Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей и устройство для его осуществления

(51)5 6 01 В 31/06 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А ИЗС)БРЕТЕЛЬСТВУ СА АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Азербайджанский научно-исследовательский электротехнический институт Производственного обьединения "Азерэлектромаш(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТОК СТАТОРОВ ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТ 2ГАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВЕСТВЛЕНИЯ РИЧЕСКИХ ДВИ О ДЛЯ ЕГО ОСУЩ(57) Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз. Устройство для реализации способа контроля изоляции обмоток содержит 2 генератора (1, 4), 4 фильтра (5, 6, 7, 8), 2 сопротивления (9, 10), 2 измерительных блока (11, 12), 2 самопишущих милливольтметра (13, 14), 2 компаратора с памятью (15, 16), 1 коммутатор (17), 3 трехполюсных выключателя, 1 - 5-9 - 11 - 13- 15-17, 1 - 6 - 10 - 12-14 - 10, 4 - 7 - 9 - 17, 4 - 8 - 10 - 17, 8 ил.Изобретение относится к области испытания и контроля изоляции обмоток статоров электрических машин с глухим соединением концов фаз.Известен способ контроля изоляции обмоток, включающий измерение тока, протекающего в обмотках статора и определение наличия короткозамкнутых витков по не- симметрии потребляемого из сети тока.Этот способ не позволяет обнаружить межфазные замыкания при испытаниях обмоток высоким импульсным напряжением,Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ контроля изоляцииобмоток, заключающийся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а вторОе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения,Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит два источника питания, подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения частоты другого источника к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока.Недостатком известного способа и устройства является невысокая достоверность контроля, так как они не позволяют определить межфаэные замыкания при испытаниях обмоток статора высоким импульсным напряжением,Целью изобретения является повышение достоверности контроля,Для достижения поставленной цели в способе контроля изоляции обмоток, заключающемся в том, что на объект контроля подают одновременно два напряжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуществляют контроль тока в цепи второго напряжения, контроль изоляции осуществляют в три этапа с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуемые обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через этиобмотки, определяют реакции испытуемых5. Обмоток, сравнивая для первой и второй .испытуемых обмоток зти напряжения до ипосле подачи испытательных импульсов,причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией пер 10 вого, второго и третьего событий, а пробоймежвитковой изоляции определяют в соответствиис дизъюнкцией четвертого и пятогособытий, гдепервое событие - на двух этапах испы 15 таний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток;второе событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции20 испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второйи первои,третье событие - на трех этапах испытаний имеются реакции испытуемых обмоток,а на двух этапах из них реакции испытуемыхобмоток первой и второй соответственно напервом и втором из этих этапов равны, каки реакции обмоток второй и первой;З 0 четвертое событие - на одном из трехэтапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двухдругих этапах реакции обмоток первой ивторой соответственно на первом и второмЗ 5 из этих этапов равны, как и реакции обмотоквторой и первой;пятое событие - на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемыхобмоток соответственно на одном и другом40 из этих этапов неравны, как и реакции обмоток второй и первой.Указанная цель достигается также тем,что в устройство для контроля изоляции обмоток, содержащее два источника питания,45 подсоединенные каждый через заградительный фильтр напряжения частоты другогоисточника к клеммам для подключенияобъекта контроля, измерители тока, дополнительно введены два заградительных50 фильтра, два самопишущих милливольтметра, два компаратора с памятью, коммутатор,имеющий три входа, второй из которых заземлен, и три выхода, первый источник питания - генератор двух синусоидальных55 напряжений противоположных по фазе иравных амплитуд с заземленной среднейточкой, а второй источник - генератор двухвысоких импульсных напряжений противоположных по фазеи равных амплитуд с за.