Случай В

Испытание изоляции высоковольтными импульсами между точками 1 и 2 соединенных между собой (как в реальных условиях эксплуатации) обмоток при обычном испытательном напряжении (2Е+1000) ´ К (примерно 2700 В) не обнаруживает никаких проблем ввиду линейного распределения напряжения между витками. В этом случае напряжение между двумя точками повреждений оказывается значительно ниже 1000 В.

Это справедливо для стационарно соединенных между собой обмоток, когда пользователь не может изменить конфигурацию соединений.

Для случаев, допускающих возможность изменения соединений пользователем, можно для надежности повторить испытание изоляции высоковольтными импульсами в разных вариантах соединения обмоток.

Испытание электрической прочности изоляции при постоянном
напряжении

Прибор H2/CPS в стандартном исполнении позволяет производить испытание электрической прочности изоляции при постоянном напряжении. Ниже рассмотрен этот метод с технической точки зрения и с точки зрения безопасности.

А. Измерение тока

Испытания электрической прочности изоляции с применением переменного напряжения включают в себя измерение тока, который представляет собой сумму тока утечки, обусловленного неидеальностью применяемого изоляционного материала (при хорошей изоляции этот ток невелик), и емкостного тока, который зависит от размеров и мощности испытываемой электрической машины и может доходить до сотен миллиампер у электрических машин мощностью в сотни киловатт.

При испытаниях с применением постоянного напряжения измеряется только ток утечки. Не считая первоначального момента подачи испытательного напряжения, когда возникает бросок тока заряда паразитной емкости, измеряется только ток утечки.

Это позволяет без затруднений производить испытания даже крупных электрических машин.

Необходимо помнить о том, что значение испытательного напряжения зависит от характера напряжения (постоянное или переменное). Когда речь идет о переменном напряжении, то имеется в виду его эффективное (среднеквадратическое) значение, которое в 1,41 раз меньше амплитудного значения синусоидального напряжения. Обычно принимают этот коэффициент равным 1,5.

Чтобы обеспечить одинаковую жесткость испытаний на постоянном и переменном напряжении, следует учитывать этот коэффициент. К примеру, если испытание на переменном напряжении требует применения испытательного напряжения 2000 В, то для равноценного испытания на постоянном напряжении следует применять напряжение 3000 В.

В. Степень безопасности

Другим важным аргументом в пользу применения постоянного напряжения является безопасность оператора, особенно при применении переносного прибора.

Испытание электрической прочности изоляции при постоянном напряжении является значительно более безопасным. При одинаковом напряжении и одинаковом времени контактирования с человеком пороговое значение тока, вызывающее остановку сердца в человеческом теле, составляет примерно 20 мА для переменного тока и 100 мА для постоянного тока.

Максимальное значение предельного тока при работе с прибором H2/CPS составляет 5 мА, что более чем достаточно для обычных процедур испытаний и в то же время намного ниже опасного предела.

Мегомметр

Измерение сопротивления изоляции выполняется этим прибором с использованием всех возможностей испытания электрической прочности изоляции при постоянном напряжении.

Испытательное напряжение линейно регулируется в диапазоне 0 ÷ 5000 В (у других моделей другой диапазон значений). Результат измерения сопротивления изоляции индицируется в мегаомах (MW).

Коэффициент поляризации

Коэффициент поляризации является одним из важнейших параметров для контроля состояния электродвигателя, в особенности – состояния изоляторов. Этот коэффициент пропорционален сопротивлению изоляторов и определяется как сопротивление изолятора, подвергаемого воздействию постоянного электрического поля.

Измеряется так называемый ток изоляции, который формируется в основном тремя компонентами:

· емкостной ток;

· ток диэлектрической абсорбции;

· поверхностный ток или ток утечки.

При подаче на изолятор постоянного напряжения первоначально наблюдается высокий уровень тока изоляции, который постепенно снижается до некоторого стабильного значения.

Такое поведение обусловлено отчасти емкостным током (который практически исчезает через несколько секунд), отчасти током абсорбции, который затухает в интервале от 10 минут до нескольких часов (при испытании изоляции можно пренебречь затуханием этого тока после 10 минут).

Кривая, описывающая зависимость тока изоляции (или сопротивления изоляции) от времени, называется кривой диэлектрической абсорбции.

Наклон этой кривой при определенной температуре является показателем состояния изолятора (с учетом влажности, загрязненности, старения и т.д.). Количественной характеристикой этого наклона является коэффициент поляризации, который можно выразить следующим образом:

 

Коэффициент поляризации при постоянном напряжении

где:

R 10 – сопротивление изоляции через 10 минут

R 1 – сопротивление изоляции через 1 минуту

I 1 – ток изоляции через 1 минуту

I 10 – ток изоляции через 10 минут

Можно убедиться в том, что у новых изоляторов наблюдается более высокий коэффициент поляризации, чем у состаренных изоляторов или у изоляторов, работающих под воздействием термической нагрузки или химических загрязнений.

