Elektrik yalıtım özellikleri ve testleri

Elektrik yalıtımının özellikleri ve eşdeğer devresi

Bildiğiniz gibi, «izolasyon» terimi pratikte iki kavramı ifade etmek için kullanılmaktadır:

1) bir elektrikli ürünün parçaları arasında elektrik kontağı oluşumunu önleme yöntemi,

2) Bu yöntemi uygulamak için kullanılan malzeme ve bunlardan elde edilen ürünler.

Elektrik yalıtım malzemeleri kendilerine uygulanan voltajın etkisi altında elektrik akımı iletme özelliği keşfedilir. Elektrik yalıtım malzemelerinin iletkenlik değeri, tellerinkinden birkaç kat daha düşük olmasına rağmen, yine de önemli bir rol oynar ve bir elektrikli ürünün çalışmasının güvenilirliğini büyük ölçüde belirler.

İzolasyona uygulanan bir voltajın etkisi altında, içinden kaçak akım adı verilen ve zamanla değişen bir akım akar.

Elektrik yalıtımının özelliklerini incelemek ve göstermek için, paralel bağlı dört elektrik devresini içeren eşdeğer devre (Şekil 1) adı verilen belirli bir model biçiminde temsil etmek gelenekseldir.Bunlardan ilki, yalnızca geometrik kapasitans adı verilen kapasitör C1'i içerir.

Pirinç. 1. Elektrik izolasyonunun eşdeğer devresi

Bu kapasitansın varlığı, yalıtıma bir DC gerilimi uygulandığında meydana gelen ve neredeyse birkaç saniye içinde bozulan ani bir ani akımın ve üzerine bir AC gerilimi uygulandığında yalıtım boyunca akan kapasitif bir akımın görünmesine neden olur. Bu kapasiteye geometrik denir çünkü yalıtıma bağlıdır: boyutları (kalınlık, uzunluk vb.) ve akım taşıyan A parçası ile kasa (toprak) arasındaki konum.

İkinci şema, yapısı, paralel bağlı kapasitör gruplarının ve direnç gruplarının sayısı dahil olmak üzere yalıtımın iç yapısını ve özelliklerini karakterize eder. Bu devreden akan I2 akımına absorpsiyon akımı denir. Bu akımın başlangıç ​​değeri, yalıtımın alanı ile orantılı ve kalınlığı ile ters orantılıdır.

Bir elektrikli ürünün akım taşıyan parçaları iki veya daha fazla yalıtım katmanıyla (örneğin, tel yalıtımı ve bobin yalıtımı) yalıtılırsa, eşdeğer devrede soğurma kolu iki veya daha fazla seri bağlı formda temsil edilir. yalıtım katmanlarından birinin özelliklerini karakterize eden bir kapasitör ve bir direnç grupları. Bu şemada, katmanı C2 kondansatörü ve R1 direncinin bir grup elemanı ve ikincisi C3 ve R2 ile değiştirilen iki katmanlı bir yalıtım göz önünde bulundurulur.

Üçüncü devre, tek bir direnç R3 içerir ve ona bir DC voltajı uygulandığında izolasyon kaybını karakterize eder.Yalıtım direnci olarak da adlandırılan bu direncin direnci birçok faktöre bağlıdır: boyut, malzeme, yapı, sıcaklık, yüzeyindeki nem ve kir dahil olmak üzere yalıtım durumu ve uygulanan voltaj.

Bazı yalıtım kusurlarında (örneğin, hasar yoluyla), R3 direncinin voltaja bağımlılığı doğrusal olmazken, diğerleri için, örneğin güçlü nem ile, artan voltajla pratik olarak değişmez. Bu koldan akan I3 akımına ileri akım denir.

Dördüncü devre, yalıtımın dielektrik dayanımını karakterize eden, yalıtım malzemesinin yalıtım özelliklerini kaybettiği ve akımın etkisi altında bozulduğu voltajın değeri ile sayısal olarak ifade edilen, MF kıvılcım aralığının eşdeğer devresinde temsil edilir. I4 içinden geçiyor.

Bu izolasyon eşdeğer devresi, yalnızca bir voltaj uygulandığında içinde meydana gelen süreçleri tanımlamaya değil, aynı zamanda durumunu değerlendirmek için gözlemlenebilecek parametreleri ayarlamaya da izin verir.

