電氣絕緣性能和測試

電絕緣性能及等效電路

如您所知，術語“隔離”在實踐中用於指代兩個概念：

1) 一種防止電氣產品部件之間形成電接觸的方法，

2) 用於應用此方法的材料和產品。

電氣絕緣材料 在施加於它們的電壓的影響下，發現了傳導電流的特性。電絕緣材料的導電率雖然比電線低幾個數量級，但起著重要的作用，在很大程度上決定了電氣產品運行的可靠性。

在絕緣上施加電壓的作用下，有電流流過它，稱為漏電流，它隨時間變化。

為了研究和說明電絕緣的特性，習慣上以稱為等效電路（圖 1）的特定模型的形式表示它，其中包含四個並聯的電路。其中第一個只包含電容器 C1，稱為幾何電容。

米。 1.電隔離等效電路

該電容的存在會導致在絕緣體上施加直流電壓時出現瞬時湧流，該電流幾乎會在幾秒鐘內衰減，而在施加交流電壓時會出現容性電流流過絕緣體。這種容量稱為幾何容量，因為它取決於絕緣：它的尺寸（厚度、長度等）以及載流部分 A 和外殼（接地）之間的位置。

第二種方案表徵了絕緣的內部結構和性能，包括其結構、並聯的電容器和電阻的組數。流過該電路的電流I2稱為吸收電流。該電流的初始值與絕緣面積成正比，與其厚度成反比。

如果電氣產品的載流部分採用兩層或多層絕緣（例如導線絕緣和線圈絕緣）進行絕緣，那麼在等效電路中，吸收支路以兩個或多個串聯的形式表示一組電容器和一個電阻器，表徵其中一個絕緣層的特性。在該方案中，考慮了雙層絕緣，其中一層由一組電容器C2和電阻器R1代替，第二層由C3和R2代替。

第三個電路包含單個電阻器 R3，並表徵向其施加直流電壓時的隔離損耗。該電阻器的電阻，也稱為絕緣電阻，取決於許多因素：尺寸、材料、結構、溫度、絕緣條件（包括其表面的水分和污垢）以及施加的電壓。

對於某些絕緣缺陷（例如，由於損壞），電阻 R3 對電壓的依賴性變得非線性，而對於其他絕緣缺陷（例如，由於濕度大），它實際上不會隨著電壓的增加而變化。流過該支路的電流I3稱為正向電流。

第四種電路表示為中頻火花隙的等效電路，它表徵了絕緣體的介電強度，數值表示為絕緣材料在電流作用下失去絕緣性能而擊穿的電壓值I4 穿過它。

該隔離等效電路不僅可以描述施加電壓時其中發生的過程，還可以設置可觀察的參數以評估其狀態。

電氣絕緣測試方法

評估絕緣狀況及其完整性的最簡單和最常用的方法是使用兆歐表測量其電阻。

讓我們注意一個事實，即等效電路中電容器的存在也解釋了絕緣體積累電荷的能力。因此，測量絕緣電阻前後的電機和變壓器的繞組必須通過接地端子進行放電。 連接的兆歐表.

在測量電機和變壓器的絕緣電阻時，必須監測繞組的溫度，並記錄在測試報告中。了解進行測量的溫度對於相互比較測量結果是必要的，因為絕緣電阻會根據溫度急劇變化：平均而言，溫度每升高 10°C，絕緣電阻會降低 1.5 倍並且隨著溫度的相應降低而增加。

由於絕緣材料中始終含有的水分會影響測量結果，因此在低於 + 10°C 的溫度下不進行表徵絕緣質量的參數的確定，因為獲得的結果不會給出正確認識真正的隔離狀態。

在測量實際冷產品的絕緣電阻時，可以假設絕緣溫度等於環境溫度。在所有其他情況下，有條件地假設絕緣溫度等於繞組的溫度，由繞組的有源電阻測量。

為了使測得的絕緣電阻與真實值沒有顯著差異，測量電路元件（電線、絕緣體等）自身的絕緣電阻應將測量結果中的誤差降至最低。因此，在測量電壓高達1000V的電氣設備的絕緣電阻時，這些元件的阻值必須至少為100兆歐，而在測量電力變壓器的絕緣電阻時——不低於兆歐表的測量限值.

