Садовников М.Е. Надежность и диагностика электрооборудования: Учебное пособие к практическим занятиям

Подождите немного. Документ загружается.

состояние изоляции и т. п. Закон распределения отказов в период приработки

приблизительно подчиняется закону Вейбулла.

9 Период нормальной эксплуатации характеризуется относительно

малой интенсивностью отказов. Отказы носят случайный характер. Природа

этих отказов обычно обусловлена неожиданной концентрацией нагрузок

внутри (или извне) изделия. Закон распределения отказов в этот период

экспоненциональный.

9 Период старения или

износа. Вследствие длительной эксплуатации,

изделия изнашиваются, количество отказов увеличивается. Отказы носят

износный характер. Закон распределения отказов либо нормальный, либо

логарифмически - нормальный (хотя могут быть и другие случаи).

6. Техническая диагностика электромеханических и

электротехнических объектов при эксплуатации

При эксплуатации технических объектов энергетики, электропривода и

устройств электроники возникает необходимость оперативного контроля их

надежности

. Для электроэнергетических объектов (трансформаторов,

кабельных линий, коммутационной и др. высоковольтной и низковольтной

аппаратуры) и электродвигателей оперативный контроль, в основном, сводится

к профилактическим испытаниям и внешним осмотрам.

Объем и сроки этих испытаний для каждого типа объекта

регламентируются правилами эксплуатации электроустановок потребителей

(ПЭЭП), правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и другими

руководящими материалами.

Рассмотрим

подробнее основные виды профилактических испытаний

способствующих поддержанию эксплуатируемых электротехнических (ЭТ) и

электромеханических (ЭМ) объектов на должном уровне надежности.

6.1. Измерение сопротивления изоляции

Производится при любой технической диагностике ЭМ или ЭТ системы

во всех случаях.

Рассмотрим процесс измерения сопротивления изоляции.

Представим изоляцию в виде упрощенной схемы замещения (рис.6.1).

Схема замещения содержит три ветви:

 Ветвь, содержащую геометрическую емкость С

. Эта емкость

определяется пространственной конструкцией изоляции, ее протяженностью

(площадь обкладок конденсатора) и средним расстоянием между обкладками.

 Ветвь, содержащую абсорбционную емкость С и сопротивление R.

Эти величины характеризуют степень неоднородности изоляции, наличие

расслоений, увлажнения, загрязнения и т.п.

 Ветвь, определяющую сопротивление изоляции постоянному току R

ПР

и, соответственно, ток утечки (ток сквозной проводимости) через изоляцию.

Цель измерения сопротивления изоляции:

9 определить соответствие среднего сопротивления изоляции

нормативу;

9 определить наличие или отсутствие повреждений изоляции.

Измерение сопротивления изоляции проводят при помощи мегаомметра

постоянным испытательным напряжением. Выпускаются мегаомметры с

выходным испытательным напряжением 100, 250, 500, 1000 и 2500 В. Величина

испытательного напряжения регламентируется руководящими

документами и

зависит от типа испытуемого объекта.

Правила измерения сопротивления изоляции

Рис. 6.1.Элементарная схема замещения изоляции.

ПР

Токоведущая часть

МОм

i+1

Расслоение,

неоднородность

изоляции

Изоляция

ПР

Непосредственно перед работой необходимо проверить исправность

мегаомметра на всех рабочих шкалах в предельных режимах (при разведенных

и закороченных щупах).

На испытуемом объекте требуется:

9 отключить те элементы, которые могут быть повреждены

испытательным напряжением мегаомметра;

9 снять любое напряжение с испытуемого объекта и проверить его

отсутствие вольтметром.

Для правильного измерения сопротивления изоляции

необходимо в

процессе замеров соблюдать ряд условий:

9 Если мегаомметр имеет встроенный генератор, то необходимо

вращать его ручку с определенной скоростью (обычно 120 об/мин), для того,

чтобы выходное измерительное напряжение прибора соответствовало

паспортному.

