电气绝缘性能和测试

电绝缘性能及等效电路

如您所知，术语“隔离”在实践中用于指代两个概念：

1) 一种防止电气产品部件之间形成电接触的方法，

2) 用于应用此方法的材料和产品。

电气绝缘材料 在施加于它们的电压的影响下，发现了传导电流的特性。电绝缘材料的导电率虽然比电线低几个数量级，但起着重要的作用，在很大程度上决定了电气产品运行的可靠性。

在绝缘上施加电压的作用下，有电流流过它，称为漏电流，它随时间变化。

为了研究和说明电绝缘的特性，习惯上以称为等效电路（图 1）的特定模型的形式表示它，其中包含四个并联的电路。其中第一个只包含电容器 C1，称为几何电容。

米。 1.电隔离等效电路

该电容的存在会导致在绝缘体上施加直流电压时出现瞬时涌流，该电流几乎会在几秒钟内衰减，而在施加交流电压时会出现容性电流流过绝缘体。这种容量称为几何容量，因为它取决于绝缘：它的尺寸（厚度、长度等）以及载流部分 A 和外壳（接地）之间的位置。

第二种方案表征了绝缘的内部结构和性能，包括其结构、并联的电容器和电阻的组数。流过该电路的电流I2称为吸收电流。该电流的初始值与绝缘面积成正比，与其厚度成反比。

如果电气产品的载流部分采用两层或多层绝缘（例如导线绝缘和线圈绝缘）进行绝缘，那么在等效电路中，吸收支路以两个或多个串联的形式表示一组电容器和一个电阻器，表征其中一个绝缘层的特性。在该方案中，考虑了双层绝缘，其中一层由一组电容器C2和电阻器R1代替，第二层由C3和R2代替。

第三个电路包含单个电阻器 R3，并表征向其施加直流电压时的隔离损耗。该电阻器的电阻，也称为绝缘电阻，取决于许多因素：尺寸、材料、结构、温度、绝缘条件（包括其表面的水分和污垢）以及施加的电压。

对于某些绝缘缺陷（例如，由于损坏），电阻 R3 对电压的依赖性变得非线性，而对于其他绝缘缺陷（例如，由于湿度大），它实际上不会随着电压的增加而变化。流过该支路的电流I3称为正向电流。

第四种电路表示为中频火花隙的等效电路，它表征了绝缘体的介电强度，数值表示为绝缘材料在电流作用下失去绝缘性能而击穿的电压值I4 穿过它。

该隔离等效电路不仅可以描述施加电压时其中发生的过程，还可以设置可观察的参数以评估其状态。

电气绝缘测试方法

评估绝缘状况及其完整性的最简单和最常用的方法是使用兆欧表测量其电阻。

让我们注意一个事实，即等效电路中电容器的存在也解释了绝缘体积累电荷的能力。因此，测量绝缘电阻前后的电机和变压器的绕组必须通过接地端子进行放电。 连接的兆欧表.

在测量电机和变压器的绝缘电阻时，必须监测绕组的温度，并记录在测试报告中。了解进行测量的温度对于相互比较测量结果是必要的，因为绝缘电阻会根据温度急剧变化：平均而言，温度每升高 10°C，绝缘电阻会降低 1.5 倍并且随着温度的相应降低而增加。

由于绝缘材料中始终含有的水分会影响测量结果，因此在低于 + 10°C 的温度下不进行表征绝缘质量的参数的确定，因为获得的结果不会给出正确认识真正的隔离状态。

在测量实际冷产品的绝缘电阻时，可以假设绝缘温度等于环境温度。在所有其他情况下，有条件地假设绝缘温度等于绕组的温度，由绕组的有源电阻测量。

为了使测得的绝缘电阻与真实值没有显着差异，测量电路元件（电线、绝缘体等）自身的绝缘电阻应将测量结果中的误差降至最低。因此，在测量电压高达1000V的电气设备的绝缘电阻时，这些元件的阻值必须至少为100兆欧，而在测量电力变压器的绝缘电阻时——不低于兆欧表的测量限值.