如果不滿足此條件，則必須針對電路元件的絕緣電阻對測量結果進行校正。為此，絕緣電阻測量兩次：一次是在完全組裝的電路和產品連接的情況下，第二次是在產品斷開的情況下。第一次測量的結果將給出電路的等效絕緣電阻與乘積Re，第二次測量的結果將給出測量電路元件的電阻Rc。那麼產品的絕緣電阻

如果對於某些其他產品的電機沒有確定測量絕緣電阻的順序，那麼對於電力變壓器，這個測量順序是由首先測量低壓繞組（LV）的絕緣電阻的標準規定的。其餘繞組以及油箱必須接地。在沒有油箱的情況下，變壓器外殼或其骨架必須接地。

如果存在低壓繞組、中高壓繞組和高壓繞組這三個電壓繞組，則必須在低壓繞組之後測量中壓繞組的絕緣電阻，然後再測量高壓繞組的絕緣電阻。當然，對於所有測量，其餘線圈以及儲罐都必須接地，並且未接地的線圈必須在每次測量後通過連接到盒子至少 2 分鐘來放電。如果測量結果不符合既定要求，則必須通過確定相互電氣連接的繞組的絕緣電阻來補充測試。

對於雙繞組變壓器，應先測量高、低壓繞組相對於外殼的電阻，對於三繞組變壓器，應先測量高、中壓繞組，再測量高、中、低壓繞組。 .

測試變壓器絕緣時，需要多次測量，不僅要確定等效絕緣電阻值，還要比較繞組與其他繞組和機體的絕緣電阻。

電機的絕緣電阻通常通過相互連接的相繞組在安裝現場與電纜（母線）一起測量。如果測量結果不符合既定要求，則測量每相繞組的絕緣電阻，必要時測量繞組的每個分支。

需要注意的是，單靠絕緣電阻的絕對值很難合理判斷絕緣狀況。因此，為了評估運行期間電機的絕緣狀態，將這些測量結果與之前的結果進行比較。

各個相的絕緣電阻之間多次顯著的差異通常表明存在一些重大缺陷。通常，所有相繞組的絕緣電阻同時下降表明其表面的一般狀態發生了變化。

比較測量結果時，應記住絕緣電阻對溫度的依賴性。因此，可以相互比較在相同或相似溫度下進行的測量結果。

當施加在絕緣上的電壓一定時，流過它的總電流Ii（見圖1）減小得越多，說明絕緣狀況越好，根據電流Ii的減小，兆歐表增加。由於此電流的 I2 分量（也稱為吸收電流）與 I3 分量不同，它不依賴於絕緣表面的狀況以及污染和水分含量，因此絕緣電阻值的比率在給定的時刻被視為絕緣水分含量的特徵。

標準建議在連接兆歐表15秒後（R15）和60秒後（R60）測量絕緣電阻，這些電阻的比值ka = R60 / R15稱為吸收係數。

對於非濕絕緣，ka > 2，對於濕絕緣 — ka ≈ 1。

由於吸收係數的值實際上與電機的大小和各種隨機因素無關，因此可以歸一化：20°C 時 ka ≥ 1.3。

絕緣電阻測量誤差不應超過±20%，除非為特定產品專門規定。

在電氣產品中，電氣強度測試包括繞組與本體的絕緣以及相互之間的絕緣，以及繞組的中間絕緣。

為了檢查線圈或載流部件對外殼的絕緣的介電強度，在被測線圈或載流部件的端子上施加頻率為 50 Hz 的增加的正弦電壓。電壓及其應用持續時間在每個特定產品的技術文檔中都有說明。

