Контроль сопротивления изоляции

Основное требование к изоляции сводится к отсутствию ее нагрева при рабочем напряжении и вместе с тем от изоляции требуется не проводить тока при постоянном напряжении.

Измерение сопротивления изоляции является одним из простейших, но весьма эффективных методов контроля состояния изоляции, позволяющих фиксировать один из самых распространенных дефектов изоляции - ее увлажнение, приводящее к существенному нагреву при переменном напряжении из-за увеличения сквозной электропроводности диэлектрика и увеличения поляризационных потерь.

Измерение сопротивления изоляции позволяет контролировать как сплошное увлажнение изоляции, так и увлажнение только одного из слоев в слоистой изоляции.

Сопротивлением изоляции называют отношение напряжения, приложенного к изоляции, к току через сечение изоляции, при приложении постоянного напряжения и через 1 мин. после подачи напряжения, то есть это - сопротивление при постоянном напряжении через 1 мин. после его подачи.

Сплошное увлажнение изоляции приводит к снижению ее сопротивления ввиду высокой проводимости влаги, что позволяет по величине сопротивления сразу судить о возможном ее увлажнении. Из-за наличия абсорбционных явлений ток через изоляцию при приложении постоянного напряжения меняется по величине в течение некоторого времени порядка десятков секунд, поэтому сопротивлением изоляции и считают ее сопротивление через 60 с после приложения напряжения.

Суть абсорбционных явлений - и одновременно возможность контроля слоистого увлажнения изоляции - поясняет рис. 5.1, на котором изображена двухслойная изоляция и две равноправные эквивалентные схемы замещения двухслойной изоляции.

Схема рис. 5.1б является естественной схемой замещения двухслойной изоляции, учитывающей сквозные токи через слои изоляции и емкости слоев. Схема рис. 5.1в совершенно аналогична схеме рис. 5.1б, если выполняются соотношения следующего типа:

.

Рис. 5.1. Двухслойная изоляция и различные схемы ее замещения

При подаче постоянного напряжения сначала происходит резкий скачок напряжения от нуля до установившегося значения, при котором ток протекает только по емкостным элементам (рис. 5.1б).

Распределение напряжения определяется емкостями этих элементов.

По прошествии некоторого времени емкостные элементы перестают играть какую-либо роль и распределение напряжения по слоям определяется их омическими сопротивлениями. Если величины сопротивлений велики, то перезарядка емкостных элементов длится достаточно долго, показания мегаомметра в течение некоторого времени (десятки секунд) будут изменяться; хорошая изоляция без увлажнения означает достаточно длительный процесс перехода в установившийся режим.

При увлажнении одного из слоев перезарядка через один из низкоомных элементов R1 или R2 пройдет достаточно быстро, за время менее 15 с. Если даже второй слой большое сопротивление (а при переменном напряжении низкоомный слой будет нагреваться емкостными токами высокоомного слоя), то по соотношению сопротивлений, измеренных в разные моменты времени (конкретно - через 60 с, R₆₀, и через 15 с, R₁₅), можно судить об увлажнении одного из слоев.

Если пренебречь начальным скачком тока, заряжающего геометрическую емкость C_Г, то после приложения постоянного напряжения ток через изоляцию определяется суммой сквозного тока через элемент R (рис. 5.1в) и тока заряда элемента ΔC:

,

откуда - сопротивление двухслойной изоляции меняется во времени, и скорость изменения выше, если хотя бы один из слоев имеет невысокое сопротивление (рис. 5.2); .

Таким образом, контролируя величину >R₆₀, можно судить о наличии сплошного увлажнения изоляции, а по отношению

называемому коэффициентом абсорбции, можно судить о наличии увлажнения одного из слоев изоляции. Более конкретно, если K_абс<1.3, то, как это следует из опытных данных, изоляция недопустимо увлажнена.

Рис.5.2. Зависимость сопротивления от времени при сухой и увлажненной изоляции

Коэффициент абсорбции является показателем увлажнения изоляции при температурах ниже 35..40^ОС. При более высокой температуре возрастает ток сквозной проводимости и коэффициент абсорбции и для сухой, и для влажной изоляции приближаются к единице.

При измерении сопротивления изоляции принимают во внимание прежде всего абсолютную величину сопротивления R₆₀, которая должна быть не меньше нормированного значения, а затем и коэффициент абсорбции.

Если обе величины не выходят за пределы нормы, то говорят о том, что увлажнения изоляции не обнаружено; если хотя бы одна из величин неудовлетворительна, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции.

Требуемые значения сопротивления изоляции для различных установок представлены в правилах эксплуатации электроустановок. Для силовых трансформаторов значения сопротивления изоляции, устанавливаемые нормами, зависят от температуры обмоток; так, у трансформаторов с номинальным напряжением обмотки высшего напряжения 35 кВ при 20^ОС сопротивление главной изоляции должно быть не менее 300 МОм, у трансформаторов 110 кВ - не менее 600 МОм.

Поскольку изоляция трансформаторов включает в свой состав ряд изоляционных промежутков, для контроля характеристик изоляции, включая и измерения сопротивления, используют нормативные схемы измерения. Перечень схем для двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов приведен в табл. 5.1.

