Испытания изоляции электрооборудования

Введение

Электрическая изоляция – составная часть электрооборудования (установки, аппараты, изделия, кабели, провода и т. п.), предназначенная для: предотвращения образования электрического контакта между частями электротехнической установки, находящимися под различными электрическими потенциалами; прямого контакта токопровода с землей, защиты людей и животных от поражения электрическим током.
Электрическая изоляция быстрее и легче подвергается изменению, повреждению, чем токопровод. С увеличением рабочего напряжения электроустановки роль электрической изоляции повышается. Правильный выбор изоляции, рациональная конструкция и своевременный контроль состояния электрической изоляции обеспечивают надежную и безаварийную работу электроустановок.
Контроль за соответствием электрической изоляции требованиям Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) и Межотраслевых правил по охране труда при эксплуатации электроустановок ПОТ Р М–016 (МПОТ), инструкциям заводов-изготовителей и производственным инструкциям по эксплуатации соответствующих видов оборудования выполняется согласно главы 1.8 Правил устройства электроустановок (ПУЭ-7).
Контроль электрической изоляции является одним из наиболее действенных средств поддержания оборудования в должном техническом состоянии и продления его жизни. Контроль электрической изоляции (осмотр, измерения и испытания) выполняется при проведении наладочных работ и в процессе эксплуатации.
Проводятся следующие виды кон­троля: П - при вводе в эксплуатацию нового электрооборудования и реконструкции элек­трооборудования; К - при капитальном ремонте на предприятии; С — при среднем ремонте; Т — при текущем ремонте электрооборудования; М — между ремонтами.
Заключение о пригодности электрической изоляции к дальнейшей эксплуатации дается на основании всех испытаний и измерений для конкретного вида оборудования (трансформаторы, электрические машины, кабели, изоляторы и т. д.) и оформляется отдельным Протоколом, который входит в состав Отчета по наладке электрооборудования.


1 Термины и определения
Электроустановка - совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. 
Приемник электрической энергии (электроприемник) - аппарат, агрегат и др., предназначенный для преобразования электрической энергии в другой вид энергии. 
Нормальный режим потребителя электрической энергии - режим, при котором обеспечиваются заданные значения параметров его работы. 
Предельно допустимое значение параметра - наибольшее или наименьшее значение параметра, которое может иметь работоспособное электрооборудова­ние.
Исправное состояние - состояние электрооборудования, при котором оно соответствует всем требованиям конструкторской и нормативно-технической до­кументации.
Контроль технического состояния (контроль) - проверка со­ответствия значений параметров электрооборудования требованиям ПУЭ, ПТЭЭП.
Испытания - экспериментальное определение качественных и коли­чественных характеристик электрооборудования в результате воздействия на него факторами, регламентированными Нормами.
Измерения - нахождение значения физической величины опытным путем с помощью технических средств, имеющих нормированные метрологические свой­ства.
Погрешность измерения - допустимые пределы погрешности, определяе­мые стандартизованной или аттестованной методикой измерений.
Испытательное напряжение частоты 50 Гц - действующее значение на­пряжения переменного тока, которое должны выдерживать в течение заданного времени внутренняя и внешняя изоляция электрооборудования при определен­ных условиях испытания.
Испытательное выпрямленное напряжение - амплитудное значение вы­прямленного напряжения, прикладываемого к электрооборудованию в течение заданного времени при определенных условиях испытания.
Электрооборудование с нормальной изоляцией - электрооборудование, предназначенное для применения в электроустановках, подверженных дейст­вию атмосферных перенапряжений, при обычных мерах по грозозащите.
Электрооборудование с облегченной изоляцией - электрооборудование, предназначенное для применения лишь в электроустановках, не подверженных действию атмосферных перенапряжений, или при специальных мерах по гро­зозащите, ограничивающих амплитуду атмосферных перенапряжений до значе­ний, не превышающих амплитуду одноминутного испытательного напряжения частоты 50 Гц.
Аппараты - силовые выключатели, выключатели нагрузки, разъедините­ли, отделители, короткозамыкатели, заземлители, предохранители, вентильные разрядники, ограничители перенапряже­ний, комплектные распределительные устройства, комплектные экранирован­ные токопроводы, конденсаторы.
Внешняя изоляция - части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой является атмосферный воздух, в том числе у поверхности твердого диэлектрика.
Внутренняя изоляция - части изоляционной конструкции, в которых изолирующей средой являются жидкие, твердые или газообразные диэлектрики или их комбинации, не имеющие прямых контактов с атмосферным воздухом.

