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絕緣測試應(yīng)用案例

發(fā)布時間:2011-09-26

中心議題:
  • 絕緣測試應(yīng)用案例
  • 了解不同的電阻測試
  • 變壓器絕緣電阻   
  • 測量馬達的絕緣電阻

安裝測試

電工和工程師為了確保設(shè)備正常和導(dǎo)線的完整性而進行驗證測試。驗證測試是一種簡單、快速的測試,用來查看絕緣材料的瞬間狀態(tài),它并不提供診斷數(shù)據(jù),所使用的測試電壓要比進行預(yù)測維護測試所使用的電壓高許多。由于驗證測試主要測試電纜系統(tǒng),檢查維護故障、不合格的設(shè)備、嚴重的老化或污染等情況,所以有時也被稱為GO/NO GO測試。如果在測試過程中沒有發(fā)現(xiàn)故障,則認為設(shè)備是合格的。

選擇測試電壓   

經(jīng)常要對各種各樣的設(shè)備進行驗證測試??梢栽诖蠹s一分鐘內(nèi)使用單一的電壓,通常為500和5000 V;也可以對絕緣材料施加高于正常的工作電壓的電壓,來檢測絕緣材料中細小的缺陷,這是很常見的。對于新的設(shè)備,測試電壓應(yīng)該大約為制造商的工廠測試電壓(高于額定電壓,可以從電纜制造商處獲得該數(shù)據(jù))的60% 到 80%。如果您不知道工廠測試電壓,則使用兩倍的電纜額定電壓再外加1000伏特。額定電壓是導(dǎo)線可以接受的長時間的最大電壓量,通常被印刷在電纜上。對于單相、兩相或三相系統(tǒng)來說,電纜的額定電壓是指相-相額定電壓。由于受其承受高壓的能力的限制,前邊所提到的測試方法只適用于測試小型、新的設(shè)備。對于更大的或舊的設(shè)備,或者電線,則使用DC測試電壓(參見表3)。表1所列的是測試旋轉(zhuǎn)式設(shè)備時通常采用的的驗證DC測試電壓(不是制造商的測試電壓)。

驗證測試步驟   進行設(shè)備驗證測試時,遵循下列步驟:
•使用萬用表或兆歐表上的電壓測量功能,確保被測電路未連接任何電源。
•選擇合適的電壓量程。
•將黑色探頭線的末段插入表上的公共端,將測試探針接地(地線)或另一導(dǎo)體。某些時候,將所有非被測部分的導(dǎo)線全部接地是非常有用的。利用鱷魚夾可以使測量更簡單,結(jié)果更精確。
•將紅色探頭線的末端插入表上的volt/ohm端,將測試探針連接至被測導(dǎo)線。
•按下測試鍵,施加所希望的電壓,讀出表上所顯示的阻抗值。讀數(shù)達到穩(wěn)定可能需要幾秒鐘。阻抗值越高越好。
旋轉(zhuǎn)設(shè)備DC測試電壓 使用的公式
工廠AC測試,VAC(僅供參考) 2 x (VAC額定值) + 1,000
最大DC設(shè)備測試,VDC 1.28 x (工廠 AC測試電壓)
最大售后服務(wù)測試DC,VDC 0.96 x (工廠 AC 測試電壓)
 
表1. 旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的驗證測試電壓公式

                                      圖4. 被測設(shè)備
•相對于地和管線內(nèi)所有其它導(dǎo)線,測試每一導(dǎo)線。將測量值的數(shù)據(jù)記錄放在一個安全的地方。
•如果某些導(dǎo)線不能通過測試,確定故障,或?qū)?dǎo)線抽出。潮濕的空氣、水分或灰塵都能夠?qū)е伦杩菇档汀?預(yù)測維護測試      維護測試能夠提供關(guān)于導(dǎo)線、發(fā)電機、變壓器和馬達現(xiàn)在和將來狀態(tài)的重要信息。有效的維護測試的關(guān)鍵是良好的數(shù)據(jù)收集。通過檢查所收集的數(shù)據(jù),可以幫助我們安排診斷和維修工作,這可以降低由于意外造成的停工時間。下表列出了最常用的DC測試電壓和維護測試。
設(shè)備AC額定值(Volt) DC測試電壓(Volt)
0 – 100 100 – 250
440 – 560 500 – 1,000
2,300 1,000 或更高
4,100及以上 1,000 或更高
表2. 針對設(shè)備額定值的維護測試電壓 抽查讀數(shù)/短時阻抗測試    
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在短時測試中,兆歐表被直接跨接在被測設(shè)備上,施加大約60秒的測試電壓。為了在大約一分鐘的時間內(nèi)使絕緣值讀數(shù)達到穩(wěn)定,應(yīng)該只對低容性的設(shè)備進行該項測試?;镜倪B接步驟和驗證測試時相同,所施加的電壓按DC測試電壓公式進行計算。當測試好的設(shè)備時,您會注意到,隨電容容量和吸收電流的降低,絕緣阻抗值會穩(wěn)定上升。由于溫度和濕度會影響測試結(jié)果,應(yīng)該在標準溫度(大約20?C/68?F)下、露點之上的環(huán)境下進行測試。    當設(shè)備的額定值等于或小于1000伏特時,絕緣讀數(shù)應(yīng)該為1MΩ或更高。當設(shè)備額定值高于1000伏特時,理想的阻抗應(yīng)該為每1000伏特上升1MΩ。所測量的絕緣阻抗值通常會略低于以前記錄的值,其下降的趨勢規(guī)律如圖6所示。絕緣值下降的斜率是絕緣材料老化程度的正常信號。陡峭的下降斜率是絕緣失效或可能出現(xiàn)故障的先兆。

