Испытание производится приложением к ней повышенного по сравнению с номинальным испытательного напряжения переменного тока 50 Гц с практически синусоидальной формой кривой Uис. Значение Unc и время ее приложения (1 мин) устанавливаются ГОСТ 183-74.
Испытательное напряжение прикладывается между выводами обмотки, изоляция которой испытывается, и соединенными вместе выводами других соприкасающихся с ней обмоток и корпусом ЭМ. Напряжение плавно поднимается до значения Unc и после выдержки плавно снижается до нуля и отключается. Для электрических машин массовых серий время выдержки может быть снижено до 1 с с увеличением £/ис на 20% (ГОСТ 183-74), Unc прикладывается при этом сразу.
Испытание электрической прочности изоляции рекомендуется делать как завершающее после испытания электрических машин на нагрев и других видов испытаний, в которых на изоляцию воздействуют повышенные механические, тепловые и электрические нагрузки.
В процессе изготовления электрических машин испытание изоляции производится многократно. Изоляция обмоток испытывается, например, после изготовления секций, укладки их в пазы, соединения обмотки, ее пропитки и т. д. Во избежание повреждения изоляции каждое последующее испытание проводится с понижением С/ис, с тем чтобы Unc полностью собранной электрической машины соответствовало требованиям технической документации. Для крупных электрических машин, которые после испытания на заводе-изготовителе транспортируются в разобранном виде, при испытании изоляции после сборки на месте установки прикладывается Uис, сниженное на 20%.
Если в процессе испытания электрической прочности изоляции произошел пробой, сопровождающийся внезапным увеличением тока утечки и падением сопротивления изоляции, то необходимо установить места пробоя. Для этого проводится возможное разъединение цепей и измерение сопротивления изоляции отдельных участков цепей между собой и корпусом. Если измерение сопротивления изоляции не дает четкой информации о месте повреждения (изоляция может частично восстанавливаться), то производится повторное испытание изоляции отдельных цепей напряжением 0,5Uuc, после чего снова проверяется сопротивление изоляции.
Для установления места пробоя можно поступить двояко. В первом случае, если пробой не привел к металлическому замыканию, приложением небольшого напряжения "прожечь" место пробоя, которое обнаруживается по выделению дыма, характерному треску, видимому искрению.
Во втором случае, если место пробоя является металлическим замыканием, что характеризуется весьма низким переходным сопротивлением, применить метод магнитной стрелки. Согласно этому методу к одному из двух концов обмотки, изоляция которой относительно корпуса пробита, и к корпусу подводится напряжение постоянного тока и пропускается небольшой ток. Приближая поочередно к пазам, в которых расположена обмотка, магнитную стрелку, можно установить паз, после отхода от которого притяжение стрелки при включении тока прекращается. Место замыкания на корпус находится вблизи этого паза. Для контроля этот опыт повторяется при подводе постоянного тока к другому концу обмотки.
Рис. 2.2. Определение места пробоя изоляции на корпус:
а - для обмоток, соединенных с коллектором; б - для полюсных обмоток
Особенно этот метод удобен для якорных обмоток, соединенных с коллектором, где, передвигая по коллектору точку подвода постоянного тока (второй конец соединяется с валом), можно найти пластину, питание которой дает минимальное число пазов, притягивающих стрелку. Распаяв и подняв верхнюю секцию, входящую в петушок этой пластины, можно с помощью магнитной стрелки установить паз, в котором произошел пробой (рис. 2.2,а).
Для обмоток, соединенных с коллектором, при определении места замыкания на землю может быть также применен метод милливольтметра по рис. 2.2, а. Передвигая по коллектору щуп милливольтметра, можно получить минимальный отсчет на пластине, соединенной с местом заземления.
Установление места заземления в тех случаях, когда сопротивление обмотки больше переходного сопротивления заземления и отдельные точки обмотки доступны, можно выполнить способом потенциометра. На рис. 2.2, б приведена схема этого способа для обмотки возбуждения. Передвигая движок потенциометра, можно при нулевом отсчете милливольтметра установить расстояние (число витков) от входных концов до точки заземления.
