способ диагностирования корпусной изоляции электрической машины

Формула изобретения

Способ диагностирования корпусной изоляции электрической машины, заключающийся в том, что на объект измерений подают постоянное напряжение U_p, по достижении установившегося значения тока зарядки объект закорачивают и после разрядки геометрической емкости объекта измеряют величину восстановленного напряжения в момент его максимума U_Bm, далее определяют величину коэффициента абсорбции k_а по формуле

и сравнивают ее со среднестатистическим значением k_a, характерным для данного типа изоляции в исходном состоянии, по величине снижения измеренного k_a относительно исходного судят о техническом состоянии изоляции.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для оценки технического состояния изоляции крупных электрических машин в процессе испытания макетов электрической изоляции и эксплуатации электрических машин.

В настоящее время широкое распространение нашли три метода неразрушающих испытаний изоляции электрических машин: акустический контроль, контроль приращения тангенса угла диэлектрических потерь и определение интенсивности частичных разрядов [1]. Акустический контроль и контроль приращения тангенса угла диэлектрических потерь годятся не для всех видов дефектов и не всегда позволяют идентифицировать вид дефекта. Наиболее распространенным методом контроля изоляции электрических машин до сих пор остается определение интенсивности частичных разрядов. Однако интенсивность частичных разрядов растет при старении электрической изоляции не очень значительно до перехода частичных разрядов в критическую фазу, что сужает область применения данного метода.

Современные способы выявления короткозамкнутых витков (например, [2]) неприменимы для корпусной изоляции. Методы диагностики электрических машин по внешнему электромагнитному полю в процессе работы, такие как [3], также направлены на диагностирование не корпусной изоляции, а электрической машины в целом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению можно считать способ контроля качества электрической изоляции по установившемуся значению сопротивления изоляции [4]. Этот способ заключается в том, что на изоляцию подают постоянное напряжение и измеряют сопротивление изоляции и его производную по времени и за установившееся значение сопротивления изоляции принимают удвоенное значение сопротивления изоляции в момент времени, когда первая производная сопротивления по времени имеет максимум, а вторая производная равна нулю. Он позволяет сократить время измерения при оценке состояния изоляции. Однако нельзя судить о состоянии изоляции только по величине ее сопротивления, т.к. оно может как расти, так и падать с увеличением срока эксплуатации электрической машины.

Задача изобретения заключается в создании способа диагностирования корпусной изоляции электрических машин, позволяющего оценивать техническое состояние как электрической изоляции в процессе эксплуатации электрической машины, так и макетов электрической изоляции в процессе ускоренных ресурсных испытаний.

Решение поставленной задачи достигается тем, что на электрическую изоляцию в течение нескольких минут подают постоянное напряжение, которое может быть выбрано на порядок ниже номинального (стадия I). Далее образец электрической изоляции закорачивают (замыкают на низкоомное сопротивление) на несколько секунд (стадия II). После этого электрическую изоляцию подключают ко входу вольтметра с высоким входным сопротивлением и регистрируют восстановленное напряжение (стадия III). Весь процесс измерений производится в изотермических условиях. После этого определяют величину коэффициента абсорбции k_a и сравнивают ее со среднестатистическим значением k_a, характерным для данного типа изоляции в исходном состоянии. По величине снижения измеренного k_a относительно исходного судят о техническом состоянии изоляции.

При этом отличительными признаками изобретения являются наличие стадий замыкания и измерения восстановленного напряжения (стадии II и III); контроль состояния корпусной изоляции по коэффициенту абсорбции, который определяют по величине восстановленного напряжения в максимуме; использование для измерений универсального электрометрического вольтметра в различных режимах работы. Наличие этих признаков позволяет оценивать техническое состояние как электрической изоляции в процессе эксплуатации электрической машины, так и макетов электрической изоляции в процессе ускоренных ресурсных испытаний без использования громоздких измерительных установок.

На фиг. 1, 2 показана схема соединений при работе электрометрического вольтметра в режимах измерения сопротивления и напряжения соответственно. На фиг. 3 представлены зависимости восстановленного напряжения от времени для макетов с изоляцией Samicapor H 366-58, пропитанной КП-99ИД.

На чертежах 1 - источник опорного напряжения, 2 - объект измерения, 3 - усилитель, 4 - емкость. Временные зависимости восстановленного напряжения даны для макетов изоляции в исходном состоянии (5) и после термостарения при Т=200С в течение 2000 ч (6) и при Т=220С в течение 1200 ч (7).