Рис. 6.2.Зависимость тока через изоляцию и сопротивления изоляции от

времени, при измерении мегаомметром.

i, R

ПР

+ i

аб

+ i

ПР

аб

+ i

ПР

9 Отсчет показаний прибора необходимо снимать спустя 1-2 минуты,

считая с момента приложения испытательного напряжения к изоляции. Это

объясняется тем, что ток через изоляцию не сразу достигает установившегося

значения, равного интересующему нас току сквозной проводимости i

ПР

(рис.6.2). Время переходного процесса определяется временем заряда

абсорбционной и геометрической емкостей. На рисунке - это ток заряда

геометрической емкости i

и ток абсорбции i

аб

. Ток заряда геометрической

емкости протекает весьма кратковременно, поскольку C

подключена

напрямую к заряжающему ее источнику питания. Ток заряда абсорбционной

емкости протекает большее время, поскольку абсорбционные емкости, как это

видно из рисунка 6.1, подключены к источнику питания через активные

сопротивления, ограничивающие их зарядный ток

aб

−

⋅=

Рис. 6.3. Зависимость сопротивления изоляции от температуры.

R, МОм

40 50 60

где Т - постоянная времени R-C цепи (для трансформаторов постоянная

времени составляет несколько секунд, для машин и кабелей - несколько минут);

t - время с момента подачи испытательного напряжения.

Нас же интересует ток сквозной проводимости i

ПР

, определяющий

состояние изоляции, величина которого постоянна во времени:

ПР

i =

Существенное влияние на величину измеренного сопротивления

изоляции оказывает температура. Для одной и той же изоляции значения

сопротивлений, измеренные при разных температурах, могут изменяться в

несколько десятков раз (рис. 6.3). Если измерение сопротивления изоляции

проводится при температуре отличной от заданной, то привести его к ней

можно по формуле:

θθ

−

⋅= RR

где R

- сопротивление изоляции измеренное при текущей

температуре

;

- сопротивление изоляции при требуемой температуре

;

- коэффициент зависящий от типа изоляции. Для изоляции класса А он

равен 40, класса В - 60.

В первом приближении (в диапазоне температур 20-100

С) можно

считать, что при изменении температуры на 15

С сопротивление изоляции

изменяется в два раза.

9 При измерении сопротивления изоляции между двумя не

заземленными элементами аппарата (например, между двумя фазами

автоматического выключателя) они подключаются либо к клеммам r

, либо к

клеммам Л (линия) и З (земля). При измерении между двумя жилами кабеля

оболочка кабеля подключается к клемме Э (экран).

После проведении замеров с испытуемого оборудования снимается

остаточный заряд, образовавшийся от испытательного напряжения прибора на

геометрической и абсорбционной емкостях изоляции. Разряд емкостей

производят, соединяя, испытуемый проводник с "землей". Для машин

мощностью до 1 МВт на 15 секунд; для машин более 1 МВт на 1 минуту. В

случае использовании мегаомметра на напряжение 2500 В длительность

соединения испытуемых

токопроводящих частей с "землей" должна быть не

менее 3 минут.

По результатам замеров производится оценка сопротивления изоляции.

Нормативные значения сопротивления изоляции в зависимости от типа

электроустановки и напряжения сети приводятся в стандартах, технических

условиях (ТУ), ПУЭ, ПЭЭП и ведомственных правилах безопасности (ПБ).

Ориентировочное минимальное значение сопротивления изоляции для

электродвигателей и другого

оборудования при рабочей температуре может

быть определено (в мегаомах) из выражения:

100

1000

ном

миндопиз

где P

ном

- номинальная мощность, кВ⋅А (для машин постоянного тока

в кВт).

При P

ном

<10 МВ⋅А

1000

ном

миндопиз

R ≅

Если полученное по формулам сопротивление изоляции составит менее

0,5 МОм, то за R

из.доп.мин

принимается 0,5 МОм.

Изоляция считается удовлетворительной если ее сопротивление, по

сравнению с предыдущим измерением, снизилось не более чем в два раза и не

достигло минимально допустимого значения (в большинстве случаев это

0,5 МОм). При уменьшении сопротивления более чем в два раза необходимо

выяснить причину уменьшения сопротивления и, при необходимости, принять

меры по устранению этой причины.

6.2. Проверка увлажненности изоляции

Цель измерения увлажненности изоляции.

В процессе длительного хранения без нагрузки, мощные

электродвигатели и трансформаторы могут оказаться частично не пригодны к

использованию из-за насыщения их изоляции абсорбционной влагой (влага в

микропорах изоляции).

Во избежание

выхода их из строя проводят проверку увлажненности

изоляции перед вводом в эксплуатацию.

В процессе эксплуатации, под влиянием различных факторов, изоляция

подвергается старению - появляются микротрещины, расслоения,

улетучиваются пропиточные составы. Измерение сопротивления изоляции, как

правило, не позволяет обнаружить эти повреждения, а они приводят к

снижению пробивного напряжения изоляции.

