У машин, имеющих увлажнённую изоляцию, зависимость токов утечек от приложенного выпрямленного напряжения нелинейна. Нелинейность тем больше, чем больше прикладываемое напряжение. Нелинейность увлажнённой изоляции связана с явлением ионизации, наступающей при определённом напряжении, и резким увеличением в связи с этим тока утечки.
Критерием увлажнённости изоляции служит коэффициент нелинейности 
, являющийся отношением сопротивления изоляции постоянному току, определяемого по значению тока утечки при минимальном испытательном напряжении равном 
к сопротивлению, определяемому по значению тока утечки при 
где 
и 
– токи утечки через 1 мин после приложения испытательных напряжений, равных 
и половине номинального напряжения электрической машины 
.
Коэффициент нелинейности изоляции, состояние которой можно считать удовлетворительным, не должен быть больше 3.
Сопротивление изоляции
Сопротивление изоляции постоянному току Rиз. является основным показателем состояния изоляции. Наличие грубых внутренних и внешних дефектов (повреждение, увлажнение, поверхностное загрязнение) снижает сопротивление. Определение Rиз (Ом) производится измерением тока утечки Iут, проходящего через изоляцию, при приложении к ней выпрямленного напряжения:
Rиз = Uприл.выпр/Iут
В связи с явлением поляризации, имеющим место в изоляции, определяемое сопротивление Rиз зависит от времени с момента приложения напряжения. Правильный результат может дать измерение тока утечки по истечению 60 секунд после приложения напряжения, т.е. в момент, к которому ток абсорбции в изоляции в основном затухает.
Минимальное значение сопротивления изоляции при 75 °С обмоток электродвигателей R60 мощностью 5000 кВт и более, при котором они могут работать, определяется по формуле, МОм,
где – номинальное линейное напряжение. В; 
– номинальная мощность, кВА.
Если сопротивление изоляции, определённое по формуле, будет ниже 0,5 МОм, то минимальное допустимое значение принимают равным 0,5 МОм.
Сопротивление изоляции обмотки уменьшается при увеличении ее температуры.
Практически сопротивление изоляции измеряется при температуре обмотки значительно ниже 75 °С. В этих случаях значение 
, полученное по формуле, следует пересчитать путём умножения ее на температурный коэффициент, значения которого для интервала температур 10 – 75 °С приведены ниже:
| Температура, ° С | ||||||||
Температурный коэффициент, 
| 1,2 | 1,7 | 2,4 | 3,4 | 4,7 | 6,7 | 9,4 |
Наименьшие значения сопротивления изоляции обмоток электродвигателей мощностью до 5000 кВт включительно в зависимости от температуры приведены ниже:
| Температура, ° С | |||||||
| Сопротивление изоляции, МОм |
Метод частотной зависимости емкости С2/ С50
Для оценки состояния волокнистой изоляции класса А, используемой в трансформаторах, применяется метод частотной зависимости емкости. Ток заряда геометрической емкости изменяется как у сухой, так и у влажной изоляции очень быстро. Ёмкость влажной изоляции в отличие от сухой изоляции содержит более значительную абсорбционную емкость, ток заряда которой изменяется медленнее, чем ток заряда геометрической емкости. Это свойство и использовано в методе частотной зависимости емкости, при которой измеряется емкость изоляции на частотах 2 и 50 Гц. При измерении емкости изоляции на частоте 50 Гц (С50) успевает проявиться только геометрическая емкость, одинаковая у сухой и влажной изоляции. При измерении емкости изоляции на частоте 2Гц (С2) успевает проявиться абсорбционная емкость влажной изоляции, так. как у сухой изоляции она меньше и заряжается она очень медленно. У сухой изоляции отношение С2/С50 в связи с этим близко к единице, а у влажной значительно больше единицы.
Наибольшие значения С2/С50 для трансформаторов
| Значение отношения С2/ С50, измеренного при температуре обмоток, ºС | |||
| Температура изоляции | |||
| Масляные трансформаторы до 35 кВ | 1,1 | 1,2 | 1,3 |
| Масляные трансформаторы 110 кВ | 1,05 | 1,15 | 1,25 |
Контроль работоспособности изоляции по емкостным характеристикам основан на предположении, что емкость при неизменной температуре и частоте f изменяется незначительно. При скачкообразном изменении емкости судят о наличии дефектов в изоляции за счет появления больших по объему и хорошо проводящих включений и о шунтировании части изоляции.
