전기 절연 특성 및 테스트

전기절연 특성 및 등가회로

아시다시피 «격리»라는 용어는 실제로 두 가지 개념을 나타내는 데 사용됩니다.

1) 전기 제품 부품 간의 전기적 접촉 형성을 방지하는 방법,

2) 이 방법을 적용하기 위해 사용된 재료 및 제품.

전기 절연 재료 그들에게 적용된 전압의 영향으로 전류 전도 특성이 발견됩니다. 전기 절연 재료의 전도도 값은 와이어보다 몇 배 더 낮지만 중요한 역할을 하며 전기 제품 작동의 신뢰성을 크게 결정합니다.

절연체에 가해지는 전압의 작용으로 시간에 따라 변하는 누설 전류라고 하는 전류가 절연체를 통해 흐릅니다.

전기 절연의 특성을 연구하고 설명하기 위해 병렬로 연결된 4개의 전기 회로를 포함하는 등가 회로(그림 1)라는 특정 모델의 형태로 절연을 나타내는 것이 일반적입니다.그 중 첫 번째는 기하학적 커패시턴스라고 하는 커패시터 C1만 포함합니다.

쌀. 1. 전기 절연 등가 회로

이 커패시턴스의 존재로 인해 DC 전압이 절연체에 적용될 때 발생하는 순간적인 돌입 전류가 나타나며, 이는 거의 몇 초 만에 감소하고 AC 전압이 절연체에 적용될 때 절연체를 통해 흐르는 용량성 전류가 발생합니다. 이 용량은 치수(두께, 길이 등) 및 전류가 흐르는 부분 A와 케이스(접지) 사이의 위치와 같은 절연체에 따라 달라지기 때문에 기하학적이라고 합니다.

두 번째 구성표는 구조, 병렬로 연결된 커패시터 및 저항 그룹의 수를 포함하여 절연체의 내부 구조 및 특성을 특성화합니다. 이 회로에 흐르는 전류 I2를 흡수 전류라고 합니다. 이 전류의 초기 값은 절연체 면적에 비례하고 두께에 반비례합니다.

전기 제품의 통전 부품이 두 개 이상의 절연 층(예: 와이어 절연 및 코일 절연)으로 절연된 경우 등가 회로에서 흡수 분기는 두 개 이상의 직렬 연결 형태로 표시됩니다. 절연층 중 하나의 특성을 특성화하는 커패시터 및 저항 그룹. 이 계획에서는 2 층 절연이 고려되며 그 층은 커패시터 C2와 저항 R1의 요소 그룹으로 대체되고 두 번째는 C3 및 R2로 대체됩니다.

세 번째 회로는 단일 저항 R3을 포함하며 DC 전압이 적용될 때 절연 손실을 특성화합니다.절연 저항이라고도 하는 이 저항기의 저항은 크기, 재료, 구성, 온도, 절연 상태(표면의 습기 및 먼지 포함), 인가 전압 등 여러 요인에 따라 달라집니다.

일부 절연 결함 (예 : 손상)의 경우 전압에 대한 저항 R3의 의존성이 비선형이되는 반면, 예를 들어 강한 습기가있는 다른 경우에는 전압이 증가해도 실질적으로 변하지 않습니다. 이 분기를 통해 흐르는 전류 I3를 순방향 전류라고 합니다.

네 번째 회로는 절연체의 절연 강도를 나타내는 MF 스파크 갭의 등가 회로로 표시되며, 절연 재료가 절연 특성을 잃고 전류의 영향으로 파괴되는 전압 값으로 수치로 표시됩니다. 그것을 통과하는 I4.

이 절연 등가 회로는 전압이 적용될 때 발생하는 프로세스를 설명할 수 있을 뿐만 아니라 상태를 평가하기 위해 관찰할 수 있는 매개변수를 설정할 수 있습니다.

전기 절연 시험 방법

절연 상태와 무결성을 평가하는 가장 간단하고 일반적인 방법은 절연 저항계를 사용하여 저항을 측정하는 것입니다.

등가 회로에 커패시터가 있으면 전하를 축적하는 절연 능력도 설명된다는 사실에 주목합시다. 따라서 절연저항 측정 전후의 전기기기 및 변압기의 권선은 절연저항이 있는 단자를 접지하여 방전시켜야 한다. 연결된 절연 저항계.

전기 기계 및 변압기의 절연 저항을 측정할 때 권선의 온도를 모니터링해야 하며 이는 테스트 보고서에 기록됩니다. 온도에 따라 절연 저항이 급격히 변하기 때문에 측정 결과를 서로 비교하려면 측정이 이루어진 온도를 알아야 합니다. 평균적으로 절연 저항은 온도가 10°C 증가할 때마다 1.5배 감소합니다. 또한 해당 온도 감소에 따라 증가합니다.

