СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВИТКОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И АППАРАТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01R31/14 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля качества витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов.

Известен способ контроля витковой изоляции обмоток, при котором предварительно заряженный накопительный конденсатор разряжают на испытуемую обмотку или обмотку связанного с ней индуктивно индуктора и по характеру возникающего при этом колебательного затухающего процесса делают заключение о состоянии витковой изоляции этой обмотки, причем в качестве характеристики отклика могут использоваться самые различные величины амплитуда, время затухания, отношение или разность амплитуд двух максимумов напряжения, число достижений напряжением отклика заданного значения и т.п. [1,2]
Недостатком этого способа является то, что при разряде накопительного конденсатора он остается подключенным к испытуемой обмотке до тех пор, пока коммутирующее устройство не отключит его, оставаясь главным фактором, определяющим характер процесса в течение этого времени, и тем самым снижая чувствительность к контролируемому параметру. Этот недостаток обусловлен естественным свойством всех известных коммутирующих элементов, применяемых для этой цели (тиратронов, разрядников, тиристоров, дросселей насыщения), разрывать цепь лишь после уменьшения тока, протекающего через этот элемент, до нуля или близких к нулю значений. Этот процесс показан на фиг. 1, где U напряжение на испытуемой обмотке; I ток, текущий через коммутационное устройство; τ период колебаний отклика; Т период следования импульсов испытательного напряжения.

Известно устройство для оценки качества витковой изоляции [3] Устройство содержит высоковольтный выпрямитель для заряда накопительного конденсатора, разрядник, выполняющий функции силового ключа, устройство управления разрядником, формирующее импульс, инициирующий пробой разрядника, измерительную часть, позволяющую по выбору измерять отношение амплитудного значения на исправной катушке к амплитудному значению напряжения на испытуемой катушке, отношение чисел достижения напряжением на этой катушке и на исправной заданного значения, декрементов затухания для этих катушек.

Это устройство позволяет производить оценку качества по характеру всего процесса вместе с той частью этого процесса, в которой накопительный конденсатор остается подключенным к испытуемой обмотке, что заметно снижает чувствительность к дефектам, так как в этой части импеданс конденсатора заметно изменяет параметры системы, а энергия этой части отклика составляет заметную долю полной энергии отклика. В способе, реализуемом в известном [4] устройстве, содержащем автотрансформаторный регулятор 1 напряжения, повышающий напряжение трансформатор 2, накопительный конденсатор 3, шаровой разрядник 4, измерительную обмотку 5, связанную индуктивно с испытуемой обмоткой, диод 6, стрелочный магнитоэлектрический прибор 7 с дополнительным сопротивлением 8 (фиг. 3), оценка качества изоляции производится следующим образом. При достижении напряжением на накопительном конденсаторе заданного значения последний через разрядник разряжается на испытуемую обмотку L_x, в которой возникают затухающие колебания, средняя величина напряжения которых измеряется измерителем среднего напряжения отклика.

U u(t) dx (1) где U среднее напряжение отклика; l u(t) l- модуль мгновенного значения напряжения отклика; Т период следования импульсов разряда накопительного конденсатора.

Эту величину сравнивают с аналогичной для образцовой катушки и по отклонению от нее судят о наличии дефекта. Испытуемый объект остается подключенным к накопительному конденсатору до момента прекращения тока через разрядник, т.е. примерно 1/2 периода τ напряжения отклика. В течение этого времени процесс формирования напряжения отклика определяется эквивалентным импедансом объекта и генератора импульсного напряжения, причем определяющим является в это время импеданс генератора, так как он обычно существенно меньше импеданса объекта и состояние последнего мало влияет на характер процесса и, соответственно, на среднее напряжение отклика, так как первый полупериод, обладающий максимальной амплитудой, играет заметную роль в формировании среднего напряжения.

