Диагностирование изоляции судового электрооборудования

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство морского и речного транспорта

ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова»

ИНСТИТУТ МОРСКАЯ АКАДЕМИЯ

Факультет Судовой Энергетики

Кафедра основ судовой электроэнергетики

Реферат

По теме «диагностирование изоляции СЭО»

По дисциплине «Диагностирование элементов САЭЭМ»

Выполнил: Курсант 5-го курса ЗО

специальность «ЭСЭО и СА»

Климанов А.А.

Проверил: Преподаватель

Кудрявцев Ю.В.

Санкт-Петербург 2021 г

Электрическая изоляция токоведущих частей является одним из наиболее важных элементов конструкции судового электрооборудования, ограничивающих работоспособность СЭО. В процессе эксплуатации состоянием изоляции в значительной мере определяется возможность возникновения пожара при коротких замыканиях. В связи с этим необходимо контролировать техническое состояние изоляции СЭО.

Наиболее характерными дефектами изоляции являются:Z1-естественное старение изоляции;Z2-объемное увлажнение;Z3-поверхностное увлажнение; Z4-термическое старение; Z5 -пробой изоляции (на корпус или междуфазный); Z6-поверхностное загрязнение; Z7- наличие воздушных включений.

Вероятность появления таких дефектов в изоляции СЭЭС в целом на основе эксплуатационных данных, полученных, например, для судов типа „Выборглес"(12 судов), „Ленинские искры"(11 судов), „Художник Сарьян"(7 судов) и „Кегостров"(3 судна), составляет, % : Z1-22,4 от всех отказов изоляции; Z 2- 21,1; Z 3-17Д; Z4-15,8; Z5-11,8; Z 6-9,2; Z7 -2,6.

В качестве параметра технического состояния изоляции обычно используют активную составляющую сопротивления изоляции токам утечки как наиболее легко поддающуюся измерению и контролю в процессе ТЭ. Это единственный параметр, для которого Правилами Регистра определены значения уставки (см. табл. 1.2).

Согласно Правилам Регистра, для измерения сопротивления следует применять приборы, рассчитанные на следующие рабочие напряжения: 500 В- для изоляции, рассчитанной на напряжения до 400 В, и не менее 1000 В- для изоляции на напряжение от 400 до 1000 В, 2500 В-для изоляции на напряжение 1000 В и выше. Сопротивление изоляции СЭО в нагретом состоянии необходимо измерять сразу после его отключения.

Измерение сопротивления изоляции в обесточенных сетях выполняют переносными мегаомметрами магнитоэлектрической системы. Они могут быть двух типов: индукторные (М1101; Ml 102 и др.) и безындукторные (БМ1, БМ2, Е6-16).

Наиболее характерными дефектами изоляции являются:

Ш Z1-естественное старение изоляции;

Ш Z2-объемное увлажнение;

Ш Z3-поверхностное увлажнение;

Ш Z4-термическое старение;

Ш Z5 -пробой изоляции (на корпус или междуфазный);

Ш Z6-поверхностное загрязнение;

Ш Z7- наличие воздушных включений.

Требования, при выборе параметров оценки технического состояния изоляции:

1. Должен быть информативным;

2. Легко измеряться в судовых условиях;

3. Должен быть нормированным.

В качестве параметра технического состояния изоляции обычно используют активную составляющую сопротивления изоляции токам утечки как наиболее легко под- дающуюся измерению и контролю в процессе ТЭ. Это единственный параметр, для которого Правилами Регистра определены значения уставки

Таблица Нормы сопротивления изоляции судового электрооборудования и средств автоматизации

Электрооборудование Сопротивление изоляции в нагретом состоянии, МОм нормальное, минимально не менее допустимое

Электрические машины 0,7 >0,20

Магнитные станции, пусковые устройства 0,5 >0,20

Щиты главные, аварийные, распределительные, пульты управления и т. п. изоляция судовой электрооборудование двигатель

при отключенных внешних цепях, специальных лампах указателей заземления и др.:

до 100 В 0,3 >0,06

от 100 до 500 В 1 >0,20

Аккумуляторные батареи при отключенных приемниках:

до 24 В 0,1 >0,02

от 25 до 220 В 0,5 >0,10

Фидер кабельной сети:

освещения до 100 В 0,3 >0,06

то же, от 101 до 220

В 0,5 >0,20

силовой от 100 до

500 В 1 >0,20

Цепи управления, сигнализации и контроля:

до 100 В 0,3 >0,06

от 100 до 500 В 1 >0,20

Согласно Правилам Регистра, для измерения сопротивления следует применять приборы, рассчитанные на следующие рабочие напряжения:

· 100 В - для изоляции, на напряжение до 127 В;

· 500 В - для изоляции, рассчитанной на напряжения 220 - 500 В;

· 1000 В - для изоляции на напряжение от 500 до 1000 В;

· 2500 В-для изоляции на напряжение 1000 В и выше.

Сопротивление изоляции СЭО в нагретом состоянии необходимо измерять сразу после его отключения.

Измерение сопротивления изоляции в обесточенных сетях выполняют переносными мегаомметрами магнитоэлектрической системы. Они могут быть двух типов: индукторные (М1101; Ml 102 и др.) и безындукторные (БМ1, БМ2, Е6-16).

В индукторных мегаомметрах источником питания является встроенный электрогенератор с ручным приводом и частотой вращения рукоятки 120 об/мин; измерения проводят двое специалистов из обслуживающего персонала. В безындуктор- ных мегаомметрах источником питания являются элементы типа „Сатурн"; измерения выполняет один человек.

(Рис.а)

В общем случае изоляция, например, проводника П относительно корпуса судна К может быть представлена схемой замещения, состоящей из трех параллельных цепей (рис.а).

(рис.б)

Схема замещения (а) электрической изоляции и изменение токов (б) в изоляции после приложения напряжения.

При приложении к изоляции электрического напряжения U через изоляцию будет протекать ток, составляющие которого характеризуются схемой на рис. 4.21, а. Емкость С1 называется геометрической, так как определяется геометрическими размерами изоляции и ее расположением как диэлектрика между проводящими элементами; по ней протекает I1-ток мгновенной поляризации. Наличием емкости С1 объясняется мгновенный бросок тока, возникающий в случае приложения к изоляции постоянного напряжения, и емкостный ток через изоляцию, если приложено переменное напряжение.

Емкость С2, называемая абсорбционной или емкостью медленной поляризации изоляции, и сопротивление R2 образуют цепь, характеризующую потери в диэлектрике, соответствующие поглощению (абсорбции) электрической энергии. Величина R2 зависит от однородности изоляции и ее диэлектрических свойств (чем однороднее изоляция и меньше пустот и расслоений в ней, тем больше R2). Ток I2 в цепи С2, R2 называется абсорбционным. От величины R2 зависит постоянная времени заряда емкости С2, равная Таким образом, чем лучше диэлектрические свойства изоляции, тем больше R2 и время заряда конденсатора С2.

Наличие емкостей С1 и С2 в схеме замещения объясняет способность изоляции накапливать электрические заряды, и это должно учитываться при эксплуатации СЭО- после отключения напряжения с токоведущих частей их заземляют на время, достаточное для разряда емкостей С1 и С2.

Сопротивление R1 определяет потери и сопротивление изоляции, и ток сквозной проводимости Ick, пропорциональный площади и обратно пропорциональный толщине изоляции. С увеличением влажности (сквозное увлажнение) изоляции ток сквозной проводимости возрастает.

Характер изменения токов I1,I2,Ick (рис. 4.21,6) при приложении постоянного напряжения к цепи проводник-изоляция-корпус объясняет поведение стрелки мегаомметра при измерении сопротивления изоляции. При приложении постоянного напряжения мегаомметра в цепи возникает мгновенный бросок зарядного тока I1, определяемого емкостью С1и довольно быстро уменьшающегося до нуля. Показания мегаомметра в этот момент практически нулевые. Одновременно происходит заряд абсорбционной емкости С2, и ток заряда I2 спадает по более плавной (экспоненциальной) кривой, и показания мегаомметра соответственно плавно увеличиваются. Установившийся ток Ick после окончания заряда емкости С2 определяется сопротивлением R1которое и измеряется мегаомметром.

