RU2708685C1 - Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины - Google Patents
Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2708685C1 RU2708685C1 RU2018140170A RU2018140170A RU2708685C1 RU 2708685 C1 RU2708685 C1 RU 2708685C1 RU 2018140170 A RU2018140170 A RU 2018140170A RU 2018140170 A RU2018140170 A RU 2018140170A RU 2708685 C1 RU2708685 C1 RU 2708685C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- insulation
- voltage
- layers
- current
- winding
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
Abstract
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нахождения распределения электрического напряжения по слоям изоляции обмотки электрической машины для оценки изменения ее электрической прочности. Сущность: к обесточенной обмотке электрической машины и ее корпусу подключается источник постоянного тока, под воздействием которого через изоляцию обмотки статора проходит ток, состоящий из переходного и установившегося тока. Измеряют начальное значение переходного тока, его постоянную времени, которые совместно со значениями напряжения источника постоянного тока и сопротивления изоляции обмотки используют для решения системы уравнений, в результате которого находят величины емкостей слоев изоляции, используемые для расчета напряжения на ее слоях. Это позволяет судить о тенденции изменения электрической прочности изоляции. 2 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для нахождения распределения электрического напряжения по слоям изоляции обмотки эксплуатируемой электрической машины (ЭМ) для оценки изменения ее электрической прочности.
Предпосылки к изобретению
В процессе эксплуатации электрической машины ее электрическая изоляция претерпевает тепловое и электрическое старение, подвергается действию вибрации и других вредных факторов, вследствие чего в изоляции происходят физические и химические изменения, в частности, увеличивается ее поперечная слоистая неоднородность, приводящая к более неравномерному перераспределению напряжения по слоям в изоляции между проводниками и корпусом машины, в результате чего в слоях изоляции повышается электрическая напряженность и в итоге снижается ее электрическая прочность. Существующие методы и средства не позволяют неразрушающим методом устанавливать распределение напряжения по слоям изоляции обмотки электрической машины, находящейся в эксплуатации.
Предлагаемый способ позволяет судить об изменении электрической прочности изоляции обмотки эксплуатируемой электрической машины посредством определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции методом неразрушающего контроля.
Известна высоковольтная изоляция конденсаторного типа [1], в которой распределение напряжения между ее дополнительными слоями рассчитывают на основе соотношения емкостей между элементами конструкции изоляции и ее схемы замещения.
Приведенный в [1] расчет распределения напряжения между слоями высоковольтной изоляции конденсаторного типа не позволяет его использовать для установления распределения напряжения в слоях изоляции электрической машины в силу ее конструктивных особенностей, не дающих возможности получить параметры, используемые в расчетах соответствующих величин в [1].
Известен способ определения распределения напряжения по элементам высоковольтных изоляционных конструкций [2] на основе расчета с использованием величин собственных емкостей изоляторов, емкости металлических элементов изоляторов относительно заземленных частей сооружения (опоры, заземленных тросов и т.д.), емкости этих же элементов относительно частей установки, находящихся под напряжением (провода, арматуры).
Расчет распределения напряжения по элементам высоковольтных изоляционных конструкций [2] не позволяет его использовать для установления распределения напряжения по слоям изоляции электрической машины в силу отличия ее конструкции от изоляционных конструкций в [2].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по своей технической сущности является способ [3, с. 4, 5], в котором для оценки степени увлажнения изоляции электрической машины используют коэффициент абсорбции, рассчитываемый на основе начального значения тока, проходящего через изоляцию при ее включении на постоянное напряжение, и его установившегося значения.
Для электрических машин, находящихся в эксплуатации, характерна сухая (неувлажненная) изоляция, поэтому способ [3, с. 4, 5] не решает задачу по нахождению распределения электрического напряжения по слоям изоляции обмотки эксплуатируемой электрической машины.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является -выявление тенденции изменения электрической прочности изоляции обмотки эксплуатируемой электрической машины с целью прогнозирования ее пробоя.
Указанный технический результат обеспечивается благодаря тому, что в период технического обслуживания электрической машины измеряется ток, проводимый через ее изоляцию, включающий в себя переходный (ток абсорбции) и установившийся ток. Параметры тока, проводимого через изоляцию, используются в алгоритме расчета распределения напряжения по ее слоям.
Способ осуществляют следующим образом
К обесточенной электрической машине, например, к статорной обмотке асинхронного двигателя (АД) и его корпусу подключается источник постоянного тока, под воздействием которого через изоляцию обмотки статора будет проходить ток, состоящий из переходного тока абсорбции iaбc с начальным значением Iабс, обусловленного главным образом слоистой неоднородностью изоляции, и установившегося тока I∞, обусловленного сквозным током утечки изоляции. Переходный ток будет иметь постоянную времени, обозначенную параметром Т. Вид графика переходного и установившегося тока через изоляцию обмотки показан на фигуре 1.
