2.2 Вимірювання опору ізоляції та випробування її на електричну міцність

Опір ізоляції обмоток вимірюється відносно корпусу електричної машини та між обмотками. Вимірювання здійснюється мегомметром, який є малопотужним генератором постійного струму. Випускаються мегомметри класу напруги 500, 1000 та 2500 В. Крім того, промисловість також випускає електронні мегомметри типу Ф4101 на напругу 100, 500 та 1000 В.

Згідно з вимогами вимірювання опору ізоляції електричних машин, які обертаються, потрібно виконувати мегомметрами класу 500 В, якщо напруга обмотки до 500 В включно, і мегомметрами класу не нижче 1000 В, якщо номінальна напруга обмотки вища 500 В. Для вимірювання опору ізоляції обмоток трансформаторів використовуються мегомметри класу 1000 В для трансформаторів до 35 кВ і потужністю менше 16 МВА та класу 2500 В для інших трансформаторів.

Під час вимірювання опору ізоляції обмоток великих електричних машин та трансформаторів, які мають значну ємність (між обмотками та на корпус), потрібно використовувати електронні мегомметри або мегомметри з моторним приводом, оскільки час перехідного процесу, що визначається величиною ємності, може сягати декількох хвилин. Запис опору ізоляції потрібно виконувати двічі: через 15 та 60 с після появи напруги на обмотках. Вимірювання опору ізоляції здійснюється як в практично холодному, так і в нагрітому стані за температури обмоток, яка наближена до робочої, а також до й після випробувань ізоляції обмоток на електричну міцність. В результаті вимірювань, крім опору ізоляції, який відповідає вимірюванню через 60 с , визначають коефіцієнт абсорбції:

Опір ізоляції відносно корпусу машини та між фазами потрібно вимірювати почергово для кожного кола, яке має окремі виводи, за електричного з’єднання усіх інших кіл з корпусом машини. Після закінчення вимірювань опорів ізоляції кожного кола потрібно їх розрядити шляхом з’єднання з заземленим корпусом машини. Тривалість такого з’єднання для машин з обмотками на номінальну напругу 3000 В та вище складає 15 с або 1 хв для машин потужністю до 1 МВт чи більше 1 МВт, відповідно. Під час використання мегомметра (megohm meter; high-resistance ohmmeter) класу 2500 В тривалість з’єднання обмоток з корпусом складає не менше 3 хв.

Під час вимірювання опору ізоляції обмоток електричних машин відносно корпусу (рисунок 2.2, а) нульовий вивід мегомметра з’єднується з заземленим корпусом машини (через болт заземлення), а високовольтний вивід – з одним із виводів обмотки. Обмотки фаз, опір яких не вимірюється, заземлюються. При вимірюванні опору ізоляції між обмотками (рисунок 2.2, б) порядок приєднання виводів мегомметра до виводів обмотки будь-який. Аналогічна схема використовується для вимірювання опору ізоляції трансформаторів.

Значення опору ізоляції обмоток (в МОм) для робочої температури t повинно бути не менше від значення, яке визначене за формулою [16]:

де U – номінальна напруга обмотки, В;

         P – номінальна потужність (rated power) машини, кВА або кВт.

Якщо значення опору ізоляції, яке отримане за допомогою формули (2.8), не перевищує 0,5 МОм, то як мінімально допустиме приймаємо  МОм.

Оскільки вимірювання опору ізоляції при робочій температурі дуже складне, допускається проведення вимірювань за більш низької температури. У цьому випадку мінімально допустимий опір ізоляції для температури  потрібно визначати за формулою:

– мінімально допустимій опір ізоляції визначений за формулою (2.8), але не менший 0,5 МОм.

Приклад. Визначимо мінімально допустимій опір ізоляції обмотки статора (stator) асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором типу 4АН280М2У3 потужністю 200 кВт, напругою 660 В, класом нагрівостійкості ізоляції обмотки ротора F. Вимірювання опору ізоляції здійснюється за температури 20°С.

Визначимо за формулою (2.8) мінімально допустимий опір ізоляції для робочої температури (для класу нагрівостійкості F розрахункова температура складає 115°С):

Визначимо мінімально допустимий опір ізоляції для температури 20°С:

Отже, опір ізоляції асинхронного двигуна за температури 20°С повинен бути не менше 21,12 МОм.