如果不满足此条件，则必须针对电路元件的绝缘电阻对测量结果进行校正。为此，绝缘电阻测量两次：一次是在完全组装的电路和产品连接的情况下，第二次是在产品断开的情况下。第一次测量的结果将给出电路的等效绝缘电阻与乘积Re，第二次测量的结果将给出测量电路元件的电阻Rc。那么产品的绝缘电阻

如果对于某些其他产品的电机没有确定测量绝缘电阻的顺序，那么对于电力变压器，这个测量顺序是由首先测量低压绕组（LV）的绝缘电阻的标准规定的。其余绕组以及油箱必须接地。在没有油箱的情况下，变压器外壳或其骨架必须接地。

如果存在低压绕组、中高压绕组和高压绕组这三个电压绕组，则必须在低压绕组之后测量中压绕组的绝缘电阻，然后再测量高压绕组的绝缘电阻。当然，对于所有测量，其余线圈以及储罐都必须接地，并且未接地的线圈必须在每次测量后通过连接到盒子至少 2 分钟来放电。如果测量结果不符合既定要求，则必须通过确定相互电气连接的绕组的绝缘电阻来补充测试。

对于双绕组变压器，应先测量高、低压绕组相对于外壳的电阻，对于三绕组变压器，应先测量高、中压绕组，再测量高、中、低压绕组。 .

测试变压器绝缘时，需要多次测量，不仅要确定等效绝缘电阻值，还要比较绕组与其他绕组和机体的绝缘电阻。

电机的绝缘电阻通常通过相互连接的相绕组在安装现场与电缆（母线）一起测量。如果测量结果不符合既定要求，则测量每相绕组的绝缘电阻，必要时测量绕组的每个分支。

需要注意的是，单靠绝缘电阻的绝对值很难合理判断绝缘状况。因此，为了评估运行期间电机的绝缘状态，将这些测量结果与之前的结果进行比较。

各个相的绝缘电阻之间多次显着的差异通常表明存在一些重大缺陷。通常，所有相绕组的绝缘电阻同时下降表明其表面的一般状态发生了变化。

比较测量结果时，应记住绝缘电阻对温度的依赖性。因此，可以相互比较在相同或相似温度下进行的测量结果。

当施加在绝缘上的电压一定时，流过绝缘的总电流Ii（见图1）减小的越多，说明绝缘的状况越好，根据电流Ii的减小，仪表的读数兆欧表增加。由于此电流的 I2 分量（也称为吸收电流）与 I3 分量不同，它不依赖于绝缘表面的状况以及污染和水分含量，因此绝缘电阻值的比率在给定的时刻被视为绝缘水分含量的特征。

标准建议在连接兆欧表15秒后（R15）和60秒后（R60）测量绝缘电阻，这些电阻的比值ka = R60 / R15称为吸收系数。

对于非湿绝缘，ka > 2，对于湿绝缘 — ka ≈ 1。

由于吸收系数的值实际上与电机的大小和各种随机因素无关，因此可以归一化：20°C 时 ka ≥ 1.3。

绝缘电阻测量误差不应超过±20%，除非为特定产品专门规定。

在电气产品中，电气强度测试包括绕组与本体的绝缘以及相互之间的绝缘，以及绕组的中间绝缘。

为了检查线圈或载流部件对外壳的绝缘的介​​电强度，在被测线圈或载流部件的端子上施加频率为 50 Hz 的增加的正弦电压。电压及其应用持续时间在每个特定产品的技术文档中都有说明。

在测试绕组和带电部件对身体的绝缘的介​​电强度时，所有其他不涉及测试的绕组和带电部件必须电气连接到产品的接地身体。试验结束后，应将线圈接地，除去残留电荷。

在图。图2为三相电动机绕组耐压测试图，过电压由装有稳压源E的测试装置AG产生，高压侧电压用光伏电压表测量。电流表 PA 用于测量通过绝缘层的泄漏电流。

如果没有绝缘击穿或表面重叠，并且泄漏电流不超过本产品文件中规定的值，则认为该产品已通过测试。请注意，使用监控泄漏电流的电流表可以在测试设置中使用变压器。

米。 2、电气产品绝缘介电强度试验方案

除了绝缘的频率电压测试外，还用整流电压测试绝缘。这种测试的优点是可以根据在不同测试电压值下测量漏电流的结果来评估绝缘状况。

为了评估绝缘状况，使用非线性系数

其中 I1.0 和 I0.5 是施加测试电压 1 分钟后的漏电流，该测试电压等于 Unorm 的归一化值和电机额定电压 Urated 的一半，kn <1.2。

所考虑的三个特性——绝缘电阻、吸收系数和非线性系数——用于解决在不使绝缘变干的情况下开启电机的可能性的问题。

当根据图 1 中的图表测试绝缘的介电强度时。 2 绕组的所有匝相对于体（地）的电压几乎相同，因此匝间绝缘保持未检查状态。

测试绝缘体介电强度的一种方法是将电压与标称值相比增加 30%。该电压从稳压电源 EK 施加到空载测试点。

另一种方法适用于怠速运行的发电机，包括增加发电机的励磁电流，直到在定子或电枢的端子处获得电压 (1.3 ÷ 1.5) Unom，具体取决于机器的类型。鉴于即使在空闲模式下，电机绕组消耗的电流也可能超过其标称值，因此标准允许在提供给电机绕组的电压频率高于标称值或在提高发电机速度。