Прототипом устройства является устройство, описанное в [5] и показанное на фиг. 4. Источник 1 постоянного напряжения соединен с объектом 2 испытания через токоограничивающий резистор 3 и разделяющий коммутационный аппарат 4. Источник 5 импульсного напряжения соединен с объектом 2 испытания через искровой промежуток 6, предотвращающий попадание постоянного напряжения на источник 5 импульсного напряжения. К выходу 7 аппарата 4 присоединен дополнительный коммутационный аппарат 8, который обеспечивает соединение этой точки с землей по крайней мере на время приложения импульсного напряжения. Устройство содержит также емкостный делитель 9 напряжения, конденсатор 10, устройство 11 блокировки, обеспечивающее электрическую, механическую или выполненную иным способом связь проводов аппаратов 4 и 8 с устройством 12, предназначенным для запуска источника 5 импульсного напряжения.

Устройство работает следующим образом. В начале цикла испытания аппарат 4 включен, аппарат 8 отключен, постоянное напряжение от источника 1 через резистор 3 и аппарат 4 приложено к объекту 2 испытаний, делителю 9 и конденсатору 10. По окончании заряда источника 5 импульсного напряжения с помощью устройства 12 производится его запуск и одновременно или с упреждением подается команда на отключение аппарата 4 и включение аппарата 8 таким образом, чтобы отключение аппарата 4 предшествовало включению аппарата 8. После выполнения этих операций источник постоянного напряжения оказывается замкнутым на землю через резистор 3, а на объекте 2 сохраняется постоянное напряжение благодаря наличию емкостей.

После запуска источника 5 импульс поджигает промежуток 6 и, будучи приложенным к объекту 2 испытания, перезаряжает емкости до величины импульсного напряжения. После прекращения импульса сначала отключается аппарат 8, а затем включается аппарат 4, подавая при этом постоянное напряжение на объект 2 испытаний.

В формировании напряжения на объекте испытаний основная роль определяется периодом, во время которого открыт разрядник 6, что понижает чувствительность к дефектам.

Цель изобретения повышение чувствительности к дефектам изоляции.

В способе контроля витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов, в котором предварительно заряженный конденсатор разряжают на испытуемую обмотку или обмотку индуктивно связанного с ней индуктора и по величинам, характеризующим возникающий при этом затухающий колебательный процесс, делают заключение о состоянии витковой изоляции, измерения величины, избранной для оценки характера затухающего колебательного процесса, производят с задержкой относительно начала процесса на 1/2 периода колебаний. Чувствительность к дефектам зависит также от выбора величины, характеризующей отклик.

В качестве величины, характеризующей затухающий колебательный процесс, используют среднее значение напряжения этого процесса.

В устройстве для контроля витковой изоляции, содержащем источник напряжения, накопительный конденсатор, силовой ключ, схему управления силовым ключом, делитель напряжения, источник импульсного напряжения, ключ, две клеммы для подключения объекта контроля, в котором первый вывод источника напряжения соединен с первым выводом накопительного конденсатора, с первой клеммой для подключения объекта контроля, с первым выводом делителя напряжения, выход схемы управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа, первый вывод силового ключа соединен с второй клеммой для подключения объекта контроля, задача повышения чувствительности к дефектам решается введением в устройство выпрямителя, измерителя, использованием в качестве источника импульсного напряжения формирователя импульсов длительностью 1/2 периода колебаний напряжения отклика с задержкой повторного запуска на время не менее длительности затухания отклика и не более периода следования разрядов накопительного конденсатора, вход и выход которого соединены соответственно с третьим выводом делителя напряжения, с входом выпрямителя, с управляющим входом ключа, первый и второй выводы которого соединены соответственно с выходом выпрямителя, с первым входом измерителя и с первым выводом источника напряжения, с вторым входом измерителя, второй вывод силового ключа соединен с вторым выводом накопительного конденсатора и с вторым выводом источника напряжения.

Расчет переходных процессов в испытуемой катушке при наличии дефектов и без них показывает, что при наличии виткового замыкания или пробоя уменьшаются период колебаний и время затухания, легко убедиться в том, что сильно отличаться от аналогичной величины у исправной катушки будет среднее значение напряжения, так как оно в первом приближении пропорционально произведению изменений периода и времени затухания, умноженных на изменение амплитуды. Эти выводы подтверждаются экспериментами.

