Техническое диагностирование электрооборудования. Диагностирование изоляции

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА рф

фгоу впо

БЕЛГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра «Электрификации, автоматизации и безопасности жизнедеятельности»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Эксплуатация электрооборудования»

на тему: «Техническое диагностирование электрооборудования. Диагностирование изоляции»

Вариант № 48

Белгород 2010

Задание

 

Вариант №48

1. По теоретической части: Техническое диагностирование электрооборудования. Диагностирование изоляции.

2. По расчетной части: Блок теплиц 6 га.

1. Теоретическая часть

 

1.1 Техническое диагностирование электрооборудования. Диагностирование изоляции

Под действием электрического поля в изоляции происходят сложные процессы. Во-первых, из-за присутствия в диэлектриках свободных зарядов, обусловленных примесями и дефектами строения, в изоляции всегда возникает ток сквозной проходимости i_a, во-вторых, происходит замедленная поляризация, т.е. смещение и поворот связанных дипольных молекул, создающих ток абсорбции i_a. В-третьих, происходит мгновенная поляризация, представляющая собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов и создающая ток смещения i_c.

а)

Рис. 1 - Схема замещения изоляции (а) и диаграмма токов, протекающих в ней (б)

Для изучения перечисленных процессов используют схему замещения изоляции, показанную на рисунке 1, а. Резистор R_u характеризует сопротивление сквозному току; конденсатор С а - емкость, обусловленную дипольной поляризацией; конденсатор С_с - емкость электронной поляризации (геометрическая емкость); резистор эквивалентные потери при дипольной поляризации. На рисунке 1,6 показаны зависимости токов, проходящих через изоляцию, от времени нахождения под постоянным напряжением. Как видно, ток абсорбции затухает по мере завершения процессов замедленной поляризации, а ток сквозной проводимости сохраняется неизменным. Токи смещения столь кратковременны, что их не учитывают. Суммарный ток I имеет затухающий характер.

Истинное сопротивление изоляции зависит от сквозного тока можно определить по формуле

 

R_u=U/(i-i_a)

где U - приложенное напряжение, В.

Поскольку измерение i_a связано с определенными трудностями, сопротивление изоляции рассчитывают как частное от деления напряжения на значение тока, установившегося через минуту после включения напряжения. К этому моменту ток i_aзатухает и не вносит погрешность. Если же измерение проводить при небольшой выдержке времени, то может создаться неправильное представление о сопротивлении изоляции.

Для исправной изоляции в ПУЭ и ПТЭ установлены нормативы, характеризующие параметры схемы замещения. Например, наименьшее допустимое сопротивление (МОм) изоляции электродвигателя мощностью Р_н (кВт) при рабочей температуре определяют по выражению

 

R_u≥U_н/(1000+0,01Р_н)

где U_н - номинальное линейное напряжение, В.

При эксплуатации электрооборудования его изоляция подвергается влиянию рабочего напряжения, кратковременным перенапряжениям от грозовых разрядов и коммутационных операций, механическим и тепловым нагрузкам, загрязнению, увлажнению и другим неблагоприятным воздействиям. В результате этого свойства изоляции непрерывно ухудшаются.

Из схемы замещения видно, что от качества изоляции зависят значения токов утечки, абсорбции, смещения и мощности потерь в цепи R_aC_a. Поэтому их принимают за диагностические параметры изоляции. Дополнительно используют характеристики электрической прочности. Задача диагностирования состоит в том, чтобы определить фактические значения параметров и сравнить их с соответствующими нормами.

К основным способам диагностирования изоляции относятся: измерение сопротивления изоляции; измерение емкости изоляции; измерение диэлектрических потерь; испытание повышенным напряжением переменного или постоянного тока.

Полное заключение о состоянии изоляции делают по совокупности результатов измерений. Но в ряде случаев выделяют отдельные определяющие параметры, которые в некоторых условиях достаточно полно оценивают качество изоляции. Такой подход оправдан для выявления конкретных неисправностей изоляции (увлажнение, старение и т. п.).

Рис. 2 - Графики изменения полного тока и сопротивления сухой и влажной изоляций

 

Определение увлажненности изоляции по коэффициенту абсорбции. Пусть изоляция некоторого электрооборудования, например электродвигателя, моделируется схемой замещения (см. рис. 1,а). Из предыдущего рассмотрения процессов электропроводности и поляризации следует, что для заведомо сухой изоляции в процессе измерения суммарный ток i_cyx будет резко затухать (рис. 2). У влажной изоляции такого же двигателя суммарный ток i_вл больше и будет затухать медленнее, потому что из-за увлажнения прирост тока сквозной проводимости больше, чем прирост тока абсорбции. Описанный характер изменения суммарного тока определяет динамику сопротивления изоляции. При постоянном напряжении мегомметра сопротивление сухой изоляции R_сух при измерении будет резко увеличиваться, а сопротивление влажной R_вл будет возрастать незначительно. Следовательно, по состоянию сопротивления изоляции в зависимости от продолжительности измерения можно определить, увлажнена изоляция или нет.

