תכונות ובדיקות בידוד חשמלי

מאפיינים ומעגל שווה של בידוד חשמלי

כפי שאתה יודע, המונח "בידוד" משמש בפועל כדי להתייחס לשני מושגים:

1) שיטה למניעת היווצרות מגע חשמלי בין חלקי מוצר חשמלי,

2) חומרים ומוצרים מהם המשמשים ליישום שיטה זו.

חומרי בידוד חשמליים בהשפעת מתח המופעל עליהם, מתגלה התכונה של הולכת זרם חשמלי. למרות שערך המוליכות של חומרי בידוד חשמליים נמוך בכמה סדרי גודל מזה של חוטים, בכל זאת הוא ממלא תפקיד משמעותי וקובע במידה רבה את מהימנות הפעולה של מוצר חשמלי.

תחת פעולתו של מתח המופעל על הבידוד, זורם דרכו זרם, הנקרא זרם דליפה, המשתנה עם הזמן.

על מנת ללמוד ולהמחיש את תכונות הבידוד החשמלי, נהוג לייצגו בצורה של דגם מסוים הנקרא מעגל שווה ערך (איור 1), המכיל ארבעה מעגלים חשמליים המחוברים במקביל.הראשון שבהם מכיל רק את הקבל C1, הנקרא קיבול גיאומטרי.

אורז. 1. מעגל שווה של בידוד חשמלי

נוכחותו של קיבול זה גורמת להופעת זרם פריצה מיידי המתרחש כאשר מתח DC מופעל על הבידוד, שמתפוגג תוך כמעט שניות בודדות, ולזרם קיבולי זורם דרך הבידוד כאשר מתח AC מופעל עליו. יכולת זו נקראת גיאומטרית מכיוון שהיא תלויה בבידוד: מידותיו (עובי, אורך וכו') והמיקום בין חלק A נושא הזרם לבין המארז (הקרקע).

הסכימה השנייה מאפיינת את המבנה הפנימי והמאפיינים של הבידוד, כולל המבנה שלו, מספר קבוצות הקבלים והנגדים המחוברים במקביל. הזרם I2 הזורם במעגל זה נקרא זרם הספיגה. הערך ההתחלתי של זרם זה הוא פרופורציונלי לשטח הבידוד וביחס הפוך לעוביו.

אם החלקים נושאי הזרם של מוצר חשמלי מבודדים בשתי שכבות או יותר של בידוד (לדוגמה, בידוד תיל ובידוד סליל), אז במעגל המקביל, ענף הקליטה מיוצג בצורה של שניים או יותר מחוברים בסדרה קבוצות של קבלים ונגד המאפיינות את המאפיינים באחת משכבות הבידוד. בתכנית זו, נחשב בידוד דו-שכבתי, ששכבתו מוחלפת בקבוצת אלמנטים של קבלים C2 ונגד R1, והשנייה ב-C3 ו-R2.

המעגל השלישי מכיל נגד יחיד R3 ומאפיין את אובדן הבידוד כאשר מופעל עליו מתח DC.ההתנגדות של הנגד הזה, הנקראת גם עמידות בידוד, תלויה בגורמים רבים: גודל, חומר, מבנה, טמפרטורה, מצב בידוד, כולל לחות ולכלוך על פני השטח שלו, ומתח מופעל.

עם כמה פגמי בידוד (לדוגמה, באמצעות נזק), התלות של ההתנגדות R3 במתח הופכת לא ליניארית, בעוד שאצל אחרים, למשל, עם לחות חזקה, היא כמעט ואינה משתנה עם הגדלת המתח. הזרם I3 הזורם דרך ענף זה נקרא זרם קדימה.

המעגל הרביעי מיוצג במעגל המקביל של פער הניצוץ MF, המאפיין את החוזק הדיאלקטרי של הבידוד, המתבטא מספרית בערך המתח שבו החומר המבודד מאבד את תכונות הבידוד שלו ומתקלקל תחת פעולת הזרם. I4 עובר דרכו.

מעגל שווה בידוד זה מאפשר לא רק לתאר את התהליכים המתרחשים בו כאשר מתח מופעל, אלא גם לקבוע פרמטרים שניתן לצפות בהם כדי להעריך את מצבו.

שיטות בדיקת בידוד חשמלי

הדרך הפשוטה והנפוצה ביותר להעריך את מצב הבידוד ואת תקינותו היא למדוד את ההתנגדות שלו באמצעות מגוהמטר.