земленной средней точкой, каждый5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 измеритель тока содержит. измерительный блок, шунтированный на входе сопротивлением, причем первый выход первого источника соединен со входом первого заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, первый выход второго источника соединен со входом второго заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы первого и второго фильтров через сопротивление первого измерителя тока связаны с первым входом коммутатора, второй выход первого источника соединен со входом третьего заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, второй выход второго источника соединен со входом четвертого заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы третьего и четвертого фильтров через сопротивление второго измерителя тока связаны с третьим входом коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами для подключения объекта контроля, выходы измерительных блоков первого и второго измерителей тока соответственно соединены с первым и вторым самопишущим милливольтметрами и первым и вторым компараторами, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго источника питания.На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2-8 представлены наиболее характерные случаи пробоя изоляции обмоток; на фиг. 9 показано конструктивное выполнение блока 17.Устройство содержит генератор 1 с заземленной средней точкой, который вырабатывает две серии противоположных по фазе относительно средней точки высоковольтных импульсов с одинаковыми параметрами. Генератор 1 имеет входы 2 и 3 его автоматического отключения, Генератор 4 с заземленной средней точкой вырабатывает два синусоидальных напряжения повышенной частоты и пониженной амплитуды, противоположные по фазе относительно средней точки. Фильтры 5 и 6 предназначены для заграждения напряжений повышенной частоты, поступающих от генератора 4, которые проходят через фильтры 7 и 8 и не проходят к генератору 1, причем фильтры 7 и 8 предназначены для заграждения напряжений, поступающих от генератора 1, кото рые проходят через фильтры 5 и 6 и не проходят к генератору 4,Равновеликие сопротивления 9 и 10 малой величины служат для выделения пропорциональных протекаемым через нихтокам напряжений, причем напряжение с сопротивления 9 подается на первый измерительный преобразователь напряжения - измерительный блок 11 первого измерителя тока, а напряжение с сопротивления 10 подается на второй измерительный преобразователь напряжения - измерительный блок 12 второго измерителя тока. Блоки 11 и 12 подключены соответственно к первому и второму самопишущим милливольтмет-. рам 13 и 14 и первому и второму компараторам 15 и 16 с памятью, Аналоговые выходы компараторов 15 и 16 соответственно подключены к входам 2 и 3 генератора 1 для его автоматического отключения при пробое изоляции обмотки (обмоток), Блоки 11 и 12 настроены на повышенную частоту сигналов, генерируемых генератором 4. Самопишущие милливольтметры 13 и 14 записывают изменения величин напряжений, снимаемых с выходов блоков 11 и 12, пропорциональных изменениям токов повышенной частоты, проходящих через коммутатор 17 в обмотках статора в процессе испытаний.Компараторы 15 и 16 с памятью сравнивают значения напряжений, пропорциональных токам в соответственно контролируемых обмотках до пробоя изоляции и после пробоя и вырабатывают сигналы на отключение генератора 1, соответственно поступающие на его входы 2 и 3. При отсутствии пробоя изоляции сигналы на выходах блоков 15 и 16 имеют нулевой уровень. Через резисторы 9 и 10 напряжения от генераторов 1 и 4 подают на первый и третий входы коммутатора 17, второй вход которого заэемлен. Выходы первый, второй и третий коммутатора 17 соответственно соединены с обмотками 18, 19 и 20 статора 21,Первый измеритель тока 22 содержит измерительный блок 11, шунтированный на входе сопротивлением 9, а второй измеритель тока 23 содержит измерительный блок 12, шунтированный на входе сопротивлением 10. Генератор 1 содержит реле времени на чертеже не показано), задающее время испытания обмоток, одинаковое на каждом этапе испытаний. Он подает на испытуемые обмотки статора высоковольтные импульсы с длительностью фронта несколько микросекунд, Генератор 4 подает на те же обмотки пониженные синусоидальные напряжения повышенной частоты, Коммутатор 17 содержит три трехпокюсных выключателя 24, 25, 26. Контроль изоляЦии обмоток производят в три этапа следующимобразом.На первом этапе испытаний начала об. моток 18 и 20 статора 21 подключают соответственно к резисторам 9 и 10, а началообмотки 19 заземляют посредством включения трехполюсного выключателя 24 коммутатора 17,На втором этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 25 коммутатора 17. подключают соответственно начала обмоток 20 и 19, а начало обмотки 18 заземляют,На третьем этапе испытаний к резисторам 9 и 10 посредством включения трехполюсного выключателя 26 коммутатора 17подключают с.йетственно начала обмоток 19 и 18, а на о обмотки 20 заземляют.Рассмотрим подробно процесс контроля изоляции обмоток на первом этапе испытаний,Включают генератор 4, Напряжения повышенной частоты от генератора 4 соответственно через фильтры 7, 8 и резисторы 9.,10 начинают поступать в обмотки 18 и 20статора 21 через коммутатор 17.Самописцы 13 и 14 ведут запись величин напряжений, снимаемых соответственно с выходов блоков 11 и 12.В компараторах 15 и 16 происходит запоминание этих величин напряжений.Включают генератор 1 испытательныхимпульсов высокого напряжения. При этомчерез фильтры 5 и 6 и соответственно резисторы 9 и 10, через коммутатор 17 на началаобмоток 18 и 20 подаются волны напряжений разной полярности.Время испытания 1 л, обмоток испытательными волнами напряжений задаетсяреле времени генератора 1.При пробое изоляции, прежде чем произойдет отсчет времени тисп, изменятся. токи через испытуемые обмотки 18 и 20, чтобудет зарегистрировано соответственно самописцами 13 и 14. Новые значения величин, снимаемых с блоков 11 и 12, будутсравнены со значениями, содержащимися вячейках памяти соответственно компараторов 15 и 16, на выходе которых появятсясигналы, отключающие генератор 1Для обмоток статоров асинхронныхэлектродвигателей с глухим соединениемконцов испытание обмоток волнами импульсных высоких напряжений противоположных фаз, выдаваемых генератором 1,является наиболее приемлемым при отсутствии стандартизованных методов исредств испытания межфазовой изоляцииобмоток с тремя выводными концами, Методология испытаний изложена в книге "Испытания витковой изоляции электрическихмашин", Госэнергоиздат, 1959 гс, 65.Повышенная частота напряжения генератора 4 позволяет увеличить реакцию измерительной схемы на изменение индуктивного сопротивления обмотки (обмоток) с поврежденной изоляцией (неметаллическое короткое замыкание в обмотке или между обмотками).Аналогично проводят испытания на втором и третьем этапах.Испытание межфазовой изоляции обмоток сопровождается одновременно испытанием межвитковой изоляции. Поэтому необходимо различать, какая изоляция оказалась пробитой вследствие испытания - межфазовая или межвитковая,Рассмотрим наиболее характерные случаи пробоев и реакции измерительных блоков 11 и 12 на них,Случай 1, Межвитковое замыкание в одной из обмоток (фиг. 2).На этапе 1 испытаний пусть в процессе испытаний обмоток 18 и 20 произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции первой и второй испытуемых обмоток и, следовательно, блоков 11 и 12, причем в большей степени - блока 11. На этапе 2 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12, т.к. обмотка 18 на этом этапе не испытывается. На этапе 3 испытаний вновь произошел пробой в обмотке 18. Появились реакции блоков 11 и 12, причем большая - блока 12, Межвитковое замыкание в одной из обмоток определяют по:на одном из этапов испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12;на двух других этапах реакции блоков 11 и 12 имеются, причем большая на выходе блока, контролирующего ток пробитой обмотки,Случай 2, Межвитковые замыкания в двух обмотках (фиг, 3).