Рис. 3 - Графики изменения емкости сухой и влажной изоляций

Диагностирование увлажнения изоляции состоит в измерении мегомметром ее сопротивления в моменты t₁, и t₂ (t₂>t₁) после подачи напряжения и определения отношения R t₂l<R t₁ , называемого коэффициентом абсорбции. Обычно принимают t₁ = 15 с, t₂ = 60 с и рассчитывают R₆₀/R_15. Если R₆₀/R₁₅> 1,3, то изоляцию считают сухой; если (R₆₀/R₁₅) < 1,3, то изоляцию признают влажной.

Определение увлажненности изоляции способом «емкость - частота». Соотношение величин емкостей абсорбции и смещения изоляции зависит от степени ее увлажнения. В сухой изоляции преобладает электронная поляризация, характеризуемая емкостью смещения, а во влажной - дипольная поляризация (за счет дипольных молекул воды усиливается емкость абсорбции). Абсолютные значения величин этих емкостей имеют различную зависимость от частоты тока (рис. 4).

Емкость сухой С _cух изоляции практически не зависит от частоты, так как поляризация в ней происходит почти мгновенно. Емкость же влажной изоляции С_вл с ростом частоты убывает. Это объясняется тем, что при малой частоте дипольные молекулы воды успевают следовать (поворачиваться) за полем и С_вл имеет наибольшее значение. Когда же частота становится большой, молекулы из-за своей инертности не успевают следовать за полем. Абсорбционная емкость уменьшается, и ее значение приближается к емкости, обусловленной лишь электронной поляризацией. Поэтому по степени изменения емкости от частоты можно определить увлажненность изоляции.

Диагностирование увлажнения состоит в измерении емкости изоляции при частоте f₁, и f₂ (f₂> f₁) и определении отношения C f₁ /C f₂. Обычно принимают f₁= 2, f₂ = 50 Гц и измеряют соответственно С₂ и С₅о. Если (С₂<С₅₀)< 1,2, то изоляция сухая, если (С₂/С₅о) > 1,2, - увлажненная.

Такой способ диагностирования проводят при помощи прибора контроля влажности изоляции типа ПКВ-7.

Определение местных дефектов изоляции по частичным разрядам. Принцип действия ИЧР основан на использовании воздействия электрических нестационарных процессов, сопровождающих разряды на электрический колебательный контур. Основными элементами ИЧР служат приемный колебательный контур или антенна, усилитель и измерительный прибор.

Алгоритм диагностирования состоит в следующем. На изоляцию подают повышенное напряжение. Приемным колебательным контуром или антенной ИЧР исследуют пространство вокруг изоляционной системы. При этом измерительный прибор ИЧР позволяет зафиксировать высокочастотные колебания и выявить место, где они имеют наибольший уровень. Обычно это место совпадает с местным дефектом. Известны схемы, в которых ИЧР подключают к испытательной цепи через разделительный конденсатор.

Определение местных дефектов изоляции по току сквозной проводимости.

Изоляцию проверяют в следующей последовательности. Подключают через микроамперметр обмотку одной из фаз к регулируемому источнику переменного напряжения. Плавно увеличивают напряжение до 1200 В и записывают ток утечки I₁ Затем повышают напряжение до 1800В и записывают ток утечки I₂. Аналогичные измерения проводят для остальных фаз. Когда нулевая точка обмотки недоступна, то к источнику подключают один из выводов обмотки, т. е. испытывают сразу изоляцию трех фаз.

Изоляцию считают исправной, если при повышении напряжения не наблюдают бросков тока; ток утечки при напряжении 1800 В не превышает 95 мкА для одной фазы (230 мкА для трех фаз); относительное приращение токов не более 0,9; коэффициент несимметрии токов утечки фаз не превышает 1,8.

Определение износа изоляции по значению диэлектрических потерь.

Диэлектрические потери зависят от вида диэлектрика и от его состояния. Тепловой износ, посторонние включения и влага ухудшают качество изоляции, что приводит к увеличению tgδ по сравнению с новой изоляцией. Диагностирование изоляции по tgδ используют для определения состояния в основном высоковольтного электрооборудования. Для измерения угла диэлектрических потерь применяют схему высоковольтного моста или схему с ваттметром.