Способ диагностирования изоляции токопроводника электрооборудования



Способ диагностирования изоляции токопроводника электрооборудования
Способ диагностирования изоляции токопроводника электрооборудования

 


Владельцы патента RU 2457499:

Артемьев Александр Анатольевич (RU)
Федоров Денис Владимирович (RU)
Потапенко Владимир Семенович (RU)

Изобретение относится к диагностированию изоляции токопроводников электрооборудования, в частности, электрической обмотки тягового двигателя. Технический результат: расширение функциональных возможностей, обусловленное возможностью распознавания вида повреждения изоляции. Сущность: подают на электрические выводы токопроводника электрической обмотки электрическое напряжение, измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника. Затем измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника при обратной полярности поданного электрического напряжения. Вычисляют значение абсолютной величины разности измеренных значений омических сопротивлений токопроводника в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения. Сопоставляют вычисленное значение со значениями абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, соответствующих определенным видам повреждения изоляции токопроводника. По результату сопоставления идентифицируют вид повреждения изоляции. Это позволяет выдать рекомендации по техническому обслуживанию и эксплуатации диагностируемой обмотки. 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к способам диагностирования изоляции токопроводников электрооборудования и может быть использовано для определения диэлектрических свойств изоляции электрических обмоток электродвигателей.

Известны способы контроля состояния изоляции обмоток электродвигателей путем измерения электрического сопротивления изоляции (например, RU 2028639, опубликовано 09.02.1995). Эти способы не позволяют распознавать вид повреждения изоляции.

Наиболее близким к предложенному является способ контроля состояния изоляции обмоток электродвигателей, при котором подают сигнал прямоугольной формы на обмотку и по диагностическим параметрам судят о состоянии изоляции обмоток электродвигателя, в качестве диагностических параметров используют амплитуды первого и второго полупериодов и величины первого и второго периодов затухающего колебательного процесса, при сравнении значений которых с эталонными диагностическими параметрами делают заключение о состоянии изоляции обмоток (RU 2208236 С2, опубликован 20.02.2003). Однако данный способ также не позволяет распознавать вид повреждения изоляции.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей способа, обусловленное возможностью распознавания вида повреждения изоляции токопроводника электрооборудования, в частности электрической обмотки тягового двигателя.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что способ диагностирования изоляции электрической обмотки электрооборудования характеризуется тем, что в электрооборудовании подают на электрические выводы токопроводника электрической обмотки электрическое напряжение, измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника, после этого измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника при обратной полярности поданного электрического напряжения, вычисляют значение абсолютной величины разности измеренных значений омических сопротивлений токопроводника в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы токопроводника, сопоставляют вычисленное значение со значениями абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, соответствующих определенным видам повреждения изоляции токопроводника, по результату сопоставления идентифицируют наличие и вид повреждения изоляции. Это позволяет выдать рекомендации по техническому обслуживанию и эксплуатации диагностируемой обмотки.

При этом состояние изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности измеренных омических сопротивлений токопроводника, равному или менее 4-5% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют как неувлажненную изоляцию токопроводника, не имеющую повреждений и нарушений оплошностей, а состояние изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности измеренных омических сопротивлений токопроводника, более 5-6% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют как влажную изоляцию или как повреждение, характеризующееся нарушением сплошности, структуры, частичными пробоями изоляции.

В частности, повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности измеренных омических сопротивлений токопроводника, равному 7-10% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют как увлажненную изоляцию, а повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности измеренных омических сопротивлений токопроводника, более 10-12% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют как изоляцию с нарушением слоев или частичным пробоем.

Предлагаемый способ предназначен для диагностирования состояния изоляции электрических машин (статора, ротора, якоря, возбуждения, дополнительных полюсов), катушек, реакторов и т.д., в которых токопроводники обмоток выполнены из медных сплавов, а сердечники, на которых расположена обмотка, из электротехнической стали. Данный способ применим как к тяговым двигателям локомотивов железных дорог, так и к общепромышленным электродвигателям, электрогенераторам, трансформаторам и реакторам.

