Sifat dan pengujian insulasi listrik

Sifat dan rangkaian ekuivalen isolasi listrik

Seperti yang Anda ketahui, istilah «isolasi» digunakan dalam praktik untuk merujuk pada dua konsep:

1) metode untuk mencegah pembentukan kontak listrik antara bagian-bagian produk listrik,

2) bahan dan produk dari mereka yang digunakan untuk menerapkan metode ini.

Bahan isolasi listrik di bawah pengaruh tegangan yang diberikan padanya, sifat penghantar arus listrik ditemukan. Meskipun nilai konduktivitas bahan isolasi listrik beberapa kali lipat lebih rendah daripada kabel, namun demikian memainkan peran penting dan sangat menentukan keandalan pengoperasian produk listrik.

Di bawah aksi tegangan yang diterapkan pada insulasi, arus mengalir melaluinya, yang disebut arus bocor, yang berubah seiring waktu.

Untuk mempelajari dan mengilustrasikan sifat-sifat isolasi listrik, biasanya disajikan dalam bentuk model tertentu yang disebut rangkaian ekuivalen (Gbr. 1), yang berisi empat rangkaian listrik yang dihubungkan secara paralel.Yang pertama hanya berisi kapasitor C1, yang disebut kapasitansi geometris.

Beras. 1. Rangkaian ekuivalen isolasi listrik

Kehadiran kapasitansi ini menyebabkan munculnya arus lonjakan sesaat yang terjadi ketika tegangan DC diterapkan ke isolasi, yang meluruh dalam waktu hampir beberapa detik, dan arus kapasitif mengalir melalui isolasi ketika tegangan AC diterapkan padanya. Kapasitas ini disebut geometris karena tergantung pada insulasi: dimensinya (ketebalan, panjang, dll.) Dan lokasi antara bagian pembawa arus A dan kasing (tanah).

Skema kedua mencirikan struktur internal dan sifat insulasi, termasuk strukturnya, jumlah kelompok kapasitor dan resistor yang terhubung secara paralel. Arus I2 yang mengalir melalui rangkaian ini disebut arus absorpsi. Nilai awal arus ini sebanding dengan luas isolasi dan berbanding terbalik dengan ketebalannya.

Jika bagian pembawa arus dari produk listrik diisolasi dengan dua atau lebih lapisan insulasi (misalnya, insulasi kawat dan insulasi koil), maka dalam rangkaian ekuivalen cabang penyerap direpresentasikan dalam bentuk dua atau lebih rangkaian yang terhubung seri kelompok kapasitor dan resistor yang mencirikan sifat-sifat pada salah satu lapisan insulasi. Dalam skema ini, insulasi dua lapis dipertimbangkan, lapisannya digantikan oleh sekelompok elemen kapasitor C2 dan resistor R1, dan yang kedua oleh C3 dan R2.

Sirkuit ketiga berisi resistor R3 tunggal dan mencirikan hilangnya isolasi ketika tegangan DC diterapkan padanya.Resistansi resistor ini, juga disebut resistansi isolasi, tergantung pada banyak faktor: ukuran, bahan, konstruksi, suhu, kondisi isolasi, termasuk kelembaban dan kotoran pada permukaannya, dan tegangan yang diberikan.

Dengan beberapa cacat insulasi (misalnya, melalui kerusakan), ketergantungan resistansi R3 pada tegangan menjadi nonlinier, sedangkan untuk yang lain, misalnya, dengan kelembapan yang kuat, praktis tidak berubah dengan meningkatnya tegangan. Arus I3 yang mengalir melalui cabang ini disebut arus maju.

Sirkuit keempat diwakili dalam sirkuit ekuivalen celah percikan MF, yang mencirikan kekuatan dielektrik insulasi, secara numerik dinyatakan oleh nilai tegangan di mana bahan insulasi kehilangan sifat insulasi dan rusak di bawah aksi arus. I4 melewatinya.

Sirkuit ekuivalen isolasi ini memungkinkan tidak hanya untuk mendeskripsikan proses yang terjadi di dalamnya ketika tegangan diterapkan, tetapi juga untuk mengatur parameter yang dapat diamati untuk menilai kondisinya.