2 Изоляция электротехнического оборудования
Электрическая изоляция характеризуется электрической прочностью, объёмным и поверхностным электрическими сопротивлениями, диэлектрическими потерями, короностойкостью, нагрево - и морозостойкостью, механической прочностью и др.
Стойкость изоляции электротехнических изделий зависит от многих факторов, таких как температура, электрические и механические воздействия, вибрация, агрессивность среды, химические воздействия, влажность, загрязнение и радиационное излучение.
Изоляция электрических установок разделяется на внешнюю и внутреннюю. По агрегатному состоянию изоляция может быть газообразной, жидкой и твердой. Газообразная и жидкая изоляция обладает самовосстанавливающимися свойствами, т.е. после пробоя электрическая прочность газообразной и жидкой изоляции восстанавливается при снятии напряжения. Изоляция электрооборудования, предназначенного для работы в электрических сетях, подразделяется на классы напряжения. Классом напряжения называется номинальное междуфазное напряжение электрической сети, для работы в которых предназначено оборудование. Для каждого класса напряжения установлено наибольшее рабочее напряжение (на 10–15 % выше номинального), которое изоляция должна выдерживать длительное время. Класс напряжения характеризуется уровнем изоляции, под которым понимают совокупность испытательных напряжений согласно ГОСТ или ТУ.
К внешней изоляции электроустановок относят изоляционные промежутки между электродами (проводами линий электропередачи (ЛЭП), шинами распределительных устройств (РУ), наружными токоведущими частями электрических аппаратов и т.д.), в которых роль основного диэлектрика выполняет атмосферный воздух.
Внутренняя изоляция бывает твердой, жидкой газообразной или представляет собой комбинацию различных диэлектриков (жидкие + твердые, газообразные + твердые). К внутренней изоляции относится изоляция обмоток трансформаторов и электрических машин, изоляция кабелей и проводов, конденсаторов, герметизация вводов, изоляция между токопроводами, шинами, жилами кабелей и корпусом, оболочкой, баком и т.д. Важной особенностью внешней изоляции является ее способность восстанавливать свою электрическую прочность после устранения причины пробоя.
Особенностью внутренней изоляции электрооборудования является старение - ухудшение электрических характеристик в процессе эксплуатации. Необходимо постоянно контролировать состояние внутренней изоляции в процессе ее эксплуатации, чтобы выявить развивающийся в ней дефекты и предотвратить аварийный отказ электрооборудования.

2.1 Основные виды электрической изоляции
Электрическая изоляция различается по:
- классу напряжения электрооборудования;
- группе нагревостойкости электроизоляционных материалов;
- виду диэлектрика;
- изоляции токоведущих частей.
Согласно ГОСТ 1516.3-96 «Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции» устанавливаются классы напряжения электрооборудования: 1,3,6,10,15,20,24,27,35,110,150,220,330,500,750 кВ.
Согласно ГОСТ 8865-93 (МЭК 85-84) «Системы электрической изоляции. Оценка нагревостойкости и классификация» электрическая изоляция делится на классы:Y до 90°С; A до 105°С; E до 120°С; B до 130°С; F до 155°С; H до 180°С; C более 180°С ;200 до 200°С ;220 до 220°С; 250 до250°С.
Классификация по виду диэлектриков основана на их агрегатном состоянии: твердые, жидкие и газообразные и происхождению: органические (естественные и синтетические), неорганические (природные и искусственные). Наиболее распространен тип твердых диэлектриков. Твердыми неорганическим диэлектриками являются: различные виды керамики, стекло, слюда, кварц, резина, асбест. Твердые органические: пряжа, ткани, бумага, картон с последующей пропиткой специальными пропиточными составами. Воски, масла, кремнийорганические и фторорганические жидкости и сжиженные газы представляют собой жидкие электроизоляционные материалы. Специальные газообразные диэлектрики используются намного реже. К этому типу также относится естественный электрический изолятор – воздух. Кроме воздуха в качестве изоляции в электроустановках применяют инертные газы (неон, аргон, криптон), водород, азот, углекислый газ и др.
Практически для всех диэлектриков характерно очень большое удельное электрическое сопротивление: ρ = 108– 1020Ом м.
К электроизоляционным материалам предъявляются весьма разнообразные требования в отношении их свойств, главные из которых определяются следующими величинами:
- электрической прочностью Еnp;
- удельным объемным сопротивлением;
- удельным поверхностным сопротивлением;
- диэлектрической проницаемостью Еа или Е;
- диэлектрическими потерями.
Согласно ГОСТ Р 12.1.009-2009 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ)