Чем больше изоляция увлажнена, тем выше значение разности емкостей С = Смах - Сmin. С другой стороны, посторонние включения практически не влияют на емкость.
Следовательно, измерение емкости объекта при двух (низкой и высокой частотах) fн и fв позволяет судить о наличии в изоляции посторонних включений, в частности, увлажнения. Таким образом, изменение разности значений емкостей при двух значениях частоты или отношение (Смах – Сmin)/Смax позволяют судить об ухудшении состояния изоляции.
Определение ΔС/С (метод «емкость—время»).
Эта величина представляет собой отношение приращения емкости за определенный промежуток времени (например, 1 с) к измеренному значению емкости. Приращение происходит за счет абсорбционной емкости, которая успевает за это время проявиться у влажной изоляции и не успевает у сухой. Метод «емкость—время» применяется, как правило, для трансформаторов, не заполненных маслом, в связи с тем, что отношение ΔС/С сильно зависит от tg δ масла. Этот метод является самым чувствительным из всех известных в настоящее время методов контроля влажности изоляции.
Измерение емкости изоляции позволяет обнаружить и местные дефекты. Степень выявления дефектов зависит от соотношения между поврежденной и неповрежденной частями изоляции.
Активная составляющая приращения тока соответствует изменению диэлектрических потерь изоляции элемента, а реактивная изменению его емкости.
Частичные разряды
Частичным разрядом (ЧР) называется разряд в изоляции под действием приложенного напряжения, перекрывающий только часть изоляционного промежутка между электродами. Участок, шунтируемый частичным разрядом, может примыкать к одному из электродов.
Частичный разряд возникает либо на участке с пониженной электрической прочностью в воздушном или газовом включении, либо в зоне повышенной напряженности электрического поля. Наибольшую опасность представляют ЧР в газовых включениях, так как в этом случае они возникают при меньших напряжениях, чем в жидких диэлектриках или твердых компонентов внутренней изоляции.
Возникновение ЧР на участке КД аналогично пробою искрового промежутка между его концами.
При наличии источников ионизации, когда приложенное к диэлектрику переменное напряжение на дефектной части изоляции станет равным начальному напряжению ионизации Uни, в диэлектрике начнется частичный разряд.
Величиной индуктивности в цепи разряда пренебрегаем в виду его небольшого значения, поэтому разряд емкости С, происходит через сопротивление R, равное усредненному значению сопротивления канала разряда.
К количественным характеристикам ЧР относится его интенсивность. Единичный частичный разряд количественно оценивается кажущимся зарядом импульса ЧР и его энергией W, а характеристикой серии последовательных импульсов ЧР служит средняя частота f следования импульсов и средний ток IЧР.
Основные характеристики частичных разрядов. При длительном воздействии эксплуатационных факторов (электрического поля, изменений температуры, механических воздействий, увлажнения и т. п.) в изоляции оборудования высокого напряжения могут возникнуть ослабленные места - дефекты. Обычно такими дефектами являются газовые (воздушные) включения в твердом или жидком диэлектрике, возникшие или из-за нарушения структуры изоляции (расслоения, разрывы), или из-за попадания в конструкцию газов (газовыделение из изоляции, плохая вакуумировка и т. п.). Дефекты могут быть также следствием некачественного заводского изготовления изоляции.
Напряженность электрического поля в газовом включении превышает напряженность поля в окружающем твёрдом или жидком диэлектрике, так как диэлектрическая постоянная их выше, чем диэлектрическая постоянная газа. Электрическая прочность газов во включении ниже, чем прочность остальной части изоляции. Это создает условия для возникновения пробоя или перекрытия изоляции в месте дефекта - частичного разряда.
Частичные разряды, будучи следствием дефектов изоляционной конструкции, в то же время являются одним из процессов, вызывающих дальнейшее разрушение диэлектриков.
