如何检测电气设备中的绝缘故障——第1部分

绝缘老化是造成电机、高压变压器和发电机发生电气设备故障的主要原因之一。绝缘故障会导致危险电压、火灾、高故障电流和爆炸,损坏设备和财产,造成人身伤害和死亡事故。绝缘故障的主要原因包括电介质的污染、温度循环、过载、因过电压造成的过大电压应力,以及老化。

让我们来看看绝缘故障的两种不同示例。图1所示为有缺陷的电焊用交流电机的定子绕组,及绕组连接侧烧坏的线圈。图2所示为因缺乏及时预防性维护造成绝缘纸受损,从而造成灾难性故障的变压器。

1:有缺陷的电焊用交流电机的定子绕组(图片来源:WindingPhotos

2:变压器的灾难性故障(图片来源:OilRegeneration.com

绝缘测试可以在任何故障发生之前找出绝缘老化。

用于测试旋转机械绝缘电阻(IEEE 43-2000)的电气和电子工程师协会(IEEE)推荐规程中描述了测量绝缘电阻的程序,包括旋转机械绕组的典型绝缘电阻特性,以及这些特性如何指示绕组状态。该标准中介绍了用于交流(AC)和直流(DC)旋转机械绕组绝缘电阻的最低可接受值。根据IEEE 43-2000的规定,表明可接受状态的典型绝缘电阻为100MΩ及以上。以该测定为基础,IEEE标准设定的范围如表1中所示。

 

绝缘电阻

判定

100 MΩ或更高

可接受。

10 – 100 MΩ

绕组已经开始老化。性能目前没有问题。一定要定期进行检查。

1 – 10 MΩ

绕组老化问题很严重。要特别小心。一定要定期进行检查。

低于1 MΩ

不可接受。

表1:根据IEEE 43-2000规定的绝缘电阻范围

应用和使用案例

绝缘测量对诸如变压器、太阳能逆变器和工业电机驱动(变速AC / DC驱动器和伺服驱动器)等的终端设备来说很重要;参见图3和图4。

图3:测量高压变压器的绝缘电阻

图4:测量电机的绝缘电阻

 

使用一个电阻分压器是测量绝缘电阻的一种简易方法。图5所示为使用这一方法的TINA-TI™模拟电路,在该电路中,两个串联电阻(R12和R2)与绝缘电阻(Riso)并联。流经并联组合的总电流受到R1、R4和直流输入值(按照IEEE 43-2000,通常为500V)的限制。如图6所示,测量 R2两端的电压(这是电流的结果)(VM1)。

 

图5:使用电阻分压器法的TINA-TI软件模拟

 

图6所示为TINA-TI模拟的测量曲线图。由于电阻的比率,R2两端的电压并不随绝缘电阻(Riso)呈线性变化。电压VM1的测定值几近饱和,同时绝缘电阻值大于15MΩ。

Riso(单位:ohms)

图6:显示电阻分压器法中饱和现象的图例

图7所示为电阻分压器法的精度曲线图。在0Ω-22.49MΩ这一范围内,百分比精度小于1%。

精度(已校准)

 

绝缘电阻(W)

图7:电阻分压器法精度图

 

表2列出了这种方法的实验结果。正如您所看到的,测得的输出值与先前值相差几乎3mV到4mV。该值的差异说明使用电阻分压器法时,需要一个高分辨率的模数转换器(ADC),这样提高了系统的成本。

表2:电阻分压器法的实验结果

 

在下一篇博文中,我会介绍另一种可在整个0MΩ-100MΩ绝缘电阻范围内提供良好精度的方法。

其他信息

Ÿ   查看TI Design参考设计技术文件:用于确定绝缘电阻的漏电流测量

Ÿ   查看IEEE标准

Ÿ   熟悉TINA-TI™模拟仿真程序


原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/motordrivecontrol/archive/2016/04/22/how-to-detect-insulation-failures-in-electrical-equipment-part-1

 