Изложенный процесс моделируется эквивалентной электрической схемой замещения двухслойной изоляции электрической машины, приведенной на фигуре 2. На схеме использованы следующие обозначения. ИП - источник постоянного тока, с выходным напряжением - U; Кл - ключ замыкания (размыкания) цепи схемы; Пр - предохранители; Ш - шунт для съема сигнала тока цепи; блок ИЗ, содержащий эквивалентную электрическую схему замещения двухслойной изоляции электрической машины с точками вывода 1, 2, включающий в себя:
С1 - эквивалентную емкость первого слоя изоляции;
R1 - эквивалентное сопротивление, характеризующее активные потери емкости изоляции первого слоя;
С2 - эквивалентную емкость второго слоя изоляции;
R2 - эквивалентное сопротивление, характеризующее активные потери емкости изоляции второго слоя;
К - корпус электрической машины;
i(t) - сигнал по току, проходящего через изоляцию, поданный на осциллограф Ос;
u1, u2 - напряжения первого и второго слоя изоляции.
Выбор модели двухслойной изоляции электрической машины обусловлен тем, что один слой условно принимается за слой исправной изоляции, сохранившей свою монолитность, другой - представляет собой слой поврежденной изоляции, претерпевшей физические и химические изменения (образование в нем трещин, расслоений, полостей и т.п.).
При подключении источника постоянного тока ИП ключом Кл к клемме одной из фаз асинхронного двигателя (точка 1, фигура 2) и к корпусу АД (точка 2) через изоляцию, эквивалентируемую ее двухслойной схемой замещения (блок ИЗ), протекает ток i(t), регистрируемый осциллографом Ос по сигналу, снимаемого с шунта Ш. Этот ток согласно [3] равен:
При длительной транспортировке, хранении, простое в условия повышенной влажности электрические машины имеют увлажненную изоляцию. У таких машин проводимости слоев изоляции могут отличаться друг от друга (R1≠R2) при проникновении влаги в один слой изоляции или они могут быть приблизительно равны между собой при сквозном увлажнении изоляции (R1≈R2).
Для электрических машин, находящихся в эксплуатации, характерна сухая (неувлажненная) изоляция с приблизительно равными проводимостями слоев (R1≈R2=R=Rиз/2, где Rиз - сопротивление изоляции статорной обмотки). В этом случае выражения (1) приобретают следующий вид:
Два последних выражения сводятся в систему из двух уравнений с двумя неизвестными С1 и С2, параметры U и R=Rиз/2 являются исходными, а параметры Iабс и Т определяются из осциллограммы (фигура 1). Решением этой системы уравнений будут значения емкостей первого и второго слоев - С1 и С2.
Согласно теории диэлектриков напряжения на слоях двухслойной изоляции в начальный момент (t=0) заряда емкостей С1 и С2 распределяются обратно пропорционально их величинам:
По окончании заряда емкостей слоев изоляции напряжение на них распределяется равномерно, прямо пропорционально величинам сопротивлений слоев R1≈R2=R:
Для рассматриваемого случая наиболее неравномерное перераспределение напряжения по слоям в изоляции происходит в начальный момент заряда емкостей слоев (u1(0)≠u2(0)), а после окончания их заряда распределение напряжения по слоям становится равномерным
У работающей электрической машины, напряжение U из выражения (1) будет переменным рабочим напряжением между фазой машины и корпусом. Это напряжение может быть кратно больше его номинального значения при импульсных перенапряжениях.
Таким образом, осуществляя регулярный контроль распределения напряжения по слоям изоляции, судят о тенденции изменения электрической прочности изоляции статорной обмотки.
Пример
Пусть изоляция статорной обмотки АД имеет следующие параметры: U=100В, Rm=1 МОм, I∞=0,1 мА, Iабс=0,04 мА, Т=4 сек.
Подставив значения этих параметров в (2), получим, что С1=13 мкФ, С2=3 мкФ. Тогда распределение напряжений по слоям в начальный момент заряда их емкостей согласно (3) будет следующим:
u1(0)=18,7 В; u2(0)=81 В
Если рабочее напряжение между фазой машины и корпусом будет, например, 6,6 кВ, то распределение напряжения по слоям изоляции будет:
u1(0)=1,24 кВ=1240 В; u2(0)=5,36 кВ=5360 В
Полученный результат свидетельствует о значительной неравномерности распределения напряжения по слоям изоляции (u1(0)≤u2(0)) ухудшающей ее электрическую прочность.
Источники информации
1. ru-patent.info/20/l5-19/2017247 … копия
2. revolution.allbest.ru/physics/ … копия
3. Ваксер Н.М., Бородулина Л.К. Изоляция электрических машин, лабораторный практикум. - Л.: ЛПИ имени М.И. Калинина, 1981.