Задача повышения чувствительности устройства решается дополнительно тем, что в качестве измерителя использован измеритель среднего значения напряжения.

Задача обеспечения контроля катушек с разным уровнем нормированного испытательного напряжения решается тем, что источник напряжения выполнен регулируемым.

В доступных нам источниках информации не обнаружено описаний как предлагаемого способа, так и устройств, его реализующих, т.е. предлагаемое решение обладает новизной.

Введение задержки оценки состояния на 1/2 периода отклика (на время протекания по испытуемой катушке тока от накопительного конденсатора) в совокупности с оценкой по среднему значению напряжения отклика позволяет увеличить чувствительность к дефектам изоляции, так как отсекает ту часть процесса испытания, в которой характер процесса определяется, в основном, параметрами генератора испытательного напряжения, а не параметрами испытуемой обмотки, что дает основания считать, что предлагаемое решение отвечает критерию "Инженерный уровень".

Испытание витковой изоляции обмотки в соответствии с предлагаемым способом производят путем разряда предварительно заряженного напряжением требуемой величины конденсатора на испытуемую обмотку или обмотку связанного с последней индуктивно индуктора. Измерение величины, избранной для оценки характера затухающего процесса, возникающего при этом, начинают с задержкой на 1/2 периода колебаний этого процесса. Применительно к среднему значению напряжения отклика показания измерителя будут пропорциональны
U u(t) dt (2) где U среднее значение напряжения; lu(t) l- модуль мгновенного значения напряжения; Т период следования разрядов конденсатора; τ период колебаний напряжения отклика.

Состояние витковой изоляции оценивают по отклонению величины этого напряжения при наличии дефекта от величины этого напряжения, измеренного на обмотке с нормальной изоляцией.

Устройство для контроля изоляции показано на фиг. 2.

Устройство содержит источник 1 напряжения, накопительный конденсатор 2, силовой ключ 3, схему 4 управления силовым ключом, две клеммы 5 для подключения объекта контроля, делитель 6 напряжения, выпрямитель 7, источник 8 импульсного напряжения, ключ 9, измеритель 10, первый вывод источника 1 напряжения соединен с первым выводом накопительного конденсатора 2, с первой клеммой 5 для подключения объекта контроля, с первым выводом делителя 6 напряжения, выход схемы 4 управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа 3. первый вывод силового ключа 3 соединен с второй клеммой 5 для подключения объекта контроля, вторым выводом делителя 6 напряжения, вход и выход источника 8 импульсного напряжения соответственно с третьим выводом делителя 6 напряжения и входом выпрямителя 7, управляющим входом ключа 9, первый и второй выводы которого соединены с выходом выпрямителя 7, с первым входом измерителя 10 и с первым выводом источника 1 напряжения, с вторым входом измерителя 10, второй вывод силового ключа 3 соединен с вторым выводом накопительного конденсатора 2 и вторым выводом источника 1 напряжения, а в качестве источника импульсного напряжения использован формирователь импульсов длительностью 1/2 периода колебаний напряжения отклика.

Дополнительное повышение чувствительности к дефектам обеспечивается тем, что в качестве измерителя использован измеритель среднего напряжения отклика. Источник 1 напряжения выполнен регулируемым.

Работает устройство следующим образом. Регулируемый источник 1 напряжения заряжает накопительный конденсатор 2 до требуемого уровня. Силовой ключ 3 замыкается сигналом, подаваемым устройством 4 управления, и разряжает накопительный конденсатор на испытуемую катушку, подключенную к клеммам 5. Напряжение отклика делится в нужное число раз делителем 6 напряжения и подается на формирователь импульса длительностью 1/2 периода. Одновременно напряжение с выхода делителя 6 выпрямляется выпрямителем 7 и подается на вход измерителя 10. Импульс, сформированный делителем 6, поступает на вход ключа 9 и удерживает его в замкнутом состоянии 1/2 периода колебаний, блокируя на это время измеритель 10. Задержка формирователя от повторного запуска необходима для защиты измерителя от блокирования последующими полупериодами отклика и случайными помехами.

