а) Метод и условия измерения
Сопротивление изоляции между двумя электродами может быть определено как частное от деления постоянной разности потенциалов между этими электродами на результирующий ток через изоляцию: Ru=U/I.
Измерение сопротивления изоляции обычно производят специальными приборами — мегаомметрами с независимым питанием от собственного генератора или от низковольтной сети переменного тока через повышающий трансформатор и выпрямитель, встроенные в прибор. Мегаомметр состоит из источника постоянного тока, измерительного (магнитоэлектрического) прибора логометрической системы, работающего по принципу сравнения напряжений, и необходимых добавочных резисторов. Эти приборы позволяют снимать показания в мегаомах при испытательных напряжениях 100—5000 В (в зависимости от типа прибора).
Согласно [Л. 1-3] на трансформаторах класса напряжение выше 10 кВ, а также класса 35 кВ мощностью 16 МВ-А и более сопротивление изоляции измеряют мегаомметром, имеющим напряжение 2500 В (с верхним пределом измерения не ниже 10 000 МОм). При меньших напряжениях скрытый воздушный зазор или топкая масляная пленка на электродах может давать завышенное значение сопротивления изоляции, т. е. искажать результаты измерений.
Вследствие явления абсорбции (§ 8-1) размер сопротивления изоляции зависит от длительности приложения напряжения. По мере увеличения времени до момента отсчета по мегаомметру сопротивление изоляции возрастает (рис. 8-5).
Рис. 8-5. Зависимость сопротивления изоляции обмоток трансформатора типа ТДТНГ-20000/110 от времени приложения напряжения. 1 — обмотка НН — корпус; 2 — обмотка СП — корпус; 3 — обмотка ВН — корпус. Температура верхних слоев масла равна 20°С.
Рис. 8-6. Схема измерения сопротивления изоляции с исключением токов утечки.
1 — мегаомметр; 2 — испытываемый трансформатор; 3 — вводы ВН; 4 — охранное кольцо на вводе ВН; 5 — вводы ПН.
Поэтому показания по прибору снимают через определенный промежуток времени (например, 60 с) после приложения напряжения к изоляции. Измерения при различной длительности приложения напряжения дают несопоставимые результаты. Согласно [Л. 1-3] отсчет сопротивления изоляции производят дважды — через 15 и 60 с после появления напряжения на испытываемом объекте.
При заводских испытаниях трансформаторов обычно применяют мегаомметр на 2500 В с верхним пределом измерения 10000 МОм. Мегаомметр имеет три предела измерения с наибольшим пределом 0—10 000 МОм и рабочей частью шкалы I —10000 МОм при коэффициенте деления шкалы п=1. На остальных двух пределах коэффициенты деления соответственно равны 10 и 100.
Для исключения влияния поверхностных токов утечки, искажающих результаты измерения, в схеме прибора предусмотрен специальный третий зажим (экран). Из этих же соображений линейный зажим мегаомметра защищен охранным экранирующим кольцом.
При измерении сопротивления изоляции обмотки испытываемого трансформатора подобно обкладкам конденсатора заряжаются до определенного напряжения. При повторном измерении зарядное напряжение может внести искажение (преувеличение) в результаты измерения. Поэтому перед повторным измерением испытываемые обмотки должны быть разряжены замыканием на корпус и между собой. При приемо-сдаточных испытаниях трансформаторов испытываемые обмотки следует разряжать длительно не менее 2 мин.
На результаты измерения может оказать влияние состояние изоляции соединительных проводов от мегаомметра к испытываемому объекту. Сопротивление изоляции этих проводов, измеренное при отключенном объекте, должно быть не менее верхнего предела шкалы мегаомметра.
Для обеспечения большей точности в результаты измерений вносят поправку на сопротивление изоляции проводов цепи мегаомметра, которое измеряют прибором или комплектом приборов при напряжении, соответствующем напряжению применяемого мегаомметра, или последним, если по его показаниям можно отсчитать указанное сопротивление.
Поправку определяют по формуле:
где Ra — сопротивление изоляции трансформатора; R'п — общее сопротивление цепи проводов и изоляции - трансформатора, измеренное мегаомметром; k — отношение сопротивления R'n к сопротивлению проводов.
Если используют экранированный провод, то его экранную оболочку электрически соединяют с зажимом «экран» мегаомметра. При этом токи утечки по изоляции соединительного провода будут протекать, минуя измерительный прибор, т. е. не влияя на его показание.
