Elektrická pevnost izolace je dána její schopností odolávat provoznímu napětí po dlouhou dobu. Snížení elektrické pevnosti je ve většině případů způsobeno vlhkostí a lokálními defekty izolace. Takovými defekty jsou obvykle plynové (vzduchové) inkluze v pevném nebo kapalném dielektriku.
Vzhledem k tomu, že elektrická pevnost plynu v inkluzi je nižší než u hlavní izolace, jsou vytvořeny podmínky pro porušení nebo překrytí izolace v místě defektu – částečný výboj. Částečné výboje zase způsobují další destrukci izolace. Částečný výboj se nazývá jak posuvný (povrchový) výboj, tak i průraz jednotlivých zón nebo izolačních prvků.
Pro stanovení meze elektrické pevnosti izolace se zkouší se zvýšeným napětím. Zkušební napětí, výrazně vyšší než provozní napětí, je aplikováno po dobu dostatečnou k vytvoření výboje v místním defektu až do průrazu. Použití zvýšeného napětí tedy umožňuje nejen identifikovat závady, ale také zaručit požadovanou úroveň elektrické pevnosti izolace během jejího provozu.
Zkoušce izolace vysokým napětím by měla předcházet důkladná kontrola a posouzení stavu izolace jinými metodami popsanými výše. Izolaci lze podrobit zkoušce zvýšeným napětím, pouze pokud jsou výsledky předchozích zkoušek pozitivní.
Izolace se považuje za vyhovující zkoušce vysokým napětím, pokud nedošlo k žádným poruchám, částečným výbojům, emisím plynu nebo kouře, prudkému poklesu napětí a nárůstu proudu izolací nebo místnímu zahřívání izolace.
V závislosti na typu zařízení a povaze testu může být izolace testována aplikací zvýšeného střídavého nebo usměrněného napětí. V případech, kdy se zkouška izolace provádí se střídavým i usměrněným napětím, musí zkouška usměrněným napětím předcházet zkoušce střídavým napětím.
Zkouška izolace vysokého napětí AC
Zkoušení zvýšeným napětím střídavého proudu průmyslové frekvence se provádí pomocí zvyšovacího transformátoru s regulačním zařízením na straně nízkého napětí. Instalační schéma musí dále obsahovat síťový vypínač s viditelnou přerušovací a nadproudovou ochranou pro vypnutí napájení transformátoru v případě poruchy nebo přerušení izolace objektu, např. vypínač a pojistka nebo jistič s kryt odstraněn. Nastavení odezvy ochrany musí překročit proud odebíraný ze sítě při maximální hodnotě zkušebního napětí v objektu nejvýše dvakrát.
Jako zkušební napětí se obvykle používá napětí napájecí frekvence. Doba aplikace zkušebního napětí se považuje za 1 min pro hlavní izolaci a 5 min pro izolaci mezizávitů. Tato doba působení zkušebního napětí neovlivňuje stav izolace, která nemá vady, a je dostatečná pro kontrolu izolace pod napětím.
Rychlost nárůstu napětí do jedné třetiny zkušební hodnoty může být libovolná, dále by mělo být zkušební napětí zvyšováno plynule, rychlostí umožňující vizuální odečítání na měřicích přístrojích. Při zkoušce izolace elektrických strojů musí být doba nárůstu napětí z poloviny na plnou hodnotu alespoň 10 s.
Po nastavené době trvání testu se napětí postupně sníží až na hodnotu nepřesahující jednu třetinu testovacího napětí a vypne se. Náhlé uvolnění napětí je povoleno v případech, kdy je to nezbytné pro bezpečnost osob nebo bezpečnost zařízení. Doba trvání testu se vztahuje k době, kdy je aplikováno plné testovací napětí.
Aby se zabránilo nepřijatelným přepětím během testování (kvůli vyšším harmonickým v křivce testovacího napětí), testovací sestava by měla být pokud možno připojena k mezisíťovému napětí. Průběh napětí lze sledovat elektronickým osciloskopem.
