные процессы. Во-первых, из-за присутствия в диэлектриках свободных зарядов, обусловленных примесями и дефектами стро­ения, в изоляции всегда возникает ток сквозной проводимости , во-вторых, происходит замедленная поляризация, т. е. смещение и поворот связанных дипольных молекул, создающих ток абсорб­ции . В-третьих, происходит мгновенная поляризация, пред­ставляющая собой упругое смешение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов и создающая ток смещения .

Для изучения перечисленных процессов используют схему за­мещения изоляции, показанную на рисунке 7.1, а. Резистор R_из характеризует сопротивление сквозному току; конденсатор С_аб — емкость, обусловленную дипольной поляризацией; конденсатор С_г — емкость электронной поляризации (геометрическая ем­кость); резистор — эквивалентные потери при дипольной по­ляризации.

На рисунке 7.1, б показаны зависимости токов, протекающих по изоляции, от времени нахождения под постоянным напряже­нием. Как видно, ток абсорбции затухает по мере завершения процессов замедленной поляризации, а ток сквозной проводимос­ти сохраняется неизменным. Токи смещения столь кратковремен­ны, что обычно их не учитывают. Суммарный ток i имеет затухаю­щий характер.

Истинное сопротивление изоляции зависит от сквозного тока и его определяют по формуле

где U — приложенное напряжение, В; i — суммарный ток, А; i_а6 — ток абсорбции, А.

Поскольку измерение i_аб связано с определенными трудностя­ми, сопротивление изоляции рассчитывают как частное от деле­ния напряжения на значение тока, установившегося через минуту после включения напряжения. К этому моменту ток i_аб затухает и не вносит погрешность. Если же измерение проводить при мень­шей выдержке времени, то может создаться неправильное пред­ставление о сопротивлении изоляции.

Для исправной изоляции в ПУЭ и ПТЭ установлены нормати­вы, характеризующие параметры схемы замещения. Например, наименьшее допустимое сопротивление (МОм) изоляции электродвигателя номинальной мощностью Р_н (кВт) и напряжением свыше 1000 В при рабочей температуре определяют по выражению

где U_H — номинальное линейное напряжение, В.

При эксплуатации электрооборудования его изоляция подвер­гается влиянию рабочего напряжения, кратковременным пере­напряжениям от грозовых разрядов и коммутационных операций, механическим и тепловым нагрузкам, загрязнению, увлажнению и другим неблагоприятным воздействиям. В результате этого свой­ства изоляции непрерывно ухудшаются.

Из схемы замещения видно, что от качества изоляции зависят значения токов утечки, абсорбции, смещения и мощности потерь в цепи . Поэтому их принимают за диагностические пара­метры изоляции. Дополнительно используют характеристики электрической прочности. Задача диагностирования состоит в том, чтобы определить фактические значения параметров и срав­нить их с соответствующими нормами.

Основные способы диагностирования изоляции — измерение сопротивлений изоляции, измерение емкости изоляции, измере­ние диэлектрических потерь, испытание повышенным напряже­нием переменного или постоянного тока.

Измерение сопротивления изоляции. Рассмотрим схемы измере­ния электрической изоляции, для того чтобы четко уяснить, поче­му сопротивление изоляции измеряют строго по специальной ме­тодике.

Согласно этой методике при измерении сопротивления изоляции одной фазы две другие фазы должны быть заземлены.

В общем случае схему измерения сопротивления электричес­кой изоляции можно представить в виде, показанном на рисун­ке 7.2, где R_A, R_B, R_C — сопротивления изоляции фаз относительно корпуса (земли); R_AB, R_BC, — междуфазные сопротивления изоляции; PR_из — мегаомметр.

Если при измерении сопротивления изоляции одной фазы, на­пример фазы А, одна из двух других фаз будет заземлена, допус­тим, это фаза С, то схема на рисунке 7.2 примет вид, показанный на рисунке 7.3.

Для схемы замещения (рис. 7.3) можно составить эквивалент­ную схему (рис. 7.4), которую удобнее использовать в расчетах. По этой схеме эквивалентное сопротивление R_экв имеет вид:

Определим, в каком случае R_экв = 0. Это будет в том случае, когда числитель равен нулю: R_AR_AC( + )= 0, т. е. R_A = 0, = 0 или (R_BR_BC+ R_AB )= 0. Выражение за скобками равно нулю только в том случае, если одновременно равны нулю R_B и R_BC. Однако если только R_B= 0, тогда

Если только , тогда

Если только , тогда

Из полученных выражений следует, что по результатам замеров можно сде­лать ошибочный вывод и пропустить неисправность, т. е. может быть пробой изоляции в фазе В на корпус, см. (7.2), и сопротивление изоляции между фа­зами А и В и В и С равно нулю, см. (7.3) и (7.4).