Что такое абсорбция в электрике

Диэлектрическая изоляция — обязательная изолирующая часть любого кабеля, которая не только отделяет проводящие жилы друг от друга, физически изолируя их, но и защищает проводники от пагубного воздействия различных факторов окружающей среды. Таких оболочек у одного кабеля может быть одна или несколько.

Состояние данных оболочек выступает одним из определяющих критериев в плане безопасности как для персонала, так и для работоспособности оборудования. Если по какой-либо причине диэлектрическая изоляция проводников будет нарушена, это станет чревато аварией, поражением людей электрическим током или даже пожаром. А возможных причин нарушения качества изоляции существует масса:

механическое повреждение во время монтажных, ремонтных или земляных работ;

повреждение изоляции от действия влаги или температуры;

недобросовестно выполненное электрическое соединение жил;

систематическое превышение допустимых для кабеля токовых параметров;

наконец естественное старение изоляции…

Важно регулярно отслеживать показатели качества изоляции

Как бы там ни было, полная замена проводки — это всегда очень материально затратное и трудоемкое действо, не говоря уже о потерях и убытках, которые понесет предприятие от сбоя электроснабжения и от незапланированного простоя оборудования. Что касается больниц и некоторых стратегически важных объектов, то для них нарушение штатного режима электроснабжения вообще недопустимо.

Вот почему гораздо важнее предотвратить проблему, не допуская ухудшения изоляции, вовремя проверив ее качество, и где нужно — оперативно починить, заменить, а не доводить до аварий и их последствий. Для этого проводятся измерения показателей качества изоляции — четырех параметров, о каждом из которых будет рассказано далее.

Хотя вещество изоляции и является фактически диэлектриком, и не должно проводить электрический ток, подобно идеальному плоскому конденсатору, тем не менее в небольшом количестве свободные заряды внутри него присутствуют. И даже небольшое смещение диполей — тоже обуславливает слабую электропроводность (ток утечки) изоляции.

Кроме того, из-за наличия влаги или грязи, появляется у изоляции и поверхностная электропроводность. А накопление энергии в толще диэлектрика от действия постоянного тока — вовсе представляет изоляцию этаким конденсатором небольшой емкости, который словно заряжается через некоторый резистор.

В общем и целом, изоляцию кабеля (или обмотки электрической машины) можно представить как цепь, состоящую из соединенных параллельно трех цепей: емкости C, представляющей геометрическую емкость и обуславливающей поляризацию изоляции по объему, емкости проводников и всего объема диэлектрика с последовательно подключенным сопротивлением абсорбции, как будто конденсатор заряжается через резистор. Наконец — сквозное сопротивление по всему объему изоляции, обуславливающее ток утечки сквозь толщу диэлектрика.

Параметры, характеризующие качество электрической изоляции

Чтобы электрическая изоляция не вызывала нарушений режимов работы электрооборудования и безопасности его эксплуатации, необходимо обеспечить ее высокое качество, определяемое степенью электропроводности (чем меньше электропроводность, тем выше качество).

При включении изоляции под напряжение через нее в силу неоднородности структуры и наличия проводящих включений проходят электрические токи, величина которых определяется активным и емкостным сопротивлением изоляции. Емкость изоляции зависит от ее геометрических размеров. За короткий промежуток времени после включения происходит зарядка этой емкости, сопровождающаяся прохождением электрического тока.

Вообще говоря, через изоляцию проходят три вида тока: ток поляризации, абсорбции и сплошной проводимости. Однако токи поляризации, обусловленные смещением связанных зарядов в изоляции до момента установления равновесного состояния (быстрая поляризация), настолько кратковременны, что их не удается обычно зарегистрировать.

Это приводит к тому, что прохождение таких токов не связано с потерями энергии, поэтому на эквивалентной схеме сопротивления изоляции ветвь, учитывающая прохождение токов поляризации, представлена чистой емкостью, без активного сопротивления.

Ток абсорбции, обусловленный процессами замедленной поляризации, связан с потерями энергии в диэлектрике (например, на преодоление сопротивления молекул при повороте диполей в направлении поля), поэтому соответствующая ветвь эквивалентного сопротивления включает и активное сопротивление.

