Лекция : Измерение сопротивления электрической изоляции и коэффициента абсорбации

Измерение сопротивления электрической изоляции – наиболее частое измерение при проведении электротехнических работ. Основная цель данного вида измерений – определение пригодности к эксплуатации электрических проводников, электрических машин, электрических аппаратов и электрооборудования в целом.

Сопротивление изоляции зависит от различных факторов. Это и температура окружающей среды, и влажность воздуха, и материал изоляции и т.д. Единица измерения сопротивления – Ом. При замерах сопротивления изоляции величиной обычно является килоОм (1кОм) и мегаОм (1МОм).

Сопротивление изоляции чаще всего измеряют у электрических кабелей, электрической проводки, электродвигателей, автоматических выключателей, силовых трансформаторов, распределительных устройств. Основным прибором для замеров является мегаомметр (мегомметр). Мегаомметры бывают двух основных видов – стрелочные с ручным приводом и электронные с цифровым дисплеем.

В процессе измерений мегаомметр генерирует испытательное напряжение. Стандартные напряжения мегаомметров – 100В, 250В, 500В, 1000В, 2500В. Чаще всего используют мегаомметры на напряжение 1000В и 2500В, реже на 500В.

Проверка исправности мегаомметра

Перед выполнением замеров, необходимо проверить исправность используемого прибора. Для этого выполняется два контрольных замера. Первое измерение проводится при закороченных между собой проводах мегаомметра. В этом случае измеряемая величина должна быть равна нулю. Второе контрольное измерение выполняется при разомкнутых проводах. Измеряемая величина сопротивления должна стремиться к бесконечно большому значению.

Техника безопасности при проведении измерений

При замерах сопротивления изоляции необходимо соблюдать технику безопасности. Во-первых, пользоваться неисправным мегаомметром категорически запрещается. Во-вторых, перед измерением необходимо проверить индикатором или указателем отсутствие напряжения на электрическом кабеле, двигателе или электрооборудовании. При отсутствии напряжения снимается остаточный заряд путём кратковременного заземления тех частей кабеля, двигателя или электрооборудования, которые в рабочем режиме находились под напряжением. Действия по снятию электрического заряда следует также проводить и после каждого замера.

Измерение сопротивления изоляции силовых электрических кабелей и электропроводки

Изоляция электрических кабелей и электрических проводов проверяется сначала на заводе изготовителе, затем перед непосредственной прокладкой, ну и после окончания электромонтажных работ. Количество замеров зависит от количества жил кабеля или провода.

Силовые электрические кабели и провода бывают трёхжильными, четырёхжильными и пятижильными. Три жилы – это или фаза, ноль и провод заземления, или три фазы «A», «B», «C». Четыре жилы – это три фазы плюс ноль (провод заземления или комбинированная жила PEN). Пять жил – это три фазы, нулевой проводник и провод заземления.

Замеры сопротивления изоляции трёхжильного кабеля или провода выполняют следующим образом. Каждая из трёх жил проверяется по отношению к двум другим заземлённым жилам. В итоге получается три замера. Кроме того, можно проверять сопротивление сначала между каждыми двумя жилами, а затем между каждой жилой и «землёй». В этом случае получается шесть замеров.

В случае с четырёхжильным или пятижильным электрическим кабелем (проводом) методика замеров аналогична измерениям трёхжильного проводника, только количество замеров будет несколько больше.

Для того, чтобы измеряемое значение соответствовало действительности, замер выполняется в течение одной минуты. Величина сопротивления изоляции электрического проводника должна быть в пределах государственных норм. Обычно для низковольтных кабелей 220В или 380В она составляет 0,5МОм или 1МОм.

Измерение сопротивления изоляции электрических двигателей

Для электродвигателей проверяется изоляция обмоток статора. В настоящее время наибольшее распространение получили трёхфазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором на рабочее напряжение 380В.

У таких двигателей имеется три обмотки статора, которые соединяются между собой либо по схеме треугольника, либо по схеме звезды. Соединение выполняется или внутри корпуса двигателя, или в соединительной коробке двигателя, которая называется «борно». Т.к. в первом случае отсоединить обмотки друг от друга не представляется возможным, то измерение сводится к замеру изоляции всех трёх соединённых обмоток по отношению к корпусу двигателя. Во втором варианте обмотки можно отсоединить друг от друга, после чего выполняется проверка изоляции между обмотками, а также проверка изоляции каждой обмотки по отношению к металлическому корпусу двигателя. Каждый замер выполняется в течение одной минуты. Конечное значение величины должно также соответствовать нормам завода изготовителя.

На производстве очень часто применяются достаточно мощные высоковольтные электродвигатели. Замер сопротивления изоляции обмоток таких двигателей часто сводится к определению коэффициента абсорбции, т.е. к определению увлажнённости обмоток. Для этого фиксируется значение после 15 секунд измерения и после 60 секунд. Значение коэффициента абсорбции - это отношение сопротивления R60 к сопротивлению R15. Величина не должна быть менее 1,3.

