Контроль влажности изоляции

Многие изоляционные структуры состоят из ряда слоев, имеющих различные диэлектрические характеристики. Их модель может быть представлена в виде двух слоев с разными удельными сопротивлениями _ν и диэлектрическими проницаемостями (рис..3 а). Примером может являться бумажная изоляция, пропитанная жидким диэлектриком. Увлажнение изоляции может привести к изменению удельной проводимости и диэлектрической проницаемости увлажненного слоя. Схема замещения двухслойного диэлектрика представлена на рис. 3 б,в.

Рис.3

Двухслойный диэлектрик (а) и схемы замещения (б, в)

Для этой схемы сопротивления и емкости каждого слоя изоляции соответственно равны:

; ;

; ,

где d₁ и d₂ - толщины слоев, а S – площадь электродов. При длительном приложении постоянного напряжения U и _{ν1 1 ν2 2} на границе раздела двух слоев образуется абсорбционный заряд

,

где U₁ и U₂ - напряжение на слоях.

Эквивалентная схема рис. 3 б может быть преобразована в схему рис. 3.в., для которой

и ,

где R – сопротивление изоляции, С_г - геометрическая емкость изоляции; - дополнительное увеличение емкости, связанное с накоплением абсорбционного заряда с постоянной времени .

Из условия равенства полных сопротивлений схем рис. 3 б и в, имеем:

;

.

Если распределение напряжения по слоям изоляции при переменном (обратно пропорционально емкостям) и постоянном (пропорционально сопротивлениям) напряжении совпадает, т. е. _{ν1 1= ν2 2} или , то абсорбционный заряд равен нулю. При этом и . Если изоляция неоднородна, т. е. _{ν1 1 ν2 2} то при приложении постоянного напряжения ток, проходящий через изоляцию без учета кратковременного импульса тока, связанного с зарядом геометрической емкости С _г, определяется выражением:

,

где .

В этом выражении U/R=i_уст –установившийся (сквозной) ток утечки через изоляцию и (U/r)exp(-t/ _абс) – ток абсорбции.

Сопротивление изоляции

.

Для оценки состояния изоляции производится измерение сопротивления изоляции через 15 и через 60 с (R₁₅ и R₆₀) после включения постоянного напряжения. По отношению сопротивлений, измеренных через 15 и 60 с (или 1 и 10 мин) после подачи напряжения, можно судить о состоянии изоляции. Критерий R₆₀/ R₁₅ является показателем степени увлажнения изоляции при температурах ниже 35…40^о С. С ростом температуры ток сквозной проводимости сильно возрастает и соотношения R₆₀/ R₁₅ и для сухой и для влажной изоляции приближаются к единице.

В практике эксплуатации измерения сопротивления изоляции производятся мегомметрами на напряжение 0,5…2,5 кВ. Опытным путем установлено, что при допустимом увлажнении изоляции (R₆₀/ R₁₅)>1,3.

Оценка состояния изоляции может производиться также по зависимости емкости от частоты переменного напряжения.

На основании схемы рис. 3 в, полная проводимость изоляции при переменном напряжении с частотой f = /2 :

. соответственно имеем:

Тогда следует, что с ростом степени увлажнения и ростом возрастает изменение емкости С() при изменении частоты f.

Обычно для оценки состояния изоляции производится измерение емкости при двух частотах: f₁ = 2Гц и f₂ = 50Гц при неизменной температуре, затем определяется значение С₂ / С₅₀, которое и служит показателем качества изоляции. На основании опыта установлено, что изоляция недопустима увлажнена, если С₂/С₅₀>1,3.

Для измерения емкостей используется прибор, принципиальная схема которого в упрощенном виде показана на рис.4.

Рис. 4.

Схема измерения емкости изоляции при разных частотах.

Переключатель SA периодически подключает испытуемую изоляцию к источнику постоянного напряжения, и С_х заряжается, а затем- к цепи с гальванометром РА, и С_х разряжается. Измерения проводятся при частотах переключения 2 и 50Гц, поэтому

.