Исследование электрической прочности изоляции

Состояние изоляции определяет эффективную работу энергосистемы в целом, бесперебойную подачу электричества потребителю и безопасность обслуживающего персонала.

В процессе эксплуатации происходит дряхление изоляции. Это приводит к снижению электрической устойчивости, что ведет к аварийным ситуациям на линиях электропередач. Для исключения непредвиденных ситуаций необходимо постоянно выполнять замеры изоляционных свойств диэлектрика.

Электрическая устойчивость и ее зависимость

Под ЭП понимают разность минимального значения потенциалов, приложенных к единице толщины, при которой происходит пробой.

Ее определяют многочисленные факторы, имеющие нелинейную характеристику, зависящую от:

Толщины диэлектрика;
Диэлектрической проницаемости материи;
Показателей температуры окружающего воздуха и температуры самого диэлектрика;
Вида диэлектрика;
Переменное или постоянное напряжение приложено к изоляции.

Другими словами, электрическая плотность определяется величиной напряжения пробоя. Практически для каждого изолятора эта величина определяется лабораторными исследованиями при выполнении нескольких испытаний.

Размерность величины определяется как отношение напряжения к толщине В/мм или кВ/см. Диэлектрическими свойствами обладает воздух, например, его прочность составляет 30 кВ/см.

При этом диэлектрические свойства зависят от физического состояния вещества:

Наибольшее распространение получили твердые изоляционные материалы. Они применяются в кабельной продукции, при изготовлении проводов, проводников, панелей и т.д. В момент пробоя разрушается изоляционный слой, возникают трещины, по которым протекает ток. В результате для следующего пробоя потребуется значительно меньшее напряжение;
Кроме твердых изоляционных материалов, применяется жидкая изоляция. К ней относится трансформаторное масло, которое нашло применение в трансформаторах, в высоковольтных кабелях, выключателях. При этом оно способно восстанавливать свои свойства после пробоя. Это свойство широко используется в масляных выключателях, где наряду с изоляционными функциями происходит гашение дуги за счет масла, после чего изоляционные свойства восстанавливаются;
Газообразная изоляция. Ярким примером является воздушная среда. Однако, в современных устройствах применяется азот или элегаз. Газовая среда, как и жидкая изоляция, обладает возможностью восстанавливать свои свойства после пробоя.

Можно сказать, что физическая прочность изоляции обусловлена отсутствием свободных электронов в материале. Это означает, что в диэлектрике, расположенном между двумя заряженными пластинами, ток протекать не будет.

Но электрическое поле создает в атомах диэлектрика повышенную напряженность, а также в самом материале, что представляет собой основной предлог уменьшения прочности.

Источник понижения электрической прочности

Напряжение переменного тока – основная причина возникновения пробоя в изоляции. Это явление усугубляется при воздействии температурных всплесков от номинальных значений до максимальных величин.

Они способствуют увеличению перемещения атомарных частиц, увеличивающих электропроводимость материала, что понижает прочность изоляции. Пониженная температура способствует увеличению сопротивлению изоляции, т.к. для придания атому дополнительной энергии необходимо значительно больше энергии.

Приложение к изоляции переменного напряжения способствует поляризации частиц, которая происходит с частотой 100 раз в минуту. Для изоляционного материала без примесей это не способствует возникновению повреждений.

Однако, посторонние включения ведут себя иначе. В результате эксплуатации под воздействием электромагнитного поля они расширяются, что приводит к образованию микротрещин. В результате чего происходит старение диэлектрика, что приводит к возникновению трещин, которые способствуют разрушению изоляции. Возникает короткое замыкание, что ведет к прекращению электроснабжения, а в худшем случае — поражению электрическим током людей и выходу электрооборудования из строя.

Причины пробоя можно разделить на виды:

Электрическое повреждение твердых изоляционных материалов протекает лавинообразно. В этом случае происходит разрыв естественных внутриатомных связей;
Тепловой пробой возникает в диэлектрике при получении большого количества тепловой энергии, превышающей возможности отвода естественным путем самого материала. В результате происходит размягчение изоляции, что приводит к изменению толщины и деформации;
Электромеханическое повреждение характерно для диэлектриков, изготовленных из хрупкого материала. К ним относятся фарфор, керамика, стекло и т.п. При возникновении внутренних разрядов образуются механические трещины;
Изменение химического состава диэлектрика приводит к электрохимическому пробою. Это происходит при старении изоляции из-за диффузии металла проводов в поры диэлектрика, что способствует снижению электрической прочности материала;
Ионизационный пробой возникает в диэлектриках, где в его составе присутствуют включения газа и другие неоднородности, способные ионизироваться под действием электрического поля.

Как правило, эти причины в диэлектрике на практике встречаются в комплексе. Поэтому снижение электрической прочности происходит не одномоментно, а на протяжении определенного времени.

