Контроль изоляции по кривой возвратного напряжения

Опыт, в котором наблюдается возвратное напряжение, состоит в следующем. Неоднородная изоляция, которую для простоты будем считать двухслойной, заряжается в течение одной минуты при постоянном напряжении, чтобы в ней накопился заряд абсорбции (рис.6.5,а). В этом режиме высоковольтные реле Р₁ и Р₂ включены. Затем изоляция отключается от источника постоянного напряжения и ее электроды замыкаются накоротко на очень малый промежуток времени Δt (реле Р₁ и Р₂ выключены). После этого реле Р₁ остается выключенным, а реле Р₂ включается . Начинается процесс восстановления напряжения на изоляции.

Рис.4.1.Принципиальная схема устройства для измерения возвратного напряжения и напряжения саморазряда (а). Зависимость возвратного напряжения от времени (б).

За время Δt кратковременного замыкания электродов геометрическая емкость С_Г полностью разряжается, а заряд абсорбции , накопленный на границе слоев, остается практически неизменным. На рис.6.5,а полярность напряжения на конденсаторах показана до замыкания электродов накоротко. В период времени Δt емкости слоев С₁ и С₂ включены параллельно и заряд абсорбции распределится на обе емкости и зарядит их до напряжения:

. (4.1)

После размыкания внешних электродов изоляции емкости С₁ и С₂ вновь оказываются соединенными последовательно и заряженными до одинакового напряжения U₀, но разной полярности. Напряжения на слоях будут: U₂₀ = +U₀, а U₁₀ = -U₁₀. Поэтому в момент размыкания электродов (примем его за t = 0) напряжение на изоляции, как сумма напряжений на слоях, будет равно нулю. Однако далее емкости С₁ и С₂ будут разряжаться на сопротивления утечки своих слоев R₁ и R₂ c разной скоростью, так как постоянные времени слоев =R₁C₁ и =R₂C₂ неодинаковы. На изоляции появится напряжение u_в, равное разности двух экспонент (рис.6.5,б):

. (4.2)

Это напряжение и называют возвратным напряжением. По величине и форме возвратного напряжения можно судить о состоянии изоляции.

Пример 4.1. Корпусная изоляция якоря тягового электродвигателя представлена в виде двухслойного диэлектрика (рис.6.1,б) с параметрами: R₁ = 60МОм, R₂=180МОм, С₁ = 0,2мкФ, С₂ =0,3мкФ. Рассчитать величину возвратного напряжения на изоляции якоря, заряженного от источника постоянного напряжения U = 1000 В после отключения его от источника напряжения и кратковременного замыкания электродов. Чему будет равно возвратное напряжение через 30 секунд после начала процесса восстановления напряжения?

Решение:Постоянные времени слоев:

Заряд абсорбции или внутренний поглощенный заряд равен:

.

Напряжение на конденсаторах С₁ и С₂ при кратковременном замыкании электродов изоляции накоротко: