Показатели качества изоляции — сопротивление, коэффициент абсорбции, индекс поляризации и другие

Диэлектрическая изоляция — обязательная изолирующая часть любого кабеля, которая не только отделяет проводящие жилы друг от друга, физически изолируя их, но и защищает проводники от пагубного воздействия различных факторов окружающей среды. Таких оболочек у одного кабеля может быть одна или несколько.

Состояние данных оболочек выступает одним из определяющих критериев в плане безопасности как для персонала, так и для работоспособности оборудования. Если по какой-либо причине диэлектрическая изоляция проводников будет нарушена, это станет чревато аварией, поражением людей электрическим током или даже пожаром. А возможных причин нарушения качества изоляции существует масса:

механическое повреждение во время монтажных, ремонтных или земляных работ;

повреждение изоляции от действия влаги или температуры;

недобросовестно выполненное электрическое соединение жил;

систематическое превышение допустимых для кабеля токовых параметров;

наконец естественное старение изоляции…

Важно регулярно отслеживать показатели качества изоляции

Как бы там ни было, полная замена проводки — это всегда очень материально затратное и трудоемкое действо, не говоря уже о потерях и убытках, которые понесет предприятие от сбоя электроснабжения и от незапланированного простоя оборудования. Что касается больниц и некоторых стратегически важных объектов, то для них нарушение штатного режима электроснабжения вообще недопустимо.

Вот почему гораздо важнее предотвратить проблему, не допуская ухудшения изоляции, вовремя проверив ее качество, и где нужно — оперативно починить, заменить, а не доводить до аварий и их последствий. Для этого проводятся измерения показателей качества изоляции — четырех параметров, о каждом из которых будет рассказано далее.

Хотя вещество изоляции и является фактически диэлектриком, и не должно проводить электрический ток, подобно идеальному плоскому конденсатору, тем не менее в небольшом количестве свободные заряды внутри него присутствуют. И даже небольшое смещение диполей — тоже обуславливает слабую электропроводность (ток утечки) изоляции.

Кроме того, из-за наличия влаги или грязи, появляется у изоляции и поверхностная электропроводность. А накопление энергии в толще диэлектрика от действия постоянного тока — вовсе представляет изоляцию этаким конденсатором небольшой емкости, который словно заряжается через некоторый резистор.

В общем и целом, изоляцию кабеля (или обмотки электрической машины) можно представить как цепь, состоящую из соединенных параллельно трех цепей: емкости C, представляющей геометрическую емкость и обуславливающей поляризацию изоляции по объему, емкости проводников и всего объема диэлектрика с последовательно подключенным сопротивлением абсорбции, как будто конденсатор заряжается через резистор. Наконец — сквозное сопротивление по всему объему изоляции, обуславливающее ток утечки сквозь толщу диэлектрика.

Параметры, характеризующие качество электрической изоляции

Чтобы электрическая изоляция не вызывала нарушений режимов работы электрооборудования и безопасности его эксплуатации, необходимо обеспечить ее высокое качество, определяемое степенью электропроводности (чем меньше электропроводность, тем выше качество).

При включении изоляции под напряжение через нее в силу неоднородности структуры и наличия проводящих включений проходят электрические токи, величина которых определяется активным и емкостным сопротивлением изоляции. Емкость изоляции зависит от ее геометрических размеров. За короткий промежуток времени после включения происходит зарядка этой емкости, сопровождающаяся прохождением электрического тока.

Вообще говоря, через изоляцию проходят три вида тока: ток поляризации, абсорбции и сплошной проводимости. Однако токи поляризации, обусловленные смещением связанных зарядов в изоляции до момента установления равновесного состояния (быстрая поляризация), настолько кратковременны, что их не удается обычно зарегистрировать.

Это приводит к тому, что прохождение таких токов не связано с потерями энергии, поэтому на эквивалентной схеме сопротивления изоляции ветвь, учитывающая прохождение токов поляризации, представлена чистой емкостью, без активного сопротивления.

