Контроль влажности изоляции

Основными методами контроля влажности изоляции являются:

1. Степень увлажнения изоляции характеризуется коэффициентом абсорбции К. Если к диэлектрику приложить постоянное напряже­ние, то через изоляцию будет протекать ток:

.

Первое измерение тока следует производить в самом нача­ле процесса в момент времени (рисунок 1.5), т.к. быстро зату­хающие составляющие разряд­ного тока в основном и харак­теризуют состояние изоляции в наиболее ослабленных местах, но измерять ток надо не ранее окончания разряда геометричес­кой емкости. В производствен­ных условиях Копределяют из соотношения:

.

Рисунок. 10.6 - Зависимость составляющих токов через изоляцию в функции времени.

Для нормального состояния изоляции 1,3.

2. Метод контроля «емкость—частота». Метод «емкость— частота» основан на том, что емкость неувлажненной изоля­ции при изменении частоты воздействующего напряжения почти не изменяется, в то время как в увлажненной изоляции процес­сы поляризации протекают достаточно быстро.

Чем больше влажность, тем больше относительная диэлек­трическая проницаемость (=81). Емкость образца опре­деляется выражением:

.

С ростом относительной диэлектрической проницаемости растут емкость образца и ток:

.

Для сухой изоляции емкость при частоте 2Гц и 50Гц при­близительно одинакова.

Для увлажненной изоляции достаточно резко проявляется перепад емкости при частоте f = 2 Гц и f = 50 Гц.

При малой частоте у полярных диэлектриков поляризация успевает установиться за один полупериод, а при высокой частоте — не успе­вает, и относительная диэлектрическая проницаемость уменьшается.

Относительная диэлектрическая проницаемость характеризует способность вещества образовывать емкость. Если уменьшается относительная диэлектрическая проницаемость, то уменьшается емкость конденсатора, а частотный коэффициент увеличивается:

т.е. изоляция считается сухой при значении частотного коэффици­ента менее или равного 1,3. Измерение влажности изоляции при­бором ПКВ-13 чаще используется для определения степени увлаж­нения изоляции трансформаторов. Для электрических

машин этот метод не используется из-за их большой геометрической емкости.

3. Метод «емкость—температура». Данный метод основан на том же принципе — зависимости процесса поляризации от температуры:

где K_t — температурный коэффициент;

С₇₀ — емкость испытуемого материала, измеренная при температу­ре 70 °С;

С₂₀ — емкость, измеренная при температуре 20 °С.

4. Метод «емкость—время». Этот метод основан на раздельном измерении геометрической емкости (С) и абсорбционной емкости (С). Коэффициент отношения емкостей (K) определяется:

.

K_t увеличивается с увеличением увлажнения изоляции.

Принципиальная схема контроля изоляции по методу «ем­кость — время» приведена на рис 10.7.

Рисунок 10.7 - Принципиальная схе­ма контроля влажности изоля­ции и зависимость напряжения саморазряда емкости изоляции от времени

U— напряжение источника питания; C— емкость образ­цового конденсатора; С— емкость испытуемой изоляции

Метод, основанный на искажении формы кривой тока

В основу метода положено представление о том, что ток, протекающий сквозь

изоляцию, имеет две составляющие: ак­тивную и емкостную. При низких напряжениях, когда число свободных зарядов в изоляции мало, проходящий через нее ток представляет собой ток сквозь емкость, т.е. через изоля­цию протекает практически I_С (рис. 10.8, а). При более высоких напряжениях начинается разрушение нейтральных частиц ди­электрика, повышается число свободных зарядов, в связи с чем растет активная составляющая тока (рис. 10.8, б). При пробое сквозь изоляцию протекает только активный ток ().

Наблюдая кривую тока на экране осциллографа (емкост­ную и активную) (рис. 10.8, б), можно получить зависимость I = f(U) (рисунок 10.8, а). Сняв такие зависимости, вплоть до напря­жений, при которых пробивается изоляция, можно получить значение коэффициента К:

.

Рисунок 10.8 - Зависимость тока утечки от напряжения (а) и волновые диаграммы напряжения и тока (б)

Сопоставляя зависимость К = f{U) между собой, определяются значения К, при которых пробивается изоляция у большинства испытуемых образцов изоляции, а затем используются для опре­деления пробивного напряжения U— без пробоя изоляции.

Метод измерения скорости спада тока заряда

Одним из основных факторов износа изоляционной кон­струкции является тепловое старение ее структуры. На теп­ловое старение существенное влияние оказывает интенсив­ность поляризации.