Elektrik yalıtımı test yöntemleri

İzolasyonun durumunu ve bütünlüğünü değerlendirmenin en basit ve en yaygın yolu, bir megohmmetre kullanarak direncini ölçmektir.

Eşdeğer devrede kapasitörlerin varlığının, yalıtımın elektrik yüklerini biriktirme yeteneğini de açıkladığı gerçeğine dikkat edelim. Bu nedenle elektrik makinalarının ve transformatörlerin sargıları, yalıtım direnci ölçülmeden önce ve ölçüldükten sonra, bağlı olduğu terminal topraklanarak deşarj edilmelidir. bağlı megohmmetre.

Elektrikli makinelerin ve transformatörlerin izolasyon direnci ölçülürken, test raporuna kaydedilen sargıların sıcaklığı izlenmelidir. Ölçümlerin yapıldığı sıcaklığı bilmek, ölçüm sonuçlarını birbiriyle karşılaştırmak için gereklidir, çünkü yalıtım direnci sıcaklığa bağlı olarak keskin bir şekilde değişir: ortalama olarak, her 10 ° C sıcaklıktaki artışla yalıtım direnci 1,5 kat azalır. ve ayrıca sıcaklıkta karşılık gelen azalma ile artar.

Yalıtım malzemelerinde her zaman bulunan nem, ölçüm sonuçlarını etkilediğinden, yalıtımın kalitesini karakterize eden parametrelerin belirlenmesi + 10 °C'nin altındaki sıcaklıklarda yapılmaz, çünkü elde edilen sonuçlar bir sonuç vermeyecektir. gerçek izolasyon durumu hakkında doğru fikir.

Pratik olarak soğuk bir ürünün yalıtım direncini ölçerken, yalıtım sıcaklığının ortam sıcaklığına eşit olduğu varsayılabilir. Diğer tüm durumlarda, izolasyon sıcaklığının, aktif dirençleri ile ölçülen sargıların sıcaklığına eşit olduğu varsayılır.

Ölçülen yalıtım direncinin gerçek değerden önemli ölçüde farklı olmaması için, ölçüm devresinin elemanlarının - teller, yalıtkanlar, vb. - kendi yalıtım direnci, ölçüm sonucuna minimum bir hata getirmelidir.Bu nedenle, 1000 V'a kadar gerilime sahip elektrikli cihazların yalıtım direncini ölçerken, bu elemanların direnci en az 100 megohm olmalı ve güç transformatörlerinin yalıtım direncini ölçerken - megohmmetrenin ölçüm sınırından az olmamalıdır. .

Bu koşul sağlanmıyorsa devre elemanlarının izolasyon direnci için ölçüm sonuçları düzeltilmelidir. Bunu yapmak için yalıtım direnci iki kez ölçülür: bir kez tamamen monte edilmiş bir devre ve ürün bağlıyken ve ikinci kez ürün bağlantısı kesilmişken. İlk ölçümün sonucu, devrenin eşdeğer yalıtım direncini ve Re ürününü verecektir ve ikinci ölçümün sonucu, ölçüm devresi Rc'nin elemanlarının direncini verecektir. Daha sonra ürünün izolasyon direnci

Diğer bazı ürünlerin elektrik makineleri için yalıtım direncini ölçme sırası belirlenmemişse, güç transformatörleri için bu ölçüm sırası, önce alçak gerilim sargısının (LV) yalıtım direncinin ölçüldüğü standart tarafından düzenlenir. Tankın yanı sıra kalan sargılar topraklanmalıdır. Tank olmaması durumunda trafo kasası veya iskeleti topraklanmalıdır.

Alçak gerilim sargısından sonra üç gerilim sargısının - düşük gerilim, orta yüksek gerilim ve yüksek gerilim - mevcudiyetinde, orta gerilim sargısının ve ancak bundan sonra yüksek gerilimin yalıtım direncini ölçmek gerekir.Doğal olarak tüm ölçümler için tankın yanı sıra kalan bobinler topraklanmalı ve topraklanmamış bobin her ölçümden sonra en az 2 dakika kutuya bağlanarak deşarj edilmelidir. Ölçümlerin sonuçları belirlenen gereklilikleri karşılamıyorsa, elektriksel olarak birbirine bağlı sargıların yalıtım direnci belirlenerek testler desteklenmelidir.