Ток абсорбции, обусловленный процессами замедленной поляризации, связан с потерями энергии в диэлектрике (например, на преодоление сопротивления молекул при повороте диполей в направлении поля), поэтому соответствующая ветвь эквивалентного сопротивления включает и активное сопротивление.

Наконец, наличие проводящих включений в изоляции (в виде пузырьков газа, влаги и т. п.) приводит к возникновению каналов сквозной проводимости.

Электропроводность (сопротивление) изоляции различна при воздействии постоянного и переменного напряжения, так как при переменном напряжении через изоляцию проходят токи абсорбции в течение всего времени воздействия напряжения.

При воздействии постоянного напряжения качество изоляции характеризуется двумя параметрами: активным сопротивлением и емкостным сопротивлением, косвенно характеризуемым отношением R60/R15.

При воздействии на изоляцию переменного напряжения невозможно разделить ток утечки на его составляющие (ток сквозной проводимости и ток абсорбции), поэтому о качестве изоляции судят по величине потерь энергии в ней (диэлектрических потерь).

Читать еще: Двигатель afn что это

Количественной характеристикой потерь является тангенс угла диэлектрических потерь, т. е. тангенс угла, дополняющего до 90° угол между током и напряжением в изоляции. В случае идеальной изоляции ее можно представить в виде конденсатора, в котором вектор тока опережает вектор напряжения на 90°. Чем больше рассеиваемая в изоляции мощность, тем больше тангенс угла диэлектрических потерь и тем хуже качество изоляции.

Для поддержания уровня электрической изоляции, отвечающего требованиям безопасности и режиму эксплуатации электроустановок, в ПУЭ предусмотрено нормирование сопротивления изоляции сетей. Для потребителей электрической энергии нормируются периодические испытания изоляции.

Сопротивление изоляции между любым проводом и землей, а также между любыми проводами на участке между двумя соседними предохранителями в распределительной сети напряжением до 1000 В должно составлять не менее 0,5 МОм. Для измерений и испытаний сопротивления изоляции в электроустановках до 1000 В чаще всего применяются мегомметры.

Сопротивление изоляции Riso

Принцип измерения таков. При подаче на обкладки конденсатора постоянного напряжения, сначала возникает импульс зарядного тока, величина которого в первый момент времени зависит только от сопротивления цепи, и лишь после идет заряд абсорбционной емкости (емкости поляризации), при этом ток по экспоненте спадает, и здесь можно экспериментально найти постоянную времени RC. Так при помощи измерителя параметров изоляции, замеряют сопротивление изоляции Riso.

Измерения ведутся при температуре не ниже +5°С, так как при более низкой температуре сказывается влияние охлаждающейся и замерзающей влаги, и картина становится далекой от объективности. После снятия испытательного напряжения, заряд «изоляционного конденсатора» начинает спадать, так как происходит диэлектрическое поглощение заряда.

Коэффициент абсорбции DAR

Степень текущей увлажненности изоляции численно отражается в коэффициенте абсорбции, так как чем более изоляция увлажнена — тем интенсивнее происходит диэлектрическое поглощение заряда внутри нее. По величине коэффициента абсорбции принимают решение о необходимости провести сушку изоляции трансформаторов, двигателей и т. д.

Вычисляют соотношение сопротивлений изоляции через 60 секунд и через 15 секунд после начала измерений сопротивления — это и есть коэффициент абсорбции.

Чем больше в изоляции влаги — тем больше ток утечки, тем ниже значение коэффициента абсорбции DAR (Dielectric Absorption Ratio = R60/R15). Во влажной изоляции больше примесей (примеси находятся во влаге), сопротивление из-за примесей уменьшается, потери растут, понижается напряжение теплового пробоя, ускоряется тепловое старение изоляции. Если коэффициент абсорбции менее 1,3 — необходимо изоляцию просушить.

Индекс поляризации PI

Следующий важный показатель качества изоляции — индекс поляризации. Он отражает подвижность заряженных частиц внутри диэлектрика под действием электрического поля. Чем новее, целее и качественнее изоляция — тем меньше внутри нее, как в диэлектрике, движутся заряженные частицы. Чем выше индекс поляризации — тем старее изоляция.