Для определения степени старения изоляции

используют тот факт, что

она становиться менее влагостойкой.

Наиболее простым и доступным методом определения степени

увлажненности изоляции является метод коэффициента абсорбции.

6.2.1. Метод коэффициента абсорбции

Как уже говорилось выше, после приложения измерительного

напряжения к изоляции возникает переходный процесс, обусловленный

зарядом геометрической и абсорбционной емкостей. Геометрическая емкость

заряжается очень быстро, поэтому, спустя

незначительное время от начала

подачи измерительного напряжения, можно считать, что ток через изоляцию

обусловлен двумя составляющими: током заряда абсорбционной емкости i

аб

током сквозной проводимости i

ПР

Величина тока сквозной проводимости различна при сухой и

увлажненной изоляции. При увлажнении изоляции величина тока сквозной

проводимости значительно возрастает. Ток же заряда абсорбционной емкости

практически не изменяется.

Следовательно, меняется соотношение между этими составляющими тока

через изоляцию. Если при сухой изоляции влияние тока заряда абсорбционной

емкости значительно, то при увлажненной практически не ощущается

(рис. 6.4), а значит, сокращается время переходного процесса.

Измерим сопротивление изоляции спустя небольшой отрезок времени

после приложения измерительного напряжения и спустя большее время. При

сухой изоляции отношение первого замера ко второму даст нам цифру больше

единицы. При увлажненной изоляции это отношение составит цифру, близкую

к единице.

На практике, делают два замера, спустя 15 и 60 секунд, считая от момента

приложения измерительного напряжения. Измеренные при этом значения

сопротивлений изоляции

обозначаются соответственно R

и R

По полученным сопротивлениям вычисляют их отношение, получившее

название коэффициента абсорбции

Рис. 6.4. Принцип измерения степени увлажненности изоляции методом

коэффициента абсорбции.

t, с

Влажная

изоляция

Сухая

изоляция

аб

Для сухой изоляции его значение составляет 1,3-2,0.

Однако, коэффициент абсорбции зависит от температуры, приближаясь к

единице при росте температуры. Поэтому, измерения должны проводиться при

температуре 20-40

С.

Изоляция считается сухой, если К

аб

≥ 1,3.

При К

аб

= 1,05-1,1 электрооборудование подлежит обязательной сушке.

Применяют метод в основном для определения увлажненности

гигроскопической изоляции электрических машин, трансформаторов и силовых

кабелей.

6.2.2. Метод измерения емкости

Для объектов, имеющих емкость изоляции более 1000 пФ, можно

осуществлять контроль за состоянием изоляции путем измерения ее емкости.

Этот метод дает вполне надежные результаты. Существуют две его

разновидности.

6.2.2.1. Метод "емкость - температура"

Известно, что емкость конденсатора зависит от расстояния между

обкладками и их площади. Причем, чем меньше расстояние между обкладками,

аб

40 60

Рис. 6.5. Примерная зависимость

коэффициента абсорбции от

температуры.

тем больше емкость, при одинаковой площади обкладок.

При увлажнении изоляции, часть ее слоев замыкается через

проводимости, толщина изоляции как бы уменьшается, а емкость

увеличивается. Этот эффект становится еще заметней при изменении

температуры. Если емкость сухой изоляции при нагреве практически не

изменяется, то влажной существенно повышается. Это явление и положено в

основу

метода.

Сначала измеряется емкость изоляции при температуре 20

С (С

), затем

при температуре 80

С (С

). Причем изоляция считается сухой, если:

%20100

2080

≤⋅

−

СС

К недостаткам метода относится необходимость нагрева

электрооборудования подлежащего испытанию, а также трудность получения

равномерного распределения температуры по изоляции при нагреве.

При нагреве температура изоляции у трансформаторов может быть

определена термометром, установленным в верхних слоях масла или по

сопротивлению обмоток, по формуле:

()

NNt

t −+=

где R

- сопротивление холодной обмотки при температуре t

;

- сопротивление нагретой обмотки при температуре t

;

N = 235 для медной обмотки и 245 для алюминиевой.

Более простым в реализации является метод "емкость- частота".

6.2.2.2. Метод "емкость - частота"

Зависимость суммарной емкости изоляции от приложенной частоты

испытательного напряжения С

= f(f) для схемы замещения, представленной на

рис. 6.1, выглядит следующим образом:

()

ССС

⋅+=