УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ И ПРОЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ИЗДЕЛИЙ СО СЛОЖНЫМ ПРОФИЛЕМ ВНЕШНЕЙ ИЗОЛИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к области Физики, касающейся устройств для определения электрических свойств, и может найти применение при измерении сопротивления и испытании прочности изоляции отдельных электрических элементов, не встроенных в изделия, а также изделий со сложным профилем внешней изолирующей поверхности.
Известны устройства, описанные в ГОСТ 6433.2 «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрических сопротивлений при постоянном напряжении» для определения сопротивления изоляции и в ГОСТ 6433.3 «Материалы электроизоляционные твердые. Методы определения электрической прочности при переменном (частоты 50 Гц) и постоянном напряжении» для определения электрической прочности твердых электроизоляционных материалов. Данные устройства предусматривают изготовление специальных образцов из испытываемых материалов, при этом в образцах необходимо просверливать отверстия или углубления для размещения измерительных (испытательных) электродов. Этим устройствам присущи следующие недостатки:
- при испытании качества изоляции объекта (всего изделия, элемента,
детали и т.д.) во всех случаях одним электродом служит непосредственно токопроводящая часть изделия, на которую нанесена изоляция; по этой причине стандартное устройство, содержащее два электрода, не может использоваться в виде полного комплекта;
- метод испытания является разрушающим и образец после испытания не пригоден для дальнейшего применения;
- измерение электрических характеристик осуществляется только на ограниченном участке образца и не может свидетельствовать о характеристиках на других его участках;
- при изготовлении для объекта применения рабочей изоляции из испытанного материала последний подвергается технологическим операциям, например, нагреву, изгибу, сверлению, подрезке и т.п., вследствие чего материал рабочей изоляции на изделии не является полностью адекватным материалу испытанному, вследствие чего электрическое сопротивление и прочность изоляции изделия могут существенно отличаться от этих же параметров испытанных образцов;
- электроды рассматриваемого устройства в большинстве случаев не удается расположить в любой точке исследуемой рабочей изоляции, которая не имеет плоской поверхности.
Например, тороидальные катушки для трансформаторов тока обматываются лентами из ткани и пропитываются компаундом с последующей полимеризацией. На фото 1 представлено такое изделие, имеющее сложный рельеф внешней поверхности. На нем невозможно разместить стандартный плоский электрод с обеспечением плотного электрического контакта во всех точках изоляции, включая внутренние участки тороида.
Известно также «Устройство для контроля удельного объемного электрического сопротивления вязких композиционных электропроводящих материалов» (патент на полезную модель №57465, заявка 2006124383/22, МПК G01N 27/02). Указанное устройство содержит диэлектрический корпус с цилиндрической полостью и систему кольцевых электродов,
расположенных внутри полости корпуса, контактирующих с контролируемым материалом. При этом кольцевые электроды установлены между диэлектрическими кольцевыми элементами таким образом, что внутренние поверхности образуют цилиндрическую полость, в которую установлены плунжеры, выполненные в виде цилиндрических электродов, боковая поверхность которых сопряжена с внутренней поверхностью кольцевых электродов и диэлектрических элементов, а контролируемый материал размещен между внутренними торцевыми поверхностями плунжеров.
Описанное устройство не может быть использовано для измерения сопротивления и прочности электрической изоляции изделий со сложным профилем внешней изолирующей поверхности.
Известно «Устройство для измерения удельного электрического сопротивления грунтов» (патент на полезную модель №52188, МПК G01N 27/00). Это устройство, как и описанное выше, содержат ячейки также для образцов испытываемых материалов, но не может быть использовано для измерения сопротивления и прочности электрической изоляции изделий со сложным профилем внешней изолирующей поверхности.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в нормативном документе ВНИИПО МВД СССР «Методика определения электрической прочности диэлектрических покрытий», Москва, 1974. Это устройство содержит два измерительных электрода, из которых один плоский, а другой - сферический, при этом испытываемый плоский материал располагается между электродами. В качестве одного электрода служит плоская изолируемая электропроводная часть испытываемого изделия, на которую нанесено изолирующее покрытие. Недостатком устройства является то, что измерение рабочей изоляции осуществляется только в одной точке и не характеризует качество изоляции на всей поверхности изделия, детали, элемента, а также возможная недоступность для установки сферического электрода в любой точке изоляции на детали со сложным профилем.
Задачей заявляемого устройства является обеспечение возможности измерении сопротивления и испытании прочности изоляции отдельных электрических элементов, не встроенных в изделия, контроля качества изоляции по всей ее внешней поверхности и независимо от сложности рельефа.
Предлагаемое устройство лишено недостатков указанных аналогов и прототипа.
Заявляемое устройство состоит из двух измерительных электродов, один из которых выполнен в виде токопроводящего сосуда, наполненного мелкодисперсным, токопроводящим, металлическим порошком, а вторым электродом является изолированная часть изделия, полностью погруженного в токопроводящий порошок, частицы которого выполнены в виде круглых сфер (шариков).
В качестве мелкодисперсной токопроводящей массы используются металлические порошки, состоящие из сферических частиц, обладающих ровной поверхностью. Использование в качестве порошка частиц иной формы, например стружки, может сопровождаться повреждением (проколом) изоляции.
При использовании электролита вместо порошка возможно химическое разрушение изоляции.
На фиг.1 представлено заявляемое устройство.