Наконец, наличие проводящих включений в изоляции (в виде пузырьков газа, влаги и т. п.) приводит к возникновению каналов сквозной проводимости.

Электропроводность (сопротивление) изоляции различна при воздействии постоянного и переменного напряжения, так как при переменном напряжении через изоляцию проходят токи абсорбции в течение всего времени воздействия напряжения.

При воздействии постоянного напряжения качество изоляции характеризуется двумя параметрами: активным сопротивлением и емкостным сопротивлением, косвенно характеризуемым отношением R60/R15.

При воздействии на изоляцию переменного напряжения невозможно разделить ток утечки на его составляющие (ток сквозной проводимости и ток абсорбции), поэтому о качестве изоляции судят по величине потерь энергии в ней (диэлектрических потерь).

Количественной характеристикой потерь является тангенс угла диэлектрических потерь, т. е. тангенс угла, дополняющего до 90° угол между током и напряжением в изоляции. В случае идеальной изоляции ее можно представить в виде конденсатора, в котором вектор тока опережает вектор напряжения на 90°. Чем больше рассеиваемая в изоляции мощность, тем больше тангенс угла диэлектрических потерь и тем хуже качество изоляции.

Для поддержания уровня электрической изоляции, отвечающего требованиям безопасности и режиму эксплуатации электроустановок, в ПУЭ предусмотрено нормирование сопротивления изоляции сетей. Для потребителей электрической энергии нормируются периодические испытания изоляции.

Сопротивление изоляции между любым проводом и землей, а также между любыми проводами на участке между двумя соседними предохранителями в распределительной сети напряжением до 1000 В должно составлять не менее 0,5 МОм. Для измерений и испытаний сопротивления изоляции в электроустановках до 1000 В чаще всего применяются мегомметры.

Сопротивление изоляции Riso

Принцип измерения таков. При подаче на обкладки конденсатора постоянного напряжения, сначала возникает импульс зарядного тока, величина которого в первый момент времени зависит только от сопротивления цепи, и лишь после идет заряд абсорбционной емкости (емкости поляризации), при этом ток по экспоненте спадает, и здесь можно экспериментально найти постоянную времени RC. Так при помощи измерителя параметров изоляции, замеряют сопротивление изоляции Riso.

Измерения ведутся при температуре не ниже +5°С, так как при более низкой температуре сказывается влияние охлаждающейся и замерзающей влаги, и картина становится далекой от объективности. После снятия испытательного напряжения, заряд «изоляционного конденсатора» начинает спадать, так как происходит диэлектрическое поглощение заряда.

Коэффициент абсорбции DAR

Степень текущей увлажненности изоляции численно отражается в коэффициенте абсорбции, так как чем более изоляция увлажнена — тем интенсивнее происходит диэлектрическое поглощение заряда внутри нее. По величине коэффициента абсорбции принимают решение о необходимости провести сушку изоляции трансформаторов, двигателей и т. д.

Вычисляют соотношение сопротивлений изоляции через 60 секунд и через 15 секунд после начала измерений сопротивления — это и есть коэффициент абсорбции.

Чем больше в изоляции влаги — тем больше ток утечки, тем ниже значение коэффициента абсорбции DAR (Dielectric Absorption Ratio = R60/R15). Во влажной изоляции больше примесей (примеси находятся во влаге), сопротивление из-за примесей уменьшается, потери растут, понижается напряжение теплового пробоя, ускоряется тепловое старение изоляции. Если коэффициент абсорбции менее 1,3 — необходимо изоляцию просушить.

Индекс поляризации PI

Следующий важный показатель качества изоляции — индекс поляризации. Он отражает подвижность заряженных частиц внутри диэлектрика под действием электрического поля. Чем новее, целее и качественнее изоляция — тем меньше внутри нее, как в диэлектрике, движутся заряженные частицы. Чем выше индекс поляризации — тем старее изоляция.

Для нахождения данного параметра, вычисляется соотношение величин сопротивления изоляции через 10 минут и через 1 минуту после начала испытаний. Данный коэффициент (Polarization Index = R600/R60) практически свидетельствует об остаточном ресурсе изоляции как качественного диэлектрика, еще способного выполнять свою функцию. Коэффициент поляризации PI не должен быть меньше 2.