절연 재료에 항상 포함되어 있는 수분이 측정 결과에 영향을 미치기 때문에 절연 품질을 특징짓는 매개변수의 결정은 + 10 ° C 미만의 온도에서 수행되지 않습니다. 진정한 고립 상태에 대한 올바른 생각.

거의 차가운 제품의 절연 저항을 측정할 때 절연 온도는 주변 온도와 같다고 가정할 수 있습니다. 다른 모든 경우 절연체의 온도는 활성 저항으로 측정한 권선의 온도와 조건부로 동일하다고 가정합니다.

측정된 절연 저항이 실제 값과 크게 다르지 않도록 측정 회로 요소(와이어, 절연체 등)의 자체 절연 저항은 측정 결과에 최소 오류를 도입해야 합니다.따라서 최대 1000V의 전압으로 전기 장치의 절연 저항을 측정할 때 이러한 요소의 저항은 100메그옴 이상이어야 하며 전력 변압기의 절연 저항을 측정할 때는 메가옴미터의 측정 한계 이상이어야 합니다. .

이 조건이 충족되지 않으면 회로 소자의 절연 저항에 대해 측정 결과를 보정해야 합니다. 이를 위해 절연 저항을 두 번 측정합니다. 한 번은 완전히 조립된 회로와 제품을 연결한 상태에서, 두 번째는 제품을 분리한 상태에서 측정합니다. 첫 번째 측정 결과는 회로와 제품 Re의 등가 절연 저항을 제공하고 두 번째 측정 결과는 측정 회로 Rc의 요소 저항을 제공합니다. 그런 다음 제품의 절연 저항

다른 제품의 전기 기계의 경우 절연 저항 측정 순서가 설정되지 않은 경우 전력 변압기의 경우 이 측정 순서는 저전압 권선(LV)의 절연 저항을 먼저 측정하는 표준에 따라 규제됩니다. 나머지 와인딩과 탱크는 접지되어야 합니다. 탱크가 없는 경우 변압기 케이싱 또는 그 골격을 접지해야 합니다.

저전압 권선 다음에 3개의 전압 권선(저전압, 중고전압 및 고전압)이 있는 경우 고압 권선의 절연 저항을 측정한 다음 고전압만 측정해야 합니다.당연히 모든 측정을 위해 남은 코일은 물론 탱크도 접지해야 하고, 접지되지 않은 코일은 최소 2분 동안 상자에 연결하여 각 측정 후 방전해야 합니다. 측정 결과가 정해진 요구 사항을 충족하지 않으면 서로 전기적으로 연결된 권선의 절연 저항을 결정하여 테스트를 보완해야 합니다.

2권선 변압기의 경우 고전압 및 저전압 권선의 저항을 케이스에 비례하여 측정하고, 3권선 변압기의 경우 고압 및 중압 권선을 먼저 측정한 다음 고압, 중압 및 저압 권선을 측정해야 합니다. .

변압기의 절연을 시험할 때 등가 절연 저항의 값을 결정할 뿐만 아니라 권선의 절연 저항을 다른 권선 및 기계 본체와 비교하기 위해 여러 측정을 수행해야 합니다.

전기 기계의 절연 저항은 일반적으로 상호 연결된 위상 권선과 설치 장소에서 케이블(모선)과 함께 측정됩니다. 측정 결과가 정해진 요구 사항을 충족하지 않으면 각 위상 권선의 절연 저항과 필요한 경우 권선의 각 분기를 측정합니다.

절연 저항의 절대값만으로는 절연 상태를 합리적으로 판단하기 어렵다는 점을 유념해야 합니다. 따라서 작동 중 전기 기계의 절연 상태를 평가하기 위해 이러한 측정 결과를 이전 결과와 비교합니다.

개별 위상의 절연 저항 사이의 중요한 불일치는 일반적으로 몇 가지 심각한 결함을 나타냅니다. 일반적으로 모든 위상 권선에 대한 절연 저항의 동시 감소는 표면의 일반적인 상태 변화를 나타냅니다.

측정 결과를 비교할 때 온도에 대한 절연 저항의 의존성을 기억해야 합니다. 따라서 동일하거나 유사한 온도에서 수행된 측정 결과를 서로 비교할 수 있습니다.

절연체에 인가되는 전압이 일정할 때 절연체에 흐르는 총 전류 Ii(그림 1 참조)는 감소할수록 절연체의 상태가 좋아지며, 전류 Ii의 감소에 따라 절연체의 판독값은 메가옴미터 증가. 흡수 전류라고도 하는 이 전류의 I2 구성 요소는 I3 구성 요소와 달리 절연 표면의 상태와 오염 및 수분 함량에 의존하지 않기 때문에 절연 저항 값의 비율 주어진 순간에 수분 함량을 단열하는 특성으로 간주합니다.

