Сопротивление изоляции при повышенной температуре
Величина сопротивления изоляции зависит от температуры изоляции и с повышением температуры резко уменьшается. Принимают, что сопротивление изоляции изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону. На рисунке приведена примерная зависимость Rn3=f(t°C). Если сопротивления изоляции одного и того же объекта измерены при разных температурах. то результаты для возможности сопоставления должны быть приведены к одной температуре.
Существенное влияние на величину сопротивления изоляции оказывает окружающая среда — температура воздуха и особенно влажность, а также загрязненность среды пылью и агрессивными газами. Это особенно относится к изоляции, состоящей в основном из волокнистых органических материалов, характеризующейся значительной влагопоглощаемостью вследствие пористости. Проникновение влаги резко ухудшает диэлектрические свойства изоляции и вызывает необходимость ее сушки.
Контроль за состоянием изоляции является одним из главных вопросов эксплуатации электроустановок.
Основными видами испытаний изоляции являются: измерение сопротивления изоляции; определение тангенса угла потерь; испытание электрической прочности.
Измерение сопротивления изоляции.
Рис. I. Зависимость величины сопротивления изоляции от времени приложения напряжения.
I — ток заряда емкости мгновенной поляризации (геометрической емкости); Iавс — абсорбционный ток; Iскв — ток сквозной проводимости; RKa — сопротивление изоляции.
На рис. 1 приведены характеристики Rm=f(t). Из характеристики видно, что в первый момент времени ti приложения постоянного напряжения от генератора с малым внутренним сопротивлением между токоведущими частями испытуемого объекта, являющимися обкладкой конденсатора, и землей возникает импульс зарядного тока Iм (через емкость мгновенной поляризации). Величина этого импульса определяется только активным сопротивлением цепи (индуктивностью цепи можно пренебречь), так как в первый момент после включения любой конденсатор в цепи ведет себя как короткозамкнутый. При малом сопротивлении цепи импульс зарядного тока по величине приближается к току короткого замыкания. В последующий момент происходит заряд абсорбционной емкости (емкости медленной поляризации). В диэлектрике конденсатора под действием напряжения абсорбируется (поглощается) электрическая энергия. Ток заряда (ток абсорбции Iаес) спадает примерно по экспоненциальной кривой, определяемой постоянной времени цепи т. Постоянная времени определяет скорость спада кривой: через промежуток времени, равный т, зарядный ток всегда будет составлять 36,8% начального значения, а через время, равное Зт, — всего5%, т. е. практически процесс заряда заканчивается.
На рис. I в момент времени h — А=3т ток в цепи Iскв будет определяться только сопротивлением Это сопротивление называется сопротивлением изоляции и является одним из основных критериев при ее оценке. Так как значения времени спада абсорбционного тока для разных объектов могут значительно различаться, то измерение сопротивления изоляции должно производиться через некоторый промежуток времени после приложения напряжения (включения), в течение которого абсорбционный ток спадет до нуля. Сопротивление, измеренное сразу после включения, всегда будет меньше за счет прохождения В измеряемой цепи абсорбционных токов.
Если источник тока имеет большое внутреннее сопротивление RBH, то заряд емкости мгновенной поляризации С (если и она имеет большую величину) происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени, определяемого постоянной времени T1=CRвн.
Величина сопротивления изоляции зависит от температуры изоляции и с повышением температуры резко уменьшается. Принимают, что сопротивление изоляции изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону. На рис. 2 приведена примерная зависимость Rn3=f(t°C). Если сопротивления изоляции одного и того же объекта измерены при разных температурах. то результаты для возможности сопоставления должны быть приведены к одной температуре.
Сопротивление изоляции с помощью переменного тока не измеряют, так как проводимость емкости крупных объектов намного больше активной проводимости изоляции и ее шунтирует.
Определение тангенса угла диэлектрических потерь.
Рис. 2. Зависимость сопротивления изоляции от температуры.
При подведении к изоляции напряжения переменного тока в цепи будет проходить ток. опережающий приложенное напряжение. Активная составляющая тока 1а определяется сопротивлением R. реактивная IР—емкостным сопротивлением 1/соС.
Отношение активной составляющей тока Iа к реактивной Iр называется тангенсом угла потерь и обозначается tg6. Тангенс угла потерь не зависит от геометрических размеров объекта измерений. Установлено, что чем больше значение tgfi, тем больше увлажнена изоляция, тем ниже ее диэлектрические качества. Тангенс угла потерь является одним из основных критериев при оценке качества изоляции в цепях переменного тока.
Испытание электрической прочности изоляции.
Если приложенное к изоляции напряжение повышать, то при некоторых значениях напряжения, различных для (постоянного и переменного тока, произойдет пробой или перекрытие изоляции.