Claims (1)
- Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины, заключающийся в том, что к обесточенной обмотке электрической машины и ее корпусу подключают источник постоянного тока, далее измеряют величину переходного тока и величину установившегося тока, проходящих через изоляцию обмотки статора, отличающийся тем, что с целью нахождения распределения электрического напряжения по слоям изоляции начальное значение переходного тока, его постоянную времени, напряжение источника постоянного тока, сопротивление изоляции обмотки используют для решения системы уравнений, в результате которого находят величины емкостей слоев изоляции, используемые для расчета напряжения на ее слоях, что в итоге позволяет судить о тенденции изменения электрической прочности изоляции.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018140170A RU2708685C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018140170A RU2708685C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2708685C1 true RU2708685C1 (ru) | 2019-12-11 |
Family
ID=69006502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018140170A RU2708685C1 (ru) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2708685C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1239609A1 (ru) * | 1984-08-24 | 1986-06-23 | Ордена "Знак Почета" Научно-Исследовательский Институт По Передаче Электроэнергии Постоянным Током Высокого Напряжения | Способ измерени распределени напр жени по элементам высоковольтной изол ционной конструкции |
SU1626219A1 (ru) * | 1988-09-22 | 1991-02-07 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова | Способ определени глубины пропитки электроизол ционных материалов |
RU2054185C1 (ru) * | 1991-11-04 | 1996-02-10 | Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт средств автоматизации на железнодорожном транспорте | Способ определения места снижения сопротивления изоляции в объектах с общим изолированным от земли источником питания |
US6208149B1 (en) * | 1998-12-22 | 2001-03-27 | Arkady Aynvarg | Method and apparatus for monitoring electric insulation conditions in energized electric systems |
US20170016951A1 (en) * | 2014-10-02 | 2017-01-19 | Lg Chem, Ltd. | Insulation resistance measuring device and method capable of rapidly measuring insulation resistance |
-
2018
- 2018-11-14 RU RU2018140170A patent/RU2708685C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1239609A1 (ru) * | 1984-08-24 | 1986-06-23 | Ордена "Знак Почета" Научно-Исследовательский Институт По Передаче Электроэнергии Постоянным Током Высокого Напряжения | Способ измерени распределени напр жени по элементам высоковольтной изол ционной конструкции |
SU1626219A1 (ru) * | 1988-09-22 | 1991-02-07 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом институте им.С.М.Кирова | Способ определени глубины пропитки электроизол ционных материалов |
RU2054185C1 (ru) * | 1991-11-04 | 1996-02-10 | Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт средств автоматизации на железнодорожном транспорте | Способ определения места снижения сопротивления изоляции в объектах с общим изолированным от земли источником питания |
US6208149B1 (en) * | 1998-12-22 | 2001-03-27 | Arkady Aynvarg | Method and apparatus for monitoring electric insulation conditions in energized electric systems |
US20170016951A1 (en) * | 2014-10-02 | 2017-01-19 | Lg Chem, Ltd. | Insulation resistance measuring device and method capable of rapidly measuring insulation resistance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Gyftakis et al. | Dielectric characteristics of electric vehicle traction motor winding insulation under thermal aging | |
Morshuis et al. | Stress conditions in HVDC equipment and routes to in service failure | |
CN110726880A (zh) | 基于频域和时域的电容式套管绝缘系统老化状态评估方法 | |
JP5469052B2 (ja) | 巻線の絶縁特性評価方法 | |
CN110736905A (zh) | 一种110kV XLPE高压电缆绝缘老化评估方法 | |
Soltani et al. | Impact of humidity on dielectric response of rotating machines insulation system | |
Pradhan et al. | Estimation of moisture content in oil-impregnated pressboard through analyzing dielectric response current under switching impulse | |
CN113917293A (zh) | 基于频域时域高压干式套管绝缘老化状态评估方法及系统 | |
RU2708685C1 (ru) | Способ определения распределения электрического напряжения по слоям изоляции электрической машины | |
Rux et al. | Assessing the condition of hydrogenerator stator winding insulation using the ramped high direct-voltage test method | |
Patsch | Dielectric Diagnostics of Power Transformers and Cables-Return Voltage Measurements, Theory and Practical Results | |
Driendl et al. | Characterization of insulation material parameters in low-voltage electrical machines | |
Chen | Parameters influencing the dielectric loss of new winding insulation of electric machines | |
Joshi et al. | Dielectric diagnosis of EHV current transformer using frequency domain spectroscopy (FDS) & polarization and depolarization current (PDC) techniques | |
Pradhan et al. | A new approach to estimate activation energy of oil-impregnated pressboard stressed under switching impulse at different temperatures | |
Liu et al. | Ageing condition assessment of DC cable XLPE insulation by Tan δ measurement at 0.1 Hz voltage | |
Xu et al. | Research of aging status assessment of large generator winding insulation by polarization and depolarization current | |
Rushall et al. | An examination of high-voltage dc testing applied to large stator windings | |
David et al. | Progress in DC testing of generator stator windings: theoretical considerations and laboratory tests | |
Taylor | Measured and modeled capacitance, loss and harmonics in stator insulation with nonlinear stress control | |
JP2010112755A (ja) | 回転機固定子巻線の絶縁診断方法および絶縁診断装置 | |
KR100805872B1 (ko) | 코일의 여수명 추정 방법 및 코일의 여수명 추정 장치 | |
Zhao et al. | Time-domain dielectric response characteristics of XLPE cable insulation under different water conten | |
Gutten et al. | Analysis of insulating parameters of oil transformer by time and frequency methods | |
Moghadam et al. | Dielectric parameters of unimpregnated mica tape under humid condition |