Коэффициент диэлектрического разряда DD

Наконец, коэффициент диэлектрического разряда. Данный параметр помогает выявить среди слоев многослойной изоляции дефектный, поврежденный слой. Измерение DD (Dielektric Discharge) производится следующим образом.

Источник

Коэффициент абсорбции

Коэффициент абсорбции в электротехнике — это отношение измеренного мегаомметром значения сопротивления изоляции на 60-ти секундах к измеренному на 15-ти. Измеренные значения принято записывать в виде дроби R60/R15, а через запятую Kа=X, где Х — это вычисленное значение коэффициента абсорбции. Некоторые мегаомметры производят вычисление этого параметра автоматически.

Значение коэффициента абсорбции в электротехнике: любая электрическая изоляция обладает электрической емкостью. Если к изоляции приложить напряжение мегаомметра, то возникнет проникновение токов через точку изоляции, которые «насыщают» или поляризуют изоляцию. Такие токи называются токами абсорбции. Чем больше геометрические размеры и лучше качество изоляции, препятствующей этому, тем больше требуется времени для проникновения тока в изоляцию. Из этого следует, что большее увлажнение изоляции, приведёт к уменьшению коэффициента абсорбции при измерении. Также, необходимо учесть тот факт, что увеличение температуры изоляции приводит к уменьшению значения коэффициента абсорбции, и, наоборот, снижение температуры изоляции — к увеличению коэффициента абсорбции.

На практике измерение коэффициента абсорбции в изоляции напрямую указывает её увлажнение. Это справедливо для всех электротехнических изделий, будь то кабели, обмотки генераторов или трансформаторов. Например, после измерения коэффициента абсорбции генератора или трансформатора, принимают решение о возможности проведения испытаний повышенным напряжением промышленной частоты. Если коэффициент абсорбции меньше единицы, т.е. Изоляция влажная, то производить испытания электрооборудования нельзя, так как это может привести к пробою изоляции. Значения коэффициента абсорбции нормируется паспортными данными на электрооборудование, а так же нормативным документом «Объём и нормы испытаний электрооборудования». Например, при вводе в эксплуатацию новых генераторов, коэффициент абсорбции должен быть не меньше 1,3. При последующих измерениях данные должны быть не меньше указанных в паспорте.

Источник

Что такое коэффициент абсорбции трансформатора

Один из показателей, указывающих на состояние трансформаторов и его готовность к эксплуатации – коэффициент абсорбции. Рассмотрим понятие данной величины, порядок её определения и подсчёта, установленные нормы.

Для чего нужен коэффициент абсорбции

Абсорбция – процесс, при котором одно вещество поглощается другим, с изменением общей массы, объёма и прочих физических характеристик. Для трансформатора под абсорбцией понимают внутреннее увлажнение изолирующих материалов обмоток с проникновением в их состав влаги и посторонних примесей, содержащихся в воздухе.

В результате такого процесса изоляционные материалы теряют заданные свойства, вызывая опасность выхода из строя агрегата.

Как измерить

Коэффициент абсорбции трансформатора определяется в следующих ситуациях:

Учитывая, что ремонты производятся с частотой, установленной нормативными документами, периодичность измерения данного показателя определяется графиком проведения ремонтных работ.

Измерение уровня абсорбции состоит в обычном определении сопротивления изоляции. Для этого к силовой цепи агрегата на определённый период подключается электрический ток, с одновременным инструментальным измерением показателя сопротивления изоляции.

Для любого изоляционного материала характерно определённое значение электрической ёмкости. При работе оборудования покрытие насыщается токами, которые называют абсорбционными. Интенсивность такого насыщения и его продолжительность определяются качественными свойствами материала, толщиной покрытия и характеристиками тока.

Испытание проводят с использованием следующего подключения:

Для чистоты опыта, работы выполняют при температуре окружающей среды в диапазоне от 10 до 35 градусов выше нуля.

На рисунках ниже представлены схемы подключения и зависимость коэффициента абсорбции от температуры:

Для проведения измерений используют специальный прибор – мегаомметр. Измерения проводятся отдельно по каждой из обмоток, проверяется величина сопротивления между катушками и корпусом.

