Тема 1.5 Работа изоляции электрооборудования и контроль за её состоянием
Электроизоляционные материалы (диэлектрики) не проводят электрический ток. Диэлектрики служат для изоляции друг от друга различных токопроводящих деталей, находящихся под разными потенциалами, или для создания электрической емкости в конденсаторах. Диэлектрики бывают газообразными (воздух, водород, элегаз), жидкими (дистиллированная вода, различные масла), твердыми (бумага, керамика, резина и т.д.).
Опыт эксплуатации показал, что обычно электрические машины выходят из строя в первую очередь из-за износа или повреждения изоляции. При работе электрической машины происходят необратимые изменения свойств изоляции; этот процесс называется старением изоляции. Сначала изменяются механические свойства изоляции; она становится хрупкой, в ней образуются трещины и поры, вследствие чего снижается электрическая прочность изоляции: может возникнуть поверхностный пробой, особенно при увлажненной изоляции. Снижается с течением времени и пробивная прочность трансформаторного масла. Главными причинами старения изоляции являются: высокая температура; большие перепады температуры по толщине изоляции; электрическое поле; повышенная влажность; механические усилия, возникающие из-за вибрации. Высокая температура вызывает химические изменения изоляции. При температуре выше 100°С происходит окисление органических изоляционных материалов — бумаги и хлопчатобумажной пряжи и лаков. Скорость химических реакций зависит от температуры: чем выше температура, тем быстрее стареет изоляция. Большие перепады температуры между отдельными частями машины вызывают перепады температуры и по толщине изоляции, что может создать в изоляции недопустимо высокие механические напряжения. Например, изоляция катушки, расположенной в пазах якоря, с одной стороны имеет температуру меди, а с другой — температуру стали паза. Обычно отвод теплоты происходит через вентиляционные каналы, проходящие по стали, что создает температурный перепад на 5...15°С по толщине изоляции катушки. При повышении температуры медные стержни катушки удлиняются и перемещаются относительно стенок паза. При этом в изоляции катушки возникают механические напряжения, тем большие, чем больше перепад температуры между стержнями и стенками паза. При изменении нагрузки происходит изменение температуры машины и перепада температур между катушками и сталью. Следовательно, колебания нагрузки приводят к перемещению стержней относительно стенок паза, что может вызывать разрыв изоляции, если она недостаточно эластична. Электрическое поле в высоковольтных машинах вызывает местные электрические разряды и ионизацию внутренних и поверхностных воздушных (газовых) включений. Ионизация воздушных включений вызывает: увеличение тепловых потерь в изоляции; механическое расщепление листов слюды; появление озона и оксидов азота, которые в присутствии влаги образуют азотистую и даже азотную кислоту. Озон, являясь сильным окислителем, разрушает органические составляющие изоляции— бумагу, шеллак и др. Азотная и азотистая кислоты могут действовать не только на изоляцию, но и на металлы (сталь, медь). Особенно вредна ионизация внутренних включений. Явление наружной ионизации (коронирования) возникает из-за наличия воздушных зазоров между поверхностью изоляции и стенками пазов. Коронирование менее опасно, чем внутренняя ионизация, так как разрушающему действию короны подвергается только поверхность изоляции. Более опасно наличие местных скользящих разрядов в виде искр, которые могут расщеплять пластинки слюды и другие части изоляции. Для предотвращения поверхностных разрядов наружную покровную изоляцию делают с токопроводящими нитями, чем выравнивается потенциал паза и поверхности катушки. В низковольтных машинах старение изоляции под действием электрического поля не наблюдается. Повышенная влажность вызывает снижение электрического сопротивления изоляции, что увеличивает токи утечки и потери в изоляции. Однако, как правило, это ухудшение свойств изоляции обратимо и может быть устранено медленной сушкой. Обычно изоляцию сушат, включая машину на пониженное напряжение в режиме холостого хода или короткого замыкания, т. е. без нагрузки. При проведении ускоренной сушки возможно повреждение изоляции из-за бурного выделения водяного пара из внутренних пор, что вызывает трещины в изоляции и делает ее пористой. Пористость изоляции может быть уменьшена пропиткой