Цельработы:Изучитьназначение,принципработыиустройствоцифровогомегомметраUT513.Провестииспытанияизоляциипредложенногообразцасиловогокабеляисделатьсоответствующиевыводыобеёсостоянии.
Основныесведения
Отсостоянияизоляцииэлектрическихпроводов,кабелейиэлектрооборудованиязависятпотериэлектрическойэнергиивлиниях,надежностьработыоборудования,безопасностьобслуживающегоперсонала.
Наизоляционныесвойстваоказываютвлияниетакиефакторы,каквеличинапроходящеготока,режимработы,уровеньнапряжения,времяэксплуатации,механическиевоздействия,температураивлажностьвоздуха,идругие.
Изменениясвойствизоляциимогутбытьобратимымиинеобратимыми(старение).Необратимыеизменениясвязанысизменениемфизическихсвойствихимическойструктурыматериала.
Важнейшимизадачамиэлектротехническогоперсоналаявляетсяопределениеинтенсивностистаренияизоляционныхконструкцийисвоевременноепринятиемерпоподдержаниюсвойствизоляционныхматериаловнаустановленномуровне.
Измерениесопротивленияизоляциипостоянномутокуявляетсянаиболеераспространеннымвидомконтролясостоянияизоляции.
Изоляциявыполняетсяиздиэлектрическихматериалов,которыепрактическинепроводятэлектрическойток.Приприложениипостоянногонапряжениянаповерхностидиэлектрикасосредоточиваютсяположительныеиотрицательныезаряды,создающиевнутриэлектрическоеполе.Подегодействиемвтолщеизоляциивозникаютполяризационныеявления-электроныиионыустремляютсякполюсампротивоположныхзнаков,адиполимедленноповорачиваются,ориентируясьвдольлинийэлектрическогополя,чтобыскомпенсироватьего.
Поддействиемэлектрическогополявэлектроизоляционныхматериалахвозникаетпроводимость,новследствиедвиженияионовидипольныхмолекул,анеэлектронов,какупроводников.Поэтомудиэлектрикиобладаюточеньслабойэлектропроводностью.Обусловленныйэтойэлектропроводностьютокназываетсятокомутечки.Токможетпротекатькакчерезвесьобъемдиэлектрика,такичерезегоповерхность.Поверхностнаяэлектропроводностьобъясняетсяприсутствиемвлагиилизагрязненийнаповерхностидиэлектрика.Напрактикеизоляцияневсегдасостоитизоднородногодиэлектрика.Например,воболочкекабелямогутприменятьсякомпозицииизразличныхматериалов.Внутренниеслоиизоляции,являющиесясвоеобразнымипоследовательновключеннымиемкостями,станутзаряжатьсячерезоченьбольшиесопротивлениясмежныхслоев.Этипроцессысопровождаютсянакапливаниемвдиэлектрикезарядов,вследствиечегоотисточникапостоянноготокачереземкостислоевпотекуттоки.Описанныефизическиепроцессымогутбытьотраженысхемойзамещениядиэлектрикаспотерями(рисунок2.1).
Рисунок2.1-Схемазамещениядиэлектрикаспотерями
Схемасодержиттрипараллельныецепи:ветвьсемкостьюСизображаетзарядгеометрическойемкостииэлектроннуюиионнуюполяризацию;соответствующиеэтимявлениямтокипротекаютодинаковобыстро,поэтомуобъединеныводнуцепь.
Втораяцепь—этопоследовательновключенныеемкостьполяризацииСабсисопротивлениеабсорбцииrабс,эквивалентныеемкостямисопротивлениямпоследовательновключенныхемкостейисопротивленийпочислуслоев.
Третьяцепь—сопротивлениеRпрсоответствуетсквознойпроводимости.
Токиутечкиявляютсяпричинойнагреваниядиэлектрика,аосновнойвкладвпотеривносятпроцессыпроводимостииустановленияполяризации.Проводимостьопределяетпотериподдействиемпостоянногонапряженияи,вменьшейстепени,принизкихчастотах.Помереповышениячастотывозрастаетрольполяризационныхпотерь.Деловтом,чтополяризацияустанавливаетсянемгновенно,автечениенекотороговремени,зависящегооттипаполяризации.
Приподачепостоянногонапряжениянаконденсатор,междуобкладкамикоторогонаходитсядиэлектрик,черезнегопротекаетпадающийсовременемток(рисунок2.2):
Токсмещения(емкостныйток)Iсмвызвансмещениемэлектронныхоболочекатомов,ионов,молекул,т.е.процессомустановлениябыстрых,упругихполяризаций;онспадаетвтечение10-16–10-15сипрактическиневызываетрассеянияэнергиивдиэлектрике.
Рисунок2.2-Зависимостьтокаотвременидействияпостоянногонапряжения
СпадающийсовременемтокабсорбцииIабсобусловленсмещениемсвязанныхзарядоввходемедленныхполяризаций.Поэтомупотери,вызванныетокомабсорбции,происходяттольковпроцессемедленныхполяризацийивызываютрассеяниеэнергиивдиэлектрике,такназываемыедиэлектрическиепотери.Времязатуханиязависитотсвойствизоляции(вчастности,отсодержаниявлаги–чемсушеизоляция,теммедленнеезатухаеттокабсорбции).