На рис. 3 (показана примерная зависимость сопротивления волокнистой изоляции и тока сквозной проводимости от величины приложенного напряжения. Как видно из рисунка, значение сопротивления изоляции в некоторых пределах (до испытательных значений) практически не зависит от величины приложенного напряжения и ток сквозной проводимости пропорционален напряжению. При некотором значении напряжения, обычно большем испытательного и называемым критическим t/крит (точка С), активизируется процесс ионизации, ток проводимости увеличивается непропорционально напряжению, сопротивление изоляции резко падает и при дальнейшем повышении напряжения до UПрсб (точка D) изоляция разрушается. Происходит ионизационный пробой, характерный для состарившейся волокнистой изоляции.
Рис. 3. Зависимость сопротивления изоляции и тока сквозной проводимости от величины приложенного напряжения. OA — рабочее напряжение: ОВ — испытательное напряжение: ОС — критическое напряжение; ОД — напряжение пробоя.
Испытание изоляции повышенным против рабочего напряжением определяет электрическую прочность ее и является одним из основных видов испытания.
Ссылка:
Влияние параметров среды на сопротивление изоляции.pdf
Источник
Всё электрооборудование имеет изоляцию. Целью изоляции является предотвращение прямого контакта с проводником. Величина сопротивления изоляции должна быть достаточно высокой для предотвращения тока утечки. Сопротивление изоляции измеряют между:
● фазой и землей
● фазами
Минимально допустимая величина сопротивления изоляции определена в соответствующих регистровых нормативных документах.
Протекание токов утечки через поверхность внешней изоляции называется трекингом, который также зависит от крепежа и расстояния между клеммами, как показано на рисунке ниже.
Оборудование необходимо сохранять в чистоте для предотвращения трекинга и поддерживать величину сопротивления изоляции выше минимально допустимых значений (обычно это не менее 1 МОм для напряжений свыше 1000 В).
Изоляционные материалы неметаллические. На изоляцию негативно влияют многие факторы, такие как влажность, температура, электрический и механический стресс, вибрация, химикаты, масло, грязь и старость.
Традиционно изоляционные материалы состоят из хлопка, шелка и бумаги. Они могут быть либо сухими, либо обработанными изоляционным лаком или смоляными соединениями для исключения влаги и других вредных веществ. Другие изоляционные материалы содержат керамику, слюду стекловолокно, PVC и другие виды пластмасс и компаундов.
Большинство изоляционных материалов не могут выдерживать высокие температуры (более 100°С).
Всё электрооборудование, находящееся под питанием, нагревается с последующим повышением температуры. Эта температура будет выше температуры окружающего воздуха.
Всё морское электрооборудование рассчитано на удовлетворительную работу при максимальной температуре окружающей среды в 45°С. В этих условиях ожидаемое повышение температуры не превысит допустимый предел, установленный для изоляционного материала. Таким образом, изоляционный материал определяет максимально разрешенную температуру, при которой можно эксплуатировать электрооборудование.
Есть исключения, такие как масляные циркуляционные насосы, которые работают при гораздо более высоких температурах. Поэтому, такая изоляция должна быть рассчитана для безопасной работы в таких условиях.
Изоляция классифицируется в соответствии с максимальной температурой, которой электродвигатель будет работать в безопасном режиме. Формально это имеет название как «Класс изоляции» и часто наносится на заводские таблички двигателей «Ins. Cl.». Классификация изоляции перечислена в IEC и NEMA. Классы O, A, B и C много лет использовались как основные, но класс O теперь известен как Y и некоторые классы (E, F и H) были добавлены для классификации новых материалов в этой области.
Максимальная температура, разрешенная для каждого из этих классов:
Класс изоляции E используется европейскими производителями для морского применения.
Это постоянная температура поверхности, измеренная при остановке оборудования и отсутствии охлаждения. Также при рассмотрении соответствующей температуры работающего двигателя, должна быть учтена температура в самой горячей точке обмотки. Доступны только практические средства для определения температуры, путем измерения сопротивления обмотки или температуры поверхности при помощи термометра.
Непрерывно работающий двигатель в конечном итоге достигнет устойчивой температуры, при которой тепло в обмотках и магнитном сердечнике, возникающее из-за потерь на трение, будет рассеиваться с той же скоростью, как и создавалось. Разница между этой устойчивой температурой и температурой входящего охлаждающего воздуха является температурой подъема. Для всех практических целей этот подъем всегда одинаков, независимо от температуры охлаждающего воздуха.
Например:
Если двигатель испытывается при температуре окружающей среды в 20°С, а температура самого двигателя 55°С, то температура подъема равна 35°С. Когда этот же двигатель будет работать при температуре окружающей среды в 45°С, его температура подъема будет прежней – 35°С, в итоге температура двигателя составит 80°С.