Подготовка к работе устройства происходит следующим образом.
На дно токопроводящего сосуда насыпают слой токопроводящего металлического порошка, на него укладывают испытываемое изделие, затем все свободное пространство сосуда заполняют той же массой до полного покрытия изделия.
Работа данного устройства осуществляется при подаче испытательного напряжения к корпусу сосуда и к токопроводящей части защищенного изоляцией изделия.
Технический результат выражается в улучшении электрического контакта поверхности изоляции с измерительными электродами за счет создания множественных контактов частиц порошка с поверхностью изоляции (фото 2). Мелкодисперсный порошок позволяет обеспечить контакт с любой точкой поверхности изоляции. Токопроводящий мостик между изоляцией и корпусом сосуда обеспечивается через множественные взаимные контакты частиц порошка. Таким способом достигается поставленная цель.
Доказательством достижения цели являются результаты контрольных испытаний тороидального датчика тока на 100 А к блоку защиты электродвигателей типа Б3-5-100-220-07 по ТУ РФ 3425-001076379195-2006 производства ООО «СпецЭлектро» (фото 1). Средние размеры датчика: наружный и внутренний диаметры 65 и 30 мм; толщина 18 мм. Стакан (сосуд) измерительной ячейки с диаметром 95 мм и глубиной 40 мм. Шарики типа ШХ-15 по ГОСТ 3722-81 диаметром 4,763 мм из нержавеющей стали. Порошок медный электролитический ПМС-В по ГОСТ 4960-75 фракции больше 224 мкм. В качестве электролита использовался раствор поваренной соли в воде.
Испытательная аппаратура: пробойная установка УПУ-5М с постоянным и переменным испытательным током напряжением от 500 до 10000 В с дискретностью установки напряжения через 500 В; тестер Ц 4317 с напряжением питания 3 В; гиря 2 кг с наружным диаметром 60 мм, используемая в качестве груза или в качестве второго заземленного электрода при размещении датчика на дне стакана без шариков и порошка.
В таблице представлены результаты проведенных испытаний.
Условия измерений и полученные значения
Постоянный ток
Переменный ток
500 В
2500 В
500 В
2500 В
1
2
3
4
5
1. Датчик расположен на дне ячейки:
- ток утечки, мА
-
-
-
0,04
- сопротивление изоляции, Ом
более 125×10<sup>9 </sup>(ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИБОРА)
более 125×10<sup>9</sup> (ПРЕДЕЛ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИБОРА)
-
-
2. Датчик расположен на дне ячейки и сверху придавлен незаземленным грузом 2 кг
- ток утечки, мА
-
-
-
0,06
3. Датчик расположен на дне ячейки и сверху придавлен заземленным грузом 2 кг
- ток утечки, мА,
-
0,00
-
0,09
4. Сопротивление между корпусом ячейки и центром массы:
напряжение 3 В
-
-
-
- шариков, Ом
113+-8
- порошка, Ом
98+-9
5. Датчик помещен в ячейку и полностью засыпан шариками:
- сопротивление изоляции,
(105+-3)×10<sup>8</sup>
(66+-2)×10<sup>7</sup>
-
-
Ом
-
- ток утечки, мА
0
-
0,1
1
2
3
4
5
6. Датчик помещен в ячейку
и полностью засыпан
порошком:
- сопротивление изоляции,
(40+-4)×10<sup>7</sup>
(18+-4)×10<sup>7</sup>
-
Ом
-
- ток утечки, мА,
0,1
-
0,1
7. Сопротивление между
напряжение
-
-
-
электролитом и корпусом
3 В
ячейки. Ом
120+-1
8. Датчик расположен в
электролите:
сопротивление изоляции,
(21+-3)×10<sup>7</sup>
(13+-4)×10<sup>7</sup>
-
-
Ом
По полученным и представленным в таблице результатам сделаны следующие выводы.
Сопротивление массы шариков и порошка практически равно сопротивлению электролита.
Повторяемость измерения электрического сопротивления самой массы сыпучей среды в пределах 7%. По абсолютному значению это составляет несколько Ом, что на фоне десятков и сотен мегаом сопротивления изоляции является пренебрежимо малой величиной.
Применение описанной выше структурированной измерительной ячейки позволило выполнить одно из условий прецизионности по ГОСТам Р ИСО 5725-2002-1 (-2) - обеспечена повторяемость эксперимента, о чем можно судить о малом значении средне-квадратичного отклонения. *ГОСТ Р ИСО 5725-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерения. Часть 1. Основные положения и определения.
Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений»*.
В качестве мелкодисперсной токопроводящей массы следует применять порошки из сферических частиц, обладающих ровной поверхностью. Использование в качестве порошка частиц иной формы, например стружки, может сопровождаться повреждением (проколом) изоляции. При использовании электролита вместо порошка возможно химическое разрушение изоляции.
Эффективность использования предложенного устройства подтверждается тем, что с его помощью измеренное сопротивление на несколько порядков ниже, по сравнению с результатом измерения при расположении изделия на плоской поверхности, и асимптотически приближается к его действительному значению, измеренному в электролите.
Применение описанного устройства позволяет достаточно просто организовать проверку качества изоляции электрических деталей со сложным профилем поверхности наружной изоляции, поэтому область применения предложенного устройства:
- приемочный контроль на стадии изготовления изделий;
- входной контроль изделий, закупленных потребителем.