Metode uji isolasi listrik

Cara termudah dan paling umum untuk menilai kondisi isolasi dan integritasnya adalah dengan mengukur resistansinya menggunakan megohmmeter.

Perhatikan fakta bahwa keberadaan kapasitor dalam rangkaian ekuivalen juga menjelaskan kemampuan isolasi untuk mengakumulasi muatan listrik. Oleh karena itu, belitan mesin listrik dan transformator sebelum dan sesudah mengukur resistansi isolasi harus dikosongkan dengan membumikan terminal tempat megohmmeter yang terhubung.

Saat mengukur resistansi isolasi mesin listrik dan transformator, suhu belitan harus dipantau, yang dicatat dalam laporan pengujian. Mengetahui suhu di mana pengukuran dilakukan diperlukan untuk membandingkan hasil pengukuran satu sama lain, karena resistansi isolasi berubah tajam tergantung pada suhu: rata-rata, resistansi isolasi berkurang 1,5 kali lipat dengan kenaikan suhu setiap 10 ° C dan juga meningkat dengan penurunan suhu yang sesuai.

Karena kelembaban yang selalu terkandung dalam bahan isolasi mempengaruhi hasil pengukuran, penentuan parameter yang mencirikan kualitas isolasi tidak dilakukan pada suhu di bawah + 10 ° C, karena hasil yang diperoleh tidak akan memberikan ide yang benar tentang keadaan isolasi yang sebenarnya.

Saat mengukur resistansi isolasi produk yang praktis dingin, suhu isolasi dapat diasumsikan sama dengan suhu sekitar. Dalam semua kasus lain, suhu insulasi diasumsikan secara kondisional sama dengan suhu belitan, diukur dengan resistansi aktifnya.

Agar resistansi insulasi yang diukur tidak berbeda secara signifikan dari nilai sebenarnya, resistansi insulasi sendiri dari elemen-elemen rangkaian pengukur - kabel, isolator, dll. - harus memasukkan kesalahan minimum ke dalam hasil pengukuran.Oleh karena itu, saat mengukur resistansi isolasi perangkat listrik dengan tegangan hingga 1000 V, resistansi elemen ini harus minimal 100 megohms, dan saat mengukur resistansi isolasi transformator daya - tidak kurang dari batas pengukuran megohmmeter .

Jika kondisi ini tidak terpenuhi, hasil pengukuran harus dikoreksi untuk resistansi isolasi elemen rangkaian. Untuk melakukan ini, resistansi insulasi diukur dua kali: sekali dengan rangkaian yang dirakit lengkap dan produk terhubung, dan yang kedua kali dengan produk dilepas. Hasil pengukuran pertama akan memberikan resistansi isolasi rangkaian dan produk Re, dan hasil pengukuran kedua akan memberikan resistansi elemen rangkaian pengukur Rc. Kemudian resistansi isolasi produk

Jika untuk mesin listrik dari beberapa produk lain urutan pengukuran resistansi isolasi tidak ditetapkan, maka untuk transformator daya urutan pengukuran ini diatur oleh standar yang dengannya resistansi isolasi belitan tegangan rendah (LV) diukur terlebih dahulu. Belitan yang tersisa, serta tangki, harus dibumikan. Dengan tidak adanya tangki, selubung transformator atau rangkanya harus dibumikan.

Di hadapan tiga belitan tegangan - tegangan lebih rendah, tegangan menengah tinggi dan tegangan lebih tinggi - setelah belitan tegangan rendah, perlu untuk mengukur resistansi isolasi belitan tegangan menengah dan hanya tegangan yang lebih tinggi.Secara alami, untuk semua pengukuran, kumparan yang tersisa, serta tangki, harus dibumikan, dan kumparan yang tidak dibumikan harus dilepaskan setelah setiap pengukuran dengan menghubungkan ke kotak selama minimal 2 menit. Jika hasil pengukuran tidak memenuhi persyaratan yang ditetapkan, maka pengujian harus dilengkapi dengan penentuan tahanan isolasi belitan yang dihubungkan secara elektrik satu sama lain.