Способы контроля

Основным методом предупреждения возникновения аварийной ситуации является своевременное выявление неисправных мест диэлектрика в процессе проведения контрольных исследований. Это позволяет заблаговременно произвести замену или выполнить ремонтные работы.

Поиск дефектных участков электроизмерительные лаборатории выполняют с помощью современного оборудования, используя различные методы.

Среди них наибольшей популярностью пользуются:

Проверка сопротивления изоляции осуществляется с помощью мегаомметра. Выбор напряжения, при котором происходит исследование, зависит от условий эксплуатации и рабочего напряжения испытуемого объекта. Обычно оно лежит в пределах 500 – 2500 В. Величина напряжения и время исследования регламентируются ПТЭЭП приложение 3;
Исследование повышенным напряжением осуществляется с помощью специальной установки повышенного напряжения. С ее помощью через испытательный трансформатор на внешнюю часть изоляции подается напряжение. Такое испытание ограничено по времени, а в некоторых случаях применяется импульсный разряд. Методика выполнения измерения регламентируется ГОСТ 246060.1-80 или ГОСТ Р55195-2012 для определенных видов электрооборудования, бумажной изоляции и т.п.;
Определение угла диэлектрических потерь. Для идеального диэлектрика он равен 0, однако, на практике этого добиться невозможно. При измерении определяют разницу между активной и реактивной составляющей переменного тока. Чем эта величина больше, тем меньше электрическая прочность.

Для вычисления необходимо учитывать условия эксплуатации, геометрические размеры, после чего данные сравнивают с табличными.

Таблице 1. Допустимые значения сопротивления диэлектрика электроустановок

Наименование диэлектрика	Электрическая прочность, кВ/см
Кабельная бумага просушенная	60-90
Кабельная бумага, промасленная	100-250
Воздушная среда	30
Трансформаторное масло	50-180
Миканит	150-300
Мрамор	35-55
Парафин	150-300
Сухой электрокартон	80-100
Промасленный электрокартон	120-170
Стекло	100-400
Фибра	40-110
Фарфор	180-250
Шифер	15-30
Эбонит	80-100

Требования к проведению испытаний

На основании межотраслевых правил и требований к выполнению мер по защите персонала, при проведении испытаний необходимо соблюдать меры безопасности.

При этом:

Все исследования должны выполнять специалисты, имеющие III допуск к работе на электроустановках до 1000 В и IV группу при работе свыше 1000 В;
При измерениях сопротивления изоляции работать в диэлектрических перчатках;
После проведения этапа проверки необходимо снять потенциал с исследуемого объекта путем заземления.

Условия и сроки проведения испытаний

Проведение экспертизы должны осуществлять специализированные организации, имеющие допуск для выполнения соответствующих работ. Они должны иметь сертифицированную лабораторию и необходимый штат квалифицированных специалистов.

Исследования электрической прочности изоляции выполняются в следующих случаях:

На заводе-изготовителе при изготовлении продукции перед ее реализацией;
Проверку производят перед началом монтажных работ;
При выполнении пуско-наладочных работ при вводе объекта в эксплуатацию непосредственно перед подачей напряжения;
После аварийных и непредвиденных ситуаций, требующих проведения ремонтных работ, срабатывания УЗО и АВР по невыясненным причинам;
При выполнении регламентных работ согласно утвержденному графику.

В случае неисполнения требований по выполнению регламентных работ, велика вероятность возникновения аварийных ситуаций. Кроме этого на ответственное лицо могут налагаться административные взыскания в виде штрафа за неисполнение требований законодательства.

Поэтому на каждом предприятии должен существовать график проведения регламентных работ электрооборудования.

Сроки проведения исследований зависят от интенсивности использования и условий эксплуатации оборудования и технического состояния объекта в целом:

Так для испытаний кабельных линий эксплуатируемых на улице или во взрывоопасных помещениях, испытания должны осуществляться ежегодно;
Кабельные линии, эксплуатируемые в помещениях с нормальными или близкими к нормальным условиям, поверяются не реже одного раза в 3 года;
Для подъемных механизмов (кранового хозяйства, лифтов), а также для стационарно установленных электрических плит, сроки проверки определены ПУЭ. Это электрооборудование проверяется ежегодно.

При составлении графика проверки электрической прочности изоляции руководствуются нормативами ПУЭ, ПТЭЭП, региональными и отраслевыми нормами. Кроме этого учитываются требования завода-изготовителя. При этом сроки проверок могу изменяться в связи с условиями эксплуатации. Однако, они не должны превышать регламент, определенный ПУЭ.

Если вам требуются услуги испытательной электролаборатории, позвоните нам +7 (499) 317-66-88. Гарантируем качество работ и соответствие результатов работы самым последним требованиям нормативных документов.

Заявка на услуги