Измерение сопротивления изоляции электродвигателей

Электродвигатели потребляют более 70 % всей вырабатываемой электроэнергии в мире, и в составе систем электропривода находят применение как в сетях постоянного (или выпрямленного) напряжения, так и в сетях переменного напряжения (однофазных и трехфазных). Электродвигатели отличаются высокой надежностью и могут проработать не один десяток лет, однако для этого необходимо регулярно проводить техническое обслуживание и планово-предупредительные ремонты. Одной из обязательных составляющих технического обслуживания электроприводов, наряду с обслуживанием механических частей, является измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя.

Конструкция асинхронного электродвигателя

Основные элементы конструкции асинхронного электродвигателя представлены на рисунке, а наиболее ответственная электрическая часть любого двигателя — это его обмотки.

Наибольшее распространение в промышленности получили асинхронные электродвигатели благодаря простоте конструкции и высокой надежности. Статор асинхронной машины состоит из корпуса и сердечника, в котором размещается трехфазная обмотка. Сердечник статора шихтованный, то есть набранный из тонких пластин электротехнической стали. Это позволяет значительно уменьшить вихревые токи, наводящиеся в сердечнике в результате воздействия магнитного поля статора, которое вращается с частотой 50 Гц.

Статорная обмотка укладывается в пазы сердечника и состоит из внутренней (пазовой) части и внешних (лобных) частей, которые находятся вне сердечника.

Обмотка состоит из трех частей, соответствующих фазам, и укладывается таким образом, чтобы все три фазы были сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов. Это нужно для того, чтобы при протекании тока по обмоткам, в них создавалось вращающееся магнитное поле. При пересечении полем витков ротора, в них наводится ЭДС, вследствие чего по замкнутым виткам ротора начинает протекать электрический ток. Ток ротора создает собственное магнитное поле, которое сцепляется с полем статора, за счет чего возникает момент вращения и ротор начинает поворачиваться сонаправлено полю статора.

На каждую фазу обмотки приходится несколько секций. Обмотки выполнены из изолированного медного провода, сечение которого определяет мощность машины, а длина в пересчете на количество витков — число оборотов (скорость). В процессе намотки якоря, обмотки укладывают в пазы, а выводы обмоток заводят в клеммную коробку. Всего 6 выводов обмотки — три в начале и три в конце. Начала обмоток подключаются в сеть, в которой будет работать электрическая машина, а концы соединяют звездой или треугольником непосредственно в клеммной коробке.

Покрытие лаком провода осуществляется после укладки обмотки. Затем происходит длительный процесс его сушки. Покрытие провода лаком позволяет электрически изолировать между собой отдельные витки, не допуская межвитковых коротких замыканий. Качество этого процесса определяет сопротивление изоляции обмоток любого электродвигателя.

Почему обязательно контролировать сопротивление изоляции электродвигателей

При работе систем электропривода сопротивление изоляции обмоток может ухудшаться под действием различных факторов — внешнего воздействия, механических повреждений, перепадов температуры, влажности и агрессивных веществ, содержащихся в окружающей среде. Наибольшее влияние на снижение сопротивления изоляции обмоток в двигателях играет перегрев, вызванный перегрузками электрических машин вследствие ненормальных условий эксплуатации. Это может привести к короткому замыканию обмотки на землю (на корпус, который обычно заземлен) или замыканию фаз между собой, в результате чего электродвигатель выйдет из строя.

Измерение сопротивления изоляции электродвигателя

Сопротивление изоляции электродвигателя обязательно замерять перед проведением пусконаладочных работ при вводе системы электропривода в эксплуатацию. Если двигатель был отправлен на ремонт (текущий или капитальный), либо при условии его нормальной эксплуатации при плановых проверках каждые 3 года также проводится контроль состояния изоляции. Правила проведения испытаний электрических машин, требования к метрологическим характеристикам приборов, методы и методики испытаний для контроля состояния изоляции обмоток, регламентируются ПУЭ и соответствующими государственными стандартами.

Методики измерения сопротивления изоляции асинхронного электродвигателя

Измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя в соответствии с правилами устройства электроустановок осуществляется в определенной последовательности с помощью:

• мегаомметра;
• непрямых измерений при помощи вольтметра-амперметра;
• измерительного моста;
• современного цифрового омметра;
• мультиметра;
• подачи высокого напряжения.

