Лабораторная работа № 6 методы профилактических испытаний 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 оборудования. Для проверки изоляции электрических машин должны быть проведены следующие виды испытаний:

1. Измерение сопротивления изоляции относи­тельно корпуса машины.

2. Испытание на степень увлажнения изоляции.

3. Испытание на ионизационные процессы.

4. Испытание витковой изоляции.

5. Испытание электрической изоляции повышенным на­пряжением.

1. Измерение 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 различных частотах – методом «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 на 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 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 увлажненной, 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.

3. По современным представлениям, пробой изоляции элек­трических машин при длительном воздействии напряжения имеет ионизационный характер, т. е. 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 тока, 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 значение Q, пКл:

.

Энергия, выделяемая при ЧР, нДж,

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

Рис. 18. Схема для измерения интенсивности ЧР и осциллограммы им­пульсных токов

и напряжений

Средняя мощность ЧР в изоляции оценивается как

,

где n – число ЧР в единицу времени, причем минимальное значение n = 4f;

f – частота 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. Значение испытательного напряже­ния составляет (1,7...2,0) U_н. 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. Значение 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_н 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 программы работы. Измерить сопротивление изоляции относительно корпуса машины с помощью мегомметра типа Е-4.

По п. 2 программы работы. Мостом М-4100 измерить сопротивление корпусной изоляции через 15 и 60 с после подачи напряже­ния, определить коэффициент абсорбции.

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

Рис. 19. Схема для получения кривой самозаряда изоляции

электрической машины

Снять кривую саморазряда изоляции электрической ма­шины. Схема испытания (рис. 19), 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. 13 соответствующие значения напряже­ния. При необходимости повторения опыта необходимо раз­рядить емкость С_х , переведя ключ в положение 3.

По п. 3 программы работы. Модель изоляции электрической машины подклю­чить к источникам переменного напряжения. Измерить напряжение появления частичных разрядов U_{n. чр} и напряжение гашения ЧР U_{г. чр.} Зарисовать на экране осциллографа кривые напряжения до появления ЧР и при их возникновении.

Таблица 13

Опыт

Расчет

Rиз, МОм

R15, МОм

R60, МОм

C2, пФ

C50, пФ

Iут, мкА

Uвосст, В

Кисп

Кабс

Rиз, МОм

Кувл

Отношение AQ_х/AU_BX определяется схемными фактора­ми, поэтому его выявляют на готовой изоляции с использо­ванием генератора прямоугольных импульсов ГПИ (рис. 20).

Рис. 20. 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 с С_г последовательно (относительно ГПИ), то на ней также появится заряд Q_г, что равносильно возникновению в С_х ЧР 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, можно установить соотношение Q_r/ .

По результатам градуировки построить зависи­мость отклонения луча осциллографа h = f(Q_r) для испыту­емого образца изоляции. Результаты свести в табл. 14.

Таблица 14

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

По п. 4 программы работы. Испытать корпусную изоляцию электрической машины с помощью высоковольтной установки выпрямленного напряжения.

Инструкция по работе с высоковольтной установкой и правила испытаний с соблюдением ПТБ имеются 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. Градуировочная зависимость для схемы измерения ЧР, осциллограммы ЧР.

6. Заключение о состоянии электрической изоляции машины.