Измерения сопротивления изоляции в эксплуатации производят мегаомметрами на напряжение 0.5 кВ, 1 кВ или 2.5 кВ. Наиболее распространенными являются мегаомметры со встроенными генераторами, обеспечивающими автономную работу; к такому типу относится мегаомметр М1102. Мегаомметры типа Ф4101, позволяющие измерять сопротивления до 50000 МОм, имеют комбинированное питание (от сети и от сухих элементов) и построены по последовательной схеме, в которой источник напряжения, измерительный элемент и испытуемая изоляция включаются последовательно.

Таблица 5.1

Схемы измерения характеристик изоляции трансформаторов

*Измерения обязательны только для трансформаторов мощностью 16000 кВА и более.

5.2. Контроль емкости изоляции

Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции.

Можно попытаться использовать простую параллельную схему замещения двухслойной изоляции по рис. 5.1а с параллельно соединенными резистивным элементом R_П и емкостным элементом C_П (рис. 5.1г). При этом, однако, значения параметров схемы замещения оказываются частотно-зависимыми; в частности,

В зависимости показан на рис. 5.3. С ростом степени увлажнения возрастает размах изменения емкости с изменением частоты. Использование этой зависимости может служить для обнаружения слоистого увлажнения изоляции.

Рис.5.3. Зависимость емкости от частоты для двухслойной изоляции

Для оценки состояния изоляции измерения производят на частотах 2 Гц и 50 Гц при неизменной температуре изоляции и затем определяют отношение , которое и служит показателем качества изоляции. На основании опыта установлено, что изоляция имеет недопустимое увлажнение, если > 1.3

Для измерения емкостей используются два основных принципа, проиллюстрированные рис. 5.4.

Рис. 5.4. Принципиальное устройство приборов емкостного контроля увлажнения

Переключатель с схеме рис. 5.4а периодически подключает испытуемую изоляцию к источнику постоянного напряжения, заряжая емкость изоляции, а затем - к цепи с гальванометром PA , через который емкость изоляции разряжается.

Средний ток через гальванометр определяется частотой переключения, , так что при измерении на частотах 2 Гц и 50 Гц отношение емкостей определяется отношением токов: . По такому принципу работают приборы контроля влажности серии ПКВ.

По схеме рис. 5.4б заряжается от источника постоянного напряжения, а затем на короткое время, примерно на четверть периода частоты 50 Гц, то есть на 5 мс, подключается к образцовому конденсатору C₀. На образцовый конденсатор переносится заряд, пропорциональный емкости C₅₀ (примерно соответствующей геометрической емкости C_Г рис. 5.1в). Затем изоляция снова заряжается, кратковременно замыкается для разряда геометрической емкости и на время около четверти периода частоты 2 Гц (примерно 130 мс) подключается к образцовому конденсатору для снятия части заряда с абсорбционной емкости ΔC, что позволяет определить разность С₂-С₅₀.

По этой разнице и по значению С₅₀ определяется отношение емкостей:

Напряжение на эталонном конденсаторе измеряется с помощью электронного вольтметра, имеющего большое входное сопротивление. По этому принципу работают приборы серии ПЕКИ и У-268.

5.3. Хроматографический анализ масла

При возникновении дефектов в маслонаполненной изоляции (масляные трансформаторы, маслонаполненные вводы) происходит изменение физических характеристик и химического состава масла.

Масло помещается в замкнутый объем и газ над поверхностью масла подвергается анализу на хроматографе. Оценка состояния маслонаполненного оборудования осуществляется обычно на базе следующих критериев:

- критерий предельных концентраций (водород, метан, этилен, этан, ацетилен, окись и двуокись углерода и др. газы); разложение масла и разложение целлюлозы приводят к превышению концентраций разных газов, частичные разряды приводят к появлению водорода и т.п.;

- критерий скорости нарастания концентраций газов - при ежемесячном контроле;

- критерий отношений концентраций газов - соотношение концентраций позволяет выявлять перегревы и даже температуру перегрева;

- критерий равновесия - сопоставление результатов анализа масла из газового реле и из пробы.

РЕЗЮМЕ

Измерение сопротивления изоляции позволяет контролировать как сплошное увлажнение изоляции, так и увлажнение только одного из слоев в слоистой изоляции. При измерении сопротивления изоляции принимают во внимание прежде всего абсолютную величину сопротивления R₆₀, которая должна быть не меньше нормированного значения, а затем и коэффициент абсорбции.

Если обе величины не выходят за пределы нормы, то говорят о том, что увлажнения изоляции не обнаружено; если хотя бы одна из величин неудовлетворительна, то делают вывод о недопустимом увлажнении изоляции.

Контроль величины емкости изоляции позволяет выявлять слоистое увлажнение изоляции.

Для выявления повреждений в силовых трансформаторах используется хроматографический анализ растворенных в масле газов.

Контрольные вопросы

1. Чтотакое изоляция?

2. Что называют сопротивлением изоляции? Чем отличается это понятие от понятия сопротивления резистора?

3. К каким последствиям приводит увлажнение изоляции?

4. Какова методика контроля изоляции измерением сопротивления?

5. Каким образом производится контроль изоляции измерением ее емкости?