Контроль состояния изоляции.

Изоляция является одним из важнейших элементов электрооборудования, определяющим надежность его работы. Наиболее частой причиной нарушения электроснабжения потребителей оказывается пробой или перекрытие изоляции. Основными показателями качества изоляции являются электрическая прочность, тепло- и водостойкость, механическая прочность и теплопроводность. В процессе эксплуатации изоляция подвергается электрическим, механическим и тепловым воздействиям и постепенно изменяет свои первоначальные свойства. Различают изоляцию: твердую (изоляторы), слоистую (изоляция электрических машин и трансформаторов), жидкую (заполнение трансформаторов и аппаратов).

Большие изменения в структуре изоляции происходят под действием нагрева – возникают расслоения, образуются пустоты, неравномерно распределяется пропитывающий состав, снижается механическая прочность, вследствие чего появляются трещины. Все это приводит к неравномерному распределению напряжений, возникновению частичных разрядов в пустотах и между слоями, к увеличению диэлектрических потерь, к тепловому пробою изоляции.

В задачи эксплуатации входит организация контроля за состоянием изоляции, который бы позволил своевременно выявить опасные изменения до того, как возникает повреждение изоляции. Одной из важных форм контроля является проведение профилактических испытаний. К методике проведения испытаний предъявляются следующие основные требования:

1.Испытания должны быть неразрушающими, т.е. не оказывать на изоляцию вредного воздействия.

2.Положительные результаты должны давать уверенность в безаварийной работе оборудования до следующего испытания и ремонта.

3.Проведение испытаний должно быть возможно более простым, а испытательное оборудование – удобным для транспорта, компактным и безопасным при использовании.

На основании испытаний можно удлинять межремонтный период, т.е. снизить трудозатраты на эксплуатацию.

Полный эффект достигается при сознательном испытании с пониманием процессов.

Измерение сопротивления изоляции.

Прибор, который используется для определения сопротивления изоляции называется мегомметром, он известен с конца позапрошлого (XIX) века.

На рис.3 схематически представлен участок изоляции И, вверху находится корпус машины К, внизу- изолируемый проводник П. На рис.4 представлена схема замещения.

Рис.3 Рис.4

Предположим, что напряжение постоянного тока толчком приложено между проводником и корпусом, и рассмотрим возникающие после этого явления. Вся конструкция в целом (корпус, изоляция, обмотка) представляет собой конденсатор сложной формы. Емкость такого конденсатора определяется размерами поверхности его обкладок, в данном случае - наружной и внутренней поверхностью соприкосновения изоляции с корпусом и обмоткой электрической машины- и свойствами изоляции- ее толщиной и диэлектрической проницаемостью. При приложении напряжения эта емкость (С~) заряжается. Заряд происходит за очень короткое время, много меньшее периода промышленной частоты. В результате этого на поверхностях корпуса машины и проводников обмотки сосредоточатся положительные и отрицательные заряды, создающие в изоляции электрическое поле, под их действием в толще изоляции возникнут поляризационные явления- электроны и ионы устремятся к полюсам противоположных знаков, дипольные молекулы изоляции начнут поворачиваться так, чтобы их заряды ориентировались по направлениям линий электрического поля; в слоистой изоляции внутренние слои, являющиеся своеобразными последовательно включенными емкостями, станут заряжаться через очень большие сопротивления смежных слоев. Эти процессы сопровождаются накапливанием в слоях изоляции зарядов, вследствие чего от источника постоянного тока через емкости слоев потекут токи.

Описанные физические процессы могут быть отражены схемой замещения на рис. 4. В этой схеме имеются три параллельные цепи. Одна цепь с емкостью С отражает заряд геометрической емкости и электронную и ионную поляризацию; соответствующие этим явлениям токи протекают одинаково быстро, поэтому обобщены в одну цепь. Вторая цепь- последовательно включенные емкость С и сопротивление r, эквивалентные емкостям и сопротивлениям последовательно включенных емкостей и сопротивлений по числу слоев. Третья цепь - сопротивление R соответствует сквозной проводимости.

Через измерительный прибор потечет ток, равный сумме токов трех ветвей:

i, i_абс, i_пр. Первый ток не отразится на показаниях прибора, т.к. он быстро затухает; ток сквозной проводимости i_пр останется постоянным в продолжение всего процесса. Его величина определит установившееся значение показаний прибора. Ток поляризации - ток абсорбции i_абс является затухающим. Время его затухания зависит от свойств изоляции. Ток абсорбции изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени , т.е. он тем медленнее убывает, чем больше сопротивление тех слоев изоляции, через которые заряжается межслоевая емкость. Сопротивление слоя зависит от его увлажнения – чем суше изоляция, тем медленнее затухает ток абсорбции. На рис. 5 показано изменение токов и сопротивления изоляции во времени. Прибор градуируется в единицах сопротивления.

Рис.5

Чтобы судить о быстроте спада , снимают показания прибора через 15 и 60 с после приложения напряжения и берут их отношение, называемое коэффициентом абсорбции:

При сухой изоляции =2 ­2.5, при влажной 1 (рис.6).

Коэффициент абсорбции служит для характеристики внутреннего увлажнения изоляции, он не зависит от наружного увлажнения.

Большая зависимость сопротивления изоляции от увлажнения вызывает и не меньшую зависимость сопротивления изоляции от температуры, т. к. при повышении температуры вода и ее пары проникают во внутренние слои изоляции, образуют непрерывные проводящие цепочки и снижают сопротивление изоляции: , где - температуры изоляции, °С; -сопротивления изоляции при этих

температурах, = 60 для компаундной изоляции класса В, = 40 для изоляции класса А. Можно определить, что .

Рис.6

ГОСТ на электрические машины требует, чтобы сопротивление изоляции, МОм, при температуре +75 °С было больше

, но не менее 0,5 МОм. Здесь U_ном -номинальное напряжение машины, В; - номинальная мощность машины, кВт.

Если измерение производится при отличной от 75°С температуре, необходимо воспользоваться формулой пересчета или специальными кривыми. Значение коэффициента абсорбции практически не зависит от температуры.

Как правило, сопротивление изоляции большинства машин выше. Для того, чтобы установить, не произошло ли каких -либо изменений в изоляции, целесообразно сопоставлять результаты вновь производимых измерений с прежними. Значение нормируется ТУ и «Нормами испытания оборудования», как правило, оно должно быть не меньше 1,2 ­ 1,3.