Вимірювання опору ізоляції та коефіцієнта абсорбції

 

Мета роботи - одержати практичні навички контролю за станом ізоляції за її опором R_із та коефіцієнтом абсорбції.

Теоретичні положення

 

Якщо до ізоляції поштовхом прикласти постійну напругу U, то за дуже короткий проміжок часу заряджається ємність, що визначається геометричними розмірами ізоляційної конструкції та значенням діелектричної проникності матеріалу ε, яка виміряна на високій частоті. Ця ємність позначається С_∞. Далі виникають явища поляризації, що призводять до подальшого накопичення заряду на ємності. Розрізняють такі поляризації: електронну, іонну, дипольну, міжшарову. Електронна та іонна поляризації відбуваються менше як за 19-12 с. Тому вони не проявляються навіть за дуже високих частот (на рівні мегагерц). При промисловій частоті відбуваються дипольна та міжшарова поляризації.

Дипольна поляризація - це орієнтація дипольних молекул у напрямі силових ліній електричного поля, в результаті чого на поверхні діелектрика виникає надмірний заряд, що підтягує на електроди заряд протилежного знаку. Поворот дипольних молекул відбувається у в'язкому середовищі з деяким запізненням. У зовнішньому колі ефект поляризації проявляється в тому, що після заряду ємності до електродів продовжує підтікати поляризаційний струм. Струм змінюється за експоненціальним законом із сталою Т тривалістю (на рівні мілісекунд):

(9.1)

Дипольна поляризація властива сильнополярним діелектрикам (вода, спирт).

Міжшарова поляризація зумовлена неоднорідністю структури ізоляції. Уявимо, що в основній речовині діелектрика є домішки з підвищеною провідністю. У цьому разі струм зміщення в ізоляції проходить частково по провідностях домішок. А це призводить до того, що при подаванні на діелектрик постійної напруги U в струмі виникає складова, зумовлена зарядом ємностей С крізь опори r. Зовні цей процес відбувається аналогічно дипольній поляризації - в обох випадках поляризаційний струм приблизно відповідає експоненціальному закону. Стала часу міжшарової поляризації має інтервал часу від мілісекунд до десятків секунд і навіть більше. У даній роботі можна класифікувати поляризації на швидку і повільну не за фізичною ознакою, а за значенням сталої часу Т. Швидка поляризація має Т на рівні мілісекунд, а повільна - на рівні секунд і більше.

Для обох видів поляризації можна скласти схему заміщення ізоляції (рис.9.1).

 

 

Рис. 9.1. Схема заміщення ізоляції

 

У цій схемі одна гілка складається з ємності , друга має ємність і опір r, все це відображає поляризаційні процеси в ізоляції. Сумарна ємність схеми . Вона визначає новий заряд, який може нагромадитись на електродах ізоляційної конструкції після завершення поляризаційних процесів.

Крім цих гілок до схеми заміщення входить також опір ізоляції R_із, зумовлений наскрізними шляхами витоку в ізоляції, якщо виникає “місток” із частинок підвищеної провідності. Якщо до схеми заміщення, зображеної на рис.9.1, прикласти поштовхом постійну напругу U, то струм у джерелі матиме такі складові: а) імпульс струму i_¥ заряду ємності C_¥; б) поляризаційний (або абсорбційний) струм , що змінюється із сталою часу T; в) струм наскрізної провідності . На основі розглянутої схеми заміщення можна уяснити деякі методи контролю ізоляції. Явища поляризації так само, як і наскрізні шляхи підвищеної провідності, відображають в основному зволоженість ізоляції.

Контроль ізоляції за її опором або струмом провідності здійснюється за допомогою стрілкових приладів, тому на покази вимірювання впливають процеси повільної поляризації. На рис.9.2 пунктиром нанесено, як змінюється в часі опір ізоляції . Відповідно спаду струму i_пр опір ізоляції R_із збільшується з часом.

