Как определить увлажненность изоляции электродвигателей и трансформаторов

Увлажненность изоляции определяют обычно для решения вопроса о необходимости сушки гигроскопической изоляции электрических машин и трансформаторов. Методы определения степени увлажненности изоляции основываются на физических процессах, происходящих в изоляции при приложении к ней напряжения.

Емкость изоляции может быть представлена геометрической емкостью , определяемой геометрическими размерами изоляции, и емкостью абсорбционной , т. е. емкостью, образуемой в толще изоляции неоднородностями изоляционного материала, а также различными включениями в виде воздушных промежутков, влаги, загрязнений и др.

При приложении напряжения через изоляцию в первый момент проходит ток заряда геометрической емкости, быстро прекращающийся в связи с процессом зарядки этой емкости.

Абсорбционная емкость проявляется не сразу после приложения к изоляции напряжения, а спустя некоторое время после заряда геометрической емкости в результате последующего перераспределения зарядов в толще изоляции и накопления их на границах отдельных слоев, образующих из-за неоднородностей как бы цепочку последовательно включенных емкостей. Следствием заряда соответствующих отдельных емкостей (поляризации) является ток абсорбции в изоляции.

После прекращения поляризации, т. е. заряда абсорбционной емкости, ток абсорбции становится равным нулю, но через изоляцию продолжает проходить ток сквозной проводимости (ток утечки), значение которого определяется сопротивлением изоляции постоянному току.

Определение влажности по коэффициенту абсорбции основано на сравнении показаний мегомметра, снятых через разные промежутки времени после приложения напряжения.

где R 60 и R15 — сопротивление изоляции, измеренное соответственно через 60 и 15 с после приложения напряжения мегомметра.

Для неувлажненной обмотки при температуре 10 — 30 °С K аб = 1,3-2,0, адля увлажненной обмотки коэффициент абсорбции близок к единице. Это различие объясняется разной длительностью заряда абсорбционной емкости у сухой и влажной изоляции.

Значение коэффициента абсорбции сильно зависит от температуры изоляции, поэтому для сравнения следует пользоваться значениями, измеренными или приведенными к одной температуре. Коэффициент абсорбции измеряется при температуре не ниже + 10 °С.

Определение влажности по емкости и частоте производится главным образом при испытании силовых трансформаторов. Оно основано на том, что емкость неувлажненной изоляции при изменении частоты изменяется меньше (или совсем не изменяется), чем емкость увлажненной изоляции.

Емкость изоляции принято измерять при двух частотах: 2 и 50 Гц. При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц успевает проявиться только геометрическая емкость, одинаковая у сухой и влажной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2 Гц успевает проявиться абсорбционная емкость влажной изоляции, в то время как у сухой изоляции она меньше и заряжается медленно. Температура при измерениях должна быть не ниже + 10 °С.

Отношение емкости, измеренной при частоте 2 Гц (С2), к емкости при 50 Гц (С60) для увлажненной изоляции составляет около 2, а для неувлажненной — около 1.

Изоляцию можно считать неувлажненной, если (С70 — С20) / С20 ,2

Емкость обмоток можно измерить либо с помощью моста типа Р5026 одновременно с измерением тангенса угла диэлектрических потерь, либо вольтметром — амперметром. Температуру обмоток трансформаторов измеряют термометром, установленным в верхних слоях масла, или устанавливают по сопротивлению меди обмотки.

Заряжая емкость изоляции и затем разряжая ее, измеряют емкость объекта С и прирост емкости d С в течение 1 с за счет абсорбционной емкости, которая успевает проявиться за 1 с у влажной изоляции и не успевает — у сухой.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

Как определить увлажненность изоляции электродвигателей и трансформаторов

Увлажненность изоляции определяют обычно для решения вопроса о необходимости сушки гигроскопической изоляции электронных машин и трансформаторов. Способы определения степени увлажненности изоляции основываются на физических процессах, происходящих в изоляции при приложении к ней напряжения.

Емкость изоляции может быть представлена геометрической емкостью , определяемой геометрическими размерами изоляции, и
емкостью абсорбционной , т. е. емкостью, образуемой в толще изоляции неоднородностями изоляционного материала, также разными включениями в виде воздушных промежутков, воды, загрязнений и др.