Из схемы замещения следует, что при подключении изоляции к источнику постоянного напряжения U ток в изоляции (без учета кратковременного тока заряда геометрической емкости С1) изменяется во времени в соответствии с выражением

При этом изменяется и сопротивление изоляции

При этом изменяется и сопротивление изоляции

Свойство изоляции - изменять ток и сопротивление во времени после приложения постоянного напряжения - зависит от состояния изоляции, и поэтому зависимости R(t) и I (t) могут использоваться при оценке ТС изоляции: например, посредством ряда параметров, характеризующих крутизну кривых R(t) и I(t). В частности, для увлажненной изоляции кривая R(t) более пологая, чем для сухой. К таким параметрам, определяемым мегаомметром, в частности, относятся коэффициент абсорбции Ка, расчетный параметр сопротивления изоляции RP и коэффициент изменения сопротивления изоляции К1. Коэффициент Ka=R6o/R15 определяется отношением показаний мегаомметра через 15 с (когда заряд геометрической емкости С1 закончен) и через 60 с (когда закончен заряд абсорбционной емкости С2) после его включения. Для изоляции с допустимой увлажненностью Ка>2. В случае увлажнения изоляции значение Ка приближается к 1. Это объясняется тем, что из-за значительного уменьшения постоянной времени уже к первому отсчету, т. е. через 15 с, достигается значение R(t), близкое к установившемуся. Предельное минимальное значение Ка =1,3 при температуре 20°С. При Ка 1,3 и температуре воздуха 15...30°С изоляцию необходимо сушить.

Параметр для достаточно длинных кабелей и обмоток, более точно,характеризующий крутизну зависимости R(t),определяется с учетом измерения значения сопротивления R(ti) через время ti, равное, например, 5с после подключения мегаомметра.При диагностировании состояния изоляции полученное значение Rp сравнивается с его значением Rp0 при нормальном значении сопротивления изоляции. В случае увлажнения изоляции RP<RPo. Следует отметить, что диагностические параметры Ка и RP определяют на основе измерений соответствующих величии в переходном процессе, возникающем при подаче постоянного напряжения в цепь с изоляцией. Достаточно длительны переходные процессы для проведения измерений в условиях эксплуатации при контроле изоляции обмоток электрических машин, трансформаторов и протяженных кабельных линий (сотни метров). Например, осциллографирование электрического тока в переходном процессе при подаче напряжения постоянного тока между жилами кабеля и корпусом для кабеля КНР 3X1,5 мм2 длиной 7м при нормальном состоянии изоляции кабеля, коротком замыкании угольно-графитной пылью и объемном увлажнении кабеля показало, что переходный процесс длится сотые доли секунды. В связи с этим для обмоток и кабелей, имеющих относительно малые длины, применить параметры Ка и RP для оценки состояния изоляции в условиях эксплуатации на судне, как правило, не представляется возможным.

Коэффициент K1 = R'/R определяется отношением значений сопротивления изоляции, измеренных при подключении плюса мегаомметра к корпусу судна R' и при подключении минуса мегаомметра к корпусу судна R..Постоянный ток, создаваемый мегаомметром при наличии влаги, вызывает электролиз материалов, соприкасающихся с токопроводящими жилами. При электролизе металл жилы будет окисляться (если жила служит анодом) с образованием плохо проводящего слоя, поэтому полученное при измерении значение R изоляции будет повышено. Если жила служит катодом, то будет происходить восстановление металла жилы, а измеренное значение R' изоляции будет занижено. Таким образом, по величине К1 можно судить о причине снижения R изоляции. Если К1 =1, то причина снижения R-загрязнение, если K1<1-увлажненность.