Для нахождения данного параметра, вычисляется соотношение величин сопротивления изоляции через 10 минут и через 1 минуту после начала испытаний. Данный коэффициент (Polarization Index = R600/R60) практически свидетельствует об остаточном ресурсе изоляции как качественного диэлектрика, еще способного выполнять свою функцию. Коэффициент поляризации PI не должен быть меньше 2.

Коэффициент диэлектрического разряда DD

Наконец, коэффициент диэлектрического разряда. Данный параметр помогает выявить среди слоев многослойной изоляции дефектный, поврежденный слой. Измерение DD (Dielektric Discharge) производится следующим образом.

Первым делом изоляцию заряжают чтобы измерить ее емкость, после прекращения процесса зарядки, остается ток утечки через диэлектрик. Теперь изоляция разряжается накоротко, и спустя минуту после короткого замыкания, — измеряется остаточный ток разряда диэлектрика в наноамперах. Этот ток в наноамперах делится на напряжение при измерении и на емкость изоляции. Коэффициент DD должен быть меньше 2.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое индекс поляризации двигателя

Главная задача испытания электродвигателя — выявление неисправности до фактического отказа электродвигателя.

Одним из основных условий, определяющим надежность и долговечность эксплуатации электродвигателей, является надлежащее состояние обмотки ЭД и отсутствие электромеханических дефектов.

С помощью анализаторов AWA и EXP 4000 можно выполнять измерение сопротивления, испытания высоким напряжением постоянного тока и испытания импульсным перенапряжением, а также преобразовывать данные в цифровой вид и сохранять их для будущего использования, что в дальнейшем позволит прогнозировать старение изоляции.

Читать еще: Электрическая схема двигателя форд скорпио

Анализаторы позволяют обнаружить неисправности и повреждения в роторах типа беличьей клетки, машин переменного тока, наличие мест короткого замыкания между витками обмоток, любое нарушение баланса между фазами вследствие отличий в числе витков, а также определять местоположение недоброкачественных подсоединений проводов или контактов.

Статическая диагностика

Анализатор обмоток AWA — это полностью автоматизированная универсальная переносная система для комплексного испытания изоляции двигателей, обеспечивающая высокую достоверность результатов.

Анализатор проводит все основные электрические испытания: определение импульса напряжения, индекса поляризации, коэффициента абсорбции, испытание повышенным напряжением, измерение сопротивления изоляции, сопротивления обмоток и диагностику повреждения обмоток. Легко осуществляется сбор и хранение данных, включая документирование измерений и тренды. Система работает на базе Windows® AWA.

Анализатор AWA обладает возможностями для тестирования межвитковой изоляции и позволяет определить отклонения между витками в пределах менее 1% и выявить места коротких замыканий в параллели.

Динамическая диагностика

Анализатор Explorer 4000 — это многофункциональный комплекс диагностики двигателей без их отключения.

Анализатор позволяет в on-line режиме определять состояние двигателя, используя широкий круг интуитивно понятных тестов и выдавая немедленные результаты по многочисленным параметрам системы.

Комплекс Explorer 4000 работает под управлением компьютера и позволяет производить все тесты, подключаясь непосредственно к кабелю, питающему электродвигатель.

Динамический анализатор электромашин EXP 4000 выполняет семь основных функций, совершенствующих программу контроля состояния и предупредительного обслуживания. Анализатор запрограммирован для сбора информации об уровне напряжения, балансе напряжений, гармоническом и полном искажении, состоянии корпуса ротора, производительности электродвигателя, коэффициенте полезного действия, перегрузке, условиях эксплуатации, колебаниях крутящего момента, а также истории нагрузки. Данный широкий спектр испытаний позволяет установить истинное состояние исправности монитора и условия, связанные с эксплуатационными характеристиками электродвигателя.

Анализатор EXP 4000:

выявляет возможные проблемы силовой сети, которые ухудшают состояние электродвигателя
проверяет режим работы электродвигателя
отслеживает нагрузку
следит за производительностью электродвигателя
рассчитывает возможное энергосбережение
выявляет проблемы, связанные с неоптимальным качеством энергоснабжения, которые влекут за собой дополнительную нагрузку на электродвигатель.