Для многослойной композиции изоляции, куда относится и микалентная изоляция электрических машин, важным фак­тором старения является межвитковая поляризация. Отсюда можно сделать вывод, что по фиксированию интенсивности изменения кривой тока абсорбции и медленных поляриза­ций в объеме изоляции можно судить об изменениях, проис­ходящих в ее структуре в связи со «старением». В рассмот­рение вводится параметр:

,

При тепловом «старении» оба эти параметра изменяются, что приводит к заметному уменьшению скорости спада тока. С целью исключения влияния геометрических размеров изоля­ции и величины испытательного напряжения на скорость изменения тока определяют параметр:

.

Для тяговых электрических машин параметр Кимеет сле­дующие значения:

- для новой изоляции K= 10;

- после сушки новой изоляции — 4,5;

- при сроке службы 7...8 лет — 2,3;

- для изношенной изоляции — 1,5.

Выбранный параметр служит для оценки состояния изо­ляции, в том числе степени увлажнения в ее объеме, т.к. по­верхностная утечка при измерениях параметра практи­чески исключена.

Достоинством данного метода является возможность контроли­ровать сушку изоляции и влажность при профилактических испы­таниях, кроме того метод измерения более чувствителен, чем метод контроля тангенса угла диэлектрических потерь — tg .

Недостатком метода измерения является зависимость от величины измеряемого напряжения и температуры; суще­ственное влияние оказывает состояние поверхности изоляции и степень объемного и поверхностного увлажнения.

Испытание изоляции повышенным напряжением

Одной из важнейших контрольных операций, обеспечивающих надежную работу изоляции в эксплуатации, является испытание электрической изоляции повышенным напряжением. Данный вид испытаний является самым надежным из всех проводимых в насто­ящее время испытаний, которым подвергается изоляция в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта.

Испытание изоляции повышенным переменным напряжением промышленной частоты

Испытания переменным напряжением подразделяются на испы­тания: при плавном подъеме напряжения промышленной частоты по ступенчатой методике и напряжением более высокой частоты.

Испытание напряжением промышленной частоты является наибо­лее разработанным методом, имеющим большой опыт применения.

Сущность испытания повышенным переменным напряжени­ем заключается в том, что напряжение подается на испытуемый образец через миллиамперметр. Напряжение плавно повышает­ся до величины испытательного и выдерживается в течение одной минуты. Изоляция считается пригодной, если не происходит пробоя и ток утечки не превосходит допустимой величины.

Испытание изоляции должно проводиться в условиях, по возможности, воспроизводящих работу электрического поля при эксплуатации.

Схема содержит испытательный трансформатор Т2 (или каскад трансформаторов), регулировочный трансформатор Т1, защитный резистор R1, предназначенный для демпфирования колебаний при пробое изоляции и снижения возникающих в обмотке трансформатора перенапряжений, и измерительные приборы (рис. 10.9)..

Рисунок 10.9 - Схема испытания изоляции повышенным переменным напряжением промышленной частоты

Если установка предназначена для испытания изоляторов потоком искр, мощность испытательного трансформатора должна быть в 3 раза больше

При емкостной нагрузке испытательного трансформатора должны быть учтены параметры установки, при которых могут возникнуть резонансные явления,

вызывающие лавинный характер повышения напряжения.

Резонанс напряжения может возникнуть при индуктивном сопротивлении испытательной установки, приведенном к вы­сокой стороне испытательного напряжения:

Ом

где С— емкость испытуемого объекта, мкФ.

Мощность испытательной установки должна быть доста­точной для того, чтобы установившийся ток короткого замы­кания на стороне высокого напряжения был не менее 40 мА при испытаниях твердых диэлектриков и не менее 20 мА — при испытаниях жидких диэлектриков.

Необходимо, чтобы установка обеспечивала синусоидальную форму кривой напряжения на испытуемом образце.

При испытаниях повышенным переменным напряжением ис­пользуют и более высокие частоты напряжения, стандарты до­пускают частоту до 500 Гц.

Испытания при более высоких частотах производят также при исследовании витковой изоляции вращающихся машин. Время ис­пытаний при этом уменьшается исходя из условия:

но не менее 20 с.

К недостаткам данного метода испытаний можно отнести следующие:

- во время испытаний повышенным напряжением изоля­ция ослабляется (происходит ионизация газовых включений).Эти изменения накапливаются со временем и могут развиться при воздействии перенапряжений;

- напряжение промышленной частоты выявляет только часть дефектов ослабленной изоляции. У электрооборудования с боль­шой емкостью возможность обнаружения даже грубых повреж­дений является сомнительной. Большой емкостный ток не дает возможности обнаружить процесс возникающего пробоя;

- при испытаниях возможен пробой изоляции, которая вы­держала бы работу в нормальных условиях эксплуатации;

- испытательное оборудование имеет большие масса-габа­ритные характеристики.

Но в настоящее время для эффективного обнаружения сла­бых мест пока нет иного способа, как испытание повышен­ным напряжением. Поэтому отбросить этот метод испыта­ний сейчас невозможно, однако длительность испытания — вопрос спорный.