Когда к изоляции прикладывают переменное электрическое напряжение U по ней начинает течь переменный электрический ток I и появляются диэлектрические потери. Эти потери определяются мощностью, рассеиваемой в диэлектрике (изоляции):

где -- угол фазового сдвига между U и I.

Значение РД зависит от объема и свойств диэлектрика, т. е. от технического состояния изоляции. В качестве параметра, зависящего от состояния изоляции на основании соотношения

где Iа и Iр - активная и реактивная составляющие тока; -угол, дополняющий угол до 90° (угол диэлектрических потерь), принимается величина тангенса диэлектрических потерь

Величина является важной характеристикой состояния изоляции, так как его значением определяется мощность диэлектрических потерь и, следовательно, температурный режим работы изоляции, от которого в свою очередь зависит скорость термического старения. Кроме этого, важное практическое значение имеет и потому, что его величина чувствительна к изменениям состояния изоляции. Ухудшение состояния обычно сопровождается ростом удельной проводимости изоляции и, значит, величины . В связи с этим по значению можно судить о состоянии изоляции, о наличии в ней загрязнений, в частности, влаги. Значение может быть измерено мостом переменного тока (например, типа МД16), схема которого показана на рис.4.22. Из условия равновесия моста следует, что и ,где Сх и СN емкости соответственно испытуемой изоляции и эталонного конденсатора.

В мостах для измерения при частоте 50 Гц сопротивление R4 принимается равным ,или 3184 Ом, поэтому .Таким образом, численно равен емкости С4, выраженной в микрофарадах. В связи с этим шкалы ручек емкости С4 имеют деления, непосредственно указывающие значение измеренного , %. Благодаря относительной простоте измерения и сильной зависимости от количества загрязнений в изоляции контроль изоляции оборудования высокого напряжения по значению стал одним из основных и самых распространенных методов проверки состояния изоляции на заводах-изготовителях и в энергосистемах. Для изоляции электрооборудования высокого напряжения нормируются предельные значения . Поскольку зависит от температуры изоляции, эти нормы задаются для определенной температуры. Оценка технического состояния изоляции по значению для низковольтного оборудования не считается показательной, и нормативная документация не содержит предельно допустимых значений при дефектации оборудования. По данным ремонта общепромышленного оборудования при проверке состояния изоляции производят измерения и сравнивают значение со значениями, полученными после предыдущего ремонта. При этом по величине оценивается степень увлажненности изоляции, наличие в ней загрязнений, ее общее старение и устойчивость к тепловому пробою. Для бездефектной увлажненной изоляции наименьшее значение не должно превышать 10%(при измерении мостом переменного тока типа МД16). Измерение выполняют только при удовлетворительных результатах проверки сопротивления изоляции.

Рис. Принципиальная схема моста переменного тока для измерения емкости и изоляции

Рис. Упрощенная электрическая схема прибора ПКВ

О степени увлажненности изоляции можно судить на основе зависимости емкости изоляции от частоты. Из схемы замещения изоляции (см. рис. 4.21,а) следует, что емкость изоляции зависит от частоты:

С увеличением частоты емкость уменьшается, приближаясь к значению С1. Увлажнение изоляции приводит к снижению сопротивления изоляции и, следовательно, к уменьшению постоянной времени и изменению характера зависимости . При контроле состояния изоляции обычно измеряют емкость при частоте 2 и 50 Гц, т.е. значения С (2) и С(50). Заключение о степени увлажненности изоляции делают по значению отношения С(2)/С(50).

Величины С (2) и С (50) измеряют специальными приборами контроля влажности типа ПКВ. В приборе, работающем по принципу емкость- частота переключатель S периодически подключает испытуемую изоляцию к источнику G постоянного напряжения U0(при этом заряжается), а затем к цепи с гальванометром PA ( разряжается). Средний ток, измеряемый гальванометром, , Измерения проводятся при частотах переключения 2 и 50 Гц, поэтому .

Допустимые значения С(2)/С(50) устанавливаются с учетом температуры контролируемой изоляции. Так, например, для изоляции силовых трансформаторов в нормальном состоянии допустимые значения составляют при температуре 20 °С.

