状态监测与故障诊断技术 第十一章 电机、电器的监测与诊断.docVIP

第十一章 附 录电机、电器的监测与诊断第一节 电机绝缘性能劣化的设定 ????绝缘材料并不是绝对不导电，只是导电能力很小而已，也就是说它具有很高的电阻率。绝缘电阻率ρ是绝缘材料所在的电场强度E与通过绝缘材料的电流密度j之商，即???????????????ρ=E/j（Ω．m）????电导率为电阻率的倒数，即： ν=1/（S/m）????工程上使用的绝缘材料的电阻率一般不低于1014Ω·m，如果绝缘结构的绝缘电阻太小，不但会造成电能的浪费，而且还会使仪器、设备不能正常工作，甚至会因局部过热而造成损坏，因此在一般情况下总是希望绝缘电阻尽可能地高。只有在某些特殊场合，如为了改善电声分布，才采用具有一定电阻值的材料组成分阶绝缘；有时也采用涂以不同电阻率的半导体漆。????通过测定绝缘电阻可以在一定程度上判断某些电气设备，如电机、变压器的受潮情况以及推断材料、物质结构的某些特征，如分子交联程度，结晶状态等。 ????绝缘材料的电导率与该材料的介质损耗、绝缘强度有着密切联系。电导是产生介质损耗的原因之一，对于某些材料，当电导增大到某一临界值时，电流会迅速增长，这就意味着击穿将要发生。 ????绝缘劣化主要是由于绝缘物老化、绝缘物受潮以及混入了导电性杂物等原因造成的，绝缘劣化使得导线间容易被击穿而酿成事故。 ????诊断绝缘状态劣化的试验方法很多，例如，在运转中测定流到地线的电晕电流的方法和在停机时进行的各种试验方法。本章仅介绍目前现场已开展，并行之有效的几种诊断方法。 ????（1） 绝缘电阻试验法 ????此方法是在绝缘物上加上直流电后，测定出该绝缘物的某些参数，把这些参数的变化特征作为判断依据。图11-1表示绝缘电阻试验法的试验加路。????一般用该方法来检测电机的吸湿及污损等状况，通常用极化指数评价吸湿程度。 ????所谓极化是指介质极化，在静电场中，电介质的分子或原子的电荷将产生相对位移，这种位移造成正、负电荷中心不再重合，形成感应偶极子。一对偶极子之间的距离与电荷的乘积称为偶极矩。????各种材料的分子结构不同，有些材料本来的正负电荷中心就是重合的，只有在外电场作用下才出现感应偶极子，这类材料称为中性材料。有些材料却不需要外电场的作用，本身就具有固定的偶极矩，这类材料称为极性材料。????不论是感应产生的偶极子或是固有的偶极子，沿电场方向排列的结果，在介质与电极的交界上就形成了束缚电荷，该电荷的极性与电极极性相反，这种现象称为介质极化。????单位体积内在电场方向的偶极矩称为极化强度，以P表示，它和相对介电系数εr以及外加电场强度E成正比，即 P=（εr-1）εo E 式中εo是真空介电系数。 ????由于水的相对介电系数很大，εr=81。因此材料吸湿后，相对介电系数增大，使极化强度变大。在工程实用中，极化强度的变化可用不同的电工参量的变化，即极化指数来表示。常用的有两种极化指数，P1和PR，见图11-2。????极化指数P1=电压施加1分钟后的电流/电压施加10分钟后的电流 ????极化指数PR=10分钟后的绝缘电阻R10/1分钟后的绝缘电阻R1 ????若P1（或PR）大于1.5时，则判断为正常；若小于或等于1.5时则标志电机已经吸潮。 ????????（2） 电介质损耗角正切试验法 ????该方法也称为tgδ试验。 ????工程上所用的各种绝缘材料，在外电场的作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，其内部都有能量损耗。因此对介质施加一正弦电压U时，通过介质的电流I不是导前于电压π/2而是导前ζ角度，见图11-3。tgδ称为损耗角正切，也称作耗损因数 ????tgδ=εr/εr=UI r/UIc=UIcosζ/Uic ????式中，εr是损耗指数，εr=εr tgδ ????所以，该方法也称为tgδ试验法，其试验回路见图11-4。 ????这是应用tgδ测定器在绝缘物加上交流电时，把测出的绝缘物内部的损失量的大小作为判据的一种方法。 ????绝缘物受潮或因绝缘物老化干缩产生空隙，都会使相对介电常数及电阻值发生变化。特别是当施加的电压不高，即施加的电压还不能导致放电时，其tgδ值对空隙、吸潮反应非常灵敏。图11-5所示为tgδ电压特性曲线。在测定低电压范围的tgδ值时（即E/3根号以下），可判别吸潮及脏污等情况；测定高电压范围中的tgδ增量（Δtgδt）可以判定其老化程度。 ????tgδ及Δtgδt值的劣化极限值列于表11-1 ???表11-1 各级电机的tgδ及Δtgδt的劣化极限值 电机种类\特性项目 3kV级 6kV级 11kV级 在低电压区测定的tgδ值 10%以上20%以下 Δtgδ1值 在1.25E/B根号测定