Zkušební napětí, s výjimkou kritických zkoušek (generátory, velké motory atd.), se měří na straně nízkého napětí. Při testování objektů s velkou kapacitou může napětí na horní straně testovacího transformátoru mírně překročit vypočítaný transformační poměr kvůli kapacitnímu proudu.
Při kritickém testování se měří zkušební napětí na horní straně zkušebního transformátoru pomocí napěťových transformátorů nebo elektrostatických kilovoltmetrů.
V případech, kdy jeden napěťový transformátor nestačí k měření zkušebního napětí, je povoleno sériové zapojení dvou napěťových transformátorů stejného typu. U voltmetrů se používají i přídavné odpory.
K ochraně kritických objektů před náhodným nebezpečným zvýšením napětí musí být kulové mezery s průrazným napětím rovným 2 % testovaného objektu připojeny paralelně k testovanému objektu přes odpor (5 – 110 ohmů na každý volt testovacího napětí) .
Obvod pro testování izolace elektrických zařízení se zvýšeným střídavým napětím je na Obr. 1.
Rýže. 1. Schéma zkoušení izolace zvýšeným střídavým napětím.
Před přivedením napětí na testovaný objekt je plně sestavený obvod testován naprázdno a je zkontrolováno průrazné napětí kulových mezer.
Jako zkušební transformátory lze kromě speciálních použít výkonové transformátory a transformátory napětí.
Výkonové transformátory při tomto použití umožňují proudové zatížení až 250 % jmenovitého zatížení při trojitém testování (fáze po fázi) s dvouminutovou přestávkou mezi aplikacemi napětí. U napěťových transformátorů typu NOM je přípustné zvýšit napětí na primárním vinutí na 150 – 170 % jmenovitého. Při absenci zkušebního transformátoru dostatečného výkonu je možné paralelně zapojit transformátory stejného typu.
Měřící transformátory napětí typu NOM jsou široce používány. Jejich maximální výkon, uvedený v pasových údajích a určený zajištěním příslušné třídy přesnosti, je relativně malý. Vzhledem k topným podmínkám však umožňují krátkodobé přetížení 3 až 5 násobku hodnoty proudu vypočtené z maximálního jmenovitého výkonu. Navíc tyto transformátory mohou být přebuzeny napětím o 30-50%, dva transformátory lze zapojit do série.
Rýže. 2. Schémata pro sekvenční zapojení zkušebních transformátorů: TL1 a TL2 – zkušební transformátory; TL3 je izolační transformátor.
Zapojení dvou transformátorů podle schématu na Obr. 2a je použitelný v případě, kdy obě elektrody objektu mohou být izolovány od země. Zkušební napětí se rovná součtu napětí obou transformátorů; Jmenovité hodnoty těchto napětí se mohou lišit. Při zapojení transformátorů do kaskády (obr. 2a, b) je jeden z nich TL2 na vysokém potenciálu a jeho pouzdro musí být izolováno od země.
Tento transformátor může být buzen pomocí speciálního vinutí prvního transformátoru TL1 kaskády (obr. 2b) nebo přímo z jeho sekundárního vinutí, pokud maximální hodnota napětí na něm nepřekročí hodnotu přípustnou pro primární vinutí transformátoru TL2. Pokud nelze transformátor TL2 spolehlivě izolovat, použijte pomocný oddělovací transformátor TL3 (obr. 2c).
Výkonové transformátory se používají k výrobě fázového nebo síťového napětí. V prvním případě je nulový vodič vinutí VN uzemněn a primární napětí je přivedeno na nulový vodič a odpovídající fázovou svorku vinutí NN.
Předpokládá se, že výkon transformátoru je roven 1/3 jmenovitého výkonu. Síťové napětí se používá za předpokladu, že nulová izolace je dimenzována na plné fázové napětí. V tomto případě je uzemněna jedna nebo dvě propojené svorky VN. Předpokládá se, že výkon transformátoru je 2/3 jmenovitého výkonu. Výkonové transformátory umožňují krátkodobé proudové přetížení 2,5-3x.