  • 1、直流电阻是电动机绕组本身的阻值,是电动机自身损耗的测量值,表明自身发热情况;而绝缘电阻是相间或相对地的阻值,体现的是绝缘水平。

    2、测量直流电阻的目是检查电气设备绕组或线圈的质量及回路的完整性,以发现制造或运行中因振动而产生的机械应力等原因所造成的导线断裂、接头开焊、接触不良、匝间短路等缺陷。另外,对发电机和变压器进行温升试验时,也需根据不同负荷下的直流电阻值换算出相应负荷下的温度值。测量直流电阻一般可采用电压降法或电桥法。

    3、测量设备的绝缘电阻,是检查其绝缘状态最简便的辅助方法,在现场普遍采用兆欧表来测量绝缘电阻。由于选用的兆欧表电压低于被试物的工作电压。因此,此项试验属于非破坏性试验,操作安全、简便。由所测得的绝缘电阻值可发现影响电气设备绝缘的异物,绝缘局部或整体受潮和脏污,绝缘油严重劣化,绝缘击穿和严重热老化等缺陷。

  • 非常实用的博文,比较全面地介绍了,绝缘故障的危害性,测试的方法,测试的标准,及判定的依据等,对发现早期故障隐患,降低停机率都非常有价值。拿着这种报告买电机买备件,批起来就容易多了。

  • 绝缘电阻材料是制造电气设备和电气元器件的关键基础材料,对电气设备的使用寿命和运行可靠性具有决定性的作用,同时高绝缘电阻材料的广泛使用可以降低设备的电能消耗,从而极大地提升能源综合使用效率。伴随着高绝缘电阻材料的广泛使用,高绝缘电阻材料的测量成为仪器测量领域的重要研究方向。高绝缘电阻材料一般是指电阻率极大的高值电阻,对其进行准确测量可以帮助厂家确定超高绝缘电阻材料的绝缘性能,从而提高产品的综合性能。高绝缘电阻测量方法已有了100多年的发展历史,而随着新型电子元器件制造技术的突飞猛进,超高绝缘电阻测量的量程、精度和稳定性等性能指标均越来越高。传统的超高绝缘电阻测量方法主要采用基于高阻电桥或反馈电阻的比例电阻法,该方法需要一个精确的高值电阻作为参考依据,而高值电阻容易受到周边环境的影响,所以使用该方法获取的测量结果具有较大的不确定性,无法达到当前对超高绝缘电阻的测量要求。当前较为先进的测量方法为采用一种基于电阻时间原理的方法实现超高绝缘电阻的测量,其采用高性能标准电容取代高值参考电阻,通过对电压变化斜率的测量计算出超高绝缘电阻的数值,系统测量的量程和精度获得极大的提升。当前测量超高绝缘电阻最为准确的是由Keithley研发的超高阻测量仪,该仪器测量电阻的上限可达2×1016Q,而当前国内相关仪器的测量上限为1×1012Q。此外,Keithley的超高阻测量仪对1×1012Q测量精度保持在±5%以内,而国内相关仪器对同等级别电阻的测量精度保持在±15%左右。

  • 发电机、变压器是电力系统的主要设备,随着电力系统容量的扩大单机容量不断增大,发电机的额定电压等级也不断提高,其中水轮发电机组已经达到24kV,汽轮发电机已经达到 27kV,30kV 的发电机组也在开发研制过程中。额定电压的提高给电机的设计、制造及运行维护带来了一系列新的问题。其电压的提高增大了绝缘的难度和挑战。绝缘系统在高压电机中占有非常重要的地位,很大程度上决定着电机的可靠性和运行寿命,随着发电机电压等级的提高,对定子绕组主绝缘提出新的要求,不但要求电气和机械性能优异稳定,还需要尽可能的减薄主绝缘厚度以减小发电机整体体积,高额定电压等级与定子绕组主绝缘系统之间的矛盾越来越大,为确保绝缘的电气机械强度,既要保持一定的主绝缘厚度,又要有利于铜耗热量扩散,减小发电机体积,从而想方设法减小主绝缘厚度,要解决这一矛盾有两种方法:一是绝缘材料的更新换代,另一种方法是绝缘与导体结构的进一步优化和完善。对于前者而言,国内外电机F主绝缘材料应用至今,已经有30余年的时间,材料科学的发展以及经济成本等因素使电机主绝缘材料的变革在相当长一段时间内难有大的突破[7]。因此,在现有绝缘体系条件下,只能通过第二种方法来对定子绕组绝缘结构进行改进。从八十年代后期,高压电机定子线棒绝缘结构的改进一直成为世界各国发电机绝缘技术着重研究和突破的科研方向。近十年来,绝缘结构的改进给发电机绝缘技术的发展带来更大的空间和潜力越来越被绝缘开发者所重视。