İki sargılı transformatörler için yüksek ve alçak gerilim sargılarının direnci kasaya göre ölçülmeli, üç sargılı transformatörler için önce yüksek ve orta gerilim sargılarının ardından yüksek, orta ve alçak gerilim sargılarının direnci ölçülmelidir. .

Bir transformatörün izolasyonunu test ederken, sadece eşdeğer izolasyon direnci değerlerini belirlemek için değil, aynı zamanda sargıların izolasyon direncini diğer sargılar ve makine gövdesi ile karşılaştırmak için birkaç ölçüm yapmak gerekir.

Elektrikli makinelerin yalıtım direnci genellikle birbirine bağlı faz sargılarıyla ve kurulum yerinde kablolarla (baralar) ölçülür. Ölçüm sonuçları belirlenen gereklilikleri karşılamıyorsa, her faz sargısının ve gerekirse sargının her dalının yalıtım direnci ölçülür.

Yalıtımın durumunu yalnızca yalıtım direncinin mutlak değeri ile makul bir şekilde yargılamanın zor olduğu akılda tutulmalıdır. Bu nedenle, elektrik makinelerinin çalışma sırasındaki yalıtım durumunu değerlendirmek için, bu ölçümlerin sonuçları öncekilerin sonuçlarıyla karşılaştırılır.

Bireysel fazların yalıtım dirençleri arasındaki önemli, birkaç kez tutarsızlıklar genellikle bazı önemli kusurları gösterir. Tüm faz sargıları için yalıtım direncinde eşzamanlı bir azalma, kural olarak, yüzeyinin genel durumundaki bir değişikliği gösterir.

Ölçüm sonuçlarını karşılaştırırken, yalıtım direncinin sıcaklığa bağlılığı unutulmamalıdır. Bu nedenle, aynı veya benzer sıcaklıkta yapılan ölçümlerin sonuçlarını birbiriyle karşılaştırmak mümkündür.

İzolasyona uygulanan voltaj sabit olduğunda, içinden akan toplam akım Ii (bkz. Şekil 1), izolasyonun durumu ne kadar iyi olursa o kadar azalır ve akım Ii'deki azalmaya göre okumalar megohmmetre artışı. Bu akımın soğurma akımı olarak da adlandırılan I2 bileşeni, I3 bileşeninden farklı olarak yalıtım yüzeyinin durumuna, kirlilik ve nem içeriğine bağlı olmadığı için, yalıtım direnci değerlerinin oranı ​​belirli anlarda, nem içeriğinin yalıtılmasının bir özelliği olarak alınır.

Standartlar megohmmetre bağlandıktan sonra 15 s (R15) ve 60 s (R60) sonra yalıtım direncinin ölçülmesini önerir ve bu dirençlerin oranına ka = R60 / R15 absorpsiyon katsayısı denir.

Nemsiz yalıtımda ka> 2 ve nemli yalıtımda — ka ≈1.

Absorpsiyon katsayısının değeri elektrikli makinenin boyutundan ve çeşitli rastgele faktörlerden pratik olarak bağımsız olduğundan, normalleştirilebilir: 20 ° C'de ka ≥ 1,3.

Yalıtım direncinin ölçümündeki hata, özellikle belirli bir ürün için belirlenmedikçe ± %20'yi geçmemelidir.

Elektrikli ürünlerde elektriksel dayanım testleri, sargıların gövdeye ve birbirlerine olan yalıtımını ve ayrıca sargıların ara yalıtımına tabi tutar.

Bobinlerin veya akım taşıyan parçaların mahfazaya yalıtımının dielektrik dayanımını kontrol etmek için, test edilen bobinin veya akım taşıyan parçaların terminallerine 50 Hz frekanslı artırılmış sinüzoidal voltaj uygulanır. Uygulamanın voltajı ve süresi, her bir ürünün teknik belgelerinde belirtilmiştir.

Sargıların ve canlı bölümlerin gövdeye yalıtımının dielektrik dayanımı test edilirken, testlerde yer almayan diğer tüm sargılar ve canlı parçalar, ürünün topraklanmış gövdesine elektriksel olarak bağlanmalıdır. Testin bitiminden sonra, artık yükü gidermek için bobinler topraklanmalıdır.