Untuk transformator dua belitan, resistansi belitan tegangan tinggi dan rendah harus diukur relatif terhadap kasing, dan untuk transformator tiga belitan, belitan tegangan tinggi dan menengah harus diukur terlebih dahulu, kemudian belitan tegangan tinggi, menengah dan rendah .

Saat menguji insulasi transformator, perlu dilakukan beberapa pengukuran untuk menentukan tidak hanya nilai resistansi insulasi yang setara, tetapi juga untuk membandingkan resistansi insulasi belitan dengan belitan lain dan badan mesin.

Resistansi isolasi mesin listrik biasanya diukur dengan belitan fase yang saling berhubungan, dan di lokasi pemasangan - bersama dengan kabel (busbar). Jika hasil pengukuran tidak memenuhi persyaratan yang ditetapkan, maka resistansi isolasi setiap belitan fase dan, jika perlu, setiap cabang belitan diukur.

Perlu diingat bahwa sulit untuk menilai kondisi insulasi secara wajar hanya dengan nilai absolut dari resistansi insulasi. Oleh karena itu, untuk mengevaluasi keadaan isolasi mesin listrik selama beroperasi, hasil pengukuran tersebut dibandingkan dengan hasil pengukuran sebelumnya.

Perbedaan yang signifikan, beberapa kali, antara resistansi isolasi fase individu biasanya menunjukkan beberapa cacat yang signifikan. Penurunan resistansi isolasi secara simultan untuk semua belitan fase, sebagai suatu peraturan, menunjukkan perubahan keadaan umum permukaannya.

Saat membandingkan hasil pengukuran, ketergantungan resistansi isolasi pada suhu harus diingat. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk membandingkan satu sama lain hasil pengukuran yang dilakukan pada suhu yang sama atau serupa.

Ketika tegangan yang diterapkan pada insulasi adalah konstan, arus total Ii (lihat Gambar 1) yang mengalir melaluinya semakin berkurang, semakin baik kondisi insulasi, dan sesuai dengan penurunan arus Ii, pembacaan dari peningkatan megaohmmeter. Karena fakta bahwa komponen I2 dari arus ini, juga disebut arus serapan, tidak seperti komponen I3, tidak bergantung pada kondisi permukaan insulasi, serta pada kontaminasi dan kadar air, rasio nilai resistansi insulasi ​​pada saat-saat tertentu diambil sebagai karakteristik kadar air isolasi.

Standar merekomendasikan pengukuran resistansi isolasi setelah 15 detik (R15) dan setelah 60 detik (R60) setelah menghubungkan megohmmeter, dan rasio resistansi ini ka = R60 / R15 disebut koefisien penyerapan.

Dengan insulasi tidak lembab, ka> 2, dan dengan insulasi lembab - ka ≈1.

Karena nilai koefisien penyerapan secara praktis tidak bergantung pada ukuran mesin listrik dan berbagai faktor acak, maka dapat dinormalisasi: ka ≥ 1,3 pada 20 ° C.

Kesalahan dalam pengukuran resistansi isolasi tidak boleh melebihi ± 20%, kecuali ditetapkan secara khusus untuk produk tertentu.

Dalam produk kelistrikan, uji kekuatan listrik menggunakan insulasi belitan ke bodi dan satu sama lain, serta ke insulasi antara belitan.

Untuk memeriksa kekuatan dielektrik isolasi kumparan atau bagian pembawa arus ke rumahan, peningkatan tegangan sinusoidal dengan frekuensi 50 Hz diterapkan ke terminal kumparan yang diuji atau bagian pembawa arus. Tegangan dan durasi penerapannya ditunjukkan dalam dokumentasi teknis untuk setiap produk tertentu.

Saat menguji kekuatan dielektrik dari insulasi belitan dan bagian aktif ke bodi, semua belitan dan bagian aktif lainnya yang tidak terlibat dalam pengujian harus disambungkan secara elektrik ke bodi produk yang dibumikan. Setelah pengujian berakhir, kumparan harus dibumikan untuk menghilangkan muatan sisa.

Dalam gambar. Gambar 2 menunjukkan diagram pengujian kekuatan dielektrik belitan motor listrik tiga fasa Tegangan lebih dihasilkan oleh instalasi uji AG yang berisi sumber tegangan yang diatur E. Tegangan diukur pada sisi tegangan tinggi dengan voltmeter fotovoltaik. Ammeter PA digunakan untuk mengukur arus bocor melalui isolasi.