Поэтому очевидна важность выполнения этого испытания для оценки состояния изоляторов, применяемых в электрических машинах, работающих в натурных условиях эксплуатации в течение определенного времени. Это позволяет прогнозировать остаточный срок службы и планировать внеочередной технический уход для предотвращения возможных неожиданных неполадок.

Измерение коэффициента поляризации можно выполнять в течение 10 минут с применением таких же значений постоянного напряжения, как и при измерении сопротивления изоляции (500 В= для машин с номинальным напряжением до 2400 В или 1000 В= для машин с номинальным напряжением свыше 2400 В).

При этом подается испытательное напряжение между землей и соединенными вместе обмотками. Через одну минуту прибор измеряет и заносит в память значение сопротивления в мегаомах. Испытание завершается через 10 минут, когда сравнивается конечное значение с начальным.

Нормативными предписаниями рекомендуется значение коэффициента поляризации не ниже 2 для изоляторов класса В и более высокого класса (стандарты IEEE 43, раздел 9.2, и IEEE 432, приложение А2).

Выводы:

· У качественного изолятора коэффициент поляризации превышает 2.

· При коэффициенте поляризации в интервале 1,5 ÷ 2 изолятор находится на границе надлежащего рабочего состояния.

· При коэффициенте поляризации ниже 1,5 изолятор находится в критическом состоянии. Необходим срочный технический уход.

Следует также отметить, что при сопротивлении свыше 5000 МОм (через одну минуту) испытание не имеет смысла (IEEE 43) ввиду невозможности точного измерения столь высоких значений сопротивления, свидетельствующих о хорошем качестве испытываемого устройства.

 

Рис. 11

Испытание стандартными импульсами 1,2/50

Испытание стандартными импульсами соответствует стандартам CENELEC HD 588.1, IEC 60-1 и CEI 42-4.

Это испытание моделирует процессы в электрической машине при воздействии на обмотки коротких импульсов высокого напряжения, которые обычно генерируются атмосферными грозовыми разрядами, или интенсивных хаотических импульсов, генерируемых другими электрическими машинами и мощным электрооборудованием (например, сварочными аппаратами).

Эквивалентная схема показана на рис. 12.

 

Рис. 12

G – генератор регулируемого постоянного напряжения С – накопительный конденсатор I – электронный ключ L – дроссель для регулировки времени нарастания

R1 – защитный резистор R2, R3 – резисторы для регулировки длительности импульсов R4 – резистор для согласования импеданса

 

Генерируется импульс следующей формы:

 

Рис. 13

Обозначение "1,2/50" расшифровывается следующим образом:

1,2 время нарастания напряжения (в микросекундах),
т.е. время достижения запрограммированного значения напряжения (Т1).

50 время (в микросекундах), в течение которого происходит спад напряжения на 50%.

У старых или поврежденных изоляторов наблюдаются отклонения в характере кривой, характеризующие обнаруженные дефекты. Например, напряжение может не достигнуть запрограммированного значения или может наблюдаться очень быстрый спад напряжения после достижения этого уровня.

Помимо визуального отображения система обеспечивает индикацию результата испытания типа "годен - негоден" с помощью зеленого и красного светодиодов (GO – NOGO).

Ниже приведена краткая выдержка из положений стандарта CEI 42-4.

3.1 Различие между импульсами атмосферных разрядов и импульсами управления определяется длительностью фронта импульса.
Импульсы с длительностью фронта менее 20 микросекунд считаются атмосферными.
Импульсы с длительностью фронта более 20 микросекунд считаются импульсами управления.

18.1.1 Полные атмосферные импульсы
Полным атмосферным импульсом является импульс от молнии, который не укорачивается пробивным разрядом (рис. В).

18.1.2 Укороченные атмосферные импульсы
Укороченным атмосферным импульсом является импульс от молнии, в течение которого пробивной разряд вызывает спад напряжения почти до нуля.
Укорачивание может возникать на переднем фронте, на пике или спаде импульса.

19.1 Нормированные атмосферные импульсы
Нормированным является полный атмосферный импульс с длительностью переднего фронта 1,2 мкс. Его обычно называют импульсом 1,2/50.

Испытание роторов, изготовленных литьем под давлением

Этот простой и эффективный метод испытаний применяется фирмой RISATTI INSTRUMENTS с 1975 г. Он позволяет быстро обнаруживать основные дефекты роторов, изготовленных литьем под давлением.

Прежде всего мы хотели бы отметить важность этого испытания для работ по техническому обслуживанию и ремонту, а также для применения в лабораториях при исследованиях образцов роторов.

Нередко перегорание электродвигателя бывает обусловлено дефектом литого ротора, приводящего к снижению коэффициента полезного действия электродвигателя с последующим перегревом обмотки ротора, который может вызвать полное разрушение электродвигателя.

Весьма полезно располагать надежной системой для быстрой проверки ротора до принятия решения о перемотке статора. Совершенно бесполезно заменять или ремонтировать статор без замены поврежденного ротора.

А. Принцип действия

Бесконтактный датчик O4/BPR, использующий встроенный постоянный магнит, создает постоянное магнитное поле между полюсными наконечниками.

