Устройство эксплуатационного контроля состояния изоляции электрооборудования

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована при эксплуатации электрооборудования во время проведения профилактического обслуживания и диагностических проверок состояния изоляции обмоток электрических машин и аппаратов и прогнозирования ее остаточного ресурса в условиях сельскохозяйственного производства.
Известно переносное устройство для измерения и контроля сопротивления изоляции обмоток электрических машин и аппаратов - мегаомметр, который содержит встроенный электромеханический генератор переменного тока, выпрямитель, измерительный механизм и вспомогательные элементы (Клюнин К.К. «Справочник по электроизмерительным приборам», Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л. Энергия, 1977, с. 462, 484).
Недостатком устройства является наличие ручного привода генератора с необходимостью равномерного вращения со строго определенным числом оборотов в единицу времени, а также необходимость размещения прибора на устойчивой горизонтальной подставке. Прибор имеет сложную схему исполнения, высокую стоимость, громоздок и массивен, а стрелочная измерительная система инерционна и чувствительна к толчкам и внешним воздействиям. Высокие массогабаритные и стоимостные показатели, неудобство использования в эксплуатационных условиях вызывает определенные трудности при применении прибора у персонала электротехнических служб сельскохозяйственных предприятий и владельцев фермерских хозяйств.
Известно устройство для контроля электрических цепей, содержащее внутренний источник питания, заряжаемый во время работы, пять светодиодов и стабилитронов и два малогабаритных герметичных реле. (А.с. СССР №1800407, МПК G01 К 31/02, БИ №9, 1993). При контроле электрических цепей высвечивается определенный светодиод, а также подается звуковой сигнал.
Недостатком известного устройства является то, что невозможно осуществлять контроль электрических цепей, содержащих контролируемое сопротивление изоляции.
Известно устройство для контроля качества электрической изоляции, содержащее источник испытательного напряжения, масштабный преобразователь напряжения, вольтметр, суммирующие усилители, устройства слежения-хранения сигнала и индикатор (патент РФ №2122215, МПК G01R 27/02, БИ №32, 1998). Устройство позволяет учитывать наличие частичных разрядов в изоляции, прогнозировать остающийся ресурс изоляции на основании полученных данных при высокой точности и объективности измерений.
Недостатком устройства является сложность электрической схемы конструкции, наличие большого количества дорогостоящих элементов и высокая стоимость устройства, а также невозможность использования в эксплуатационных условиях сельскохозяйственного производства.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является устройство контроля состояния изоляции электрооборудования, содержащее источник питания, тестовый генератор напряжения 500 В и блок индикации, состоящий из пяти высвечиваемых светодиодов по диапазонам фиксированных значений измеряемого сопротивления изоляции обмоток электродвигателей (патент РФ №92544, МПК G01R 27/02, БИ №8, 2010).
Недостатком устройства является невозможность контроля активного сопротивления и индуктивности обмоток статора электродвигателей, необходимых для получения более полной информации о состоянии и неисправностях обмоток, имеющих межвитковые замыкания, при проведении диагностических проверок в эксплуатационных условиях сельскохозяйственного производства. Равные значения измерений по фазам свидетельствует о том, что все обмотки содержат полное число витков, и изоляция их не нарушена. Также невозможно проводить измерения сопротивления изоляции электрооборудования с номинальным напряжением свыше 500 до 1000 В.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей и области применения устройства, снижение массогабаритных показателей, повышение удобства, надежности и эффективности применения для контроля состояния обмоток и их изоляции при техобслуживании электрооборудования в эксплуатационных условиях сельскохозяйственного производства.