На этапе 1 испытаний пусть пробила обмотка 18, а на этапе 2 испытаний пробила обмотка 19, Тогда на этапе 3 испытаний будет повторный пробой обмоток 18 и 19. На всех трех этапах имеются реакции блоков 11и 12. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Случай 3. Межвитковые замыкания втрех обмотках (фиг. 4),На всех трех этапах имеются реакции.блоков 11 и 12, как и в случае 2 межвитковыхзамыканий в двух обмотках,Случай 4, Межфазное замыкание двухобмоток (фиг. 5),Пусть пробита межфазная изоляция обмоток 18 и 20. На этапе 1 испытаний имеются реакции блоков 11 и 12. На этапах 2 и 3испытаний реакции блоков 11 и 12 отсутствуют,10 1797082 5 10 15 20 25 30 35 40 50 сным напряжением. Случай 5, Межфазные замыкания парыобмоток на одном этапе испытаний и другойпары обмоток на другом этапе испытаний(фиг. 6).На этапе 3 испытаний отсутствуют реакции блоков 11 и 12, В отличие от случая 1(фиг, 2, этапы 1 и 3 испытаний) в этом случаереакции блоков 11 и 12 соответственно наэтапах 1 и 2 испытаний неравны. Кроме тогоимеются неравные реакции блоков 12 и 11соответственно на этапах 1 и 2 испытаний,Случай 6. Межфазное замыкание двухобмоток и межвитковое замыкание в однойиз этих обмоток (фиг, 7).В этом случае на этапе 2 испытанийотсутствуют реакции блоков 11 и 12, такжекак и в случае 1 (фиг. 2), но реакции блоков11 и 12 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний не равны, как и реакции блоков 12и 11 соответственно на этапах 1 и 3 испытаний,Так как обмотки 20 и 19 ввиду отсутствия реакций блоков 11 и 12 на этапе 2 испытаний остаются нетронутыми, делают выводо межфазном замыкании обмоток 18 и 20(этап 1 испытаний) и межвитковом замыкании в обмотке 18 (этап 3 испытаний) либовероятном межфазном замыкании обмоток18 и 20 (этап 1 испытаний) и обмоток 19 и 18(этап 3 испытаний) с межвитковым замыканием в обмотке 18. Но при всех вариантахимеется пробой межфазной изоляции обмоток.. Случай 7, Межфазное замыкание двухобмоток и межвитковое замыкание втретьей обмотке (фиг, 8).В этом случае реакции блоков 11 и 12соответственно на этапах 2 и 3 испытанийравны, как и блоков 12 и 11 соответственнона этапах 2 и 3 испытаний, что отличает этотрассматриваемый случай от случая 2 и отслучая 3.Пробой межфазовай изоляции определяют в соответствии с дизьюнкцией первого,второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятогособытий, гдепервое событие - на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции измерительных блоков 11 и 12; Формула изобретения1. Способ контроля изоляции обмоток статоров трехфазных электрических двигателей, заключающийся в том, что на обьект контроля подают одновременно два напрявторое событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11;третье событие - на всех трех этапах испытаний имеются реакции измерительных блоков 11 и 12, а на двух этапах из них реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11;четвертое событие - на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции измерительных блоков 11 и 12, а на двух других этапах реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11;пятое событие - на всех этапах испытаний реакции измерительных блоков 11 и 12 соответственно на одном и другом из этих этапов неравны, как и реакции измерительных блоков 12 и 11,Сравнения реакций блоков 11 и 12 при испытаниях обмоток и идентификацию испытуемых и пробитых обмоток осуществляет оператор по записям самописцев 13 и 14.Оператор сравнивает и анализирует реакции измерительных блоков 11 и 12 по записям на лентах самописцев за адин полный цикл (состоящий из трех этапов) испытания двигателя. В результате анализа реакций делается вывод а конкретном событии, которое имеет место, и осуществляется отбраковка двигателя по признаку пробоя межфазной или межвитковой изоляции.