  圖5. 絕緣阻抗測試

 圖6.絕緣阻抗的一個周期
DC測試電壓 適用的公式
對于相-相電壓額定值 DCt = 0.8165 x Ep-p
對于相-地電壓額定值 DCt = 1.414 x Ep-n
表3.DC測試電壓公式
DCt-在通常的AC操作中與最大絕緣電壓相關(guān)的DC測試電壓
Ep-p -相-相電壓額定值
Ep-n-相-地電壓額定值 步進電壓測試    

步進電壓測試包括在不同的電壓設(shè)置下的阻抗測試。在這種測試中,對每種電壓施加相同的時間周期(通常為60秒),然后畫出絕緣阻抗曲線。通過施加步進增長的電壓,絕緣阻抗問題會暴露于提高的電壓下,能夠顯現(xiàn)出一些絕緣上的缺陷信息,如針孔、有形損壞,或者脆度等。良好的絕緣應(yīng)該能夠承受電壓的增長,在不同的測試電壓下,其阻抗應(yīng)該保持基本相同。另一方面,尤其是在高壓時,材料惡化、破裂或被污染的絕緣材料也能承受增長的電流,只是導(dǎo)致絕緣阻抗的降低。這種測試并不受絕緣材料、設(shè)備電容和溫度的影響。由于該項測試需要更長的時間,所以,只有在絕緣抽查測試結(jié)果不確定時才進行該項測試。抽查測試處理的是絕對阻抗(單一讀數(shù))隨時間的改變,而步進電壓測試是查找阻抗隨不同的測試電壓變化的趨勢。 介質(zhì)吸收/時間-阻抗測試     時間阻抗測試不依賴于設(shè)備的大小和溫度,它比較受污染的絕緣材料的吸收特性和良好的絕緣材料的吸收特性。時間阻抗測試電壓的時間要超過10分鐘的周期,第一分鐘內(nèi),每10秒記錄數(shù)據(jù),然后每分鐘進行記錄。描繪的圖表的斜率的意義能夠確定絕緣的狀態(tài)。阻抗圖表的持續(xù)增長表明絕緣良好;平坦或下降的曲線表明絕緣材料被損壞或受到了污染。

圖7. 步進電壓測試

 圖8. 良好和不良的測試曲線

 圖9.良好和受污染的介質(zhì)吸收測試曲線
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確定絕緣質(zhì)量的另一個方法是利用極化指標(PI)測試。潮濕環(huán)境和油膩環(huán)境在PI曲線上表現(xiàn)為平坦現(xiàn)象,會導(dǎo)致漏泄電流,并最終是線圈短路,對于這種情況,PI指標測試是非常有價值的。極化指標是兩個時間點阻抗讀數(shù)的比值:一個為1分鐘之后的讀數(shù),另一個是10分鐘之后的讀數(shù)。對于良好的絕緣,在開始時阻抗值較低,然后隨容性漏泄電流和吸收電流的變小而增大。10分鐘后的讀數(shù)值被1分鐘后的讀數(shù)值除,即可得到結(jié)果。低的極化指標表明絕緣存在問題。當測試時間緊迫時,極化指標測試的捷徑是進行介質(zhì)吸收率(60/30)秒測試。 發(fā)電機、變壓器、馬達和導(dǎo)線的測試連接     為了測試發(fā)電機、變壓器、馬達和配線設(shè)備的絕緣阻抗,我們可以利用前面提到的任意維護測試。是否選擇spot-reading、步進電壓或時間阻抗測試取決于測試的原因和所獲得的數(shù)據(jù)的有效性。當測試發(fā)電機、馬達或變壓器時,可以順序測試或單獨測試每一線圈/相,而將其它線圈接地。按照這種方法,同時也測量了相之間的絕緣阻抗。 測試旋轉(zhuǎn)式設(shè)備時的溫度修正    對于在不同的溫度下測試電樞和激勵繞組,IEEE推薦了以下的絕緣阻抗公式。Rm = Kt x (kV + 1)表6. AC和DC旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的絕緣阻抗公式
絕緣阻抗狀態(tài) 60/30秒比值 10/1分鐘比率(PI)
危險 0 -1.0 0 – 1
不良 1.0 – 1.3 1 – 2
良好 1.3 – 1.6 2 – 4
極好 1.6和更高 4和更高
表4. 近似的介質(zhì)吸收率
  認證測試 抽取 讀數(shù) 步進測試電壓 介質(zhì)吸收測試 極化指標測試
單次讀數(shù)
·
·
     