При приложении напряжения через изоляцию в 1-ый момент проходит ток заряда геометрической емкости, стремительно прекращающийся в связи с процессом зарядки этой емкости.

Абсорбционная емкость проявляется не сходу после приложения к изоляции напряжения, а спустя некое время после заряда геометрической емкости
в итоге следующего перераспределения зарядов в толще изоляции и скопления их на границах отдельных слоев, образующих из-за неоднородностей вроде бы цепочку поочередно включенных емкостей. Следствием заряда соответственных отдельных емкостей (поляризации) является ток абсорбции в изоляции.

После прекращения поляризации, т. е. заряда абсорбционной емкости, ток абсорбции становится равным нулю, но через изоляцию продолжает проходить ток сквозной проводимости (ток утечки), значение которого определяется сопротивлением изоляции неизменному току.

Определение влажности по коэффициенту абсорбции основано на сопоставлении показаний мегомметра, снятых через различные промежутки времени после приложения напряжения.

где R 60 и R15 — сопротивление изоляции, измеренное соответственно через 60 и 15 с после приложения напряжения мегомметра.

Для неувлажненной обмотки при температуре 10 — 30 °С K аб = 1,3
— 2,0, а для влажной обмотки коэффициент абсорбции близок к единице. Это различие разъясняется разной продолжительностью заряда абсорбционной емкости у сухой и увлажненной изоляции.

Значение коэффициента абсорбции очень находится в зависимости от температуры изоляции, потому для сопоставления следует
воспользоваться значениями, измеренными либо приведенными к одной температуре.
Коэффициент абсорбции измеряется при температуре не ниже + 10 °С.

Определение влажности по емкости и частоте делается приемущественно при испытании силовых трансформаторов. Оно основано на том, что емкость неувлажненной изоляции при изменении частоты меняется меньше (либо совершенно не меняется), чем емкость влажной изоляции.

Емкость изоляции принято определять при 2-ух частотах: 2 и 50 Гц.
При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц успевает проявиться только геометрическая емкость, однообразная у сухой и увлажненной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2 Гц успевает проявиться абсорбционная емкость увлажненной изоляции, в то время как у сухой изоляции она меньше и заряжается медлительно. Температура
при измерениях должна быть не ниже + 10 °С.

Отношение емкости, измеренной при частоте 2 Гц (С2), к емкости при 50 Гц
(С60) для влажной изоляции составляет около 2, а для неувлажненной — около
1.

Изоляцию можно считать неувлажненной, если (С70 — С20) / С20
,2

Емкость обмоток можно измерить или при помощи моста типа Р5026 сразу с измерением тангенса
угла диэлектрических утрат, или вольтметром — амперметром. Температуру обмоток трансформаторов определяют указателем температуры, установленным в верхних слоях масла, либо устанавливают по сопротивлению меди обмотки.

Заряжая емкость изоляции и потом разряжая ее, определяют емкость объекта С и прирост емкости
d С в течение 1 с за счет абсорбционной емкости, которая успевает проявиться за 1 с у увлажненной изоляции и не успевает — у сухой.

Источник

Контроль состояния изоляции трансформаторов

Допустимость включения трансформаторов без сушки определяется результатами комплекса испытаний и измерений с учетом условий, в которых находился трансформатор до начала монтажа и в процессе его выполнения.
Условия включения трансформаторов без сушки и необходимость сушки активной части регламентированы «Инструкцией по контролю изоляции трансформаторов перед вводом в эксплуатацию», а также «Инструкцией транспортирования, хранения, монтажа и ввода в эксплуатацию силовых трансформаторов на напряжение до 35 кВ включительно без ревизии их активных частей».

Краткая характеристика методов контроля влажности.