Випробування ізоляції обмоток електричних машин на електричну міцність проводять для визначення кількісного показника електричної міцності ізоляції обмоток відносно корпусу машини, між обмотками та між вітками фаз. Випробування ізоляції обмоток відносно корпусу машини та між фазами проводять змінною напругою частотою 50 Гц від випробувального трансформатора потужністю не менше 1 кВ×А на 1 кВ напруги випробування.

Регулювання напруги здійснюється плавно або ступенями, які не перевищують 5% від випробувального значення, на стороні первинної обмотки випробувального трансформатора. Випробування починають з напруги не вищої від 1/3 випробувальної. Час підвищення напруги від половинного значення до випробувального має бути не менше 10 с; випробувальна напруга витримується протягом 1 хв. Після цього напруга плавно знижується до 1/3 від випробувальної та вимикається живлення трансформатора.

Принципова схема установки для випробувань наведена на рисунку 2.3. Основною частиною установки є випробувальний високовольтний трансформатор 7, який отримує живлення від мережі через автотрансформатор для регулювання напруги 6. Автотрансформатор дозволяє плавно піднімати напругу від нуля на первинній обмотці трансформатора 7 і тим самим напругу на обмотці, яка випробовується. Під час пробою ізоляції збільшується струм в обмотках трансформатора 7. Для його обмеження використовується захисний опір 8. Вважається, що ізоляція пройшла випробування, якщо не виникло її пробою або перекриття ковзними розрядами.

Для гарантування безпеки роботи високовольтний трансформатор, електрична машина, що випробовується, та всі струмоведучі частини, які знаходяться під час випробувань під високим потенціалом, захищені металевим заземленим огородженням. На дверях огородження  встановлено кінцевий вимикач 2 з контактом, який розмикається під час відкривання дверей та вимикає установку з мережі. Увімкнення установки можливе тільки з зачиненими дверима захисної конструкції й здійснюється рубильником 1. При цьому вмикається лампа 3, яка освітлює табло “Установка увімкнена” над дверима огорожі.

Після натискання кнопки “Пуск” 14 обмотка магнітного пускача 16 вмикається під напругу та замикаються його основні контакти 4, які підключають до мережі автотрансформатор 6. Одночасно з основними контактами замикається й допоміжний контакт 15, який засвічує на пульті червоний сигнал “Висока напруга подана”. Це означає, що під час натискання кнопки 10 висока напруга може бути подана на електричну машину, яка випробовується. Для ввімкнення високовольтного трансформатора цю кнопку потрібно натиснути й утримувати рукою.

Випробувальний трансформатор (test(ing) transformer) приєднується до автотрансформатора через реле максимального струму, яке вимикає високовольтний трансформатор у момент пробою ізоляції обмотки машини, що випробовується. У момент пробою контакт 12 цього реле розмикається, коло управління магнітним пускачем залишається без живлення, всі контакти пускача розмикаються, гасне лампа 5 і автотрансформатор з випробувальним трансформатором вимикається з мережі. Контроль за значенням випробувальної напруги здійснюється за допомогою високовольтного вольтметра 9, який розташований за огорожею. Після закінчення випробувань вимикають рубильник 1 (напругу перед цим знижують до нуля), відчиняють двері огорожі, заземлюють вивід  для розряду конденсатора “обмотка-корпус” та складають наступну схему.

Випробуванню ізоляції на електричну міцність відносно корпусу потрібно піддавати по черзі кожне коло, яке має окремі виводи. При цьому один вивід випробувального трансформатора 7 під’єднують до будь-якого з виводів обмотки, що випробовується (на рисунку 2.3 до виводу ), а інший вивід заземлюють та під’єднують до заземленого корпусу машини, з яким під час випробування обмотки  електрично з’єднують обмотки  та .

Випробування ізоляції обмотки суміжних витків двигуна, який працює на холостому ходу, проводиться напругою  протягом 3 хв. Для гідрогенераторів ізоляція обмотки (primary insulation) суміжних витків повинна випробовуватись напругою  протягом 5 хв, для турбогенераторів напругою  – протягом 5 хв. Потрібне значення випробувальної напруги генераторів досягається збільшенням струму збудження. Під час випробувань машин постійного струму з кількістю полюсів більше чотирьох, напруга між суміжними колекторними пластинами не повинна перевищувати 24 В.