На рис. 8-6 показана схема присоединения мегаомметра МС-06 при измерении сопротивления изоляции обмоток ВН трехфазного трансформатора относительно НИ и бака с исключением токов утечки по поверхности загрязненных вводов ВН.
б) Влияние различных факторов на результаты измерения
Сопротивление изоляции зависит от ее температуры. При повышении температуры сопротивление изоляции уменьшается по степенной функции. На рис. 8-7 показано изменение сопротивления изоляции обмоток ВН относительно корпуса двух трансформаторов различных типов в зависимости от температуры масла в верхних слоях (далее везде м.в. с.).
Рис. 8-7. Зависимость сопротивления изоляции Rio промежутка ВН — корпус от температуры с трансформаторов типов ТДГ-15000/110 (/) и ТДТНГ-20000/100 (2).
Измерения были произведены при охлаждении трансформаторов после нагрева обмоток ВН постоянным током. Температурная зависимость сопротивления изоляции, построенная в полулогарифмическом масштабе, практически выражается прямой (рис. 8-7).
Уменьшение сопротивления изоляции с увеличением температуры объясняется наличием в изоляции свободных ионов, ионов электролитического типа и явлением абсорбции диэлектрика. При измерении сопротивления изоляции (а также других параметров) всегда указывается ее температура. В противном случае результаты измерения не могут характеризовать состояние изоляции. Если при измерении на масляном трансформаторе температуры твердой изоляции и масла различны (хотя бы на несколько градусов), то за счет явлений поляризации на пограничных слоях разнородных диэлектриков измерения могут дать заниженное значение сопротивления изоляции. Поэтому измерения сопротивления изоляции нагретого трансформатора производят после выравнивания температур обмоток и масла и во всяком случае не ранее, чем через 1 ч после отключения подогрева при нагреве током КЗ или постоянным током, и не ранее, чем через 0,5 ч при внешнем нагреве (индукционным методом).
Сопротивление изоляции уменьшается при ее увлажнении, а также зависит от размеров и состояния поверхности изоляции. Оно резко снижается при поверхностном увлажнении (отпотевании) или загрязнении от электрода к электроду.
После пропитки или заполнения сухим маслом сопротивление изоляции обмоток заведомо высушенного трансформатора снижается в несколько раз. Наряду с этим измерения без масла на невысушенном или же сильно увлажненном трансформаторе могут в некоторых случаях дать сравнительно высокие значения сопротивления изоляции. Поэтому измерения без масла не могут в полной мере характеризовать общую увлажненность изоляции масляного трансформатора.
в) Схемы соединения обмоток при измерении
Схемы измерения сопротивления изоляции обмоток трансформаторов нормированы в [Л. 1-3]. Согласно стандарту сопротивление изоляции измеряют в соответствии с указаниями табл. 8-1. Все доступные точки (вводы) 'обмотки, на которой производят измерение, соединяют между собой. Выводы одной из сторон автотрансформатора допускается не присоединять к схеме измерений. Перед началом каждого измерения испытываемая обмотка должна быть заземлена не менее 2 мин.
Таблица 8-1
Схемы измерения сопротивления изоляции
• Измерения производятся в случае несоответствия результатов измерения установленным требованиям.
Рис. 8-8. Схема замещения сопротивления изоляции обмоток двухобмоточного трансформатора.
Согласно схеме замещения изоляции (рис. 8-8) при заземленных свободных обмотках имеем:
(8-3)
Если то при испытании по схемам табл. 8-1 измеренные сопротивления согласно (8-3) будут составлять по 0,5 сопротивления изоляции отдельной зоны.
Пользуясь данными измерений по схемам табл. 8-1, легко определить вычислением отдельные значения сопротивления изоляции по зонам. Для двухобмоточного трансформатора из (8-3) следует:
(8-4)
Измерение сопротивления изоляции обмоток трансформатора по схемам табл. 8-1 имеет следующие преимущества: 1) по результатам измерений можно определить (вычислением) значения сопротивления изоляции по зонам; 2) на результатах измерений меньше сказывается влияние заряда обмоток от предыдущего измерения; 3) схема измерения не отличается от схемы измерения емкости и tg δ обмоток (§ 8-3) и соответствует схеме испытания изоляции обмоток приложенным напряжением (гл. 9).