İncirde. Şekil 2, üç fazlı bir elektrik motorunun sargısının dielektrik dayanımını test etmek için bir diyagramı göstermektedir.Aşırı gerilim, regüle edilmiş bir gerilim kaynağı E içeren bir test tesisi AG tarafından üretilir. Gerilim, yüksek gerilim tarafında bir fotovoltaik voltmetre ile ölçülür. Yalıtımdan geçen kaçak akımı ölçmek için bir ampermetre PA kullanılır.

Yalıtımda herhangi bir bozulma veya yüzey bindirme olmaması ve ayrıca kaçak akımın bu ürün için belgelerde belirtilen değeri aşmaması durumunda ürünün testi geçtiği kabul edilir. Kaçak akımı izleyen bir ampermetreye sahip olmanın, test kurulumunda bir transformatör kullanılmasını mümkün kıldığına dikkat edin.

Pirinç. 2. Elektrikli ürünlerin yalıtımının dielektrik dayanımını test etme şeması

İzolasyonun frekans gerilim testine ek olarak, yalıtım doğrultulmuş gerilimle de test edilir. Böyle bir testin avantajı, farklı test voltajı değerlerinde kaçak akımları ölçmenin sonuçlarına dayanarak yalıtımın durumunu değerlendirme imkanıdır.

Yalıtımın durumunu değerlendirmek için doğrusal olmama katsayısı kullanılır.

burada I1.0 ve I0.5, normalize edilmiş Unorm değerine ve elektrikli makinenin anma geriliminin yarısına eşit test gerilimlerinin uygulanmasından 1 dakika sonra kaçak akımlardır Urated, kn <1.2.

Dikkate alınan üç özellik - yalıtım direnci, soğurma katsayısı ve doğrusal olmama katsayısı - yalıtımı kurutmadan bir elektrikli makineyi çalıştırma olasılığı sorununu çözmek için kullanılır.

Şekil l'deki şemaya göre yalıtımın dielektrik dayanımını test ederken. 2 sargının tüm dönüşleri gövdeye (toprak) göre pratik olarak aynı voltajdadır ve bu nedenle dönüşten dönüşe yalıtım kontrol edilmeden kalır.

Yalıtkan yalıtımın dielektrik dayanımını test etmenin bir yolu, gerilimi nominal değere göre %30 artırmaktır. Bu voltaj, düzenlenmiş bir voltaj kaynağından (EK) yüksüz test noktasına uygulanır.

Başka bir yöntem, rölantide çalışan jeneratörler için geçerlidir ve jeneratörün uyarma akımını, makinenin tipine bağlı olarak stator veya armatür terminallerinde gerilim (1.3 ÷ 1.5) Unom elde edilene kadar arttırmayı içerir.Boş modda bile, elektrik makinelerinin sargıları tarafından tüketilen akımların nominal değerlerini aşabileceği göz önüne alındığında, standartlar, böyle bir testin motor sargılarına verilen voltajın nominal değerin üzerinde veya nominal değerin üzerinde artan bir frekansında gerçekleştirilmesine izin verir. artan jeneratör hızı.

Asenkron motorları test etmek için fi = 1,15 fn frekanslı bir test gerilimi kullanmak da mümkündür. Aynı limitler dahilinde jeneratörün hızı arttırılabilir.

Yalıtımın dielektrik dayanımı bu şekilde test edilirken, uygulanan voltajın sargının sarım sayısına bölünmesiyle elde edilen orana sayısal olarak eşit bir gerilim, bitişik bobin sarımları arasında uygulanacaktır. Ürün nominal voltajda çalışırken mevcut olandan biraz (%30-50) farklıdır.

Bildiğiniz gibi, çekirdekte bulunan bobinin terminallerine uygulanan voltaj artış sınırı, bu bobindeki akımın terminallerindeki voltaja doğrusal olmayan bağımlılığından kaynaklanmaktadır. Unom nominal değerine yakın gerilimlerde, çekirdek doygun değildir ve akım doğrusal olarak gerilime bağlıdır (Şekil 3, bölüm OA).

Gerilim arttıkça, bobindeki nominal akımın üzerindeki U keskin bir şekilde artar ve U = 2Unom'da akım, nominal değeri on kat aşabilir. Sargının dönüşü başına voltajı önemli ölçüde artırmak için, sarımlar arasındaki yalıtımın gücü, nominal değerden birçok kez (on kat veya daha fazla) daha yüksek bir frekansta test edilir.