Produk dianggap lulus uji jika tidak ada kerusakan insulasi atau tumpang tindih permukaan, dan juga jika arus bocor tidak melebihi nilai yang ditentukan dalam dokumentasi untuk produk ini. Perhatikan bahwa memiliki ammeter yang memantau arus bocor memungkinkan penggunaan trafo dalam pengaturan pengujian.

Beras. 2. Skema pengujian kekuatan dielektrik isolasi produk listrik

Selain pengujian tegangan frekuensi isolasi, isolasi juga diuji dengan tegangan yang diperbaiki. Keuntungan dari pengujian semacam itu adalah kemungkinan untuk menilai kondisi isolasi berdasarkan hasil pengukuran arus bocor pada nilai tegangan uji yang berbeda.

Untuk mengevaluasi kondisi isolasi, digunakan koefisien non-linearitas

dimana I1.0 dan I0.5 adalah arus bocor 1 menit setelah penerapan tegangan uji sama dengan nilai normal Unorm dan setengah dari tegangan pengenal mesin listrik Urated, kn <1.2.

Tiga karakteristik yang dipertimbangkan - resistansi isolasi, koefisien penyerapan dan koefisien nonlinier - digunakan untuk menjawab pertanyaan tentang kemungkinan menyalakan mesin listrik tanpa mengeringkan isolasi.

Saat menguji kekuatan dielektrik insulasi sesuai dengan diagram pada gambar. 2 semua belitan berliku pada tegangan yang hampir sama sehubungan dengan bodi (tanah) dan oleh karena itu insulasi belokan ke belokan tetap tidak terkendali.

Salah satu cara untuk menguji kekuatan dielektrik isolasi isolasi adalah dengan menaikkan tegangan sebesar 30% dibandingkan nominalnya. Tegangan ini diterapkan dari sumber tegangan yang diatur EK ke titik uji tanpa beban.

Metode lain berlaku untuk generator yang beroperasi saat idle dan terdiri dari peningkatan arus eksitasi generator hingga tegangan (1,3 ÷ 1,5) Unom diperoleh di terminal stator atau angker, tergantung pada jenis mesinnya.Mengingat bahwa bahkan dalam mode diam, arus yang dikonsumsi oleh belitan mesin listrik dapat melebihi nilai nominalnya, standar memungkinkan pengujian semacam itu dilakukan pada peningkatan frekuensi tegangan yang disuplai ke belitan motor di atas nilai nominal atau pada peningkatan kecepatan generator.

Untuk menguji motor asinkron, dimungkinkan juga untuk menggunakan tegangan uji dengan frekuensi fi = 1,15 fn. Dalam batas yang sama, kecepatan generator dapat ditingkatkan.

Saat menguji kekuatan dielektrik insulasi sedemikian rupa, tegangan yang secara numerik sama dengan rasio tegangan yang diberikan dibagi dengan jumlah lilitan kumparan akan diterapkan di antara lilitan kumparan yang berdekatan. Ini sedikit berbeda (sebesar 30-50%) dari yang ada saat produk beroperasi pada tegangan nominal.

Seperti yang Anda ketahui, batas kenaikan tegangan yang diterapkan pada terminal koil yang terletak di inti disebabkan oleh ketergantungan nonlinier arus dalam koil ini pada tegangan di terminalnya. Pada tegangan yang mendekati nilai nominal Unom, inti tidak jenuh dan arus bergantung secara linier pada tegangan (Gbr. 3, bagian OA).

Ketika tegangan meningkat, U di atas arus nominal dalam koil meningkat tajam, dan pada U = 2Unom arus dapat melebihi nilai nominal puluhan kali lipat. Untuk meningkatkan tegangan per putaran belitan secara signifikan, kekuatan insulasi antara belitan diuji pada frekuensi yang berkali-kali (sepuluh kali atau lebih) lebih tinggi dari nominal.