Для включения трансформатора без сушки требуется оценить степень увлажнения изоляции, которая определяется следующими характеристиками главной изоляции трансформаторов, залитых маслом:
измерением 15-секундного и одноминутного сопротивления изоляции (R15 и R60) и нахождением коэффициента абсорбции;
измерением тангенса угла диэлектрических потерь обмоток;
измерением емкости и нахождением соотношения С2/С50 (метод «емкость — частота»);
нахождением отношений Д С/С и приращений этих значений в конце и начале осмотра, если при монтаже производился осмотр активной части трансформатора вне масла (метод «емкость — время»);
измерением емкости в нагретом и холодном состояниях и определением отношения Сгор/Схол, если по условиям монтажа необходим подогрев трансформатора в масле (метод «емкость — температура»).
Коэффициент абсорбции. Состояние изоляции обмоток определяют по коэффициенту абсорбции, т. е. по соотношению сопротивлений изоляции обмоток в зависимости от времени приложения напряжения. Измеряют мегаомметром сопротивление изоляции обмоток через 15 и 60 с после приложения напряжения и определяют коэффициент абсорбции, равный отношению R15 / R60. Если при 10—30 °С отношение R15 / R60 равно 1,3, коэффициент абсорбции соответствует норме.
Тангенс угла диэлектрических потерь. Величина tg δ также характеризует общее состояние изоляции, являясь показателем ее увлажнения и потерь в ней.
При приложении к изоляции напряжения из сети потребляется не только реактивная, но и активная мощность. Отношение активной мощности, потребляемой изоляцией, к реактивной называется тангенсом угла диэлектрических потерь, выражается в процентах. Величина tg δ обмоток трансформатора до 35 кВт мощностью менее 2500 кВ • А не должна превышать 1,5 % при 10 °С, 2 % — при 20 °С, 2,6 % — при 30 °С и 8 % — при 70 °С.
Метод «емкость — частота». О степени увлажненности обмоток судят по зависимости емкости от частоты проходящего по обмоткам тока при неизменной температуре (метод «емкость— частота»). Емкость обмоток при частотах 2Гц (С2) и 50 Гц (С50) измеряют специальным прибором контроля влажности ПКВ при 10— 20 °С. Отношение С2/С50 характеризует степень увлажненности изоляции обмоток. Это отношение должно быть не более: 1,1—при температуре обмоток 10 °С; 1,2 — при 20 °С и 1,3 — при 30 °С.
Метод «емкость — время». Определяют относительный прирост емкости по времени ДС по отношению к емкости С испытуемой обмотки при одной и той же температуре. Метод «емкость — время» Д С/С позволяет обнаружить даже незначительное увлажнение изоляции трансформатора.
Метод «емкость — температура». Другой емкостный метод контроля влажности изоляции обмоток основан на зависимости емкости обмоток от температуры. Физическая основа его заключается в изменении диэлектрической постоянной изоляции, а следовательно, и ее емкости при изменении температуры. Влияние температуры на величину диэлектрической постоянной у увлажненной изоляции проявляется сильнее, чем у сухой. Наибольшее допустимое значение отношения Сгор/Схол обмоток в масле составляет 1,1.
Параметры изоляции измеряют при ее температуре не ниже 10 °С. Измерение допускается выполнять не ранее чем через 12 ч после окончания заливки бака трансформатора маслом.
Объем и порядок проверки трансформаторов для определения возможности включения их без сушки и условия включения без сушки приведены в инструкции и здесь не рассматриваются.
Трансформаторы всех мощностей подвергают кон- тролыюму прогреву в масле при наличии признаков увлажнения масла, с которым прибыл трансформатор, или если время хранения на монтаже без доливки масла превышает время, указанное инструкцией, но не более 7 мес, или время пребывания активной части трансформатора на воздухе превышает время, определенное инструкцией, но не более чем вдвое, или характеристики изоляции не соответствуют нормам.
Если в результате контрольного прогрева трансформатора характеристики изоляции не приведены в соответствие с нормами или время его хранения без доливки масла превышает 7 мес, но не более года, выполняют контрольную подсушку изоляции.
Сушку трансформаторов всех мощностей производят обязательно: при наличии следов воды на активной части или в баке; продолжительности пребывания активной части на воздухе, превышающей более чем вдвое нормированное время; хранении трансформатора без доливки масла более одного года; несоответствии характеристики изоляции нормам после контрольной подсушки.
Контрольный прогрев, который производят в собственном баке трансформатора с маслом без вакуума, продолжается до тех пор, пока температура верхних слоев масла превысит высшую из температур, указанных в паспорте, на 5—15 °С в зависимости от метода прогрева. При контрольной подсушке обмоток трансформатора прогрев осуществляется теми же методами, что и контрольный прогрев до температуры верхних слоев масла, равной 80 °С, при вакууме, предусмотренном конструкцией трансформатора. Режим контрольной подсушки рекомендован следующий: через каждые 12 ч подсушки в течение 4 ч производить циркуляцию масла насосом через трансформатор; длительность подсушки не должна превышать 48 ч (не считая времени нагрева). Когда характеристики изоляции достигнут нормы, подсушку прекращают, но не раньше, чем через 24 ч после достижения температуры 80 °С. Схема подсушки трансформатора показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема подсушки трансформатора:
1 — бак трансформатора, 2 — вакуумметр, 3 — кран, 4 и 5 — масляный и вакуумный насосы. Стрелками обозначено движение масла
Наиболее распространенным способом сушки активной части трансформатора является способ индукционных потерь в кожухе, основанный на его нагреве вихревыми токами, возникающими при воздействии на кожух переменного магнитного потока. Магнитный поток изменяют с помощью специальной намагничивающей обмотки, наматываемой на кожух и питаемой переменным током. Вихревые токи нагревают кожух, в результате чего через воздушную прослойку нагревается и активная часть. Перед сушкой масло из бака трансформатора полностью удаляют.
Для равномерного нагрева обмотку располагают по нижней и верхней частям бака, оставляя около 1/3 высоты свободной. В нижней части бака укладывают около 60— 65 % общего числа витков. Нагрев регулируют переключением витков обмотки.
Сечение провода и число витков намагничивающей обмотки, а также необходимую мощность для нагрева трансформатора определяют по специальным справочникам.
Чтобы устранить отставание нагрева нижней части бака от верхней, дополнительно подогревают дно бака трансформатора воздуходувкой или закрытыми электропечами. Теплоизоляция бака создает благоприятные условия для ускорения сушки и экономии электроэнергии. Ее обычно выполняют двухслойной из асбестовых листов толщиной 4—5 мм. Листы крепят шпагатом или киперной лентой, но не проволокой. Крышку утепляют во избежание конденсации на ней влаги. Для контроля температур устанавливают термопары в средней фазе обмоток и термометры на железе бака.
Проверяют надежность уплотнений плавным увеличением вакуума. Затем производят пробный нагрев трансформатора. Примерно в течение часа на разных ступенях регулировки сопоставляют результаты измерения токов с расчетными данными. Наблюдают за скоростью нагрева бака. Если результаты пробного нагрева удовлетворительны, трансформатор считают готовым к сушке.