在測試繞組和帶電部件對身體的絕緣的介電強度時，所有其他不涉及測試的繞組和帶電部件必須電氣連接到產品的接地身體。試驗結束後，應將線圈接地，除去殘留電荷。

在圖。圖2為三相電動機繞組耐壓測試圖，過電壓由裝有穩壓源E的測試裝置AG產生，高壓側電壓用光伏電壓表測量。電流表 PA 用於測量通過絕緣層的洩漏電流。

如果沒有絕緣擊穿或表面重疊，並且漏電流不超過本產品文件中規定的值，則認為產品已通過測試。請注意，使用監控洩漏電流的電流表可以在測試設置中使用變壓器。

米。 2、電氣產品絕緣介電強度試驗方案

除了絕緣的頻率電壓測試外，還用整流電壓測試絕緣。這種測試的優點是可以根據在不同測試電壓值下測量漏電流的結果來評估絕緣狀況。

為了評估絕緣狀況，使用非線性係數

其中 I1.0 和 I0.5 是施加測試電壓 1 分鐘後的漏電流，該測試電壓等於 Unorm 的歸一化值和電機額定電壓 Urated 的一半，kn <1.2。

所考慮的三個特性——絕緣電阻、吸收係數和非線性係數——用於解決在不使絕緣變乾的情況下開啟電機的可能性的問題。

當根據圖 1 中的圖表測試絕緣的介電強度時。 2 繞組的所有匝相對於體（地）的電壓幾乎相同，因此匝間絕緣保持未檢查狀態。

測試絕緣體介電強度的一種方法是將電壓比標稱電壓提高 30%。該電壓從穩壓電源 EK 施加到空載測試點。

另一種方法適用於怠速運行的發電機，包括增加發電機的勵磁電流，直到在定子或電樞的端子處獲得電壓 (1.3 ÷ 1.5) Unom，具體取決於機器的類型。鑑於即使在空閒模式下，電機繞組消耗的電流也可能超過其標稱值，因此標准允許在提供給電機繞組的電壓頻率高於標稱值或在提高發電機速度。

為了測試異步電機，也可以使用頻率為 fi = 1.15 fn 的測試電壓。在相同的限度內，可以提高發電機的速度。

當以這種方式測試絕緣的介電強度時，將在相鄰的線圈匝之間施加一個電壓，該電壓在數值上等於施加的電壓除以線圈的匝數。它與產品在額定電壓下運行時的情況略有不同（相差 30-50%）。

如您所知，施加到位於鐵芯上的線圈端子的電壓增加的限制是由於該線圈中的電流與其端子處的電壓非線性相關。在接近標稱值 Unom 的電壓下，磁芯未飽和，電流與電壓成線性關係（圖 3，OA 部分）。

隨著電壓的增加，線圈中高於標稱電流的U急劇增加，在U = 2Unom時電流可超過標稱值數十倍。為了顯著提高繞組的每匝電壓，在比標稱值高許多倍（十倍或更多）的頻率下測試匝間絕緣強度。

米。 3. 帶鐵芯線圈中的電流對施加電壓的依賴關係圖

米。 4.提高電流頻率時的繞組絕緣測試方案

讓我們考慮測試接觸器線圈中間絕緣的原理（圖 4）。測試線圈L2放置在分裂磁路的桿上。電壓 U1 以增加的頻率施加到線圈 L1 的端子，因此對於線圈 L2 的每一匝，都有一個必要的電壓來測試逐匝絕緣體的介電強度。如果線圈L2的繞組絕緣良好，則線圈L1消耗的電流和安裝線圈後用電流表PA測量的電流將與之前相同。否則，線圈L1中的電流增加。

米。 5.介質損耗角正切測量方案

最後一個考慮的絕緣特性——介電損耗角正切。

眾所周知，絕緣具有有功電阻和無功電阻，當對其施加週期性電壓時，絕緣中流過有功電流和無功電流，即存在有功P功率和無功Q功率。 P 與 Q 之比稱為介電損耗角的正切，表示為 tgδ。

如果我們記得 P = IUcosφ 和 Q = IUsinφ，那麼我們可以寫：

tgδ是流過絕緣的有功電流與 無功電流.

要確定 tgδ，需要同時測量有功和無功功率或有功和無功（電容）絕緣電阻。第二種方法測量tgδ的原理如圖1所示。 5、其中測量電路為單橋。

電橋的臂由示例電容器 C0、可變電容器 C1、可變 R1 和恆定 R2 電阻器以及繞組 L 到產品或質量體（通常表示為電容器 Cx）的電容和絕緣電阻組成和電阻Rx。如果需要不在線圈上而是在電容器上測量 tgδ，則其極板直接連接到電橋電路的端子 1 和 2。

橋的對角線包括檢流計 P 和電源，在我們的例子中是變壓器 T。

和其他人一樣 橋接電路 測量過程包括通過順序改變電阻器R1的電阻和電容器C1的電容來獲得設備P的最小讀數。通常，選擇電橋的參數，以便直接在電容器 C1 的刻度上讀取器件 P 的零讀數或最小讀數時的 tgδ 值。

tgδ的定義對於電力電容器和變壓器、高壓絕緣子和其他電氣產品是強制性的。

由於介電強度測試和 tgδ 測量通常在 1000 V 以上的電壓下進行，因此必須遵守所有一般和特殊安全措施。

電氣絕緣測試程序

上面討論的絕緣參數和特性必須按照特定類型產品的標準確定的順序來確定。

例如，在電力變壓器中，首先確定絕緣電阻，然後測量介電損耗角正切。

對於旋轉電機，在測試其介電強度之前測量絕緣電阻後，需要進行以下測試：在增加的旋轉頻率下，短時電流或扭矩過載，突然短路（如果是用於此同步電機），繞組整流電壓的絕緣測試（如果此電機的文檔中有規定）。

特定機器類型的標准或規範可能會用可能影響絕緣介電強度的其他測試來補充此列表。