Beras. 3. Grafik ketergantungan arus pada kumparan dengan inti pada tegangan yang diberikan

Beras. 4.Skema uji insulasi belitan pada frekuensi arus yang meningkat

Mari pertimbangkan prinsip pengujian insulasi antara koil kontaktor (Gbr. 4). Kumparan uji L2 ditempatkan pada batang sirkuit magnet split. Tegangan U1 diterapkan ke terminal koil L1 dengan frekuensi yang meningkat, sehingga untuk setiap putaran koil L2 ada tegangan yang diperlukan untuk menguji kekuatan dielektrik isolasi dari belokan ke belokan. Jika isolasi belitan kumparan L2 dalam kondisi baik, maka arus yang dikonsumsi oleh kumparan L1 dan diukur dengan ammeter PA setelah pemasangan kumparan akan sama seperti sebelumnya. Jika tidak, arus dalam koil L1 meningkat.

Beras. 5. Skema untuk mengukur garis singgung sudut kerugian dielektrik

Yang terakhir dari karakteristik insulasi yang dipertimbangkan - tangen kerugian dielektrik.

Diketahui bahwa insulasi memiliki resistansi aktif dan reaktif, dan ketika tegangan periodik diterapkan padanya, arus aktif dan reaktif mengalir melalui insulasi, yaitu ada kekuatan P aktif dan reaktif Q. Rasio P ke Q disebut tangen dari sudut kerugian dielektrik dan dilambangkan dengan tgδ.

Jika kita mengingat bahwa P = IUcosφ dan Q = IUsinφ, maka kita dapat menulis:

tgδ adalah rasio arus aktif yang mengalir melalui isolasi ke arus reaktif.

Untuk menentukan tgδ, perlu dilakukan pengukuran daya aktif dan reaktif secara bersamaan atau resistansi isolasi aktif dan reaktif (kapasitif). Prinsip pengukuran tgδ dengan metode kedua ditunjukkan pada gambar. 5, di mana sirkuit pengukur adalah jembatan tunggal.

Lengan jembatan terdiri dari kapasitor contoh C0, kapasitor variabel C1, variabel R1 dan resistor R2 konstan, serta kapasitansi dan resistansi isolasi belitan L ke badan produk atau massa, secara konvensional digambarkan sebagai kapasitor Cx dan resistor Rx. Jika perlu mengukur tgδ bukan pada koil, tetapi pada kapasitor, pelatnya dihubungkan langsung ke terminal 1 dan 2 dari rangkaian jembatan.

Diagonal jembatan termasuk galvanometer P dan sumber daya, yang dalam kasus kami adalah trafo T.

Seperti pada orang lain sirkuit jembatan proses pengukuran terdiri dari memperoleh pembacaan minimum perangkat P dengan secara berurutan mengubah resistansi resistor R1 dan kapasitansi kapasitor C1. Biasanya parameter jembatan dipilih sedemikian rupa sehingga nilai tgδ pada pembacaan nol atau minimum perangkat P dibaca langsung pada skala kapasitor C1.

Definisi tgδ wajib untuk kapasitor dan transformator daya, isolator tegangan tinggi, dan produk listrik lainnya.

Karena fakta bahwa uji kekuatan dielektrik dan pengukuran tgδ dilakukan, sebagai aturan, pada tegangan di atas 1000 V, semua tindakan keselamatan umum dan khusus harus diperhatikan.

Prosedur uji isolasi listrik

Parameter dan karakteristik insulasi yang dibahas di atas harus ditentukan dalam urutan yang ditetapkan oleh standar untuk jenis produk tertentu.

Misalnya, dalam transformator daya, resistansi isolasi pertama kali ditentukan dan kemudian tangen kerugian dielektrik diukur.

Untuk mesin listrik berputar, setelah mengukur resistansi isolasi sebelum menguji kekuatan dielektriknya, perlu dilakukan pengujian berikut: pada frekuensi putaran yang meningkat, dengan arus jangka pendek atau kelebihan torsi, dengan korsleting tiba-tiba (jika dimaksudkan untuk mesin sinkron ini), uji insulasi tegangan belitan yang diperbaiki (jika ditentukan dalam dokumentasi untuk mesin ini).

Standar atau spesifikasi untuk jenis mesin tertentu dapat melengkapi daftar ini dengan pengujian lain yang dapat memengaruhi kekuatan dielektrik insulasi.