Эти проблемы возникают по следующим причинам:

неправильные настройки отводов силового трансформатора
неверное распределение однофазной нагрузки
перегрузка силового трансформатора
лишние частотно-регулируемые электроприводы на шинах низкого напряжения
чрезмерные негармонические частоты на частотно-регулируемом электроприводе
недостаток линейных индукторов частотно-регулируемого электропривода
недостаток или размыкание компенсирующих конденсаторов.

Анализатор EXP 4000 позволяет оценить работу электродвигателя, выявить серьезные проблемы в работе и их источник, определить эксплуатационный коэффициент полезного действия, нагрузку, эксплуатационные условия, эффективность использования, а также высчитать срок окупаемости. Тестирование вращающегося момента, определение изменений крутящего момента и его спектра позволяют быстро и эффективно выявить многочисленные неполадки: механические неисправности, кратковременные перегрузки, механический дисбаланс, износ и повреждение подшипников, раковины и другие неисправности.

Baker D12R — цифровой тестер обмотки электродвигателя

Описание

D12R, D6R, D3R- цифровые тестеры обмотки электродвигателя
На базе одного портативного устройства реализована возможность проведения всех основных тестов, таких как импульсное испытание, определение индекса поляризации, испытание постоянным током высокого напряжения, испытание сопротивления изоляции, определение сопротивления обмотки.
D12R, D6R, D3R полностью соответствует стандартам IEEE

Технические характеристики

Цифровые тестеры Baker D12R, D6R и D3R созданы таким образом, чтобы обеспечить максимум возможностей для измерений при сохранении компактных размеров, что делает их более универсальными инструментами для диагностирования неисправностей оборудования.

Как и их аналоги, цифровые тестеры Baker D12R, D6R и D3R позволяют производить как лабораторные, так и производственные испытания с высокой точностью.

Цифровые тестеры D12R, D6R и D3R компании Baker позволяют производить испытания высоким напряжением, импульсные испытания, определять сопротивление обмотки, а также представлять в цифровом виде данные и сохранять их на жёстком диске компьютера для последующего использования.

Измерение сопротивления обмотки позволяет обнаружить короткие замыкания между витками обмотки катушки, на основании данных о разнице числа оборотов фиксирует дисбаланс между фазами, вместе с тем обнаруживая дефекты обмотки и ненадёжные контакты.

Испытание постоянным током высокого напряжения позволяет обнаружить дефекты корпусной изоляции, одновременно определяя индекс поляризации. Корпусная изоляция состоит из изоляции проводов и изоляции пазовых гильз, клиньев, электроизоляционного лака и специальной бумаги для изоляции фаз электродвигателя.

Импульсное испытание позволяет обнаружить дефекты как в межвитковой обмотке, так и в системе межфазной изоляции. С помощью устройства преобразования аналоговых сигналов в цифровые данные тестеры способны фиксировать импульсные колебания, запоминать и отслеживать их без ограничения по времени и выводить их на печатающее устройство.

Читать еще: Tsi двигатель audi что это

Сохранённые результаты импульсного испытания могут быть использованы при работе с другими электродвигателями за исключением простых асинхронных электродвигателей.

Тестер может использоваться для испытания всех вращающихся магнитных полей синхронных электродвигателей. В этом случае он запоминает импульсные колебания, полученные при проведении импульсного испытания на одной катушке и сравнивает их с импульсными колебаниями других катушек. Цифровой тестер обмотки может быть использован для проверки якорей и полей постоянного тока. Результаты испытания могут быть сопоставлены со всеми последующими результатами проверки ламелей якоря для обнаружения дефектов обмотки.

Результаты испытаний десяти электродвигателей могут быть сохранены, извлечены, распечатаны и загружены в программное обеспечение MTA для их дальнейшего анализа. Учётная запись для каждого из десяти двигателей имеет собственную ячейку памяти. В каждой ячейке могут храниться до трёх волновых картин импульсного испытания, а также сила тока и напряжение для испытания высоким напряжением постоянного тока.