Предложенный способ направлен на диагностирование состояния изоляции обмоток электрических машин (статора, ротора, якоря, возбуждения, дополнительных полюсов), катушек, реакторов и т.п., в которых токопроводники выполнены из медных сплавов, а сердечники, на которые намотана обмотка, из электротехнической стали.

Сущность изобретения иллюстрируется на фиг.1, где показана схема измерения омического сопротивления токопроводника электрической обмотки. На фиг.1 показаны токопроводник 1 электрооборудования, имеющий электрические выводы (контакты) 2 и 3, а также прибор 4 контроля изоляции (например, омметр) с измерительными щупами 5 и 6.

Фактическими аспектами предлагаемого способа диагностирования изоляции электрической обмотки, токопроводник которой выполнен из медного сплава, а сердечник, на который намотана обмотка, - из сплава железа (электротехнической стали), являются следующие процессы и явления.

1. В процессе окислительно-восстановительной реакции происходит переход электронов от восстановителя к окислителю. Так, в паре медь-железо происходит реакция Fe+Сu2+=Сu+Fe2+. Здесь восстановитель - железо - отдает электроны - Fe-2е=Fe2+. Окислитель - ион меди - принимает электроны - Сu2++2е=Сu.

При данной окислительно-восстановительной реакции образуется гальваническая ЭДС, которую можно измерить, для дальнейшей обработки и постановки диагноза. Именно на данном принципе и основан предлагаемый метод диагностирования.

2. Функционирование любого гальванического элемента основано на протекании в нем к окислительно-восстановительной реакции. При работе гальванического элемента электроны от восстановителя переходят к окислителю по внешней цепи, на электродах протекают электрохимические процессы, в растворе наблюдается направленное движение ионов.

3. Аналогичные процессы протекают в расположенной на сердечнике электрической обмотке с увлажненной или нарушенной изоляцией, которые представляет собой гальванические пары железа и меди, разделенные электролитом (влага, содержащая различные примеси, элементы, загрязняющие изоляцию, токопроводящая пыль или продукты повреждения изоляции).

Поскольку гальваническая ЭДС имеет направление, то при измерении омического сопротивления проводника в прямой и обратной полярности измеренные значения будут отличаться от опорного напряжения на величину гальванической ЭДС.

А. Измерительный режим, при котором направление измерительного тока совпадает с направлением гальванической ЭДС.

При измерении сопротивления омметр (прибор 4) создает опорное (тестовое) напряжение Uом на измеряемом контуре (токопроводник 1), при этом по цепи протекает ток Iом, который определяется равенством [1].

где Uом - опорное напряжение, создаваемое омметром. В;

Eгал - гальваническая ЭДС, возникающая в результате электрохимических процессов, описанных в п.1, В;

Rоб - искомое сопротивление обмотки. Ом.

Б. Измерительный режим, при котором направление измерительного тока противоположно направлению гальванической ЭДС.

При измерении сопротивления омметр (прибор 4) создает опорное (тестовое) напряжение Uом на измеряемом контуре (токопроводник 1), при этом по цепи протекает ток Iом, который определяется равенством [2].

где Uом - опорное напряжение, создаваемое омметром, В;

Eгал - гальваническая ЭДС, возникающая в результате электрохимических процессов, описанных в п.2, В;

Rоб - искомое сопротивление обмотки, Ом.

Гальваническая ЭДС Eгал составляет 0,4-0,5% от опорного напряжения омметра Uом.

Таким образом, на основании формул расчета [1, 2] ток Iом, протекающий по измеряемой цепи при прямой и обратной полярности подключения омметра, будет различен, а следовательно, и рассчитанные омметром значения сопротивления Rоб измеряемой обмотки также будут отличаться при возникновении гальванической ЭДС вследствие увлажнения изоляции.

4. Если изоляция сухая и не имеет повреждения, то в ней не возникает гальваническая ЭДС, и при измерении омического сопротивления токопроводника на разных полярностях подключения диагностического прибора показания будут отличаться в пределах не более 4-5%.

5. Если же изоляция влажная или имеет повреждения (нарушение сплошности, структуры, частичные пробои), то появляется разность при замерах омического сопротивления в режимах прямой и обратной полярности более 5-6%, данная разность обусловлена тем, что при измерении в режиме прямой полярности опорное напряжение, создаваемое диагностическим прибором, складывается с гальванической ЭДС изоляции, а в режиме обратной полярности вычитается, как показано выше.

Процесс диагностирования изоляции электрической обмотки, основанного на сравнении мгновенных значений омического сопротивления обмоток (токопроводников) контролируемого электрооборудования состоит из следующих этапов (см. фиг.1):

1. Подключение прибора 4 контроля изоляции (диагностического прибора - омметра) к выводам 2 и 3 (электрическим контактам 2 и 3) токопроводника 1 контролируемого оборудования (вход и выход обмотки, начало и конец кабеля, разнопотенциальные точки электрической цепи и т.д.), измерение осуществляется щупами 5 и 6.

2. Измерение мгновенных значений омического сопротивления исследуемых токопроводников 1 соответственно в прямой и обратной полярности (фиг.1) - данная операция выполняется диагностическим прибором 4.

3. Расчет абсолютной величины разности между выполненными измерениями - данная операция выполняется диагностическим прибором 4.

4. Выдача рекомендаций по эксплуатации электрической обмотки - необходимость сушки, электроизоляционного покрытия или частичной замены изоляционных покрытий или слоев.

Для проведения измерений электрическое напряжение подается на электрические контакты 2 и 3 в прямом и обратном направлении.

У неувлажненной изоляции, не имеющей повреждений и нарушений оплошностей, разность измеренных мгновенных значений омического сопротивления составляет не более 4-5%, а изоляция влажная или с нарушением сплошности структуры, частичными пробоями имеет указанную разность более 5-6%. В частности, увлажненная изоляция имеет разность измеренных значений на уровне 7-10%, а изоляция с нарушением слоев или частичным пробоем соответственно более 10-12%.

Способ диагностирования реализуется следующим образом.

В электрооборудовании выявляют электрическую обмотку, изоляция которой подлежит диагностическому контролю. Подают на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1 выявленной обмотки электрическое напряжение, измеряют и запоминают значение величины омического сопротивления токопроводника 1, после этого измеряют и запоминают значение величины омического сопротивления токопроводника 1 при обратной полярности поданного электрического напряжения. Вычисляют значение абсолютной величины разности запоминаемых измеренных значений омических сопротивлений токопроводника в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1. Сопоставляют вычисленное значение со значениями абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, соответствующих определенным видам повреждения изоляции токопроводника, и по результату сопоставления идентифицируют вид повреждения изоляции токопроводника и выдают рекомендации по техническому обслуживанию и эксплуатации диагностируемой электрической обмотки.

Повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, равному или менее 4-5% от значения величины омического сопротивления токопроводника 1, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, идентифицируют как неувлажненную изоляцию, не имеющую повреждений и нарушений сплошностей.

Повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, равному 5-6% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, идентифицируют как влажную изоляцию или как повреждение, характеризующееся нарушением сплошности, структуры, частичными пробоями изоляции.

Повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, равному 7-10% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, идентифицируют как увлажненную изоляцию.

Повреждение изоляции обмотки, соответствующее значению абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, равному 10-12% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы 2, 3 токопроводника 1, идентифицируют как изоляцию с нарушением слоев или частичным пробоем.

Пример технологического процесса диагностирования состояния изоляции обмоток тяговых двигателей электровозов:

1. Подключение диагностического прибора 4 к электрическим контактам 2 и 3 (выводам) контролируемой обмотки тягового двигателя (выполняется на клеммной рейке реверсивного переключателя);

2. Измерение мгновенных значений омического сопротивления обмотки тягового двигателя в прямой и обратной полярности;

3. Расчет абсолютной величины разности между выполненными тестовыми замерами и выдача рекомендаций по возможности эксплуатации контролируемого тягового двигателя и необходимости выполнения ее сушки, электроизоляционного покрытия или частичной замены изоляционных покрытий или слоев.

Измеренные величины омических сопротивлений представлены в таблице, в которой также приведены заключения по обнаруженным повреждениям.

Таким образом, предлагаемый способ диагностирования изоляции электрических обмоток электрооборудования позволяет распознавать вид повреждения изоляции.

1. Способ диагностирования изоляции электрической обмотки электрооборудования, заключающийся в том, что подают на электрические выводы токопроводника обмотки электрическое напряжение, измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника, после этого измеряют значение величины омического сопротивления токопроводника при обратной полярности поданного электрического напряжения, вычисляют значение абсолютной величины разности измеренных значений омических сопротивлений токопроводника в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, поданного на электрические выводы токопроводника, сопоставляют вычисленное значение со значениями абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, соответствующих определенным видам повреждения изоляции токопроводника, по результату сопоставления идентифицируют наличие и вид повреждения изоляции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при значении абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, равной или менее 4-5% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют неувлажненную изоляцию, не имеющую повреждений и нарушений оплошностей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при значении абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, более 5-6% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют влажную изоляцию или повреждение, характеризующееся нарушением сплошности, структуры, частичными пробоями изоляции.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при значении абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, равной 7-10% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют увлажненную изоляцию.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при значении абсолютной величины разности омических сопротивлений токопроводника, измеренных в режимах прямой и обратной полярности электрического напряжения, более 10-12% от значения величины омического сопротивления токопроводника, измеренной в режимах прямой или обратной полярности электрического напряжения, идентифицируют изоляцию с нарушением слоев или частичным пробоем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока. .

Изобретение относится к технической диагностике и может быть использовано для диагностирования электрических цепей, содержащих активное сопротивление и индуктивность, в частности обмоток электрических машин и аппаратов.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к контролю качества изоляции, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного двигателя или трансформатора.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. .

Изобретение относится к способам шумовой диагностики электроэнергетического оборудования (ЭЭО). .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. .

Изобретение относится к области технической диагностики электрических машин и предназначено для диагностики состояния витковой изоляции статорных обмоток электродвигателей и обмоток возбуждения электрических машин.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при определении короткозамкнутых витков в обмотках электрических машин. .

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при контроле электрических обмоток на наличие межвиткового короткого замыкания любых электрических машин: электродвигателей, генераторов, трансформаторов.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для определения группы и схемы соединения силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов

Изобретение относится к электроэнергетике, в честности к контролю вторичной цепи измерительного трансформатора, соединен с компонентом электроэнергетической системы

Изобретение относится к технике эксплуатации турбогенераторов, предназначено для технического контроля состояния турбогенераторов (ТГ) и оборудования систем ТГ и может быть использовано для диагностирования турбогенераторов любой мощности с любой системой возбуждения

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для контроля электрических катушек в процессе производства

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Сущность изобретения заключается в том, что вспомогательная трехфазная электрическая цепь содержит в первой фазе конденсатор с переменной величиной емкости и последовательно подключенным к нему первым амперметром, во второй фазе резистор с переменной величиной сопротивления, а в третьей фазе диагностируемую индуктивную обмотку с последовательно подключенным к ней вторым амперметром. Полученную электрическую цель подключают к линейным выводам вторичной обмотки трансформатора, соединенной по схеме треугольник с регулируемым напряжением. Равенство показаний амперметров является признаком исправного состояния для всех подключаемых однотипных индуктивных обмоток. Технический результат - расширение возможности диагностики индуктивных обмоток. 3 ил.

Изобретение относится к технике электрических измерений и предназначено для определения качества компаундирования обмоток электрических машин на этапах испытания изоляции обмоток при изготовлении и эксплуатации, в частности обмоток статора маслонаполненных погружных асинхронных электродвигателей. Сущность: на объект измерений подают постоянное напряжение U и измеряют сопротивление R(t) объекта в течение времени, достаточного для достижения величины сопротивления практически установившегося значения. Затем определяют значения переходного тока i(t)=U/R(t). По кривой тока определяют диагностический признак оценки качества компаундирования обмотки в виде произведения экспериментальных значений основных характеристик компаунда (εa·ρv)экcп - абсолютной диэлектрической проницаемости и удельного объемного сопротивления соответственно, затем определяют критерий качества компаундирования Кk путем сравнения экспериментальных характеристик компаунда с его паспортными данными по формуле: . Технический результат: повышение объективности оценки качества компаундирования обмоток. 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к области испытаний обмоток якорей коллекторных электрических машин постоянного тока. Сущность: создают режим ударного импульсного возбуждения одновременно всех параллельных ветвей обмотки вращающегося якоря путем посылки импульсов напряжения возбуждения от генератора импульсных напряжений ГИН с частотой следования, например, 50 импульсов в секунду на коллектор относительно корпуса. Фиксируют наличие дефекта витковой изоляции с помощью индукционного датчика астатической конструкции с ферромагнитным сердечником, имеющим воздушный зазор-щель, ориентированный вдоль выводов витков у петушков коллектора секций с максимальными испытательными междувитковыми напряжениями в середине каждой параллельной ветви в силу симметрии обмоток якорей относительно места возбуждения, и измерителя импульсных магнитных полей с электронной ячейкой памяти по максимальным уровням импульсного магнитного поля, которые измеряют бесконтактным способом индукционным датчиком ИД с измерителем импульсных магнитных полей и фиксируют при срабатывании его электронной ячейки памяти в автоматическом режиме испытаний при каждом прохождении под датчиком ИД выводов витков дефектной секции и секций, непосредственно соединенных с ней уравнителями, и которые создаются только током в короткозамкнутом витке, возникающем под действием центробежных сил на обмотку и коллектор и вибрации только на вращающемся якоре. Технический результат: фиксация наличия дефекта витковой изоляции, приводящего к образованию короткозамкнутого витка, возникающего под действием центробежных сил на обмотку и коллектор и вибрации только на вращающемся якоре. 11 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения неисправного состояния индуктивных обмоток электрических машин. Устройство для диагностики индуктивных обмоток содержит трехфазный трансформатор с регулируемым напряжением вторичной обмотки, соединенной по схеме треугольник, один из выводов которой с помощью линейного проводника подключен к вспомогательной цепи, содержащей последовательно соединенные амперметр с конденсатором с переменной емкостью, шунтируемый с помощью ключа, и подключен к первому из трех выводов индуктивной обмотки, при этом второй вывод индуктивной обмотки непосредственно подключен ко второму выводу вторичной обмотки трехфазного трансформатора. Технический результат - упрощение электрической схемы, сохранение функциональных возможностей устройства. 2 ил.

Изобретение относится к области информационно-измерительной и вычислительной техники, предназначено для вычисления и индикации относительной интенсивности износа изоляции обмоток трансформатора, а также может найти применение в качестве счетчика-регистратора использованного ресурса срока службы изоляции обмоток трансформатора за каждый час, сутки, месяц. Сущность: счетчик содержит датчики тока фаз сети "А", "В", "С", микроконтроллер, датчик температуры окружающей среды, генератор прямоугольных импульсов, регистр, цифровой индикатор, первый и второй приемопередатчики, постоянное запоминающее устройство, компьютер. Технический результат: повышение точности за счет учета зависимости активного сопротивления обмоток трансформатора от температуры нагрева и учета влияния изменений температуры окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности точного определения износа изоляции обмоток при несимметричной нагрузке фаз. 1 ил.
Наверх