Рассмотрим далее, как измерить сопротивление изоляции обмоток электродвигателя с помощью мегаомметра, так как это наиболее распространенный метод измерения.

Мегаомметр

Мегаомметр (в разговорной речи — мегометр) — устройство для измерения больших сопротивлений, которое отличается от обычного омметра тем, что в цепь измерения посредством встроенного генератора подается высокое напряжение. Часто применяют индукторные мегаомметры, главное достоинство которых заключается в том, что отсутствует необходимость подключения к сети или встроенных аккумуляторов большой емкости.

Для электродвигателя с напряжением менее 660 В, работающего в трехфазных сетях 380 В, проверку выполняют с помощью мегаомметра с генератором, подающим в измерительную цепь напряжение 1000 В. Для асинхронного электродвигателя с напряжением более 660 В, например, 6 кВ и более, напряжение генератора должно составлять уже 2500 В.

Прежде чем проводить замер, надо провести визуальный осмотр электромашины на предмет отсутствия повреждений корпуса. Перед тем как измерить сопротивление, двигатель следует просушить и очистить. Как уже упоминалось ранее, в клеммной коробке обмотки соединены по схеме звезда или треугольник. Чтобы измерить сопротивление изоляции обмоток электродвигателей с помощью мегаомметра, нужно подключать его измерительные щупы попарно к начальным выводам обмоток, которые расположены в клеммной коробке.

Если поочередно подключать измерительные щупы мегаомметра к выводу соответствующей фазы с одной стороны, и корпусу двигателя с другой, то так проверяется сопротивление изоляции обмоток электродвигателя между фазой и корпусом (землей).

Для проведения замера рукоятку генератора, который входит в состав мегаомметра, вращают со скоростью порядка 120 об/мин. Полученные результаты измерений фиксируют, через 60 секунд после того, когда стрелка “успокоилась”. По завершении измерений необходимо разрядить измерительную цепь, снимая заряд, накопленный после подачи напряжения генератором мегаомметра.

Нормы сопротивления изоляции электродвигателей

В зависимости от вида электродвигателя, рода тока в сети, от уровня напряжения, нормы сопротивления изоляции обмоток электромашины существенно различаются. Данная норма сопротивления задает предельное значение сопротивления. Если полученное в результате измерений значение превышает нормированное, то это говорит о том, что дальнейшая эксплуатация такого электродвигателя невозможна.

Нормы для двигателей переменного тока

ПУЭ регламентирует, какое минимальное сопротивление изоляции должны быть у асинхронного электродвигателя, чтобы его можно было далее эксплуатировать без остановок на обслуживание или ремонт (плановый, капитальный). Все эти нормы для температуры 10–30 °С приведены в таблице ниже.

Нормы сопротивления изоляции для машин постоянного тока

Для двигателей постоянного тока мощностью до 200 кВт, напряжением до 1000 В, используется такой же мегаомметр, как и для асинхронных машин напряжением до 660 В. С его помощью проверяют и изоляцию между обмотками, и изоляцию между обмоткой и корпусом. Наименьшее допустимое сопротивление изоляции, при которой можно продолжать эксплуатацию при температуре 10–30°C для таких двигателей должно составлять:

• между обмотками — 0.5 МОм;
• между обмоткой и корпусом — 0.5 МОм;
• для бандажей якоря системы возбуждения — 1 МОм.

Что делать, если полученное сопротивление изоляции меньше минимально допустимого значения

Если электродвигатель эксплуатируется в помещении с повышенной влажностью, то сопротивления изоляции может снижаться вследствие отсыревания обмоток. В этом случае можно попробовать высушить его. Необходимо освободить доступ к статору, для чего придется вынуть ротор. Сушку можно проводить, подавая на обмотки статора пониженное напряжение, однако необходимо следить за величиной протекаемого тока, который должен быть меньше номинального. Другой вариант — тепловая сушка с помощью лампы накаливания мощностью 100–500 Вт (зависит от габаритов двигателя). По истечению 24 часов сушку прекращают и повторно измеряют сопротивления изоляции. Если оно увеличилось, то сушку продолжают до тех пор, пока сопротивление не достигнет установленной нормы. Если оно не увеличивается, двигатель отправляют на ремонт, в процессе которого обмотки пропитывают лаком и высушивают.

Видео по теме