בואו נשים לב לעובדה שנוכחות קבלים במעגל המקביל מסבירה גם את יכולת הבידוד לצבור מטענים חשמליים. לכן, יש לפרוק את הפיתולים של מכונות חשמל ושנאים לפני ואחרי מדידת התנגדות הבידוד על ידי הארקת המסוף שאליו מגוהמטר מחובר.

בעת מדידת התנגדות הבידוד של מכונות חשמליות ושנאים, יש לנטר את טמפרטורת הפיתולים, הנרשמת בדוח הבדיקה. לדעת את הטמפרטורה שבה בוצעו המדידות יש צורך להשוות את תוצאות המדידה ביניהן, מכיוון שהתנגדות הבידוד משתנה בחדות בהתאם לטמפרטורה: בממוצע, התנגדות הבידוד יורדת פי 1.5 עם עלייה בטמפרטורה כל 10 מעלות צלזיוס. וגם עולה עם הירידה המתאימה בטמפרטורה.

בשל העובדה שלחות, הכלול תמיד בחומרי בידוד, משפיעה על תוצאות המדידה, קביעת הפרמטרים המאפיינים את איכות הבידוד לא מתבצעת בטמפרטורות מתחת ל- 10 מעלות צלזיוס, שכן התוצאות המתקבלות לא יתנו רעיון נכון לגבי מצב הבידוד האמיתי.

כאשר מודדים את התנגדות הבידוד של מוצר קר כמעט, ניתן להניח שטמפרטורת הבידוד שווה לטמפרטורת הסביבה. בכל שאר המקרים, הטמפרטורה של הבידוד מונחת על תנאי להיות שווה לטמפרטורת הפיתולים, הנמדדת לפי ההתנגדות הפעילה שלהם.

כדי שהתנגדות הבידוד הנמדדת אינה שונה באופן משמעותי מהערך האמיתי, התנגדות הבידוד של רכיבי מעגל המדידה - חוטים, מבודדים וכו' - צריכה להכניס שגיאה מינימלית לתוצאת המדידה.לכן, בעת מדידת התנגדות הבידוד של מכשירים חשמליים במתח של עד 1000 וולט, ההתנגדות של אלמנטים אלה חייבת להיות לפחות 100 מגה אוהם, וכאשר מודדים את התנגדות הבידוד של שנאי כוח - לא פחות ממגבלת המדידה של המגוהמטר. .

אם תנאי זה לא מתקיים, יש לתקן את תוצאות המדידה להתנגדות הבידוד של רכיבי המעגל. לשם כך, התנגדות הבידוד נמדדת פעמיים: פעם אחת עם מעגל מורכב לגמרי והמוצר מחובר, ובפעם השנייה כשהמוצר מנותק. תוצאת המדידה הראשונה תיתן את התנגדות הבידוד המקבילה של המעגל והמוצר Re, ותוצאת המדידה השנייה תיתן את ההתנגדות של מרכיבי מעגל המדידה Rc. ואז התנגדות הבידוד של המוצר

אם עבור מכונות חשמליות של מוצרים אחרים לא נקבע רצף מדידת התנגדות הבידוד, אז עבור שנאי כוח רצף מדידה זה מוסדר על ידי התקן לפיו התנגדות הבידוד של מתפתל המתח הנמוך (LV) נמדדת תחילה. הפיתולים הנותרים, כמו גם הטנק, חייבים להיות מקורקעים. בהיעדר מיכל, יש להארקה את מעטפת השנאי או השלד שלו.

בנוכחות שלוש פיתולי מתח - מתח נמוך יותר, מתח בינוני גבוה ומתח גבוה יותר - לאחר פיתול המתח הנמוך, יש צורך למדוד את התנגדות הבידוד של פיתול המתח הבינוני ורק לאחר מכן את המתח הגבוה יותר.באופן טבעי, עבור כל המדידות, יש להארקה את הסלילים הנותרים, כמו גם את המיכל, ולפרוק את הסליל הלא מוארק לאחר כל מדידה על ידי חיבור לקופסה למשך 2 דקות לפחות. אם תוצאות המדידות אינן עומדות בדרישות שנקבעו, יש להשלים את הבדיקות על ידי קביעת התנגדות הבידוד של הפיתולים המחוברים זה לזה באופן חשמלי.