Двигатель, работающий непрерывно при таких условиях будет иметь ожидаемый срок службы от 15 до 20 лет до разрушения изоляции. Однако, продолжительность жизни будет сокращаться вдвое на каждые 10°С превышающими над допустимыми температурами.
Источник
МКС 29.035.01
ОКСТУ 3491
Дата введения 2002-01-01
1 РАЗРАБОТАН Украинским государственным научно-исследовательским институтом целлюлозно-бумажной промышленности (УкрНИИБ)
ВНЕСЕН Государственным комитетом Украины по стандартизации, метрологии и сертификации
2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 12 от 21 ноября 1997 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
Республика Молдова | Молдовастандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикгосстандарт |
Туркменистан | Главгосинспекция “Туркменстандартлары” |
Республика Узбекистан | Узгосстандарт |
Украина | Госстандарт Украины |
3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 16 февраля 2001 г. N 73-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 30501-97 “Материалы электроизоляционные твердые. Метод измерения электрического сопротивления и удельного электрического сопротивления при повышенных температурах” введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с датой введения в действие 1 января 2002 г.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на твердые электроизоляционные материалы и устанавливает метод определения сопротивления изоляции и удельного объемного сопротивления при температурах от 90 до 800 °С в воздушной среде.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 6433.1-71 Материалы электроизоляционные твердые. Условия окружающей среды при подготовке образцов и испытании
ГОСТ 6433.2-71 Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрического сопротивления при постоянном напряжении
ГОСТ 21515-76 Материалы диэлектрические. Термины и определения
3 Определения
В настоящем стандарте использованы термины в соответствии с ГОСТ 21515, а также дополнительный термин:
сопротивление изоляции: Сопротивление, возникающее в заданных условиях между двумя токопроводящими деталями, разделенными электроизоляционным материалом.
4 Средства измерения и вспомогательные устройства
4.1 Для проведения испытаний используют аппаратуру, схема подключения которой приведена на рисунке 1.
1 – индикатор температуры; 2 – термоэлектрический преобразователь; 3 – испытуемый образец;
4 – электрод (держатель); 5 – муфель с металлическим экраном; 6 – стенка термостата;
7 – измеритель электрического сопротивления; 8 – источник напряжения
Рисунок 1
4.2 Измеритель электрического сопротивления, соответствующий требованиям ГОСТ 6433.2.
4.3 Термостат с электрическим обогревом, обеспечивающий равномерный нагрев образцов с предельным отклонением заданной температуры в соответствии с ГОСТ 6433.1.
Предусматривается два способа размещения нажимных электродов с образцами (или держателей для фиксации образцов с напыленными электродами) относительно нагревателя:
– электроды (держатели) размещены внутри термостата, а нагреватель – на его боковой поверхности;
– нагреватель размещен по центру термостата цилиндрической формы с его монтажом в подъемной крышке, а электроды (держатели) – внутри термостата по окружности на одинаковом расстоянии от нагревателя (предельные отклонения ±0,5 мм).
Для защиты образцов от прямой радиации со стороны нагревательных элементов необходим соответствующий муфель из керамики на основе окиси алюминия или другого аналогичного материала.
Для защиты от токов утечки между нагревательным и измерительным контурами внутри термостата должен быть предусмотрен заземленный металлический экран из серебра или нержавеющей стали. При необходимости на время измерений нагревательные элементы следует отключить.
4.4 Держатели в виде зажимных пластин и вводы, присоединяемые к ним, должны быть изготовлены из термостойкого, устойчивого к окислению металла, например из термостойкой нержавеющей стали. Альтернативно испытания можно проводить в атмосфере инертного газа. Контактные поверхности пластин должны быть такого же размера, как электроды на образце, причем одна из них должна быть подвижной, чтобы можно было вставлять и вынимать испытуемые образцы. Толщина пластин должна быть такой, чтобы избегать их искривления.
Измерительные изолированные вводы должны проходить в термостат через керамические изоляторы, расположенные в холодной зоне и имеющие соответствующую защиту от токов утечки, или проходить через отверстия в заземленной крышке или стенке термостата. В последнем случае используют жесткие вводы, которые закрепляют с внешней стороны термостата так, чтобы они не касались ничего, кроме своих опор. Опоры должны быть, по возможности, холодными. Изготавливают опоры из различных жестких электроизоляционных материалов.
Если зажимные пластины и вводы изготовлены из разных материалов, необходимо убедиться в отсутствии тока утечки, связанного с эффектом термопары. Отсутствие тока утечки контролируют при коротком замыкании в момент снятия напряжения.
4.5 Средства контроля температуры должны обеспечивать измерение температуры с погрешностью, не превышающей предельное отклонение заданной температуры в соответствии с ГОСТ 6433.1.