Pirinç. 3. Bir çekirdek ile bobindeki akımın uygulanan gerilime bağımlılığının grafiği

Pirinç. 4.Artırılmış akım frekansında sargı yalıtım test şeması

Kontaktör bobinlerinin ara yalıtımını test etme ilkesini ele alalım (Şekil 4). Test bobini L2, bölünmüş manyetik devrenin çubuğuna yerleştirilir. Bobinin (L1) terminallerine artırılmış bir frekansla bir U1 gerilimi uygulanır, böylece bobinin (L2) her dönüşü için, yalıtımın dielektrik dayanımını bir dönüşten diğerine test etmek için gerekli bir voltaj vardır. Bobin L2'nin sargılarının yalıtımı iyi durumdaysa, bobin L1 tarafından tüketilen ve bobinin montajından sonra PA ampermetre ile ölçülen akım öncekiyle aynı olacaktır. Aksi takdirde, L1 bobinindeki akım artar.

Pirinç. 5. Dielektrik kayıp açısının tanjantını ölçmek için şema

Dikkate alınan yalıtım özelliklerinin sonuncusu dielektrik kayıp tanjantıdır.

İzolasyonun aktif ve reaktif dirence sahip olduğu ve üzerine periyodik bir gerilim uygulandığında izolasyonun içinden aktif ve reaktif akımların aktığı, yani aktif P ve reaktif Q güçlerinin olduğu bilinmektedir. P'nin Q'ya oranı, dielektrik kayıp açısının tanjantı olarak adlandırılır ve tgδ ile gösterilir.

P = IUcosφ ve Q = IUsinφ olduğunu hatırlarsak, şunu yazabiliriz:

tgδ, yalıtımdan akan aktif akımın reaktif akım.

tgδ'yı belirlemek için, aktif ve reaktif gücü veya aktif ve reaktif (kapasitif) yalıtım direncini aynı anda ölçmek gerekir. İkinci yöntemle tgδ ölçme ilkesi, Şek. 5, burada ölçüm devresi tek bir köprüdür.

Köprünün kolları, örnek bir kapasitör C0, değişken kapasitör C1, değişken R1 ve sabit R2 dirençlerinin yanı sıra, geleneksel olarak kapasitör Cx olarak gösterilen ürünün veya kütlenin gövdesine L sargısının kapasitans ve yalıtım direncinden oluşur. ve direnç Rx. Tgδ'nin bobin üzerinde değil, kapasitör üzerinde ölçülmesi gerektiğinde, plakaları doğrudan köprü devresinin 1 ve 2 numaralı terminallerine bağlanır.

Köprünün köşegeni bir galvanometre P ve bizim durumumuzda bir transformatör T olan bir güç kaynağı içerir.

diğerlerinde olduğu gibi köprü devreleri ölçüm işlemi, direnç R1'in direncini ve kapasitör C1'in kapasitansını sırayla değiştirerek P cihazının minimum okumalarını elde etmekten oluşur. Genellikle, köprünün parametreleri, P cihazının sıfır veya minimum okumalarındaki tgδ değeri doğrudan kapasitör C1 ölçeğinde okunacak şekilde seçilir.

Güç kondansatörleri ve transformatörler, yüksek gerilim izolatörleri ve diğer elektrikli ürünler için tgδ tanımı zorunludur.

Dielektrik dayanım testleri ve tgδ ölçümleri kural olarak 1000 V'un üzerindeki gerilimlerde yapıldığından, tüm genel ve özel güvenlik önlemlerine uyulmalıdır.

Elektrik yalıtımı test prosedürü

Yukarıda tartışılan yalıtımın parametreleri ve özellikleri, belirli ürün türleri için standartlar tarafından belirlenen sırayla belirlenmelidir.

Örneğin güç transformatörlerinde önce izolasyon direnci belirlenir ve ardından dielektrik kayıp teğeti ölçülür.

Dönen elektrikli makineler için, dielektrik dayanımını test etmeden önce yalıtım direncini ölçtükten sonra, aşağıdaki testleri yapmak gerekir: artan dönüş frekansında, kısa süreli akım veya aşırı tork yüklemesinde, ani bir kısa devrede (eğer sargıların doğrultulmuş voltajının yalıtım testi (bu makinenin belgelerinde belirtilmişse).

Belirli makine türleri için standartlar veya teknik özellikler, bu listeye yalıtımın dielektrik dayanımını etkileyebilecek diğer testlerle destek olabilir.