Недостатком традиционно используемых установок для измерения восстановленного напряжения (см., например, [5]) является громоздкость, что затрудняет их транспортирование к объекту измерений. Предлагаемый способ предполагает использование универсального электрометрического вольтметра в различных режимах работы в качестве установки для измерения восстановленного напряжения.

Предлагаемый способ диагностики электрической изоляции реализуется следующим образом. На первой стадии электрометрический вольтметр 3, 4 работает в режиме измерения сопротивления (фиг. 1), что обеспечивает подачу на образец постоянного напряжения U_p. При зарядке (поляризации) пространственно или структурно неоднородного диэлектрика на границах раздела (слоев, фаз и т.п.) в нем накапливается электрический заряд. Время зарядки (порядка 3 мин) выбирается таким образом, чтобы его хватило для установления замедленных видов поляризации в исследуемой изоляции, что соответствует достижению установившегося значения тока зарядки. Увеличение времени зарядки нецелесообразно, т.к. это отражается на времени измерений в целом. Напряжение зарядки (U_p=100-1000 В, подают с использованием источника опорного напряжения 1) не должно превышать величины, при которой становится возможным повреждение изоляции в результате испытаний, но в то же время не должно быть слишком низким, чтобы не допустить изменения механизма поляризации. Зарядка может осуществляться также при повышенной температуре (порядка 100С), что приводит к значительному улучшению воспроизводимости результатов. Закоротка объекта измерений 2 (стадия II) осуществляется путем замыкания входа вольтметра 3, 4, переключенного в режим измерения напряжения. В результате кратковременной закоротки снимается заряд на электродах объекта измерения (разряжается его геометрическая емкость). Если время закоротки превышает 5-10 с, начинается нежелательный процесс стекания объемного заряда, накопленного в изоляции при зарядке. Последующее размыкание входа обеспечивает необходимые для измерения восстановленного напряжения U_B условия (фиг. 2). Измеренные значения восстановленного напряжения U_B (стадия III) характеризуют изменение степени неоднородности объекта измерения в процессе старения. При этом входное сопротивление вольтметра 3, 4 (обеспечиваемого соответствующими техническими характеристиками усилителя 3) должно быть много больше сопротивления изоляции (т.е. 10¹⁴ Ом).

Для количественной оценки технического состояния изоляции предлагается использовать два параметра: коэффициент абсорбции k_a и время максимума t_m (время, по истечении которого на кривой U_B=f(t) фиксируется максимум восстановленного напряжения). Коэффициент абсорбции принято оценивать как отношение восстановленного напряжения U_B, измеренного по истечении 30 с - 3 мин после начала стадии III, к напряжению поляризации U_p. Однако (как было показано авторами по результатам исследования плоских образцов, изготовленных из макетов электрической изоляции, прошедших термостарение и/или испытание на длительную электрическую прочность в ОАО “Электросила”, г. Санкт-Петербург) временное положение максимума восстановленного напряжения (t_m) может изменяться в несколько раз при варьировании температуры эксперимента в пределах от минус 10 до 50С. Поскольку температура оказывает такое сильное влияние на положение максимума, а поддерживать ее на заданном уровне в процессе измерений на реальных объектах не всегда возможно, предлагается вычислять коэффициент абсорбции по величине восстановленного напряжения в максимуме U_Bm:

Величины k_a и t_m вместе взятые характеризуют скорость роста напряжения до максимума.

Характерное изменение временной зависимости восстановленного напряжения при термостарении по результатам измерения на макетах электрической изоляции в ОАО “Электросила” показано на фиг. 3. Видно, что старение материала изоляции сопровождается резким уменьшением способности изоляции накапливать электрический заряд (кривые 6, 7 по сравнению с 5). При этом наиболее информативной характеристикой, отражающей такие изменения, является k_a. Снижение k_a более чем на 50% говорит об изношенности изоляции.

Литература

1. Хазанов А.И. Научно-технические основы контроля монолитности корпусной изоляции электрических машин высокого напряжения: Дис....к-та техн. наук. - Л., 1989. - 201 с.

2. Патент РФ 2000129947, G 01 R 31/34. Петров В.В. Способ диагностики и контроля витковых замыканий в роторе синхронной машины.

3. Патент РФ 2117957, G 01 R 31/34. Аверьянов С.Е., Егоров Б.А., Леонов К.Б. Способ диагностирования электрооборудования.

4. Патент РФ 2101716, G 01 R 27/02. Серебряков А.С. Способ измерения установившегося значения сопротивления изоляции.

5. Пантелеев Ю.А. Исследование композиционных слюдосодержащих электроизоляционных материалов методами ТСД и восстановленного напряжения: Дис....к-та техн. наук. - СПб., 2002. -175 с.