. Электробезопасность. Термины и определения» определены следующие виды изоляции:
- рабочая - электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работы и защиту от поражения электрическим током;
- дополнительная - электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции;
- двойная - изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;
- усиленная - улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такую же защиту от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

2.2 Общие методические указания по испытаниям изоляции
электрооборудования
При вводе в эксплуатацию (после завершения строительства, реконструкции, капремонта) проводятся приемо-сдаточные испытания, а в процессе эксплуатации (средний и текущий ремонт, техническое обслуживание) проводятся профилактические испытания. В общем, они называются контрольными испытаниями.
Испытания электрооборудования выполняется по утвержденным Методикам и Программам, составленным согласно ГОСТ Р 8.563-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Методики (методы) измерений». На каждый вид оборудования (трансформаторы, двигатели, шины, кабельные линии и т. д.) составляется отдельная методика. А на приборы (мегомметры, комплектные приборы, мосты, высоковольтные установки и т. д.) – программы.
Испытания электрооборудования проводятся специально обученным персоналом имеющим Удостоверение о проверке знаний по электробезопасности с записью на право проведения высоковольтных испытаний. Измерение изоляционных характеристик электрооборудования под рабочим напряжением разрешается осуществлять при условии использования устройств, обеспечивающих безопасность работ.
Электрические испытания изоляции электрооборудования и отбор про­бы трансформаторного масла для испытаний необходимо проводить при тем­пературе изоляции не ниже 5 °С. Сравнение характеристик изоляции должно производиться при одной и той же температуре изоляции или близких ее значениях (расхождение — не более 5 °С). Если это невозможно, должен применяться температурный пере­расчет в соответствии с инструкциями по эксплуатации конкретных видов элек­трооборудования.
При измерении сопротивления изоляции мегомметром отсчет показаний про­изводится через 60 с после начала измерений.
Испытанию повышенным напряжением должны предшествовать тщательный осмотр и оценка состояния изоляции другими методами. Перед проведением испытаний изоляции электрооборудования (за исклю­чением вращающихся машин, находящихся в эксплуатации) наружная поверх­ность изоляции должна быть очищена от пыли и грязи, кроме тех случаев, когда испытания проводятся методом, не требующим отключения электрооборудова­ния.
Испытательное напряжение должно подниматься плавно со скоростью, допускающей визуальный контроль по измерительным приборам, и по дости­жении установленного значения поддерживаться неизменным в течение всего времени испытания. После требуемой выдержки напряжение плавно снижается до значения не более одной трети испытательного и отключается. До и после испытания изоляции повышенным напряжением частоты 50 Гц или выпрямленным напряжением следует измерять сопротивление изо­ляции.


3 Задачи и цели контрольных испытаний изоляции
электрооборудования
Контрольные испытания изоляции проводится с целью профилактики безаварийной работы оборудования и своевременное выявление развивающихся дефектов, которые могут привести к возникновению аварии.
В табл. 1 приведены основные методы испытаний изоляции и их применение.
Табл.1 Основные методы испытаний
№
Метод испытания изоляции
Дефекты, выявляемые методом
Применение, общая характеристика метода
1
Измерение сопротивления изоляции
Сквозные проводящие пути или пробой
Применяется для всех 29 видов оборудования. Один из основных методов. Предшествует испытаниям.
2
Испытание повышенным напряжением
Местные дефекты при снижении электрической прочности
Для обнаружения сосредоточенных дефектов в изоляции. Является основным испытанием, после которого выносится окончательное суждение о возможности нормальной работы оборудования в условиях эксплуатации.
3
Измерение tg δ
Процессы ионизации и степень старения и наличия в жидких диэлектриках химических загрязнений
Значение tg δ электроизоляционных материалов является основным критерием их диэлектрических свойств. Один из основных методов
4
Измерение
емкости
Общее увлажнение изоляции
Для контроля влажности и емкости кабельных линий, трансформаторов и электрических машин
5
Определение наличия частичных разрядов
Процессы ионизации в воздушных полостях
Дополнительный метод (получает все большее распространение)
6
Измерение распределения напряжения
Частичный пробой, несквозные пути утечки
Основной метод для изоляторов