Рекомендуется использовать два термоэлектрических преобразователя (термопары): один (контрольный) в камере; второй – для измерения температуры образца. Второй преобразователь располагают как можно ближе к образцу, но так, чтобы это не вызывало тока утечки при измерении сопротивления. Например, преобразователь может быть вставлен в отверстие в зажимной пластине и доходить почти до ее поверхности в непосредственной близости от образца. Отверстие в пластине может быть просверлено параллельно поверхности образца или перпендикулярно ей с противоположной от образца стороны с допуском параллельности (перпендикулярности) плоскостей ±0,5 мм. Для защиты от токов утечки вводы и индикатор температуры должны быть соответствующим образом изолированы, или термоэлектрический преобразователь должен отсоединяться или удаляться при проведении измерений.
4.6 Для защиты от токов утечки в схеме должно быть предусмотрено заземление измерителя электрического сопротивления и источника напряжения. Сопротивление на землю измерительного электрода должно превышать не менее чем в 100 раз входное сопротивление измерителя сопротивления.
4.7 Размеры, форма и материал электродов должны соответствовать требованиям ГОСТ 6433.2.
При испытаниях при температуре 600 °С и выше в качестве электродов используют нанесенные на поверхность образца испарением или напылением золото или платину. Сопротивление покрытия должно быть не более 100 Ом при испытании по ГОСТ 6433.2.
Измерение объемного сопротивления необходимо проводить по трехэлектродной схеме с использованием электродов в форме дисков.
5 Подготовка и проведение измерений
5.1 Образцы должны соответствовать требованиям ГОСТ 6433.2.
5.2 Условия кондиционирования из числа, рекомендованных ГОСТ 6433.1 должны быть указаны в нормативной документации (НД) на продукцию.
5.3 Образец размещают между электродами или зажимными пластинами так, чтобы он не мог деформироваться во время нагревания.
Нагревание образца проводят при непрерывном повышении температуры (способ А) или ступенчатом (способ Б).
Способ А используют при экспресс-испытаниях для получения ориентировочной зависимости сопротивления образца от температуры в широком температурном диапазоне. Способ А используют только в том случае, если эффектом абсорбции материала можно пренебречь или при сравнительных испытаниях идентичных материалов. Скорость повышения температуры образца выбирают в зависимости от его толщины, но она не должна превышать 5 °С/мин и должна быть указана в НД на продукцию.
Способ Б используют для получения более точной зависимости сопротивления от температуры, а также для материалов, эффект абсорбции которых необходимо учитывать. Способ Б также удобен при испытании более чем одного образца, так как при измерении сопротивления отпадает необходимость ждать теплового равновесия каждого образца.
Температуру до каждой ступени (температуры испытания) повышают по возможности быстро и выдерживают на этой ступени в течение времени, необходимого для прогревания образцов. Более длительно образцы выдерживать не рекомендуется, чтобы не вызвать термодеструкцию. Оптимальной следует считать продолжительность, при которой значение сопротивления образца при данной температуре стабилизируется. Ее устанавливают экспериментально для конкретных видов продукции путем проведения ряда измерений сопротивления образца в зависимости от продолжительности выдерживания и указывают в НД на продукцию.
5.4 Измерение сопротивления изоляции и объемного сопротивления – в соответствии с требованиями ГОСТ 6433.2. Испытательное напряжение и продолжительность выдерживания образцов под напряжением до измерения сопротивления – в соответствии с НД на продукцию конкретного вида. Если за время измерений ток не стабилизируется в результате явления абсорбции, необходимо определить зависимость сопротивления от времени и путем экстраполяции определить сопротивление при стабилизации тока.
5.5 До и после проведения измерений при повышенных температурах необходимо проводить дополнительные измерения при начальной температуре, чтобы методом сравнения проверить наличие в образцах остаточных изменений под влиянием повышенной температуры. При наличии остаточных изменений данные об этом заносят в протокол испытания.
6 Обработка результатов
6.1 Сопротивление изоляции – непосредственное показание измерителя при измерении в омах.
6.2 Удельное объемное сопротивление , Ом·м, вычисляют по формуле
, (1)
где – объемное сопротивление, Ом;
– площадь поверхности измерительного электрода, м;
– толщина образца, м.
6.3 Погрешность метода и округление результата измерения указывают в НД на методы измерения конкретного вида продукции.
7 Протокол испытания
Протокол должен содержать следующую информацию:
– обозначение или описание материала;
– размеры испытуемого образца;
– материал электродов и зажимных пластин;
– условия кондиционирования;
– способ повышения температуры (А или Б);
– испытательное напряжение и продолжительность выдерживания образцов;
– температура, при которой проведены измерения;
– значения показателей.
При необходимости в протокол может быть внесена дополнительная информация.
Электронный текст документа
подготовлен ЗАО “Кодекс” и сверен по:
официальное издание
М.: ИПК Издательство стандартов, 2001
Источник