Предложенный способ контроля изоляции обмоток чувствителен к межвитковому замыканию двух соседних витков обмотки статора и межфазному замыканию двух витков обмоток статора вблизи точки глухого соединения концов этих обмоток. Техническим преимушеством предложенных способа и устройства является определение межфазных замыканий при испытаниях обмоток статора с глухим соединением концов обмоток высоким импульжения, первое из которых имеет повышенную по сравнению с рабочей частоту и пониженную по сравнению с рабочей амплитуду, причем первое из напряжений подают непрерывно, а второе кратковременно, осуще 1797082 12ствляют контроль тока в цепи второго напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности, контроль изоляции осуществляют в три этапа с испытанием комбинаций пар обмоток с фиксированным временем испытаний, на каждом из этапов подают повышенной частоты и пониженных уровней синусоидальные напряжения, противоположные по фазе и равные по амплитуде, на выводы двух обмоток статора при заземленном выводе третьей обмотки, измеряют напряжения, пропорциональные токам через испытуемые .обмотки, затем подают испытательные импульсы высокого напряжения в противоположных фазах от второго источника напряжений на выводы тех же двух испытуемых обмоток до пробоя, измеряют напряжения, пропорциональные токам через эти обмотки, определяют реакции испытуемых обмоток, сравнивая для первой и второй испытуемых обмоток эти напряжения до и после подачи испытатель; ных импульсов, причем пробой межфазовой изоляции определяют в соответствии с дизьюнкцией первого, второго и третьего событий, а пробой межвитковой изоляции. определяют в соответствии с дизъюнкцией четвертого и пятого событий, где первое событие - на двух этапах испытаний из трех отсутствуют реакции испытуемых обмоток; второе событие - на одном из трех этапов испытаний нет реакций испытуемых обмоток, и на двух других этапах реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой; третье событие - на трех этапах испытаний имеются реакции испытуемых обмоток, а на двух этапах из них реакции испытуемых обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; четвертое событие - на одном из трех этапов испытаний отсутствуют реакции первой и второй испытуемых обмоток, а на двух других этапах реакции обмоток первой и второй соответственно на первом и втором из этих этапов равны, как и реакции обмоток второй и первой; пятое событие - на всех этапах испытаний реакции первой и второй испытуемых обмоток соответственно на одном и другом из этих этапов не равны, как и реакции обмоток второй и первой,2. Устройство для контроля изоляцииобмоток статоров трехфазных электрических двигателей, содержащее два источника питания, подсоединенные каждый через за градительный фильтр напряжения частотыдругого источника к клеммам для подключения объекта контроля, измерители тока, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, в него допол нительно введены два заградительныхфильтра, два самопишущих милливольтметра, два компаратора с памятью, коммутатор, имеющий три входа, второй из которых заземлен, и три выхода, первый источник пи- "5 тания - генератор двух синусоидальлыхнапряжений противоположных по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, а второй источник - генератор двух высоких импульсных напряжений противо положнь х по фазе и равных амплитуд с заземленной средней точкой, каждый измеритель тока содержит измерительный блок, шунтированный на входе сопротивлением, причем первый выход первого источ ника соединен с входом первогозаградительного фильтра - напряжения частоты второго источника, первый выход второго источника соединен с входом второго заградительного фильтра - напряжения частоты первого источника, выходы первого и второго фильтров через сопротивление первого измерителя тока связаны с первым входом коммутатора, второй выход первого источника соединен с входом третьего заградительного фильтра-напряжения частоты второго источника, второй выход второго источника соединен с входом четвертого заградительного фильтра-напряжения частоты первого источника, выходы третьего и четвертого фильтров через сопротивление второго измерителя тока связаны с третьим входом коммутатора, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первой, второй и третьей клеммами для подключения объекта контроля, выходы измерительных блоков первого и второго измерителей тока соответственно соединены с первым и вторым самопишущими милливольтметрами и первым и вторым компараторами, выходы первого и второго. компараторов соединены соответственно спервым и вторым входами второго источника питания,55