עבור שנאים דו-פתיליים, יש למדוד את ההתנגדות של פיתולי המתח הגבוה והנמוך ביחס למקרה, ולגבי שנאים תלת-פתליים, יש למדוד תחילה את פיתולי המתח הגבוה והבינוני, ולאחר מכן את פיתולי המתח הגבוה, הבינוני והנמוך. .

בעת בדיקת הבידוד של שנאי, יש צורך לבצע מספר מדידות כדי לקבוע לא רק את ערכי התנגדות הבידוד המקבילה, אלא גם להשוות את התנגדות הבידוד של הפיתולים עם פיתולים אחרים וגוף המכונה.

התנגדות הבידוד של מכונות חשמליות נמדדת בדרך כלל עם פיתולי פאזה מחוברים, ובאתר ההתקנה - יחד עם כבלים (מסילות). אם תוצאות המדידה אינן עומדות בדרישות שנקבעו, אזי נמדדת התנגדות הבידוד של כל פיתול פאזה ובמידת הצורך כל ענף של הפיתול.

יש לזכור שקשה לשפוט באופן סביר את מצב הבידוד לפי הערך המוחלט של התנגדות הבידוד בלבד. לכן, על מנת להעריך את מצב הבידוד של מכונות חשמליות במהלך הפעולה, התוצאות של מדידות אלה מושוות לתוצאות הקודמות.

פערים משמעותיים, מספר פעמים, בין התנגדויות הבידוד של שלבים בודדים מעידים בדרך כלל על פגם משמעותי כלשהו. ירידה בו זמנית בהתנגדות הבידוד עבור כל פיתולי הפאזות, ככלל, מצביעה על שינוי במצב הכללי של פני השטח שלו.

כאשר משווים את תוצאות המדידה, יש לזכור את התלות של התנגדות הבידוד בטמפרטורה. לכן, ניתן להשוות אחד עם השני את תוצאות המדידות שבוצעו באותה טמפרטורה או בטמפרטורה דומה.

כאשר המתח המופעל על הבידוד קבוע, סך הזרם Ii (ראה איור 1) הזורם דרכו פוחת ככל שמצב הבידוד טוב יותר, ובהתאם לירידה בזרם Ii, קריאות ה- עליית מגוהמטר. בשל העובדה שמרכיב ה-I2 של זרם זה, הנקרא גם זרם הספיגה, בניגוד לרכיב I3, אינו תלוי במצב המשטח המבודד, כמו גם בזיהום ובתכולת הלחות, היחס בין ערכי ההתנגדות לבידוד. ברגעי זמן נתון הוא תופס כמאפיין של תכולת לחות בידודית.

התקנים ממליצים למדוד את התנגדות הבידוד לאחר 15 שניות (R15) ולאחר 60 שניות (R60) לאחר חיבור המגוהמטר, והיחס בין ההתנגדויות הללו ka = R60 / R15 נקרא מקדם הספיגה.

עם בידוד לא לח, ka> 2, ועם בידוד לח - ka ≈1.

מכיוון שערכו של מקדם הספיגה כמעט בלתי תלוי בגודל המכונה החשמלית ובגורמים אקראיים שונים, ניתן לנרמל אותו: ka ≥ 1.3 ב-20 מעלות צלזיוס.

השגיאה במדידת התנגדות הבידוד לא תעלה על ± 20%, אלא אם כן נקבעה ספציפית עבור מוצר ספציפי.

במוצרי חשמל, מבחני חוזק חשמלי כפופים את בידוד הפיתולים לגוף וזה לזה, וכן את בידוד הביניים של הפיתולים.

על מנת לבדוק את החוזק הדיאלקטרי של הבידוד של סלילים או חלקים נושאי זרם לבית, מופעל מתח סינוסאידי מוגבר בתדר של 50 הרץ על המסופים של הסליל שנבדק או חלקים נושאי זרם. המתח ומשך היישום שלו מצוינים בתיעוד הטכני של כל מוצר ספציפי.

בעת בדיקת החוזק הדיאלקטרי של הבידוד של פיתולים וחלקים חיים לגוף, כל שאר הפיתולים והחלקים החיים שאינם מעורבים בבדיקות חייבים להיות מחוברים חשמלית לגוף המוארק של המוצר. לאחר סיום הבדיקה, יש להאיר את הסלילים כדי להסיר את המטען השיורי.