В макетном образце описанного устройства, реализующего предлагаемый способ, функции силового ключа выполнялись магнитотиристорным генератором импульсов, в качестве ключа, блокирующего измеритель среднего напряжения, использовался биполярный транзистор, импульс управления этим ключом формировался транзисторным усилителем-ограничителем, вход которого блокировался сигналом одновибратора, запускаемым задним фронтом импульса формирователя.

При испытании неуложенной катушки статорной обмотки асинхронного двигателя 4АЗМ-2000 (2000 кВт, 6,3 кВ), содержащей 6 витков напряжением 9 кВ, получены результаты показанные в таблице.

Результаты, приведенные в таблице, получены на одних и тех же катушках при одинаковых дефектах. Величина ΔU, характеризующая состояние витковой изоляции для короткого замыкания, увеличилась в 4 раза, для пробоя в 4,7 раза, т.е. чувствительность заметно возросла.

Предлагаемые способ и устройство для его осуществления имеют существенно более высокую чувствительность к дефектам изоляции по сравнению с прототипами. Это позволяет надежней различать дефекты изоляции и отклонения параметров катушки, не ведущие к потере работоспособности (вариации диэлектрической постоянной материала изоляции, разницу в потерях в стали при испытании уложенных в статор катушек и т.п.), но влияющих на отклик. Все блоки устройства легко реализуются на широко распространенных компонентах.

Предлагаемое устройство реализовано в виде опытного образца, ориентированного на испытания витковой изоляции катушечных обмоток мощных высоковольтных двигателей, и прошло проверку в цехах A/О "ЭЛСИБ".

Использование: относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для контроля качества витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов. Сущность изобретения: заряженный предварительно накопительный конденсатор разряжают на испытуемую обмотку и отклик сравнивают с откликом для исправной катушки. Измерение отклика начинают производить через 1/2 периода колебаний, т. е. после отключения накопительного конденсатора. Устройство, реализующее способ, содержит регулируемый источник напряжения, накопительный конденсатор, силовой ключ, устройство управления силовым ключом, две клеммы для подключения объекта испытаний, делитель напряжения, выпрямитель, формирователь импульса длительностью 1/2 полупериода напряжения отклика, ключ, измеритель среднего значения напряжения. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ контроля витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов, при котором предварительно заряженный конденсатор разряжают на испытуемую обмотку и по величине, характеризующей возникающий при этом затухающий колебательный процесс, делают заключение о состоянии витковой изоляции, отличающийся тем, что измерение величины, избранной для оценки характера затухающего колебательного процесса, производят с задержкой относительно начала процесса на 1/2 периода колебаний. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве величины, характеризующей затухающий колебательный процесс, используют среднее значение напряжения этого процесса. 3. Устройство для контроля витковой изоляции обмоток электрических машин и аппаратов, содержащее источник напряжения, накопительный конденсатор, силовой ключ, схему управления силовым ключом, делитель напряжения, источник импульсного напряжения, ключ, две клеммы для подключения объекта контроля, первый вывод источника напряжения соединен с первым выводом накопительного конденсатора, с первой клеммой для подключения объекта контроля, с первым выводом делителя напряжения, выход схемы управления силовым ключом соединен с управляющим входом силового ключа, первый вывод силового ключа с второй клеммой для подключения объекта контроля, с вторым выводом делителя напряжения, отличающееся тем, что в устройство введены выпрямитель, измеритель, в качестве источника импульсного напряжения использован формирователь импульсов длительностью 1/2 периода колебаний напряжения отклика с задержкой повторного запуска на время не менее длительности затухания отклика и не более периода следования разрядов накопительного конденсатора, вход и выход которого соединены соответственно с третьим выводом делителя напряжения, с входом выпрямителя, с первым входом измерителя, с первым выводом источника напряжения и с вторым входом измерителя, второй вывод силового ключа соединен с вторыми выводами накопительного конденсатора и источника напряжения. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве измерителя использован измеритель среднего значения напряжения. 5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что источник напряжения выполнен регулируемым.