Установки для испытания электрической прочности изоляции повышенным напряжением.
Установки должны обеспечивать возможность плавного регулирования напряжения (ступенями не более 1— 1,5% Uис), измерения, а также автоматического отключения и сигнализации при пробое и резком увеличении тока утечки [23]. Источником повышенного напряжения при испытаниях обычно служат силовые однофазные трансформаторы. Для электрических машин небольшой мощности (до 10 кВт) при рабочих напряжениях до 500 В в качестве источников Uис могут использоваться измерительные трансформаторы напряжения.
При выборе мощности испытательного трансформатора следует иметь в виду, что она должна быть пропорциональна U2ис. Ток испытательного трансформатора
(2.5)
где максимальный ток утечки Iymax = Unc/Rnmin°, емкостный ток
С — емкость обмотки относительно корпуса,
Для крупных высоковольтных электрических машин превалирующее значение имеет составляющая Iс.
Если при Рном < 200 кВт Uис < 500 В мощность испытательного трансформатора имеет порядок 100 В · А, то для турбогенераторов мощностью 500—800 МВт и напряжением 24 кВ она доходит до 150 кВ · А.
Минимальная мощность испытательного трансформатора должна быть достаточной для того, чтобы "прожечь" место пробоя. Напряжение на первичной стороне трансформатора регулируется регуляторами напряжения.
Важнейшим вопросом при выборе оборудования испытательной установки является обеспечение практически синусоидальной формы кривой напряжения, так как наличие гармонических составляющих, например 3-й гармоники, приводит к существенному увеличению емкостного тока и неправильной оценке свойств изоляции.
С этой целью рекомендуется выбирать номинальное напряжение испытательных трансформаторов и регуляторов более высокое, чем это требуется для обеспечения заданного Uис.
Реостатное регулирование напряжения не рекомендуется, так как оно может искажать форму кривой испытательного напряжения.
Измерение напряжения, как правило, производится на стороне высокого напряжения трансформатора. Для этой цели используются вольтметры, включенные через трансформаторы напряжения или делители напряжения, электростатические киловольтметры. Допускается включение вольтметра на ответвление стороны высокого напряжения со стороны заземленного вывода.
В установках с Uис > 10 кВ для контроля Uис могут применяться шаровые разрядники.
Особое значение при испытании повышенным напряжением приобретает техника безопасности (см. ГОСТ 12.3.019-80).
Испытание электрической прочности изоляции повышенным напряжением постоянного тока.
Испытание переменным током 50 Гц имеет ряд недостатков: невозможность контроля тока утечки, пониженное напряжение на изоляции лобовых частей обмоток ЭМ из-за емкостного тока пазовой изоляции [0.9]. Поэтому для крупных электрических машин с Uис > 3 кВ испытанию переменным током предшествует испытание постоянным (выпрямленным) током со снятием зависимости iу = = f(Uис,п). Испытательное напряжение постоянного тока Uисп = 1,6Uис. При испытаниях не должно иметь место самопроизвольное увеличение iy или резкое увеличение его при росте Uисп. После проведения испытания выводы обмоток должны быть заземлены на 5—15 мин для снятия заряда. Схемы установок для испытания выпрямленным напряжением см. в [2.2—2.4].
Испытание электрической прочности изоляции между смежными витками обмоток.
В соответствии с ГОСТ 183-74 оно проводится путем повышения напряжения при холостом ходе до значений (1,3 ÷ 1,5) Uном на 3—5 мин. Для электрических машин постоянного тока и синхронных это испытание связано с необходимостью увеличения тока возбуждения, а для асинхронных двигателей — с увеличением тока холостого хода. Если при этом указанные выше токи могут вызвать чрезмерный нагрев, то время испытания может быть сокращено до 1 мин. С целью уменьшения этих токов разрешается повышение на 15% частоты питающей сети, а также частоты вращения электрических машин. Испытание межвитковой изоляции можно совмещать с испытанием при повышенной частоте вращения.