При вращении испытываемого ротора его стержни пересекают это магнитное поле, в результате чего в них индуцируется ток, обратно пропорциональный их омическому сопротивлению. Чем меньше сопротивление (отсутствие дефектов) тем выше значение циркулирующего тока.

Этот ток генерирует встречный магнитный поток, пропорциональный силе тока. С помощью специальных приемных обмоток этот магнитный поток преобразуется в электрические сигналы квазисинусоидальной формы для каждого стержня ротора. Эти сигналы подвергаются усилению и отображаются на дисплее прибора H2/CPS.

Постоянство амплитуды всех сигналов является признаком отсутствия дефектов. Пониженная амплитуда одного или нескольких сигналов (или полное отсутствие сигнала) указывает на наличие дефектов, причины которых рассмотрены далее.

В. Позиционирование и настройка бесконтактного датчика O4/BPR

Испытываемый ротор должен приводиться во вращение подходящим механическим приспособлением (напри­мер, токарным станком) с частотой вращения, достаточной для того, чтобы на дисплее прибора H2/CPS отображались сигналы всех стержней ротора.

Бесконтактный датчик O4/BPR устанавливают с помощью регулировочного винта Р1 на расстоянии D от внешней поверхности ротора. Расстояние D должно быть равным 2 ÷ 3 мм для замкнутых роторов или 3 ÷ 5 мм для разомкнутых роторов (в последнем случае получается более мощный сигнал).

 

угол наклона стержней

опорные точки

ротор

Рис. 14

Если отпустить винт Р2, то можно будет поворачивать бесконтактный датчик вокруг его оси, чтобы отрегулировать положение полюсных наконечников относительно стержней ротора. Это позволяет также оценить угол наклона стержней. Эту регулировку выполняют до достижения максимальной амплитуды сигнала на дисплее.

С. Осциллограммы

Ниже представлены некоторые примеры обнаруживаемых дефектов. Эти осциллограммы помогают оценить результат испытания, однако следует иметь в виду, что в ряде случаев совокупное действие различных дефектов может привести к появлению кривых, форма которых может несколько отличаться от показанных ниже примеров.

 

стержень ротора

нормальная амплитуда

Рис. 15: Хороший ротор. Все сигналы имеют одинаковую амплитуду.

 

Рис. 16: Разрыв стержня

Рис. 17: Наличие раковин или пор

 

Рис. 18: Короткое замыкание между стержнями или пригорание стержней (сварка алюминия с железом)

Рис. 19: Деформирован каркас ротора

 

Рис. 20: Пониженная общая амплитуда – неправильный наклон стержней или некачественный алюминиевый сплав

Рис. 21: Амплитудная модуляция сигнала – ротор с остаточным магнитным полем

 

D. Отображение кривых на дисплее

Для улучшения наглядности отображения на экране кривые, относящиеся к одному ротору, распределены на трех последовательных экранах.

Для обеспечения правильного отображения всей относящейся к ротору осциллограммы и для определения оптимальной скорости развертки на каждом экране учитывается следующее соотношение:

 

где: t – скорость развертки (время в миллисекундах на деление шкалы)

n – частота оборотов ротора (об./мин.)

Например, при частоте оборотов ротора n = 500 об./мин. получается оптимальное значение скорости развертки t = 2000 / 500 = 4 мс на деление.

Выбирается значение t = 5 мс/дел., которое обеспечивает полную осциллограмму для всего ротора.

Во всяком случае, при отсутствии данных в отношении указанных выше величин следует подбирать скорость развертки экспериментально, затем оценивать результат испытания.

Всегда можно применять простой метод проверки полноты отображения осциллограммы для всего ротора, учитывая тот факт, что не бывает идеальных роторов. Можно сфокусировать внимание на повторении одного и того же небольшого дефекта. Принимая этот дефект в качестве маркерной точки, установите его в начало развертки (у левого края) первого экрана, относящегося к испытываемому ротору, затем установите тот же дефект у правого края третьего экрана, относящегося к этому ротору.

Измерение омического сопротивления

Как известно, измерение омического сопротивления обмотки важно не только для проверки соединения в этой цепи, но и для определения правильности диаметра обмоточного провода (для определения количества витков намного более точные результаты дает импульсное испытание обмотки), для определения сбалансированности трехфазных обмоток, а также для определения нагрева обмоток в процессе эксплуатации.

Описание различных методик содержится в Руководстве для пользователя H2/CPS, а здесь мы хотели бы выделить некоторые из основных функций этого вида измерений.

А. Четырехпроводная схема измерения

Все приборы нашего производства реализуют известную четырехпроводную схему (" 4 wires ") измерения омического сопротивления. Сущность этой схемы состоит в соединении каждого вывода испытываемой обмотки с прибором парой проводов, один из которых относится к цепи питания обмотки от источника постоянного тока, а другой – к измерительной цепи. Этот метод позволяет устранить погрешности измерений, вызываемые плохими контактами, окислением контактов, контактным сопротивлением коммутационных реле, сопротивлением соединительных проводов и т.д.

На рис. 22 показана четырехпроводная схема измерения в сравнении с двухпроводной схемой.