באיור. 2 מציג תרשים לבדיקת חוזק דיאלקטרי של סלילה של מנוע חשמלי תלת פאזי מתח היתר נוצר ע"י מתקן בדיקה AG המכיל מקור מתח מוסדר E. המתח נמדד בצד המתח הגבוה בעזרת מד מתח פוטו-וולטאי. מד זרם PA משמש למדידת זרם הדליפה דרך הבידוד.

המוצר נחשב כמי שעבר את הבדיקה אם אין התמוטטות של הבידוד או חפיפה של פני השטח, וכן אם זרם הזליגה אינו חורג מהערך המצוין בתיעוד למוצר זה. שימו לב כי בעל מד זרם המנטר את זרם הדליפה מאפשר להשתמש בשנאי במערך הבדיקה.

אורז. 2. תכנית לבדיקת חוזק דיאלקטרי של בידוד מוצרי חשמל

בנוסף לבדיקת מתח תדר של בידוד, בידוד נבדק גם במתח מתוקן. היתרון של בדיקה כזו הוא האפשרות להעריך את מצב הבידוד על סמך תוצאות מדידת זרמי הדליפה בערכים שונים של מתח הבדיקה.

על מנת להעריך את מצב הבידוד, הוא משמש מקדם של אי-לינאריות

כאשר I1.0 ו-I0.5 הם זרמי דליפה 1 דקה לאחר הפעלת מתחי בדיקה השווים לערך המנורמל של Unorm ומחצית מהמתח הנקוב של המכונה החשמלית Urated, kn <1.2.

שלושת המאפיינים הנחשבים - התנגדות בידוד, מקדם ספיגה ומקדם אי-לינאריות - משמשים לפתרון שאלת האפשרות להפעיל מכונה חשמלית מבלי לייבש את הבידוד.

בעת בדיקת החוזק הדיאלקטרי של הבידוד לפי התרשים באיור. 2 כל הסיבובים של הפיתול הם כמעט באותו מתח ביחס לגוף (אדמה) ולכן הבידוד של הסיבוב לא מסומן.

אחת הדרכים לבדוק את החוזק הדיאלקטרי של הבידוד המבודד היא להעלות את המתח ב-30% בהשוואה לנומינלי. מתח זה מופעל ממקור מתח מוסדר EK לנקודת הבדיקה ללא עומס.

שיטה נוספת חלה על גנרטורים הפועלים במצב סרק והיא מורכבת מהגדלת זרם העירור של הגנרטור עד למתח (1.3 ÷ 1.5) Unom מתקבל במסופים של הסטטור או האבזור, בהתאם לסוג המכונה.בהתחשב בכך שגם במצב סרק, הזרמים הנצרכים על ידי פיתולי המכונות החשמליות יכולים לחרוג מהערכים הנומינליים שלהם, התקנים מאפשרים לבצע בדיקה כזו בתדירות מוגברת של המתח המסופק לפיתולי המנוע מעל הערך הנומינלי או בשעה הגברת מהירות הגנרטור.

לבדיקת מנועים אסינכרוניים, ניתן גם להשתמש במתח בדיקה בתדר של fi = 1.15 fn. בתוך אותם גבולות, ניתן להגביר את מהירות הגנרטור.

כאשר בודקים את החוזק הדיאלקטרי של הבידוד באופן כזה, יופעל מתח השווה מספרית ליחס המתח המופעל חלקי מספר סיבובי הסליל בין סיבובי סליל סמוכים. הוא שונה מעט (ב-30-50%) מזה שקיים כאשר המוצר פועל במתח נומינלי.

כידוע, מגבלת עליית המתח המופעלת על מסופי הסליל הממוקמים על הליבה נובעת מהתלות הלא-לינארית של הזרם בסליל זה במתח במסופים שלו. במתחים הקרובים לערך הנומינלי Unom, הליבה אינה רוויה והזרם תלוי באופן ליניארי במתח (איור 3, סעיף OA).

ככל שהמתח עולה, U מעל הזרם הנומינלי בסליל עולה בחדות, וב-U = 2Unom הזרם יכול לחרוג מהערך הנומינלי בעשרות מונים. על מנת להעלות משמעותית את המתח לכל סיבוב של הפיתול, בודקים את חוזק הבידוד בין הסיבובים בתדר הגבוה פי כמה (פי עשרה ויותר) מהנומינלי.