При испытаниях изоляции СЭО в качестве параметра, характеризующего состояние изоляции, служит также электрическая прочность изоляции Е. Электрическая прочность определяет способность изоляции сохранять свои свойства при приложении напряжения и численно выражается значением напряжения, при котором материал разрушается и теряет изоляционные свойства.

На электрическую прочность изоляцию испытывают приложением напряжения, значение которого превышает номинальное. Испытанию подвергают изоляцию обмоток относительно корпуса, изоляцию обмоток между собой, межвитковую изоляцию обмоток, а также изоляцию жил кабелей относительно корпуса и между собой. Значение испытательных напряжений выбирается в зависимости от мощности оборудования и его номинального напряжения UН (табл. 4.14).

Испытательное напряжение U изоляции электрических машин и кабелей

Испытание проводят как синусоидальным напряжением частотой 50 Гц, так и выпрямленным. Продолжительность приложения испытательного напряжения не должна превышать 60 с, если в технических условиях не оговорено другое время. При испытаниях электрической прочности изоляции обмоток все не подвергаемые испытаниям обмотки и токоведущие части данного устройства должны быть соединены с заземленным корпусом (рис. 4.). После проведения испытаний и отключения источника повышенного напряжения все обмотки в целях снятия остаточного заряда должны быть кратковременно заземлены.

Рис. Схема для испытаний электрической прочности изоляции обмоток асинхронного двигателя G- источник регулируемого напряжения.

Основной задачей испытания изоляции повышенным напряжением является определение локальных дефектов изоляции на ранних стадиях их развития. Изоляция считается выдержавшей испытание(т.е.изоляция имеет определенный запас электрической прочности, превышающий испытательное напряжение), если во время испытаний не наблюдались ее пробои, частичные разряды, появление дыма или газов, резких колебаний напряжения и увеличения тока утечки через изоляцию выше значения, установленного в документации на данное устройство.

Проверка электрической прочности в настоящее время является наиболее достоверной проверкой состояния изоляции. Однако испытания повышенным напряжением имеют существенный недостаток, заключающийся в возможности пробоя изоляции, не имеющей дефектов, т. е. такие испытания, как и испытания изоляции на механическую прочность, являются разрушающими. Кроме того, испытания повышенным напряжением не дают оценки механической прочности изоляции, утрачиваемой вследствие теплового износа. Этим в определенной степени объясняются случаи пробоя изоляции на корпус и витковых замыканий обмоток после положительных результатов проверки электрической прочности изоляции и величины ее сопротивления.

Для оценки технического состояния и определения вида дефекта изоляции в судовых условиях в процессе эксплуатации могут быть выбраны только те параметры, которые можно контролировать в судовых условиях без существенных затрат приемлемыми средствами и для которых известны допустимые значения.

Вывод:

Сложность применения параметров и С(2)/С(50) для оценки ТС изоляции в судовых условиях в настоящее время обусловлена тем, что для измерения и С(2)/С(50) необходима специальная измерительная аппаратура, и допустимые значения параметров и С(2)/С(50) для изоляции различного назначения не определены. Сложность определения таких значений объясняется немонотонным характером связи величин и С(2)/С(50) с изменением ТС изоляции и изменением параметров окружающей среды.

В настоящее время для контроля ТС и определения вида дефекта изоляции в судовых условиях наиболее приемлемы параметры, определяемые на основе измерений мегаомметром: R, К1 а также Rp и Кa (при показаниях мегаомметра Rl5 и R(t1) отличных от R6o). При этом для конкретных видов СЭО при определении вида и места дефекта изоляции результаты измерения этих параметров дополняются использованием специальных методов и средств и внешним осмотром.

Список литературы

1) Диагностика электрооборуДования электрических станций и по Дстанций Авторы: А. И. Хальясмаа, С. А. Дмитриев, С. Е. Кокин, Д. А. Глушков

2) Щеглов Н.В. Методы и средства диагностики изоляции высоковольтного

3) ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ Учебное пособие А.Н. Козлов

Размещено на Allbest.ru