규격에서는 절연 저항계를 연결한 후 15초(R15)와 60초(R60) 후에 절연 저항을 측정할 것을 권장하며, 이러한 저항의 비율 ka = R60 / R15를 흡수 계수라고 합니다.

습하지 않은 단열재의 경우 ka> 2이고 습한 단열재의 경우 — ka ≈1입니다.

흡수 계수의 값은 전기 기계의 크기 및 다양한 무작위 요인과 거의 무관하기 때문에 20 ° C에서 ka ≥ 1.3으로 정규화할 수 있습니다.

절연 저항 측정 오차는 특정 제품에 대해 특별히 설정되지 않는 한 ± 20%를 초과해서는 안 됩니다.

전기 제품에서 전기 강도 테스트는 권선의 중간 절연뿐만 아니라 몸체와 서로에 대한 권선의 절연을 대상으로 합니다.

하우징에 대한 코일 또는 전류 전달 부품 절연의 절연 내력을 확인하기 위해 50Hz 주파수의 증가된 정현파 전압을 테스트된 코일 또는 전류 전달 부품의 단자에 적용합니다. 전압과 적용 기간은 각 특정 제품의 기술 문서에 나와 있습니다.

권선 및 충전부 절연의 절연 내력을 시험할 때 시험에 포함되지 않은 다른 모든 권선 및 충전부는 제품의 접지된 본체에 전기적으로 연결되어야 합니다. 시험 종료 후 코일은 잔류 전하를 제거하기 위해 접지되어야 합니다.

무화과에서. 도 2는 3상 전기 모터의 권선의 절연 내력을 테스트하기 위한 다이어그램을 보여줍니다. 과전압은 조정된 전압원 E를 포함하는 테스트 설비 AG에 의해 생성됩니다. 전압은 광전지 전압계로 고전압 측에서 측정됩니다. 전류계 PA는 절연체를 통한 누설 전류를 측정하는 데 사용됩니다.

절연 파괴나 표면 겹침이 없고 누설 전류가 이 제품의 문서에 지정된 값을 초과하지 않는 경우 제품은 테스트를 통과한 것으로 간주됩니다. 누설 전류를 모니터링하는 전류계가 있으면 테스트 설정에서 변압기를 사용할 수 있습니다.

쌀. 2. 전기 제품 절연의 절연 내력 시험 방법

절연체의 주파수 전압 시험과 더불어 절연체는 정류 전압으로도 시험합니다. 이러한 테스트의 장점은 다양한 테스트 전압 값에서 누설 전류를 측정한 결과를 기반으로 절연 상태를 평가할 수 있다는 것입니다.

절연상태를 평가하기 위하여 비선형계수를 사용한다.

여기서 I1.0 및 I0.5는 Unorm의 정규화된 값과 전기 기계 Urated의 정격 전압의 절반과 동일한 테스트 전압을 적용한 후 1분 후 누설 전류입니다. kn <1.2.

고려된 세 가지 특성(절연 저항, 흡수 계수 및 비선형 계수)은 절연체를 건조시키지 않고 전기 기계를 켤 수 있는 가능성에 대한 문제를 해결하는 데 사용됩니다.

그림의 다이어그램에 따라 절연체의 절연 내력을 테스트할 때. 2 권선의 모든 권선은 본체(접지)에 대해 실질적으로 동일한 전압이므로 권선 간 절연이 확인되지 않은 상태로 유지됩니다.

절연 절연체의 절연 내력을 테스트하는 한 가지 방법은 공칭 전압에 비해 전압을 30% 높이는 것입니다. 이 전압은 조정된 전압 소스 EK에서 무부하 테스트 지점으로 적용됩니다.

또 다른 방법은 유휴 상태에서 작동하는 발전기에 적용할 수 있으며 기계 유형에 따라 고정자 또는 전기자의 단자에서 전압(1.3 ÷ 1.5) Unom을 얻을 때까지 발전기의 여자 전류를 증가시키는 것입니다.유휴 모드에서도 전기 기계의 권선에 의해 소비되는 전류가 공칭 값을 초과할 수 있다는 점을 감안할 때 표준은 공칭 값 이상으로 모터 권선에 공급되는 전압의 증가된 주파수 또는 발전기 속도 증가.

비동기 모터를 테스트하기 위해 fi = 1.15 fn 주파수의 테스트 전압을 사용할 수도 있습니다. 동일한 한계 내에서 발전기의 속도를 높일 수 있습니다.

이러한 방식으로 절연체의 절연 내력을 테스트할 때 인가된 전압을 코일의 권선 수로 나눈 비율과 수치적으로 동일한 전압이 인접한 코일 권선 사이에 적용됩니다. 제품이 공칭 전압에서 작동할 때 존재하는 것과 약간(30-50%) 다릅니다.