Цифровой тестер обмоток может самостоятельно проводить испытания в полевых условиях, а затем передавать собранные данные на компьютер, на котором установлено программное обеспечение MTA for Windows для дальнейшего анализа.

Программа MTA for Windows обладает следующими функциями: создание баз данных, сравнение импульсов, создание отчетов, вывод данных на печатающее устройство, а также другими функциями, которые превращают данные испытаний в полезную информацию. Все опции легко доступны благодаря выводимым на экран подсказкам.

Измерение сопротивления изоляции мегаомметром

Как пользоваться мегаомметром, измерение сопротивления изоляции мегаомметром

Все мегаомметры в каталоге. Мегаомметр прибор для измерения сопротивления изоляции кабеля, изоляцию обмотки двигателя, диэлектрических материалов приборов. Современные мегаомметры позволяют вычеслять сразу коэффициент абсорбции и поляризации. Коэффициент абсорбции показывает степень увлажнения изоляции кабелей, трансформаторов, электродвигателей. Коэффициент поляризации показывает степень старения изоляции. Работа мегаомметра основана на измерении протекающего тока, при подаче стабильного высокого напряжения. У цифровых мегаомметров переключение диапазонов и определение единиц измерения производятся автоматически. Мегаомметры с испытательным напряжение которое создает ШИМ преобразователь не могут измерять сопротивления изоляции обмоток двигателя, цепи с высокой индуктивностью, например промышленный магнит.

При коэффициенте поляризации менее 1 изоляция проводника изношенная необходимо заменить, при значении от 1 до 2 проводник изношенный, но эксплуатация возможна. При значении более 2 эксплуатация проводника разрешена. Коэффициент абсорбции вычисляется измерением скорости заряда абсорбционной емкости изоляции при приложении испытательного напряжения. Если коэффициент абсорбции меньше 1,3 изоляция считается неудовлетворительной, необходимо сушить изоляцию.

Для работы с мегаомметром необходимо:

выбрать испытательное напряжение в настройках прибора, чем больше испытательное напряжение чем больше максимальное значение сопротивления;
выбрать время измерения. Из-за нестабильности сопротивления требуется проводить измерения не менее 1 минуты.

Клемму «минус», «GUARD», «0 V» необходимо подключать к тому проводнику, который заземлен. Измерения рекомендуется проводить дважды со сменной полярности испытательного напряжения для получения среднего результата. Полярность испытательного напряжения указана на гнёздах мегаомметра. Результаты измерений может выглядеть как на картинке ниже. М инимальное сопротивления изоляции проводки для бытовой сети 0,5 МОм, а для промышленной сети и производственного оборудования 1 МОм.

Для измерения сопротивления изоляции двухжильного кабеля необходимо клеммы плюс и минус мегаомметра подсоединить к проводникам. Если кабель одножильный тогда клеммы плюс и минус мегаомметра подключают к проводнику и экрану соответственно. При измерении сопротивления более 10 ГОм необходимо использовать экранированный измерительный кабель, экран измерительного кабеля подключается в соответствующее гнездо.

Если изоляция кабеля загрязненная и при больших значения сопротивления изоляции более 10 ГОм, для исключения влияния поверхностных токов утечки необходимо использовать схему подключения с тремя измерительными кабелями. Или экраннированным кабелем как у мегаомметра Е6-32, в комплекте не поставляется. К изоляции одного из проводников необходимо намотать колечко из фольги, обжать крокодилом и подключить крокодил к клемме заземления мегаомметра. При измерении сопротивления изоляции обмотки трансформатора, для исключения влияния поверхностных токов утечки так же необходимо использовать схему подключения с тремя измерительными кабелями. Клемма заземления в данном случае подключается к сердечнику трансформатора.

Нормы сопротивления изоляции. Измерения необходимо производить при нормальных климатических условиях при температуре 25±10 °С и влажности воздуха не более 80%. Если в кабеле провода без экрана, то сопротивление изоляции измереяется между жилами проводов. Если провода с экраном в виде оплетки или фольги, то тогда сопротивление изоляции измеряется между жилой и экраном. Испытания проводят при отключеных электроустановках.