Если температура воздуха ниже плюс 10 градусов, требуется предварительное прогревание обмоток.

В зависимости от типа трансформатора, измерения проводятся для видов обмоток, указанных в таблице:

При проведении испытаний необходимо соблюдать следующие требования:

Проведение указанных испытаний не регламентируется для трансформаторов с мощностью, не превышающей 1600 кВА.

Как подсчитать

В ходе проведения испытаний определяются показатели сопротивления, используемые для расчёта значения коэффициента абсорбции. Расчёт выполняется по следующей формуле:

В результате расчёта с использованием замеренных данных, получают значение коэффициента абсорбции, который следует сравнить с нормируемой величиной.

Нормированные показатели

Определив значение данного показателя, можно установить ресурс изоляционной обмотки. Чем выше коэффициент, тем дольше прослужит изоляционное покрытие. Нормой считается величина в районе 1,3.

Фактические приведённые ниже значения указывают на следующее состояние изоляции:

Также для трансформаторов нормируются показатели сопротивления R60, в зависимости от мощности оборудования и температуры обмоток. Нормы проверяются по следующей таблице:

Для нового оборудования отклонение от значения, указанного производителем в паспортной документации, не должно превышать 20 процентов.

Если показатель агрегата ниже нормы, необходима дополнительная просушка оборудования, после чего процедуру измерения повторяют. При получении аналогичных данных после просушки, ресурс изоляционного покрытия исчерпан, а агрегат нуждается в ремонте.

Требования безопасности при проведении испытаний

Для обеспечения безопасности, требуется соблюдение следующих требований в ходе проведения данных испытаний:

Измерения должны проводиться специалистами аккредитованной лаборатории с использованием оборудования, прошедшего своевременную поверку.

Коэффициент абсорбции позволяет установить соответствие состояния изоляционного покрытия провода обмоток требованиям нормативных документов и обеспечить контроль работоспособности трансформаторов.

Источник

Измерение коэффициентов абсорбции (DAR), поляризации (PI), R60

Коэффициент абсорбции — отношение R60 к R15, где R60 представляет собой значение сопротивления изоляции, отсчитанное через 60 секунд после приложения напряжения, R15 — то же, только отсчитанное через 15 сек. Коэффициент абсорбции определяет увлажнение изоляции. Если изоляция сухая, то коэффициент абсорбции намного больше единицы, если влажная то коэффициент близок к единице. Значение коэффициента абсорбции нового оборудования должно отличаться от заводских данных (в сторону уменьшения) не более чем на 20%, а его значение должно быть не ниже 1.3 при температуре 10–30°С. При невыполнении этих условий оборудование подлежит сушке.

Физическая сущность коэффициента абсорбции: всякая электрическая изоляция обладает электрической емкостью. Приложенное к изоляции напряжение мегомметра обусловливает проникновение через точку изоляции токов, которые как бы «насыщают» изоляцию. Эти токи названы токами абсорбции. Времени для проникновения тока в изоляцию требуется тем больше, чем больше геометрические размеры и лучше качество изоляции, препятствующей этому. Из этого следует, что тем больше изоляция увлажнена, тем коэффициент абсорбции будет меньше.

Коэффициент поляризации определяет степень старения изоляции, показывает способность заряженных частиц перемещаться в диэлектрике под воздействием электрического поля. Измерения основаны на сравнении показаний мегомметра, снятых через 60 секунд и 600 секунд после начала испытаний.

В соответствии с ПТЭЭП прил.3 и прил.3.1, а также ПУЭ, изд.7, п.п 1.8.13, 1.8.14, 1.8.15, 1.8.16 коэффициент абсорбции проверяется в обмотках трансформаторов и на обмотках двигателей после текущего и капитального ремонтов в сроки установленные системой планово-предупредительного ремонта руководителем предприятия потребителя. Как правило, по нормативам коэффициент составляет не меньше 1,3. При сухой изоляции этот показатель превышает 1,4. У влажной изоляции коэффициент близок к 1, и изоляцию нужно сушить. На результат измерений влияет температура изоляции. При проведении испытаний температура должна быть не ниже +10°С и не выше +35°С.