СквознойтокутечкиIскввызванперемещениемвдиэлектрикесвободныхзарядовразличнойприроды,неизменяетсясовременемивызываетпотери,аналогичныепотерямпозаконуДжоуля—Ленцавпроводниках.
СопротивлениеизоляцииRISOопределяетзаконОма:
гдеRISO—сопротивлениеизоляции(Ом),
Uизм—постоянноенапряжениеизмерения(В),
Iскв—сквознойтокутечки(А).
Изхарактеристикивидно,чтовпервыймоментвремениприподачепостоянногонапряжениямеждуобкладкамиконденсаторавозникаетимпульсзарядноготокаIсм(череземкостьмгновеннойполяризации).Величинаэтогоимпульсаопределяетсятолькоактивнымсопротивлениемцепи(индуктивностьюцепиможнопренебречь),таккаквпервыймоментпослевключениялюбойконденсаторведетсебякаккороткозамкнутый.Прималомсопротивлениицепиимпульсзарядноготокаповеличинеприближаетсяктокукороткогозамыкания.Впоследующиймоментпроисходитзарядабсорбционнойемкости(емкостимедленнойполяризации).Вдиэлектрикеконденсатораподдействиемнапряженияабсорбируется(поглощается)электрическаяэнергия.Токзаряда(токабсорбцииIабс)спадаетпримернопоэкспоненциальнойкривой,определяемойпостояннойвременицепи:
τ=RISO 
C,с
Постояннаявремениопределяетскоростьспадакривойтока:черезпромежутоквремени,равныйτ,зарядныйтокбудетсоставлять36,8%начальногозначения,ачерезвремяравноеЗτ–всего5%,т.е.практическипроцессзарядазаканчивается.Нарисунке2.2,вмоментвремениt,токутечкиIсквопределяетсятолькосопротивлениемRISOизоляциииявляетсяоднимизосновныхкритериевприееоценке.
Таккакзначениявремениспадаабсорбционноготокадляразныхобъектовмогутзначительноразличаться,тоизмерениесопротивленияизоляциидолжнопроизводитьсячерезнекоторыйпромежутоквременипослеприложениянапряжения,втечениекоторогоабсорбционныйтокспадетдонуля.Сопротивление,измеренноесразупослевключения,всегдабудетменьшезасчетпрохождениявизмеряемойцепиабсорбционныхтоков,чтоможетпривестикошибочномурезультату(рисунок2.3).
Рисунок2.3-ЗависимостьсопротивленияRISOотпродолжительностиизмерения
Сопротивлениедиэлектриковврядеслучаевзависиттакжеотвеличиныприложенногонапряжения,уменьшаясьприеговозрастании.Этазависимостьобычнообнаруживаетсяпринеплотномприлеганииэлектродовкповерхностиизоляции.Онатакженаблюдаетсяиупористыхматериаловврезультатеперераспределениявлагивкапиллярахподдействиемприложенногонапряжения,атакжевслучаеобразованияобъемныхзарядоввдиэлектрике,создающихэлектродвижущуюсилувысоковольтнойполяризации.
Величинасопротивленияизоляциизависитоттемпературыдиэлектрикаисповышениемтемпературырезкоуменьшаетсяпоэкспоненте(рисунок2.4).
Рисунок2.4-ЗависимостьсопротивленияRISOоттемпературы
ИзмеренияRISOследуетпроизводитьпритемпературеизоляциинениже+5°С.Приболеенизкихтемпературах,результатыизмеренияиз-зазамерзаниявлагинеотражаютистиннойхарактеристикиизоляции.Еслисопротивленияизоляцииодногоитогожеобъектаизмереныприразныхтемпературах,тодлясравнениярезультатыдолжныбытьприведеныкоднойтемпературе.
Послеотключенияиспытательногонапряжения,внутреннееэлектрическоеполеслабеет,ислучайноераспределениемолекулвдиэлектрикемедленновосстанавливаетсяспостояннойвременирелаксации.ФизическийсмыслвременирелаксациисостоитвразрядесобственнойемкостидиэлектрикаCчерезсопротивлениеRISO.Наэтоявлениеследуетобратитьособоевнимание,т.к.требуетсязначительноевремядлярассеиванияэнергии,запасеннойвизоляциикабеля,анапряжениеприэтомможетдолгопревышатьбезопасноезначение!
Например,еслипринятьUo=Uизм=1000В,авеличинуемкостикабеляС=1мкфиRISO=1ГОм,топрисаморазрядезавремярелаксации1000секунднапряжениевкабелевсеещебудетоколо370В(рисунок2.5).
Рисунок2.5.ЗависимостьRISOотнапряженияизмерения
Некоторыеизмерителисопротивленияизоляциипоокончанииизмеренийавтоматическиразряжаютизмеряемыйобъектчерезвнутреннийрезистор.Вэтомслучаепритехжеисходныхпараметрах,напряжениеспадет.
