Коэффициент абсорбции

Диэлектриком или изолятором называется вещество, практически не проводящее электрический ток. Как и все материалы, изоляторы тоже содержат свободные заряды, которые перемещаясь в электрическом поле, обуславливают их электропроводность. Однако количество таких свободных зарядов в диэлектрике невелико, поэтому ток мал. Важной особенностью диэлектриков, является способность запасать энергию под действием внешнего электрического поля. Почему это происходит? В твердом диэлектрике молекулы ориентированы случайным образом и имеют ограниченную подвижность, а электрические заряды прочно связаны с атомами и в электрическом поле могут лишь смещаться, при этом происходит разделение центров положительного и отрицательного зарядов, т.е. образуются диполи (рис.2).

Рис.3

При приложении постоянного напряжения емкость этого конденсатора заряжается за очень короткое время. В результате этого на поверхности диэлектрика сосредоточатся положительные и отрицательные заряды, создающие внутри электрическое поле, а под его действием в толще изоляции возникнут поляризационные явления - электроны и ионы устремятся к полюсам противоположных знаков, а диполи медленно поворачиваются, ориентируясь вдоль линий электрического поля, чтобы скомпенсировать его (рис. 3). Под действием электрического поля в электроизоляционных материалах возникает проводимость, но вследствие движения ионов и дипольных молекул, а не электронов, как у проводников. Поэтому изоляторы обладают очень слабой электропроводностью. Обусловленный этой электропроводностью ток именуется током утечки. Ток может протекать как через весь объем диэлектрика, так и через его поверхность. Поверхностная электропроводность объясняется присутствием влаги или загрязнений на поверхности диэлектрика. На практике изоляторы не всегда состоят из однородного диэлектрика. Например, в оболочке кабеля могут применяться композиции из различных материалов. Внутренние слои изоляции, являющиеся своеобразными последовательно включенными емкостями, станут заряжаться через очень большие сопротивления смежных слоев. Эти процессы сопровождаются накапливанием в диэлектрике зарядов, вследствие чего от источника постоянного тока через емкости слоев потекут токи. Токи утечки являются причиной нагревания диэлектрика, а основной вклад в потери вносят процессы проводимости и установления поляризации. Проводимость определяет потери под действием постоянного напряжения и, в меньшей степени, при низких частотах. По мере повышения частоты возрастает роль поляризационных потерь. Дело в том, что поляризация устанавливается не мгновенно, а в течение некоторого времени, зависящего от типа поляризации. Из характеристики видно, что в первый момент времени при подаче постоянного напряжения между обкладками конденсатора возникает импульс зарядного тока Iсм (через емкость мгновенной поляризации). Величина этого импульса определяется только активным сопротивлением цепи (индуктивностью цепи можно пренебречь), так как в первый момент после включения любой конденсатор ведет себя как короткозамкнутый. При малом сопротивлении цепи импульс зарядного тока по величине приближается к току короткого замыкания. В последующий момент происходит заряд абсорбционной емкости (емкости медленной поляризации). В диэлектрике конденсатора под действием напряжения абсорбируется (поглощается) электрическая энергия. Ток заряда (ток абсорбции Iабс) спадает примерно по экспоненциальной кривой, определяемой постоянной времени цепи τ = RISO * C (можно пренебречь внутренним сопротивлением источника тока, которое намного меньше величины сопротивления изоляции). Постоянная времени определяет скорость спада кривой тока: через промежуток времени, равный τ, зарядный ток будет составлять 36,8% начального значения, а через время равное З τ – всего 5%, т. е. практически процесс заряда заканчивается. На рис. 5, в момент времени t, ток утечки Iскв определяется только сопротивлением RISO изоляции и является одним из основных критериев при ее оценке. Так как значения времени спада абсорбционного тока для разных объектов могут значительно различаться, то измерение сопротивления изоляции должно производиться через некоторый промежуток времени после приложения напряжения, в течение которого абсорбционный ток спадет до нуля. Сопротивление, измеренное сразу после включения, всегда будет меньше за счет прохождения в измеряемой цепи абсорбционных токов, что может привести к ошибочному результату.

Рис.5

Критерием увлажнённости изоляции обмоток электродвигателей служит сопротивление изоляции и отношение между сопротивлениями, измеренными через 60 и 15 с, называемое коэффициентом абсорбции .

Коэффициент абсорбции всегда больше единицы и увеличивается по мере высыхания изоляции.

Включение электродвигателей, вновь вводимых в эксплуатацию, а также прошедших капитальный ремонт со сменой обмоток без сушки, возможно на основании результатов измерений, предусмотренных «Инструкцией по определению возможности включения вращающихся электрических машин переменного тока без сушки». Электродвигатели подлежат сушке в случае снижения сопротивления изоляции, уменьшения коэффициента абсорбции или увеличения коэффициента нелинейности по сравнению с нормами, приведёнными в табл. 1.1.

Таблица 1.1