В результате использования предлагаемой полезной модели появляется возможность осуществлять периодический контроль с получением более полной и точной информации о состоянии изоляции и целостности обмоток электрических машин и аппаратов, повысить надежность и эффективность техобслуживания электрооборудования в эксплуатационных условиях сельскохозяйственного производства, уточнить время и периодичность проведения диагностических проверок, снизить эксплуатационные затраты за счет введения в измерительный блок измерителя активного сопротивления, измерителя индуктивности, а также измерителя сопротивления изоляции с блоком цифровой индикации, что приводит к техническому результату.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройстве эксплуатационного контроля состояния изоляции электрооборудования, содержащем источник питания, измерительный блок и блок индикации, согласно предлагаемой полезной модели измерительный блок содержит измеритель активного сопротивления, измеритель индуктивности и измеритель сопротивления изоляции, при этом вход измерителя сопротивления соединен с первым генератором тестового сигнала и первым входом блока защиты от перенапряжений, который через первый контакт первого сдвоенного переключателя и низковольтный штыревой разъем измерительными проводами с щупами соединен с измеряемой обмоткой статора электродвигателя, а выход измерителя активного сопротивления через первый контакт второго сдвоенного переключателя соединен с входом блока цифровой индикации измеряемого параметра, при этом вход измерителя индуктивности, соединен со вторым генератором тестового сигнала и вторым входом блока защиты от перенапряжений, второй выход которого через второй контакт первого сдвоенного переключателя, низковольтный штыревой разъем и измерительные провода с щупами соединен с измеряемой обмоткой статора электродвигателя, а выход измерителя индуктивности через второй контакт второго сдвоенного переключателя соединен с входом блока цифровой индикации контролируемого параметра, при этом вход измерителя сопротивления изоляции, соединен с третьим входом блока защиты от перенапряжений, выход которого соединен через высоковольтный штыревой разъем и высоковольтный измерительный провод с щупом с одним выводом проверяемой обмотки статора электродвигателя, а другой вывод проверяемой обмотки статора электродвигателя через высоковольтный измерительный провод с щупом и высоковольтный штыревой разъем соединен с выходом генератора постоянного тестового напряжения 500 В и 1000 В, вход которого через контакт возвратной кнопки соединен со вторым выходом источником питания, при этом первый выход источника питания через выключатель соединен с измерителями сопротивления изоляции, активного сопротивления и индуктивности измерительного блока и через контакты второго зависимого переключателя с блоком цифровой индикации.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена общая схема устройства для эксплуатационного контроля состояния изоляции электрооборудования.
H3
Устройство содержит источник питания 1, соединенный первым выходом 2 через кнопку 3 с измерительным блоком 4, содержащим измеритель сопротивления изоляции 5 с указателем R, измеритель индуктивности 6 с указателем L, соединенный с первым генератором тестового сигнала 7, измеритель активного сопротивления 8 с указателем R, соединенный со вторым генератором тестового сигнала 9.
Выход второго генератора тестового сигнала 9 соединен с первым входом блока защиты от перенапряжений 10 измерительного блока 4, первый выход которого через контакты сдвоенного переключателя 21 соединены низковольтным штыревым разъемом 12 и измерительными проводами со щупом 13 с контролируемой обмоткой статора электродвигателя 14, имеющей контролируемый параметр R. Выходы измерителей 5, 6 и 8 измерительного блока 4 через соответствующие контакты сдвоенного переключателя 22 подключены к блоку цифровой индикации контролируемого параметра 15.
Выход первого генератора сигнала 7 соединен с вторым входом блока защиты от перенапряжений 10 измерительного блока 4, второй выход которого через контакты сдвоенного переключателя 21 соединены низковольтным штыревым разъемом 12 и измерительными проводами со щупом 13 с измеряемой обмоткой статора электродвигателя 14, для измерения контролируемого параметра L.
H3
Блок питания 1 вторым выходом 16 через возвратную кнопку 17 соединен с генератором 18 постоянного тестового напряжения 500 В и 1000 В, имеющим переключатель 11, и через высоковольтный штыревой разъем 19, с измеряемой обмоткой статора электродвигателя 14 для измерения величины сопротивления изоляции R в отношении обмотка с обмоткой или обмотка с корпусом.
Высоковольтный измерительный провод 20 через высоковольтный штыревой разъем 19 соединен с третьим выходом блока защиты от перенапряжений 10, третий вход которого соединен с измерителем 5 сопротивления изоляции, выход которого связан через соответствующий контакт сдвоенного переключателя 22 с блоком цифровой индикации 15 контролируемого параметра.
Устройство работает следующим образом.