아시다시피, 코어에 위치한 코일의 단자에 적용되는 전압 증가의 한계는 이 코일의 전류가 단자 전압에 비선형적으로 의존하기 때문입니다. 공칭 값 Unom에 가까운 전압에서 코어는 포화되지 않고 전류는 전압에 선형적으로 의존합니다(그림 3, 섹션 OA).

전압이 증가함에 따라 코일의 공칭 전류보다 높은 U는 급격히 증가하고 U = 2Unom에서 전류는 공칭 값을 수십 배 초과할 수 있습니다. 권선의 권선 당 전압을 크게 높이기 위해 공칭 주파수보다 몇 배 (10 배 이상) 높은 주파수에서 권선 사이의 절연 강도를 테스트합니다.

쌀. 3. 인가 전압에 대한 코어가 있는 코일의 전류 의존성 그래프

쌀. 4.증가된 전류 주파수에서 권선 절연 시험 방식

접촉기 코일의 중간 절연을 테스트하는 원리를 고려해 봅시다(그림 4). 테스트 코일 L2는 분할 자기 회로의 로드에 배치됩니다. 전압 U1은 코일 L1의 단자에 주파수가 증가하여 적용되므로 코일 L2의 각 회전마다 절연체의 절연 강도를 차례로 테스트하는 데 필요한 전압이 있습니다. 코일 L2 권선의 절연 상태가 양호하면 코일 설치 후 코일 L1에서 소비되고 전류계 PA로 측정되는 전류는 이전과 동일합니다. 그렇지 않으면 코일 L1의 전류가 증가합니다.

쌀. 5. 유전 손실 각도의 접선 측정 방식

마지막으로 고려되는 절연 특성은 유전 손실 탄젠트입니다.

절연체에는 능동 저항과 무효 저항이 있으며, 주기적인 전압이 가해지면 능동 전류와 무효 전류가 절연체를 통해 흐릅니다. 즉, 활성 P 전력과 무효 Q 전력이 있습니다. 비율 P 대 Q는 유전 손실 각도의 탄젠트라고 하며 tgδ로 표시됩니다.

P = IUcosφ 및 Q = IUsinφ임을 기억하면 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

tgδ는 절연체를 통해 흐르는 유효 전류와 무효 전류.

tgδ를 결정하려면 유효 및 무효 전력 또는 유효 및 무효(용량성) 절연 저항을 동시에 측정해야 합니다. 두 번째 방법으로 tgδ를 측정하는 원리는 Fig. 5, 여기서 측정 회로는 단일 브리지입니다.

브리지의 암은 예를 들어 커패시터 C0, 가변 커패시터 C1, 가변 R1 및 상수 R2 저항뿐만 아니라 일반적으로 커패시터 Cx로 표시된 제품 또는 질량의 본체에 대한 권선 L의 커패시턴스 및 절연 저항으로 구성됩니다. 및 저항 Rx. 코일이 아닌 커패시터에서 tgδ를 측정해야 하는 경우 해당 플레이트는 브리지 회로의 단자 1과 2에 직접 연결됩니다.

다리의 대각선에는 검류계 P와 전원이 포함되며 우리의 경우 변압기 T입니다.

다른 사람들과 마찬가지로 브리지 회로 측정 프로세스는 저항 R1의 저항과 커패시터 C1의 커패시턴스를 순차적으로 변경하여 장치 P의 최소 판독 값을 얻는 것으로 구성됩니다. 일반적으로 장치 P의 0 또는 최소 판독 값에서 tgδ 값이 커패시터 C1의 눈금에서 직접 읽히도록 브리지 매개 변수가 선택됩니다.

tgδ의 정의는 전력 커패시터 및 변압기, 고전압 절연체 및 기타 전기 제품에 필수입니다.

일반적으로 1000V 이상의 전압에서 절연 강도 테스트 및 tgδ 측정이 수행되기 때문에 모든 일반 및 특별 안전 조치를 준수해야 합니다.

전기 절연 시험 절차

위에서 논의한 단열재의 매개변수 및 특성은 특정 유형의 제품에 대한 표준에 의해 설정된 순서로 결정되어야 합니다.

예를 들어, 전력 변압기에서 절연 저항이 먼저 결정된 다음 유전 정접이 측정됩니다.

회전하는 전기 기계의 경우 절연 내력을 테스트하기 전에 절연 저항을 측정한 후 다음 테스트를 수행해야 합니다. 회전 주파수 증가, 단기 전류 또는 토크 과부하, 갑작스러운 단락( 이 동기 기계용), 권선 정류 전압의 절연 테스트(이 기계의 문서에 지정된 경우).

특정 기계 유형에 대한 표준 또는 사양은 절연체의 절연 강도에 영향을 미칠 수 있는 다른 테스트로 이 목록을 보완할 수 있습니다.