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ И КОЭФФИЦИЕНТА АБСОРБЦИИ СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Метод измерения сопротивления изоляции R₆₀ является наиболее простым и доступным; он находит широкое применение для контроля состояния изоляции трансформаторов и применяется:
1) для определения грубых дефектов в трансформаторах перед включением их под напряжение, например местных загрязнений, увлажнений или повреждений;
2) для оценки степени увлажнения изоляции в сочетании с другими показателями с целью определения возможности включения трансформатора в работу без дополнительной сушки.
Метод основан на особенностях изменения электрического тока, проходящего через изоляцию, после приложения к ней постоянного напряжения.
Изоляция обмоток трансформатора является неоднородным диэлектриком. При приложении постоянного напряжения к выводам схемы протекающий ток будет состоять из арифметической суммы трех составляющих:
1) емкостного тока Iг, обусловленного так называемой геометрической емкостью Сг. Ток Iг практически мгновенно спадает до 0, так как емкость Сг подключена к источнику без сопротивления и не оказывает влияния на результаты измерения R₁₅ и R₆₀;
2) тока абсорбции Iабс, протекающего по ветви Raбс—Сабс. Этот ток отражает процесс заряда слоев диэлектрика через сопротивление предшествующего слоя. С увлажнением изоляции сопротивление Raбс снижается, а емкость Сабс увеличивается, поэтому для более увлажненной изоляции ток Iабс имеет большее значение и быстрее спадает до 0. У сухой изоляции сопротивление Raбс велико, заряд конденсатора Сабс протекает медленно, поэтому начальное значение тока Iабс мало, а ток спадает длительное время;
3) тока сквозной проводимости Iскв, протекающего через сопротивление Rскв, обусловленное как наружным загрязнением изоляции, так и наличием в ней путей сквозной утечки. Этот ток устанавливается практически мгновенно и во времени не изменяется.
Сопротивление изоляции обратно пропорционально сумме указанных составляющих тока, в начале измерения имеет наименьшее значение, а затем по мере спадания тока Iабс возрастает, достигая установившегося значения, определяемого током Iскв. Для того чтобы иметь сопоставляемые результаты, сопротивление изоляции измеряют через 60 с после приложения напряжения, хотя в ряде случаев ток Iабс к этому времени еще неполностью спадает.
Значение сопротивления изоляции дает представление о среднем состоянии изоляции и уменьшается при ухудшении этого состояния главным образом из-за увлажнения и загрязнения.
Для оценки состояния изоляции трансформаторов производят измерение сопротивления изоляции всех обмоток, соединенных по схемам, приведенным в таблице 1.
Таблица 1 - Схемы для измерения сопротивления изоляции трансформаторов

* Измерения производят только для трансформаторов мощностью 10000 кВА и более.

При измерении все выводы обмоток одного напряжения соединяются вместе. Остальные обмотки и бак трансформатора должны быть заземлены.
Приведенные схемы измерения обеспечивают контроль всех основных участков изоляции трансформатора.
На рисунке 1 показаны участки изоляции трехобмоточного трансформатора, контролируемые при измерении сопротивления изоляции обмоток по схемам, приведенным в таблице 1. При помощи расчетов можно определить поврежденный участок изоляции, что иногда делают для уточнения места ухудшения состояния изоляции.

НН, СН, ВН — обмотки трансформатора; С1, С₂, С3, С4, — емкости, эквивалентные сопротивлению контролируемых участков изоляции
Рисунок 1 - Схема участков изоляции трансформатора, контролируемых при измерении сопротивления изоляции обмоток
Для трансформаторов мощностью до 80 MBА и напряжением до 150 кВ измерение выполняют при температурах не ниже + 10°С; для трансформаторов больших мощностей и более высоких напряжений измерения обычно производят при температурах заводских измерений, указанных в паспорте трансформатора, поэтому трансформаторы мощностью 80 MBА и более напряжением 110—750 кВ перед измерением, как правило, нагревают таким образом, чтобы отклонение фактической температуры измерения не отличалось более чем на 5°С от требуемого значения. Измерения при заводской температуре позволяют получить более достоверные результаты.
При отсутствии возможностей прогрева допускается измерения сопротивления изоляции производить при температурах, отличных от заводских, однако температура изоляции при измерении должна быть не ниже 20°С. Достоверность и точность измерений во многом зависят от условий измерения и правильного определения температуры изоляции.
Измерения сопротивления изоляции выполняют не ранее чем через 12 ч после полной заливки трансформаторов маслом и установки постоянного или временного расширителя. Допускается также производить измерения сопротивления изоляции трансформаторов, не долитых полностью маслом до уровня 150—200 мм от верхней крышки. При этом все детали главной изоляции трансформатора должны находиться в масле. Перед измерениями необходимо очистить наружные поверхности фарфоровых вводов от пыли и грязи. Измерение рекомендуется производить в сухую погоду, при отсутствии атмосферных осадков и пыли. Перед началом измерения испытываемую обмотку заземляют на 2—5 мин для снятия остаточных зарядов в изоляции. Такую же операцию проводят и при повторном измерении. Так как сопротивление изоляции существенно зависит от температуры изоляции, весьма важным является, точное определение температуры изоляции.
Температуру изоляции определяют до начала измерения. За температуру изоляции трансформатора, не подвергавшегося нагреву, принимают: в трансформатоpax на напряжение до 35 кВ с маслом — температуру верхних слоев масла, в трансформаторах на напряжение выше 35 кВ с маслом — среднюю температуру обмотки, определенную по сопротивлению постоянному току.
Если трансформатор подвергался нагреву, температура изоляции принимается равной средней температуре обмотки ВН, определяемой по сопротивлению обмотки постоянному току. Измерение указанного сопротивления выполняют не ранее чем через 60 мин после отключения нагрева токов обмотки или через 30 мин после отключения внешнего нагрева.
Температуру определяют по формуле:

где R0 — сопротивление обмотки, измеренное на заводе при температуре t0 (это значение приведено в паспорте трансформатора); Rx — измеренное значение сопротивления обмоток при температуре tx.
Сопротивление изоляции измеряют мегомметром на напряжение 2500 В с верхним пределом измерения не ниже 10000 МОм. В настоящее время применяют мегомметры, подающие напряжение на изоляцию от генераторов с ручным и электрическим приводом, а также от трансформатора с двумя вторичными обмотками через выпрямительную схему.
На рисунке 2 показана электрическая схема мегомметра типа МС-0,6, наиболее часто применяемого в полевых условиях. Вывод Л соединяется с испытываемой обмоткой, вывод 3 обычно подсоединяют к заземленному баку трансформатора. Вывод Э используют для исключения из схемы измерения утечек сквозного тока, не проходящего через изоляцию трансформаторов. Например, для исключения из схемы измерения утечек тока по внешним фарфоровым поверхностям вводов на нижней юбке устанавливают кольцо из фольги и соединяют его с выводом Э мегомметра. При этом токи внешней утечки не будут проходить через измерительные рамки мегомметра и вносить погрешности в результаты измерений.

Э — экран; Л — линия; 3 — земля; n — кратности диапазонов измерений
Рисунок 2 - Схема мегомметра типа МС-06
Сопротивление изоляции обмоток трансформатора зависит не только от состояния изоляции, но и от ее геометрических размеров. Таким образом, при одинаковом состоянии изоляции сопротивления изоляции обмоток разных типов трансформаторов будут иметь разные значения, поэтому оценку полученных значений сопротивления изоляции производят путем сравнения их с такими же значениями, полученными при изготовлении трансформатора Для трансформаторов на напряжение до 35 кВ оценку полученных значений сопротивлений изоляции можно осуществлять по допустимым предельным значениям.
Сопротивление изоляции обмоток трансформатора на напряжение 110—750 кВ, измеренное при температуре, при которой производились измерения на заводе, или приведенное к этой температуре, должно быть не менее 70% значений, указанных в паспорте трансформатора.
При оценке результатов измерения сопротивления изоляции трансформатора напряжением 35 кВ по предельным значениям полученные значения сопротивлений изоляции должны быть не менее значений, указанных в таблице 2.
Таблица 2 - Наименьшие допустимые значения сопротивления изоляции R₆₀ обмоток трансформаторов на напряжения до 35 кВ, залитых маслом

Если сопротивление R₆₀ измеряют при температуре, отличной от температуры, при которой производились измерения на заводе, полученные значения для сравнения приводят к температуре измерений на заводе путем пересчета с помощью коэффициента К, значения которого приведены в таблице 3:
Таблица 3 – Расчет коэффициента К

По методу измерения сопротивления изоляции обмоток трансформатора наиболее эффективно выявляются местные увлажнения и загрязнения изоляции, приводящие к увеличению тока сквозной проводимости, например увлажнение и загрязнение верхней и нижней ярмовой изоляции, изоляционной плиты и изоляционных участков приводных валов РПН, нижней фарфоровой юбки вводов и др.
Местные увлажнения и загрязнения участков изоляции, расположенных на значительном расстоянии от заземленных частей, а также такое увлажнение изоляции, когда основная масса влаги сосредоточена во внутренних слоях изоляции, выявляются этим методом недостаточно эффективно.
При оценке сопротивления R₆₀ следует иметь в виду, что они в значительной степени зависят от факторов, непосредственно не связанных с увлажнением и загрязнением изоляции, таких, например, как свойства залитого на монтаже масла, методы нагрева трансформатора и распределения температур внутри бака и др.
При оценке состояния изоляции одновременно с измерением сопротивления R₆₀ производят измерение коэффициента абсорбции. Коэффициентом абсорбции называют отношение сопротивления изоляции, измеренного спустя 60 с после приложения напряжения, к сопротивлению, измеренному через 15 с; значения его не зависят от геометрических размеров изоляции и характеризуют только интенсивность спадания тока абсорбции. С удалением влаги из изоляции коэффициент абсорбции возрастает, с увлажнением — падает.
Значение коэффициента абсорбции Kабс=R₆₀/R₁₅ должно быть не менее 1,3 при температуре от 10 до 30°С. Для хорошо высушенной изоляции значения коэффициента абсорбции обычно колеблется в пределах 1,3—2,0.