из
из.
При нажатии кнопки 3 напряжение питания подается на измерительную схему устройства. Сдвоенный переключатель с контактами 21 и 22, обеспечивающий три канала измерения, необходимо установить в требуемое положение для измерения контролируемой величины параметров R, L или R, при этом на измерительном блоке 4 высвечивается соответствующий светодиодный указатель R, L или R. В целях обеспечения стабильности работы устройства блок питания 1 генерирует напряжение, как для работы измерительной схемы устройства через кнопку 3, так и отдельно для работы высоковольтного блока 18 через возвратную кнопку 17.
Измерительный блок 4 при помощи генераторов сигналов 7 и 9 и высоковольтного генератора 18 осуществляет генерацию тестовых сигналов, прием измеряемых сигналов соответствующими измерителями 8, 6, и 5, нормализацию и преобразование измеряемого сигнала в цифровой код для последующего отображения физической величины измеряемого сигнала на блоке цифровой индикации 15. Работа всех трех каналов измерения обеспечена защитой от перенапряжений блоком 10, имеющим три входа и три выхода.
из
При измерении активного сопротивления R или индуктивности L обмоток к низковольтному разъему 12 присоединяют низковольтный измерительный шнур со щупами, к которым подключают измеряемую обмотку 14 и снимают показания на цифровом индикаторе 15. При измерении сопротивления изоляции R к высоковольтному разъему 19 присоединяют высоковольтный измерительный шнур со щупами, к которым подключают измеряемую обмотку 14, кратковременно нажимают возвратную кнопку 17 и снимают показания на цифровом индикаторе 15.
из
из
Измерение сопротивления изоляции обмоток электрооборудования. Включить питание устройства нажатием кнопки 3. Сдвоенный переключатель с контактами 21 и 22 установить в положение для контроля и измерения контролируемой величины сопротивления изоляции R, при этом на измерительном блоке 4 высвечивается светодиодный указатель R. Присоединить высоковольтные измерительные провода с щупами к высоковольтному разъему 19. Один проводник присоединить щупом к одному из выводов контролируемой обмотки электродвигателя, а другой проводник к корпусу электродвигателя или заземляющему проводу. Установить переключатель 11 в требуемое положение 500 В или 1000 В. Нажать кнопку 17 и снять показания индикатора 15.
H3
H3
При этом включается и работает следующая электрическая цепь канала измерения: блок питания 1 - возвратная кнопка 17 - генератор 18 постоянного тестового напряжения с переключателем 11 - высоковольтный штыревой разъем 19 - первый высоковольтный измерительный провод с щупом 20 - измеряемая обмотка статора электродвигателя 14 для измерения величины сопротивления изоляции R в отношении обмотка с обмоткой или обмотка с корпусом - второй высоковольтный измерительный провод с щупом 20 - высоковольтный разъем 19 - блок защиты от перенапряжений 10 - измерительного блока 4 - измеритель 5 сопротивления изоляции с указателем R - контакты сдвоенного переключателя 22 - блок цифровой индикации контролируемого параметра 15. При измерении сопротивления изоляции электрических цепей или обмоток электрооборудования на номинальное напряжение свыше 100 В до 500 В применяют приборы с тестовым напряжением 500 В, а для электрооборудования с номинальным напряжением свыше 500 В до 1000 В применяют приборы с тестовым напряжением 1000 В.
При снижении сопротивления изоляции обмоток электродвигателя с номинальным напряжением 220/380 В до 0,5 МОм его эксплуатация недопустима. Недостаточная величина сопротивления изоляции свидетельствует о необходимости ее усиления путем проведения профилактических мероприятий, например, сушки.
Измерение активного сопротивления обмоток электрооборудования.
Включить питание устройства нажатием кнопки 3. Сдвоенный переключатель с контактами 21 и 22 установить в положение для контроля и измерения активного сопротивления R обмоток электрооборудования, при этом на измерителе активного сопротивления 8 измерительного блока 4 высвечивается светодиодный указатель R Присоединить низковольтные измерительные провода с щупами к низковольтному разъему 12. Один проводник присоединить щупом к одному из выводов контролируемой обмотки электродвигателя, а второй проводник к другому концу обмотки электродвигателя 14. Снять показания на блоке 15 цифровой индикации контролируемого параметра.
Разница между измеренными значениями активных сопротивлений обмоток в пределах 5% считается приемлемой, а разница в 10% свидетельствует о нарушении целостности фазных обмоток. При измерении активного сопротивления обмоток электрооборудования включается и работает соответствующая электрическая цепь канала измерения.
Измерение индуктивности обмоток электрооборудования.
Включить питание устройства нажатием кнопки 3. Установить сдвоенный переключатель с контактами 21 и 22 в положение для контроля и измерения индуктивности обмоток электрооборудования L, при этом на измерителе 6 с указателем L измерительного блока 4 высвечивается светодиодный указатель L. Присоединить низковольтные измерительные провода с зажимами и щупами к низковольтному разъему 12. Один проводник присоединить зажимами к одному из выводов контролируемой обмотки электродвигателя, а второй проводник к другому концу обмотки электродвигателя. Снять показания индикатора. При измерении индуктивности обмоток электрооборудования включается и работает соответствующая электрическая цепь канала измерения.
По результатам измерений необходимо определить разницу в снимаемых показаниях по отдельным обмоткам или при соединении их в звезду или треугольник. Разница в 3-5% между значениями индуктивности считается приемлемой, а разница в 10% свидетельствует о наличии виткового замыкания в обмотке статора. Контроль состояния обмоток по измеряемой индуктивности не зависит от температуры.
Предлагаемое устройство обеспечивает измерение активного сопротивления обмоток электрических машин и аппаратов до 200 Ом, индуктивности обмоток до 20 Гн, сопротивления изоляции до 500 МОм при тестовом напряжении 500 или 1000 В.
Предлагаемое устройство можно применять при обслуживании сельских электроустановок для использования в работе электротехническим персоналом сельхозпредприятий, служб сервиса, владельцами электроустановок, фермерами. Многофункциональное устройство для диагностирования состояния обмоток электродвигателей необходимо для поддержания их в технически исправном состоянии с наименьшими трудовыми затратами. Устройство позволяет определять техническое состояние электроустановок и их неисправности: короткие замыкания, обрывы, нарушения изоляции, благодаря измерению сопротивления изоляции, обмотка-корпус, обмотка-обмотка, сравнению измеренных значений сопротивления обмоток статора, сравнению измеренных значений индуктивностей обмоток статора. Эти показатели должны быть равны или отличаться в допустимых пределах. Равные значения сопротивления обмоток означает, что все обмотки содержат полное число витков, а межвитковая изоляция не нарушена. Новые и исправные электродвигатели имеют разницу между сопротивлениями и индуктивностями в пределах 3-5%, а разница в 10% свидетельствует о наличии неисправности. Более точное значение определяется в зависимости от типоразмера и исполнения электрических машин. Состояние измеряемых параметров электроустановок не должно резко меняться во времени. Изменения измеряемого параметра между двумя последовательными измерениями свидетельствуют о развитии неисправности.
Устройство имеет минимальные массогабаритные показатели. Питание осуществляется от аккумуляторов 9-12 В с возможностью их подзарядки или от сети 220 В через адаптер, что целесообразно при периодическом использовании в стационарных условиях, например, в электроцехе или мастерской сельхозпредприятия, для проверки электродвигателей перед установкой их на технологическое оборудование при замене вышедших из строя.
В сельскохозяйственном производстве и, особенно в животноводстве, электрооборудование эксплуатируется в условиях характеризующихся высокой влажностью и наличием агрессивной среды, что отрицательно влияет на состояние изоляции электроустановок. Предлагаемое устройство позволит сельским электромонтерам в эксплуатационных условиях с достаточной точностью осуществлять текущий контроль состояния изоляции, своевременно производить замену с последующей сушкой или ремонтом электрооборудования, упреждая их полный выход из строя, а также сократить время простоев технологического оборудования, уменьшить связанные с этим ущербы, снизить аварийность сельских электроустановок и повысить надежность работы электрооборудования.