  • 上面那个绝缘电阻写错了,写成多少W,应该是多少欧。

    绝缘电阻的正确测量方法 现代生活日新月异,人们一刻也离不开电。在用电过程中就存在着用电安全问题,在电器设备中,例如电机、电缆、家用电器等。

    绝缘电阻是电气设备和电气线路最基本的绝缘指标。对于低压电气装置的交接试验,常温下电动机、配电设备和配电线路的绝缘电阻不应低于0.5MΩ(对于运行中的设备和线路,绝缘电阻不应低于1MΩ/kV)。低压电器及其连接电缆和二次回路的绝缘电阻一般不应低于1MΩ;在比较潮湿的环境不应低于0.5MΩ;二次回路小母线的绝缘电阻不应低于10MΩ。I类手持电动工具的绝缘电阻不应低于2MΩ。

    依据所选的检测器件的不同,有三种GFP可供选用:

    *“剩余电流检测”RS

    以检测各带电导体上的电流互感器二次侧电流的向量和检测“绝缘故障”电流,中性线上的电流互感器通常安装在断路器之外。

    *“返回电源的接地电流检测”SGR

    “绝缘故障电流”是在配电变压器的中性线和接地线间的连接线上测得。电流互感器安装在断路器之外。

    *“零序电流检测”ZS

    “绝缘故障电流”是直接在检测带电导体电流和的电流互感器的一次侧测得。这种类型的GFP只能用在故障电流小的回路上。

  • 这个方法固然好,但检测出来了又怎么样,除非国企或大型企业可以更换,小企业还不是一样还得运转,直到报费为止

  • 以前做电能质量检测的时候,观察电机的情况都被烧坏了,如果有绝缘检测可以提早预防,避免损失发生,而且我理解应用成本应该比较低,比较合适。

  •        绝缘老化是造成电机、高压变压器和发电机发生电气设备故障的主要原因之一。为减少绝缘老化故障对电气设备所造成的损失,及早发现电气设备的绝缘老化现象就成了关键问题。文中介绍的电阻分压器是测量电气设备绝缘电阻的一种简便易行的方法。该方法在0Ω-22.49MΩ这一范围内时,测得的绝缘电阻精度小于1%。由此可见,电阻分压器不失为电气设备绝缘老化测试的一种好方法。

  • 图文并茂的介绍了电机、高压变压器和发电机发生电气设备故障主要原因是绝缘老化与绝缘测试方法,可以发现早期故障隐患,给出的判定标准也非常实用。期待另一种可在整个0MΩ-100MΩ绝缘电阻范围内提供良好精度的方法。还有最好能有加强绝缘的办法。

  • 检测方法还是比较容易的,可操作性强,能够准确测量。

    不过,现在很多设备一般会有电气绝缘在线监测,这样的话,可以避免一些大的损失。

  •        博文介绍了电机、高压变压器绝缘故障的危害性,绝缘电阻的测试方法和判定的依据,特别提到了测量电气设备绝缘电阻的一种简便易行的方法:使用电阻分压器。该方法在0Ω-22.49MΩ这一范围内,百分比精度小于1%。不过对于大多数企业来说,绝缘电阻的测量只是在设备定期巡检时才执行,不能及时发现绝缘电阻的异常,若能将电阻分压器方法做成在线实时监测方式,是比较不错的措施。