אורז. 3. גרף של תלות הזרם בסליל עם ליבה במתח המופעל

אורז. 4.ערכת בדיקת בידוד מתפתלת בתדירות זרם מוגברת

הבה נשקול את העיקרון של בדיקת בידוד הביניים של סלילי מגע (איור 4). סליל הבדיקה L2 ממוקם על המוט של המעגל המגנטי המפוצל. מתח U1 מופעל על המסופים של סליל L1 בתדירות מוגברת, כך שלכל סיבוב של סליל L2 ישנו מתח הכרחי לבדיקת החוזק הדיאלקטרי של הבידוד מסיבוב לסיבוב. אם הבידוד של פיתולי הסליל L2 במצב טוב, אזי הזרם הנצרך על ידי סליל L1 ונמדד עם מד הזרם PA לאחר התקנת הסליל יהיה זהה לקודם. אחרת, הזרם בסליל L1 גדל.

אורז. 5. תכנית למדידת הטנגנס של זווית ההפסדים הדיאלקטריים

האחרון מבין מאפייני הבידוד הנחשבים - משיק הפסד דיאלקטרי.

ידוע שלבידוד יש התנגדות אקטיבית ותגובתית, וכאשר מופעל עליו מתח מחזורי זורמים בבידוד זרמים פעילים ותגובתיים, כלומר יש הספקים P ו-Q תגובתיים. היחס P ל-Q נקרא הטנגנס של זווית ההפסד הדיאלקטרי והוא מסומן tgδ.

אם נזכור ש-P = IUcosφ ו-Q = IUsinφ, אז נוכל לכתוב:

tgδ הוא היחס בין הזרם הפעיל שזורם דרך הבידוד ל זרם תגובתי.

כדי לקבוע tgδ, יש צורך למדוד בו זמנית כוח פעיל ותגובתי או התנגדות בידוד אקטיבית ותגובתית (קיבולית). העיקרון של מדידת tgδ בשיטה השנייה מוצג באיור. 5, כאשר מעגל המדידה הוא גשר יחיד.

זרועות הגשר מורכבות מקבל דוגמה C0, קבל משתנה C1, משתנה R1 ונגדים קבועים R2, כמו גם הקיבול והתנגדות הבידוד של מתפתל L לגוף המוצר או המסה, המתוארים באופן קונבנציונלי כקבל Cx ונגד Rx. במקרה שיש צורך למדוד tgδ לא על הסליל, אלא על הקבל, הלוחות שלו מחוברים ישירות לטרמינלים 1 ו-2 של מעגל הגשר.

האלכסון של הגשר כולל גלוונומטר P ומקור מתח, שבמקרה שלנו הוא שנאי T.

כמו אצל אחרים מעגלי גשר תהליך המדידה מורכב מהשגת הקריאות המינימליות של המכשיר P על ידי שינוי רציף של ההתנגדות של הנגד R1 והקיבול של הקבל C1. בדרך כלל, הפרמטרים של הגשר נבחרים כך שהערך של tgδ בקריאות אפס או מינימום של ההתקן P נקרא ישירות על קנה המידה של הקבל C1.

ההגדרה של tgδ היא חובה עבור קבלי חשמל ושנאים, מבודדי מתח גבוה ומוצרים חשמליים אחרים.

בשל העובדה שבדיקות חוזק דיאלקטרי ומדידות tgδ מבוצעות, ככלל, במתחים מעל 1000 V, יש להקפיד על כל אמצעי הבטיחות הכלליים והמיוחדים.

הליך בדיקת בידוד חשמלי

יש לקבוע את הפרמטרים והמאפיינים של הבידוד שנדונו לעיל ברצף שנקבע על ידי התקנים לסוגי מוצרים ספציפיים.

לדוגמה, בשנאי כוח, תחילה נקבעת התנגדות הבידוד ולאחר מכן נמדדת המשיק של ההפסד הדיאלקטרי.

עבור מכונות חשמליות מסתובבות, לאחר מדידת התנגדות הבידוד לפני בדיקת החוזק הדיאלקטרי שלה, יש צורך לבצע את הבדיקות הבאות: בתדירות סיבוב מוגברת, עם עומס זרם או מומנט קצר טווח, עם קצר חשמלי פתאומי (אם זה מיועד למכונה סינכרונית זו), בדיקת בידוד של המתח המיושר של הפיתולים (אם צוין בתיעוד למכונה זו).

תקנים או מפרטים לסוגי מכונות ספציפיים עשויים להשלים רשימה זו עם בדיקות אחרות שעשויות להשפיע על החוזק הדיאלקטרי של הבידוד.