高的測試電壓
·
       
周期性的進行  
·
·
·
·
變化的測試電壓    
·
   
定時的測量間隔      
·
·
診斷信息  
·
·
·
·
表5. 不同的電阻測試

Rm -修正至40?C (104?F)下的最大絕緣阻抗,單位為MΩ。
Kt -在一定的線圈溫度下,絕緣阻抗的溫度系數(shù),可從圖10中查到。
kV – 額定的設(shè)備端-端電壓,單位為千伏。
對于三相系統(tǒng),測試時其它兩相接地,所記錄的每一相的阻抗值應(yīng)該被2除。所得到的結(jié)果可以和推薦的最小絕緣電阻進行比較。

圖10. 旋轉(zhuǎn)式設(shè)備的近似溫度系數(shù)
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測試發(fā)電機和馬達
    

當測試定子馬口鐵的阻抗時,要確保定子繞組和定子相是斷開的。測量繞組之間以及繞組和地之間的絕緣電阻。還有,當測量DC發(fā)電機或馬達時,應(yīng)該將電刷提高,這樣,就能將馬口鐵和電樞分開來測量。下表列出了推薦的在不同的馬達額定電壓下的最小阻抗讀數(shù)
馬達額定電壓 可接受的最小阻抗
0-208 100,000 Ω
208-240 200,000Ω
240-600 300,000Ω
600-1000 1 MΩ
1000-2400 2 MΩ
2400-5000 3 MΩ
表7. 推薦的40?C (104?F)下最小阻抗

測試變壓器    

當測試單相變壓器時,要測試繞組-繞組、繞組-地,或者每次測試繞組和其它所有接地部分的絕緣電阻。對于三相變壓器,用EP-P (三角型變壓器)或Ep-n (Y型變壓器)代替E,用被測繞組的kVA3Ø 額定值代替kVA。利用下列的公式來確定最小的絕緣電阻。
變壓器類型 使用的公式
單相 R = C x E √kVA
三相Y型 R = C x Ep-n √kVA
三相三角型 R = C x Ep-p √kVA
表8. 變壓器絕緣電阻公式
  
R-一分鐘DC500伏特下最小絕緣,單位為兆歐C -在20?C (68?)溫度下的一個常量(參加下文)E -繞組的電壓額定值 KVA-被測線圈的額定功率。對于三相單元kVA3Ø =√3 x kVA1Ø
變壓器類型 60-Hertz
槽式充油式 1.5
無槽充油式 30.0
干式或復(fù)合式 30.0
表9. 20?C (68?)下常量C的值

測試配線或電纜設(shè)備
    

當測試配線或電纜時,應(yīng)將其從操作板或機器上斷開,保持隔離。應(yīng)該在電線或電纜之間或其和地之間進行測量(參見第4頁的圖4)。IPCEA(Insulated Power Cable Engineers Association)提供下列公式,推薦了最小的絕緣電阻值。 R = K x Log10 (D/d) 表10. 電纜絕緣電阻 R -每1000 英尺 (305 米)電纜的阻抗,單位為MΩ?;?00伏特的DC測試電壓,在15.6?C (60?F)的溫度下通電1分鐘。 K-絕緣材料常數(shù)(例如,絕緣浸漬紙-2640, 漆包布鉛皮-2460, 熱塑聚乙烯材料-50000,合成聚乙烯-30000)
D -單根電線或電纜絕緣導(dǎo)體的外徑 
D = d + 2c + 2b 單根導(dǎo)線的直徑
d -導(dǎo)線的直徑
c-導(dǎo)體絕緣層的厚度
b-護套絕緣層的厚度

例如,一千米6號 A.W.G耐熱天然橡膠絕緣的鋁絞線,其絕緣層厚度為0.125,則K = 10,560 ,Log10 (D/d) = 0.373英寸。根據(jù)公式(R = K x Log10 (D/d), R = 10,560 x 0.373 = 3,939 MΩ/1000 英尺),在60?F下,每一千英尺的單根導(dǎo)線的最小絕緣電阻應(yīng)為3,939 MΩ。

圖11. 測量馬達的絕緣電阻
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