Рис. 2. Схема сушки трансформатора способом индукционных потерь:
1 — вакуумная установка, 2 — кран для регулирования вакуума, 3 — вакуумметр, 4 — временные вводы для измерения, 5 — трансформатор, 6 — намагничивающая обмотка, 7 — труба для продувки горячим воздухом, 8 — питающие кабели, 9 — электрические печи, 10 — отстойник для слива масла, 11 — заземление бака, 12 — сепаратор (центрифуга)
Сушку трансформатора способом потерь в кожухе начинают с разогрева трансформатора. При этом обеспечивают плавный рост температуры кожуха регулировкой числа витков. Продолжительность разогрева кожуха колеблется от 12 до 15 ч для трансформаторов средней мощности. Необходимо тщательно контролировать температурный режим сушки, не допуская увеличения температуры обмоток более 100—105 и кожуха 110—120 °С. Сушку производят под вакуумом. Первым показателем окончания сушки является установившееся в течение 6 ч сопротивление обмоток при постоянных вакууме и температуре обмоток. Второй показатель — исчезновение или незначительное выделение конденсата. После окончания сушки и снижения температуры обмоток трансформатора до 75—80 °С его бак заполняют высушенным под вакуумом маслом через нижний кран. Трансформаторы на напряжение до 35 кВ включительно разрешается заливать маслом (без вакуума) при его температуре не ниже 10 °С. В процессе сушки и заливки трансформатора маслом температуру нагрева бака и активной части регулируют периодическим включением и отключением питания намагничивающей обмотки. Схема сушки трансформатора способом индукционных потерь приведена на рис. 2.

Источник