Установление типичных для данной изоляции дефектов, определение связи между электрическими характеристиками изоляции и возникающими дефектами, разработка и применение различных способов устранения дефектов и методов восстановления дефектной изоляции являются целью контроля изоляции. Местные дефекты появляются в виде сосредоточенных трещин, воздушных включений, частичных увлажнений.
Задачами контрольных испытаний являются:
-обеспечение электрических параметров и режимов работы электрооборудования (питающее напряжение, потребляемый ток, частота переменного тока, сопротивление изоляции и т.д.)
- обеспечение заданных проектом технологических показателей (усилие, температура, частота вращения, скорость передвижения, производительность и т.д.);
-обеспечение надежности работы установки.
Все приведенные методы контроля изоляции электрооборудования предусмотрены СТО 34.01-23.1-001-2017. «Объем и нормы испытаний электрооборудования. Стандарт ПАО РОССЕТИ»
Для достижения этих целей выполняется комплекс контрольных испытаний, объем которых оговорен главой 1-8 Нормы приемо-сдаточных испытаний Правил устройства электроустановок (ПУЭ). Испытания предусмотрены для 29 пунктов оборудования.
Таким образом, в задачи контроля изоляции входит: создание нормальных условий работы изоляции; обнаружение дефектов и выдача рекомендаций по их устранению; разработка эффективных методов профилактики и эксплуатации изоляции.

4 Методы контроля сопротивления изоляции
Методы контроля сопротивления изоляции состоят из измерений и испытаний. Рассмотрим методы, которые применяются при контроле изоляции в соответствии с Нормами ПУЭ.

4.1 Измерение сопротивления изоляции постоянному току
Сопротивление изоляции Rиз является основным показателем состояния изоляции. Наличие грубых внутренних и внешних дефектов (повреждение, увлажненность, поверхностное загрязнение) снижает сопротивление.
Любая изоляция (диэлектрик), является конденсатором со сложной средой. Физические процессы в изоляции при приложении к ней напряжения аналогичны тем, которые имеют место быть в электрическом конденсаторе.

Рис. 1 Условная схема диэлектрика 1 - обкладка конденсатора
(на границах диэлектрика); 2 - диэлектрик - среда; 3 - диполь

Рис. 2 Кривые изменения во времени токов и Rиз сухой и влажной изоляции при приложении к ней выпрямленного напряжения
Определение сопротивления изоляции Rиз, производится измерением тока утечки Iут, проходящего через изоляцию, при приложенном к ней выпрямленном напряжении Uвыпр. Этот метод является одним из основных методов контроля качества изоляции из-за своей простоты.
При приложении напряжения через изоляцию, кроме токов на зарядку геометрической емкости и абсорбционных токов, течет ток, определяемый электропроводностью диэлектрика. С увеличением дефектности изоляции ток утечки возрастает. Это явление и положено в основу данного метода.
Сопротивление изоляции равно:
Rиз = Uвыпр/Iут
На постоянном напряжении Rиз будет изменяться во времени, покольку на величину тока будут влиять процессы медленной поляризации. На рис. 3 показан характер изменения тока через изоляцию и сопротивление изоляции от времени.

Рис. 3 Изменение тока утечки и сопротивления изоляции во времени
Опытным путем установлено, что для большинства изоляционных конструкций время достижения установившегося значения тока утечки I меньше 1 мин, т. е. к этому времени, после приложения напряжения, Rиз также достигнет установившегося значения.
Резкое уменьшение Rиз указывает на наличие дефекта в изоляции или сквозного проводящего пути, или пробоя изоляции. Обычно суждение об изоляции составляется на основании сравнения с результатом предыдущих измерений Rиз или заводских данных.
Основными методами измерения сопротивления изоляции постоянному току являются: непосредственной оценки, косвенный и мостовой.

4.1.1 Косвенный метод
Самый универсальный метод - косвенный метод амперметра-вольтметра (рис. 4), позволяющий измерять сопротивления при определенных режимах их работы, что важно при измерении нелинейных сопротивлений.  Этот метод обеспечивает более высокую точность при использовании измерительных приборов с классом точности не более 1. Переменный резистор предназначен для регулирования тока в цепи - чтобы при измерении стрелки амперметра и вольтметра находились в средней части шкалы (для повышения точности измерения).

Рис. 4 Схемы измерения больших (а) и малых (б) сопротивлений методом амперметра – вольтметра.
Измерение сопротивления изоляции переменному току проводят по схемам рис. 4. Но этот метод применяется редко, т. к. имеет большие погрешности.
Для измерений используют приборы типа: ампервольтметры 43312, М231, АВО-5М1, ЭВ 2234; амперметр Э527; вольтметр В-7-36

4.1.2 Непосредственный метод
Непосредственное измерение проводят омметрами. Если значения сопротивлений более 1 Ом, применяют омметры с последовательной схемой измерения, а для малых сопротивлений (менее 1 Ом) – с параллельной схемой. Что бы охватить диапазон малых и больших сопротивлений выпускают омметры по параллельно-последовательной схеме с несколькими шкалами отсчета