 

 

Рис. 9.2. Графік залежності струму і опору ізоляції від тривалості прикладання напруги

 

Досліди показали, що для більшості ізоляційних конструкцій стала часу поляризації Т менша за 1хв. Це означає, що до моменту Т = 1хв після прикладання напруги U опір ізоляції R_із сягає сталої

величини R, яка підтверджує наявність наскрізних шляхів провідності в ізоляції. Різке зниження R є показником сильно розвиненого дефекту в ізоляції. Звичайно виміряне значення опору ізоляції R порівнюють із результатами попередніх вимірювань або із заводськими

даними. Ізоляція може характеризуватись також поляризаційним спадом струму або збільшенням опору ізоляції з часом. Це зростання залежить від співвідношення , де і - опір ізоляції для вимірювання в моменти часу t₁ і t₂ (звичайно t₂ = 60 с, t₁ = 15 с). Чим більше в ізоляції вологи, тим менше співвідношення .

Якщо > 1,3, то ізоляція “суха”; якщо < 1,3 – “зволожена”.

Опір ізоляції вимірюють за допомогою мегомметрів, що складаються з генератора малої потужності постійного струму на напругу 0,5...2,5 кВ і стрілкового приладу.

Електронний мегомметр живиться від мережі змінного струму 220 В і має блок стабілізованої спрямленої напруги 2,5 кВ, ламповий вольтметр й еталонний опір (рис.9.3). Струм, що протікає крізь ізоляцію та еталонний опір, залежить від опору ізоляції. Падіння напруги на еталонному опорі також визначається опором ізоляції. Ламповий вольтметр, що вимірює падіння напруги на еталонному опорі, проградуйовано в мегаомах. Два реле часу сигналізують моменти відліку через 15 та 60 с після подавання напруги.

Рис. 9.3. Принципова схема електронного мегомметра

 

Послідовність вимірювання опору ізоляції:

1. Заземлити прилад Ф-4100 через клему .

2. Натиснувши кнопку “Живлення” та кнопку перемикача границь, підключити джерело живлення приладу.

3. Перевірити справність мегомметра:

а) при розімкнених затискувачах та “Л” ручкою “Уст. ¥” встановити стрілку на відмітку “ ¥ “;

б) при замкнених затискувачах та “Л” і натисненій кнопці “Висока напруга” ручкою “Уст. 0” встановити стрілку на “0”.

4. Під час вимірювання перемикач границь переставити послідовно з положення “1” у зручне для відліку у межах робочої частини шкали. Відлік показів відбувається під час загоряння та згасання індикаторної лампочки відповідно через 15 і 60 с після натискання кнопки “Висока напруга”.

Опір ізоляції та коефіцієнт абсорбції для трифазних об’єктів (електричних машин і трансформаторів) вимірюють пофазно: фаза А відносно фаз В, С та корпусу; фаза В відносно фаз С, А та корпусу; фаза С відносно фаз А, В та корпусу; фази А, В, С відносно корпусу.

При цьому фази повинні бути ізольовані між собою, а початок і кінець обмотки кожної фази з’єднані. Перед повторним вимірюванням ізоляцію закорочують не менш як на 5 хв.

 

Завдання

 

Визначити опір ізоляції та коефіцієнт абсорбції для ізоляції трансформатора, електричної машини і кабелю 10 кВ з паперово-просоченою ізоляцією. Зробити висновки по кожному вимірюванню. Одержані результати звести до табл.9.1.

 

Таблиця 9.1

Об’єкт випробування і схема вимірювання

Прилад

R60, МОм

R15, МОм

ka

Стан ізоляції

Контрольні запитання

 

І. Від яких факторів залежить опір ізоляції?

2. Які дефекти в ізоляції виявляються за значенням її опору?

3. Чому опір ізоляції вимірюється через 15 і 60 с після прикладання напруги?

4. Чому коефіцієнт абсорбції залежить від зволоження ізоляції?