Анализ состояния сопротивления изоляции

Версия для печати

Анализ состояния сопротивления изоляции по коэффициентам DAR, DD, PI и графикам R(t)

Электрические проводники изолированы друг от друга и защищены диэлектрической оболочкой. Пробой изоляции представляет опасность для человеческой жизни, приводит к возгоранию и повреждению электрооборудования и другого имущества, поэтому так важно контролировать состояние электрического проводника.
Проверка сопротивления изоляции проходит согласно четким методикам измерений. При этом большое разнообразие диагностических устройств вызывает проблемы при выборе подходящей модели. Обычно выбор устройства сводится к значению измерительного напряжения, которое создает прибор. Такой подход допустим только для проверки сети низкого напряжения. В этом случае подойдет любая модель прибора с напряжением 500 В и 1000 В, но для оценки состояния сложного оборудования, трансформаторов или электродвигателей, недостаточно одного значения напряжения. Здесь требуется высокая точность и наличие дополнительных функций, которые бы улучшили измерения.

Измеритель параметров электроизоляции MIC-5050

Основные функции для оценки состояния изоляции:

  • определение индекса поляризации PI
  • определение коэффициента абсорбции DAR
  • определение коэффициента диэлектрического разряда DD
  • измерение ступенчато изменяющимся напряжением
  • построение графика R(t)

Эти функции реализованы в измерителях Sonel MIC-10k1 и Sonel MIC-5050.
Рассмотрим подробнее каждую из функций.

Коэффициент абсорбции DAR (Dielectric Absorption Ratio) отражает степень увлажнённости диэлектрика изоляции. Коэффициент будет полезен при выявлении необходимости просушки гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов. Метод измерения основан на сравнении величин сопротивления изоляции через 15 и 60 секунд после начала испытаний:

DAR = R60/R15

Появление влаги в изоляции (абсорбция влаги) приводит к резкому снижению сопротивления RISO и росту тока утечки. Уменьшение сопротивления опасно из-за роста диэлектрических потерь. Это приводит к снижению напряжения теплового пробоя и дополнительного нагрева изоляции, что влечет за собой ускорение темпов теплового старения. Вода – это сильнополярный диэлектрик с относительной диэлектрической проницаемостью во много раз больше, чем у диэлектрических материалов, используемых для изоляции. При неравномерном и сильном увлажнении изоляции, электрическое поле искажается и снижается пробивное напряжение. На практике, поглощенную влагу возможно удалить из изоляции при сушке, но этот процесс потребует больших затрат времени и энергии.

Индекс поляризации PI (Polarization Index) показывает способность заряженных частиц перемещаться в диэлектрике под воздействием электрического поля, что определяет степень старения изоляции или остаточный ресурс изоляции. Метод измерения основан на сравнении величин сопротивления изоляции через 60 и 600 секунд после начала испытаний:

PI = R600/R60

Коэффициент диэлектрического разряда DD (Dielektric Discharge) используется при проверке неоднородной или многослойной изоляции и позволяет обнаружить дефектный слой среди исправных слоев с высоким сопротивлением. Такой дефект невозможно выявить при помощи стандартных измерений коэффициентов PI и DAR.
Сначала изоляция заряжается напряжением в течение определенного времени, а затем измеряется ее емкость. После завершения процесса зарядки и поляризации через изоляцию будет проходить только ток утечки. Затем объект измерения разряжается и через изоляцию проходит ток диэлектрического разряда. Этот ток представляет собой сумму тока разряда емкости и тока абсорбции. При отсутствии испытательного напряжения ток утечки будет незначительным. Коэффициент диэлектрического разряда характеризует качество изоляции независимо от испытательного напряжения.
Через 1 минуту после короткого замыкания цепи измеряется остаточный ток. Значение DD рассчитывается по следующей формуле:

DD= I1мин/(Uизм*C)

где:
I1мин — ток, измеренный через 1 минуту после короткого замыкания (нА)
U — напряжение при измерении (В)
C — емкость (мкФ)

Анализ сопротивления изоляции электродвигателей низкого и высокого напряжения

Для примера рассмотрим электродвигатель низкого напряжения на 400 В (рис. 1) и большой электродвигатель с напряжением 6 кВ (рис. 3).
Измерители для испытания изоляции проверяют напряжением до 2500 В и определяют коэффициенты абсорбции. Даже если не воспользоваться напряжением 10 кВ, то оценить состояние изоляции можно с помощью коэффициентов DAR, PI, разряда диэлектрика, измерения ступенчато нарастающим напряжением и графиков тока и сопротивления. Эта функция реализована в моделях Sonel MIC-10k1 и Sonel MIC-5050.

Электродвигатель низкого напряжения
Рис. 1 Электродвигатель низкого напряжения 400 В

В этом случае требуется измерительное напряжение 500 В, но недостаточно измерить только сопротивление изоляции.

В качестве доказательства приводим конкретные цифры. Сопротивление изоляции составляет 505 MОм. Это считается достаточным для вывода, что состояние изоляции в норме. Значения коэффициентов DAR=1,12 и PI=1,1. Сравнение данных при измерении с табличными не дает ясной картины состояния изоляции.

Таблица сравнения состояний изоляции по коэффициентам

В этой ситуации только график тока и сопротивления однозначно указывает на состояние изоляции (рис. 2), где резкие изменения сопротивления свидетельствуют о неудовлетворительном состоянии изоляции. Таким образом, окончательная оценка возможна только на основе графиков тока и сопротивления. Эта функция доступна в измерителях MIC-10k1 и MIC-5050.

Электродвигатель низкого напряжения
Рис. 2 Графики тока и сопротивления при измерении сопротивления изоляции электродвигателя низкого напряжения

При диагностике электродвигателей 6 кВ (рис. 3), необходимо учитывать изменения в течение длительного периода времени. Ток, протекающий при измерении в начальном периоде исследования, имеет динамический характер изменения, что приводит к ошибочным или неточным показателям коэффициентов DAR.

Электродвигатель низкого напряжения
Рис. 3 Асинхронный 3-х фазный двигатель на 6 кВ

Электродвигатель низкого напряжения
Рис. 4 Графики тока и сопротивления во время измерения сопротивления изоляции. Плохое состояние изоляции

На таких больших объектах сопротивление растет в течение более 10 минут. Проверка состояния изоляции статора в этом электродвигателе дала неоднозначные результаты. При измерительном напряжении в 5 кВ, сопротивление составило 7,9 МОм, а коэффициенты неизвестны.
Таким образом, только по графику можно оценить состояние изоляции (рис. 4). Из графика видно, что кривая сопротивления резко возрастает вначале, а спустя время спадает. Это свидетельствует о неудовлетворительном состоянии изоляции статора. Кривая сопротивления и тока исправной изоляции плавно возрастает с течением времени (рис. 5).

Электродвигатель низкого напряжения
Рис. 5 Изменение сопротивления во времени при хорошем состоянии изоляции статора

В заключении отметим, что при измерении состояния изоляции недостаточно только значения сопротивления, даже с учетом некоторых коэффициентов. Как доказывает пример с исследованием электродвигателей, оценка в этом случае будет сложной и неоднозначной.

Чтобы сократить время на исследование объектов с дефектной изоляцией и получить точную оценку испытания, выбирайте измерительные устройства с функциями построения графиков, измерения коэффициентов и напряжения!

05.12.2017