Значение коэффициента показывает остаточный ресурс изоляции. Данное испытание занимает много времени и характеризует сильно замедленный поляризацией ток. Коэффициент поляризации характеризуется следующими показателями:

Источник

Норма коэффициента абсорбции трансформатора и как его измерить

Коэффициентом абсорбции изоляционного материала трансформатора называется соотношение сопротивления обмотки через минуту после начала измерений к сопротивлению через 15 секунд. Этот параметр позволяет определить уровень влажности и загрязненности изоляционного материала. Испытания проводятся для нового оборудования, после текущего и капитального ремонта.

Что такое абсорбция трансформатора, зачем этот показатель нужен

Абсорбцией называется поглощение одного вещества другим. В результате объем, вес, другие физические характеристики меняются. В трансформаторе абсорбция – это наполнение твердого изолятора влагой и другими примесями, снижающими эксплуатационные характеристики и сокращающими срок службы.

Уровень абсорбции силового преобразователя обязательно проверяется перед включением под напряжение после текущего и капитального ремонта. Полученные показатели позволяют определить не только уровень влажности, но и загрязнения, повреждения. Новое оборудование может проверяться с целью определить, можно ли его включать без предварительной сушки.

По сути это измерение сопротивления изоляции всех обмоток при пропускании через них напряжения. Каждое значение соответствует определенному состоянию изоляционного материала. Чем выше влажность и больше грязи, тем ниже сопротивление.

Как измерить абсорбцию

Для определения сопротивления требуются определенные условия. Температура среды должна быть от +10 до +35°С. Если показатель ниже, цифровое значение увеличивается, при повышении снижается.

Любой изоляционный материал имеет электрическую емкость. При подключении к напряжению в изоляционном материале образуются токи, насыщающие ее. Эти токи называются абсорбционными токами, время проникновения в материал зависит от качества и размеров.

Формула для расчета коэффициента абсорбции

Коэффициентом абсорбции называется показатель, определяющий уровень влажности изоляционного материала.

Формула для расчета простая:

где R60 – электросопротивление через 60 с после начала испытания;

R15 – электросопротивление через 15 с после начала испытания.

Допустимые значения при рабочей температуре можно узнать из специальных таблиц.

Схемы

Таблица

Измерение мегомметром

Для измерений используются мегомметры, на экране которых отображается коэффициент абсорбции через определенные интервалы времени. По умолчанию в этих приборах 3 интервала – через 15, 60 и 600 секунд. В большинстве современных мегомметров встроена функция установки других временных диапазонов.

Торговая сеть предлагает различные мегомметры (на 250, 500, 1000, 2500 В). Через их щупы проходит напряжение, фиксируются значения коэффициента через определенные интервалы времени. В стандартной ситуации сопротивление измеряется через 15 и 60 секунд после начала тестирования. Перед началом испытания преобразователь заземляется, с обмоток снимается напряжение.

Если необходимо измерить сопротивление между обмотками и корпусом или обмотками нескольких трансформаторов между собой, значение определяется для каждой независимой цепи (остальные соединяются между собой и с корпусом).

Обязательно измерение температуры: если она ниже +10 о С, обмотки прогреваются.

Норматив для изоляции

Значение коэффициента является показателем ресурса изоляционного материала. Это испытание занимает сравнительно много времени, позволяет определить характеристики тока, замедленного поляризацией. Различие показателей для сухой и влажной изоляции обусловлено различной продолжительностью заряда емкости материала.

Нормальная изоляция

Среднее нормативное значение абсорбционного коэффициента 1,3.

Если трансформатор новый, рассчитанный или измеренный показатель не должен быть ниже определенного производителем более чем на 20%. Если это условие не выполнено, оборудование требует сушки.

Сухая

Норма для неувлажненной обмотки K = 1,3-2,0. Ток в начале испытания резко повышается, потом снижается. Значение через 60 секунд отличается от показателя через 15 секунд примерно на 30% в сторону повышения.

Влажная

Если изоляция влажная, коэффициент имеет показатель, близкий к единице. Ток быстро устанавливается, в течение 45-и секунд меняется мало.

Значения электросопротивления для всех видов трансформаторов определены в ПУЭ (правилах устройства электроустановок):

Для трансформаторов до 1600 кВА испытания не обязательны.

Источник