Частичным разрядом (ЧР) называется электрический разряд, который шунтирует лишь часть изоляции между электродами, находящимися под разными потенциалами. Он возникает вследствие ионизации газа или жидкого диэлектрика и может происходить как на поверхности раздела сред, так и внутри изоляции.
Процесс возникновения и развития ЧР существенно зависит от типа примененного диэлектрика и от конструктивных особенностей изоляции объекта.
Изоляцию неорганического происхождения (фарфор, стекло, слюду и т. п.) ЧР практически не разрушают. Поэтому развитие дефекта в изоляции такого типа может быть связано лишь с побочным действием ЧР (разрушением связующего лака, увеличением проводимости поверхностей из-за окислов, возникающих при разрядах в воздухе, и т. п.).
Рис. 4.1. Схемы замещения для исследования процесса частичных разрядов в изоляции
Органическая изоляция всех видов (бумага, масло, пластики) интенсивно разрушается как самими ЧР, так и побочными продуктами их действия. В конечном итоге воздействие ЧР приводит к развитию дефекта и пробою (перекрытию) всей изоляции.
Для диэлектриков, разрушаемых ЧР, различают разряды двух существенно различных видов - начальные и критические. Начальные частичные разряды - это разряды слабой интенсивности, не приводящие к заметному разрушению изоляции при длительном (тысячи часов) воздействии и не снижающие при кратковременном воздействии значения напряжения погасания разрядов. При длительном существовании таких разрядов происходит старение изоляции. Критические частичные разряды - разряды большой интенсивности, вызывающие быстрое разрушение изоляции и снижение значения напряжения погасания разрядов.
В зависимости от размеров включения и среды, в которой происходит разряд, длительность импульса тока ЧР может находиться в пределах от нескольких наносекунд до микросекунд.
Возвратное напряжение
Временная диаграмма изменения напряжения на диэлектрике представлена на рис. 3. После размыкания контактов (перевод из положения 2 в положение 3) возвратное напряжение возрастает, а затем медленно падает.
Временная диаграмма изменения напряжения на диэлектрике представлена на рис. 3. После снятия заряда замыканием в течение 2 секунд, возвратное напряжение возрастает, а затем медленно падает.
Для исключения влияния зарядного напряжения введем коэффициент поляризации – это величина возвратного напряжения Uв, деленная на зарядное напряжение (в %):
Kп= Uв/U0. (4)
Коэффициент поляризации зависит как от срока службы, так и температуры. По этой зависимости можно прогнозировать остаточный ресурс кабеля.
Рис. 3. Временная диаграмма изменения напряжения на диэлектрике
Коэффициент поляризации – это величина возвратного напряжения Uв, деленная на зарядное напряжение (в %):
Kп= Uв/U0.
Коэффициент поляризации зависит как от срока службы, так и температуры. По этой зависимости можно прогнозировать остаточный ресурс кабеля.
На основании статистической обработки результатов измерения возвратного напряжения на кабелях с пропитанной бумажной изоляцией на 6 кВ, получены зависимости, представленные на рис.5.
Диагностика путем измерения возвратного напряжения (RVM)
В результате этой диэлектрической диагностики получаем интегральную оценку влажности кабелей с пропитанной бумажной изоляцией – классификацию, которая делится на: классы: «сухая», «слегка влажная», «влажная» и «сырая». Оценивается эксплуатационная надежность и даются рекомендации по продолжению эксплуатации или по принятию каких-либо мер в отношении кабеля. Благодаря анализу измерения зарядного тока можно распознать указания на влажные муфты.
Краткое описание метода
Кабель заряжается зарядным напряжением приблизительно
15 мин и затем через сопротивление за несколько секунд разряжается. После этого измеряются характеристики образующегося возвратного напряжения. Эти три шага (зарядка, разрядка, измерение) для зарядных напряжений 1 кВ и 2 кВ каждый раз осуществляются автоматически один за другим. Отношение возвратных напряжений 2 кВ и 1 кВ характеризует состояние кабеля. Дополнительную информацию об общем состоянии изоляции кабеля можно получить путем измерения тока зарядки.
Обычная продолжительность автоматической диагностики составляет 2 часа 15 мин, без учета времени на подготовку к измерению кабеля.