教你輕松檢測電氣設(shè)備中的絕緣故障問題

絕緣老化是造成電機、高壓變壓器和發(fā)電機發(fā)生電氣設(shè)備故障的主要原因之一。絕緣故障會導致危險電壓、火災(zāi)、高故障電流和爆炸，損壞設(shè)備和財產(chǎn)，造成人身傷害和死亡事故。絕緣故障的主要原因包括電介質(zhì)的污染、溫度循環(huán)、過載、因過電壓造成的過大電壓應(yīng)力，以及老化。

讓我們來看看絕緣故障的兩種不同示例。圖1所示為有缺陷的電焊用交流電機的定子繞組，及繞組連接側(cè)燒壞的線圈。圖2所示為因缺乏及時預(yù)防性維護造成絕緣紙受損，從而造成災(zāi)難性故障的變壓器。

圖1：有缺陷的電焊用交流電機的定子繞組（圖片來源：WindingPhotos）

圖2：變壓器的災(zāi)難性故障（圖片來源：OilRegeneration.com）

絕緣測試可以在任何故障發(fā)生之前找出絕緣老化。

用于測試旋轉(zhuǎn)機械絕緣電阻（IEEE 43-2000）的電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）推薦規(guī)程中描述了測量絕緣電阻的程序，包括旋轉(zhuǎn)機械繞組的典型絕緣電阻特性，以及這些特性如何指示繞組狀態(tài)。該標準中介紹了用于交流（AC）和直流（DC）旋轉(zhuǎn)機械繞組絕緣電阻的最低可接受值。根據(jù)IEEE 43-2000的規(guī)定，表明可接受狀態(tài)的典型絕緣電阻為100MΩ及以上。以該測定為基礎(chǔ)，IEEE標準設(shè)定的范圍如表1中所示。

應(yīng)用和使用案例

絕緣測量對諸如變壓器、太陽能逆變器和工業(yè)電機驅(qū)動（變速AC / DC驅(qū)動器和伺服驅(qū)動器）等的終端設(shè)備來說很重要；參見圖3和圖4。

圖3：測量高壓變壓器的絕緣電阻

圖4：測量電機的絕緣電阻

使用一個電阻分壓器是測量絕緣電阻的一種簡易方法。圖5所示為使用這一方法的TINA-TI?模擬電路，在該電路中，兩個串聯(lián)電阻（R12和R2）與絕緣電阻（Riso）并聯(lián)。流經(jīng)并聯(lián)組合的總電流受到R1、R4和直流輸入值（按照IEEE 43-2000，通常為500V）的限制。如圖6所示，測量 R2兩端的電壓（這是電流的結(jié)果）（VM1）。

圖5：使用電阻分壓器法的TINA-TI軟件模擬

圖6所示為TINA-TI模擬的測量曲線圖。由于電阻的比率，R2兩端的電壓并不隨絕緣電阻（Riso）呈線性變化。電壓VM1的測定值幾近飽和，同時絕緣電阻值大于15MΩ。

Riso（單位：ohms）

圖6：顯示電阻分壓器法中飽和現(xiàn)象的圖例

圖7所示為電阻分壓器法的精度曲線圖。在0Ω-22.49MΩ這一范圍內(nèi)，百分比精度小于1%。

表2列出了這種方法的實驗結(jié)果。正如您所看到的，測得的輸出值與先前值相差幾乎3mV到4mV。該值的差異說明使用電阻分壓器法時，需要一個高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），這樣提高了系統(tǒng)的成本。

表2：電阻分壓器法的實驗結(jié)果