Для электрических машин постоянного тока с числом полюсов 2р > 4 повышение напряжения якорной обмотки ограничивается величиной Ukmax при которой среднее напряжение между коллекторными пластинами < 24 В,
(2.6)
где К — число пластин.
Указанные выше стандартные испытания в связи с небольшим значением напряжения между витками являются проверкой исправности обмотки, но не дают информации об электрической прочности межвитковой изоляции. Для самой тонкой изоляции (эмальпровода) пробивное напряжение равно примерно 100 В, в то время как напряжение между витками не превышает десятков вольт.
В практике нашли распространение два метода, дающие возможность подвергнуть межвитковую изоляцию воздействию достаточно высоких напряжений, причем такое воздействие может обеспечиваться на всех стадиях технологического процесса изготовления обмоток и сборки ЭМ [2.5].
Первый метод заключается в индуцировании в витках обмотки напряжения повышенной частоты. Для этой цели секции обмотки надеваются на сердечник из листовой стали (со съемным ярмом), в котором с помощью обмотки возбуждения, питающейся от источника тока с частотой примерно 10 кГц, возбуждается магнитный поток. Такое испытание дает возможность повышения ЭДС, приходящейся на один виток, в 200 раз по сравнению с испытаниями частотой 50 Гц. Указанный метод применим и для испытания полюсных многовитковых катушек.
Для обнаружения замыкания между витками применяется ряд методов, простейший из которых — приближение к виткам испытуемой секции П-образного контрольного сердечника из тонкой электротехнической стали с намотанной на нем многовитковой измерительной катушкой, соединенной с электронным вольтметром. Появление тока в короткозамкнутых витках индуцирует в этой катушке ЭДС, регистрируемую чувствительным вольтметром.
После укладки секций в пазы (до соединения параллельных ветвей) ЭДС повышенной частоты индуцируется с помощью П-образного сердечника с обмоткой возбуждения, который прикладывается к головкам двух зубцов, между которыми в пазу лежит сторона испытуемой секции.
Для обнаружения повреждения межвитковой изоляции используется описанный выше контрольный сердечник, прикладываемый к тем же зубцам на некотором расстоянии (чтобы избежать возникновения взаимной индукции) от индукторного. Оба сердечника крепятся на общей рукоятке.
Если расположить по окружности ротора или расточки статора на одинаковом расстоянии р индукторных сердечников, где р — число пар полюсов, то испытание можно вести на полностью соединенной по схеме обмотке [2.6]. Контрольный сердечник перемещается при этом по окружности ротора или статора.
Метод обнаруживает не только замыкания между витками, но и ошибки в числе витков и шаге секций, схеме соединения, а также наличие двойного замыкания на землю.
Другим методом испытания межвитковой изоляции (и обнаружения различных дефектов обмоток) является метод "бегущей волны". При этом методе на вывод обмотки с помощью тиратронных преобразователей и переключателей подаются импульсы высокого напряжения с крутым фронтом. Частота повторения импульсов 50—60 раз в секунду.
При прохождении такой волны напряжения по обмотке (с числом витков в секции до 2—3) имеется возможность создать напряжение между витками до 1—2 кВ.
Для обнаружения пробоя существует ряд методов. В основе одного из них лежит сравнение формы импульсов, прошедших через две какие- либо части одной обмотки (фазы, секции). Для этой цели с помощью переключателя импульс подается поочередно на входные концы этих частей обмотки. Выходные концы их присоединяются к делителю напряжения, соединенному с экраном электронного осциллографа (ЭО). При появлении дефекта в одной из частей, например замыкании между витками, форма импульса меняется и изображение на ЭО раздваивается.
Существуют способы установления места повреждения изоляции [2.5]. При этом вместо сравнения двух частей обмотки можно использовать сравнение испытуемой обмотки и эталонной. Этот метод предоставляет существенные удобства при контроле изоляции в процессе производства.