为了测试异步电机，也可以使用频率为 fi = 1.15 fn 的测试电压。在相同的限度内，可以提高发电机的速度。

当以这种方式测试绝缘的介电强度时，将在相邻的线圈匝之间施加一个电压，该电压在数值上等于施加的电压除以线圈的匝数。它与产品在额定电压下运行时的情况略有不同（相差 30-50%）。

如您所知，施加到位于铁芯上的线圈端子的电压增加的限制是由于该线圈中的电流与其端子处的电压非线性相关。在接近标称值 Unom 的电压下，磁芯未饱和，电流与电压成线性关系（图 3，OA 部分）。

随着电压的增加，线圈中高于标称电流的U急剧增加，在U = 2Unom时电流可超过标称值数十倍。为了显着提高绕组的每匝电压，在比标称值高许多倍（十倍或更多）的频率下测试匝间绝缘强度。

米。 3. 带铁芯线圈中的电流对施加电压的依赖关系图

米。 4.提高电流频率时的绕组绝缘测试方案

让我们考虑测试接触器线圈中间绝缘的原理（图 4）。测试线圈L2放置在分裂磁路的杆上。电压 U1 以增加的频率施加到线圈 L1 的端子，因此对于线圈 L2 的每一匝，都有一个必要的电压来测试逐匝绝缘体的介电强度。如果线圈L2的绕组绝缘良好，则线圈L1消耗的电流和安装线圈后用电流表PA测量的电流将与之前相同。否则，线圈L1中的电流增加。

米。 5.介质损耗角正切测量方案

最后一个考虑的绝缘特性——介电损耗角正切。

众所周知，绝缘具有有功电阻和无功电阻，当对其施加周期性电压时，绝缘中流过有功电流和无功电流，即存在有功P功率和无功Q功率。 P 与 Q 之比称为介电损耗角的正切，表示为 tgδ。

如果我们记得 P = IUcosφ 和 Q = IUsinφ，那么我们可以写：

tgδ是流过绝缘层的有功电流与 无功电流.

要确定 tgδ，需要同时测量有功和无功功率或有功和无功（电容）绝缘电阻。第二种方法测量tgδ的原理如图1所示。 5、其中测量电路为单桥。

电桥的臂由示例电容器 C0、可变电容器 C1、可变 R1 和恒定 R2 电阻器以及绕组 L 到产品或质量体（通常表示为电容器 Cx）的电容和绝缘电阻组成和电阻Rx。如果需要不在线圈上而是在电容器上测量 tgδ，则其极板直接连接到电桥电路的端子 1 和 2。

桥的对角线包括检流计 P 和电源，在我们的例子中是变压器 T。

和其他人一样 桥接电路 测量过程包括通过顺序改变电阻器R1的电阻和电容器C1的电容来获得设备P的最小读数。通常，选择电桥的参数，以便直接在电容器 C1 的刻度上读取器件 P 的零读数或最小读数时的 tgδ 值。

tgδ的定义对于电力电容器和变压器、高压绝缘子和其他电气产品是强制性的。

由于介电强度测试和 tgδ 测量通常在 1000 V 以上的电压下进行，因此必须遵守所有一般和特殊安全措施。

电气绝缘测试程序

上面讨论的绝缘参数和特性必须按照特定类型产品的标准确定的顺序来确定。

例如，在电力变压器中，首先确定绝缘电阻，然后测量介电损耗角正切。

对于旋转电机，在测试其介电强度之前测量绝缘电阻后，需要进行以下测试：在增加的旋转频率下，短时电流或扭矩过载，突然短路（如果是用于此同步电机），绕组整流电压的绝缘测试（如果此电机的文档中有规定）。

特定机器类型的标准或规范可能会用可能影响绝缘介电强度的其他测试来补充此列表。