обмотки в лаке. Механические усилия, воздействующие на изоляцию, возникают из-за электродинамических сил между проводниками, внутренних вибраций, центробежных сил вращающихся частей и т. д. Иногда изоляция подвержена сильным механическим воздействиям и от внешних воздействий (например, в тяговых двигателях, судовых электрических машинах). Многократно прилагаемые к проводникам знакопеременные усилия вызывают трещины в изоляции, что снижает ее электрическую прочность. Кроме перечисленных основных причин на старение изоляции может влиять много других факторов: наличие химически активных веществ, находящихся в воздухе (например, хлора, аммиака, паров кислот и щелочей), морской воды, низких температур (до —60°С в ряде районов страны), микроорганизмов и даже насекомых (в тропических странах). Так как главной причиной, вызывающей старение изоляции, является высокая температура, она нормируется стандартами и техническими условиями. Рисунок 8 Зависимость срока службы изоляции от температуры
Кратковременные перегрузки могут сильно сократить срок службы машины, так как при больших токах температура растет весьма ощутимо. Так, например, при коротком замыкании трансформатора температура обмотки может достигать ~250сС. Срок службы изоляции при такой температуре составляет всего ~14 мин и, как показывают расчеты, за время нагревания и остывания при одном коротком замыкании тратится 4,3% ресурса трансформатора. Особенно важно помнить, что выходит из строя изоляция в первую очередь там, где температура максимальна. Это значит, что при одинаковой средней температуре может быть большое различие в сроке службы изоляции: неудачно сконструированная машина может иметь отдельные плохо охлаждаемые места, где температура значительно выше средней, а старение изоляции на этом участке и определит срок службы всей машины.
«Испытание изоляции электрооборудования повышенным напряжением» Испытания изоляции повышенным напряжением производятся для обнаружения сосредоточенных дефектов в изоляции электрооборудования, не выявленных в предварительных испытаниях из-за недостаточного уровня напряженности электрического поля. Испытание повышенным напряжением является основным испытанием, после которого выносится окончательное суждение о возможности нормальной работы оборудования в условиях эксплуатации. Однако испытание выпрямленным напряжением имеет и преимущества: Испытания повышенным напряжением в общем случае проводятся по схеме представленной на рис. 9
1 - автоматический выключатель; 2 - регулировочная колонка; 3, 10 - вольтметр; 4 - амперметр для измерения тока на стороне низкого напряжения; 5 - трансформатор испытательный; 6 - миллиамперметр для измерения тока утечки испытуемой изоляции; 7 - кнопка, шунтирующая милиамперметр для его защиты от перегрузки; 8 - трансформатор напряжения; 9 - резистор для ограничения тока в испытательном трансформаторе при пробоях в испытуемой изоляции (1-2 Ом на 1 В испытательного напряжения); 11 - то же для ограничения коммутационных перенапряжений на испытуемой изоляции при пробое разрядника (1 Ом на 1 В испытательного напряжения); 12- разрядник; 13 - испытуемый объект.
Рисунок 9 Схема испытания изоляции электрооборудования повышенным напряжением переменного тока.
Таблица 3 Ориентировочная емкость электрооборудования
ИПТ - изолирующий промежуточный трансформатор; НОМ - трансформатор напряжения однофазный; а)испытываемая изоляция изолированы от корпуса.
Рисунок 10 Схемы удвоения испытательного напряжения.
В случае, если необходимая мощность для испытания превышает мощность имеющихся в наличии трансформаторов прибегают к снижению ее за счет компенсации емкостного тока нагрузки испытываемой изоляции. Компенсация осуществляется индуктивностью (дугогасящий реактор, специально изготовленный дроссель), подключаемой параллельно испытываемой изоляции.
Таблица 4 Минимально допустимые расстояния по воздуху при испытаниях
Для испытания изоляции выпрямленным напряжением, как правило, применяется схема однополупериодного выпрямления (рис. 11).
1 - автоматический выключатель; 2 - регулировочная колонка; 3 - вольтметр; 4-испытательный трансформатор; 5 - выпрямитель; 6 - миллиамперметр для измерения тока утечки испытуемой изоляции; 7 - кнопка, шунтирующая милиамперметр для его защиты от перегрузки; 8 - ограничительный резистор; 9 - испытуемый объект. Рисунок 11 Схема испытания изоляции электрооборудования выпрямленным напряжением.