Seřizovací zařízení musí zajistit změnu napětí transformátoru z 25-30% na plnou hodnotu zkušebního napětí. Regulace by měla být téměř plynulá, s kroky nepřesahujícími 1-1,5 % testovacího napětí. Otevřené obvody během regulace jsou nepřijatelné.
Napětí by se mělo blížit sinusovému tvaru s obsahem vyšších harmonických nepřesahujícím 5 %. Při použití regulátorů s nízkým vnitřním odporem, jako jsou autotransformátory, je tento požadavek prakticky splněn. Použití tlumivek nebo reostatů pro tento účel se nedoporučuje.
Zkouška izolace usměrněným napětím
Použití usměrněného testovacího napětí může výrazně snížit výkon testovacího nastavení, umožňuje testovat objekty s velkou kapacitou (kabely kondenzátorů atd.) a umožňuje sledovat izolační stav pomocí naměřených svodových proudů.
Při zkoušení izolace usměrněným napětím se obvykle používají půlvlnné usměrňovací obvody. Na Obr. Obrázek 3 ukazuje schematický diagram testování izolace s usměrněným napětím.
Rýže. 3. Schéma zkoušení izolace usměrněným napětím
Metoda zkoušení izolace usměrněným napětím je podobná metodě zkoušení střídavým napětím. Kromě toho je monitorován svodový proud.
Doba aplikace usměrněného napětí je delší než při zkoušení střídavým napětím a v závislosti na zkoušeném zařízení je normami stanovena do 10 – 15 minut.
Testovací napětí se typicky měří pomocí voltmetru připojeného k nízkonapěťové straně testovacího transformátoru (přepočteno na poměr).
Protože usměrněné napětí je určeno hodnotou amplitudy, musí být hodnoty voltmetru (měření hodnot efektivního napětí) vynásobeny vnitřním odporem usměrňovací lampy, který je malý, když je katoda normálně zahřátá, a prudce se zvyšuje, když vlákno proud je nedostatečný. V tomto případě se úbytek napětí v usměrňovací lampě zvyšuje a na testovaném objektu klesá. Proto je při testování nutné sledovat napájecí napětí testovací sestavy. Pro měření napětí na vysoké straně je také vhodné použít voltmetr s velkým přídavným odporem.
Stejně jako u zkoušek se střídavým napětím se za účelem ochrany kritických objektů před náhodným nadměrným zvýšením napětí doporučuje připojit jiskřiště s průrazným napětím rovným 2 – 5 % zkušebního napětí přes odpor (110 – 120 ohmů pro každý volt testovacího napětí) paralelně s testovaným objektem.
Proud procházející izolací při zkouškách usměrněným napětím ve většině případů nepřesahuje 5 – 10 mA, což určuje nízký výkon zkušebního transformátoru.
Při zkoušení objektů s velkou kapacitou (silové kabely, kondenzátory, vinutí velkých elektrických strojů) má kapacita objektu nabitého na zkušební napětí velkou zásobu energie, jejíž okamžité vybití může vést ke zničení zařízení el. testovací zařízení. Proto by měl být testovaný objekt vybit tak, aby vybíjecí proud neprocházel měřicím zařízením.
K odstranění náboje z testovaných objektů se používají zemnící tyče, jejichž elektrický obvod obsahuje odpor 5–50 kOhm. Gumové trubice naplněné vodou se používají jako výbojové odpory pro předměty s velkou kapacitou.
Náplň kontejneru, i po krátkodobé aplikaci uzemnění, může zůstat po dlouhou dobu a představovat nebezpečí pro životy personálu. Proto po vybití testovaného předmětu pomocí vybíjecího zařízení musí být pevně uzemněn.
Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře
Pokud se vám tento článek líbil, sdílejte odkaz na něj na sociálních sítích. Velmi to pomůže rozvoji našeho webu!