Установка АИИ-70, предназначена для испытания электрической прочности изоляции элементов электроустановок, в т.ч. силовых кабелей и жидких диэлектриков (трансформаторного масла) постоянным (выпрямленным) или переменным током высокого напряжения. Выпрямленное высокое напряжение - 70 кВ, переменное высокое - 50 кВ. Напряжение питающей сети 127, 220 В. Наибольший выпрямленный ток - 5 мА; выходная одноминутная мощность высоковольтного трансформатора 2 кВА. Время работы под нагрузкой (с кенотронной приставкой) - 10 мин.; интервал между включениями - 3 мин.; масса - 175 кг. В анодную сеть кенотрона включен блок микроамперметра с пределами измерения 200, 1000 и 5000 мкА. Испытательное напряжение измеряется вольтметром, включенным с низкой стороны трансформатора и проградуированным для эффективных значений (до 50 кВ) и максимальных значений (до 70 кВ). В кенотронный аппарат встроена защита (чувствительная и более грубая) от к.з. на стороне высокого напряжения. В комплект аппарата входят заземляющая штанга, предназначенная для снятия емкостного заряда с испытуемого объекта и его глухого заземления. ЭТЛ-35-02 на базе автошасси ГАЗ-66 предназначены для проведения полного комплекса измерительных и испытательных работ на оборудовании подстанций 35/10 кВ мощностью до б300 кВА и электростанций, воздушных и кабельных линий до 35 кВ, а также для определения мест повреждения в кабельных линиях напряжением до 10 кВ.
«Измерение сопротивления изоляции» Сопротивление изоляции является важной характеристикой состояния изоляции электрооборудования. Поэтому измерение сопротивления производится при всех проверках состояния изоляции.
Рисунок 12 Схемы измерения мегаомметром сопротивления изоляции 1. а - относительно земли; б - между токоведущими (стержнями); в - между токоведущими жилами при исключении влияния токов утечки.
Значение сопротивления изоляции в большой степени зависит от температуры.
«Измерение тангенса угла диэлектрических потерь» Изоляция электрооборудования в общем случае может быть представлена эквивалентной схемой замещения (рис. 13,а). Ток, протекающий в изоляции (диэлектрике) под действием приложенного напряжения, представляется на векторной диаграмме (рис. 13,б) активной 1А и емкостной 1С составляющими. Потери мощности в изоляции (диэлектрические потери) существенно зависят от состояния изоляции и определяются: Р = U•IA = U•I•cosφ = U•IC•tgδ = C•U2•tgδ. Таким образом потери мощности Р пропорциональны tgδ (тангенсу угла диэлектрических потерь). Измерение tgδ используют для оценки состояния изоляции независимо от массогабаритных характеристик последней. Чем больше tgδ тем больше диэлектрические потери, тем хуже состояние изоляции.
Рисунок 13 Эквивалентная схема замещения диэлектрика.
Tp - испытательный трансформатор; СN - образцовый конденсатор; СХ - испытываемый объект;
Рисунок 14 Нормальная (прямая) схема включения моста переменного тока.
На рис. 14 представлена нормальная (прямая) схема включения измерительных мостов. Данная схема включения используется при измерениях на объектах, у которых оба электрода изолированы от земли. Применяется также перевернутая (обратная) схема включения мостов, в которой зажимы моста для заземления и подачи напряжения меняются местами. Перевернутая схема менее точна, чем нормальная. Однако, измерения tgδ изоляции трансформаторов, а также установленных на оборудовании вводов могут производится только по перевернутой схеме, т. к. один из электродов в этих случаях заземлен.
1 - рубильник; 2 - регулировочный автотрансформатор; 3 - вольтметр; 4-переключатель полярности выводов испытательного трансформатора 5.
Рисунок 15 Схема включения испытательного трансформатора при измерении
ОИ - объект измерения; С - образцовый конденсатор; Т - испытательный трансформатор; М - мост; РАТ-регулировочный автотрансформатор; 0 - переносное ограждение.
Рисунок 16 Схема расположения аппаратов при измерении.
На результаты измерений существенное влияние оказывают паразитные токи, обусловленные внешними магнитными и электростатическими полями и утечками по поверхности проверяемых изоляторов. Для исключения влияния магнитных и электростатических полей в мостах осуществлено экранирование, а поверхностных токов утечки - наложением охранного кольца на измеряемый объект. Паразитные токи существенно влияют на результаты измерений тангенса угла диэлектрических потерь объектов с малой емкостью (вводы, измерительные трансформаторы, конденсаторы связи). На результаты измерения tgδ изоляции силовых трансформаторов они влияют незначительно, т. к. последние обладают достаточно большой емкостью, а токи измерения существенно превышают паразитные токи.
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1997)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |