3. Порядок оформления отчета

Отчет является итогом выполнения лабораторной работы. Он составляется индивидуально каждым курсантом и должен содержать:

1. Титульный лист.

2. Структурную схему лабораторной установки и принципиальные схемы исследуемых устройств.

3. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

4. Необходимые расчетные формулы, результаты расчетов, графики, осциллограммы и т.п.

5. Ответы на поставленные вопросы в лабораторной работе.

6. Оценку полученных результатов и выводы по работе.

При составлении отчета курсанты обязаны выполнить следующие основные правила:

1. Все таблицы, схемы, графики в отчете должны быть выполнены в соответствии с требованиями ЕСКД с использованием чертежных инструментов и иметь названия. Не допускается вычерчивание схем, таблиц и осей координат от руки, а также использование не общепринятых сокращений слов.

2. Все приводимые расчеты должны сопровождаться объяснениями и формулами. Результаты расчетов должны иметь единицы измерения.

3. Графики экспериментальных зависимостей следует выполнять так, чтобы на них были ясно видны точки снятых отсчетов.

5. При построении графиков особое внимание следует обратить на рациональный выбор масштабов по осям координат, если это специально не оговорено в задании на лабораторную работу.

Дополнительные требования к отчетам указаны в описании каждой лабораторной работы.

Выводы по лабораторной работе, как правило, содержат:

1. Оценку результатов, полученных в ходе работы;

2. Критическое сопоставление результатов эксперимента и теоретических положений, объяснение причин возможного расхождения опытных и теоретических данных.

Отчет представляется преподавателю для защиты в часы самостоятельной подготовки или консультаций.

4. Защита отчета по лабораторной работе

Лабораторная работа считается выполненной при условии защиты отчета. Защита отчета по лабораторной работе производится индивидуально каждым курсантом с учетом результатов опроса и сводится к ответам на вопросы преподавателя. При этом курсант должен быть готов:

1) ответить на теоретические вопросы по теме лабораторной работы;

2) объяснить устройство лабораторной установки, назначение ее элементов и их работу по схеме;

3) рассказать ход выполнения лабораторной работы или отдельных ее этапов, а также порядок использования контрольно-измерительной аппаратуры лабораторной установки в ходе измерений;

4) объяснить порядок выполнения расчетов и построения графиков;

5) объяснить выводы по лабораторной работе.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

Измерение сопротивления изоляции электрических машин и электрической проводки силовых и осветительных сетей, отыскание повреждения изоляции.

Цель работы.

1. Научиться измерять сопротивление изоляции электрических машин и электрической проводки силовых и осветительных сетей.

2. Научиться находить повреждения изоляции.

Программа работы.

1. Изучение требований к сопротивлению изоляции различных видов электрооборудования.

2. Измерение сопротивления изоляции заданных видов электро-оборудования.

3. Отыскание места повреждения изоляции.

4. Анализ результатов измерений сопротивления изоляции и оформление отчета.

Основные теоретические сведения по работе.

Опыт эксплуатации электрооборудования показывает, что одной из причин появления неисправностей и выхода из строя электрических устройств и электропроводки является снижение сопротивления изоляции.

Электроизоляционные материалы не являются идеальными диэлектриками, поэтому под воздействием приложенного напряжения U через изоляцию течет ток утечки I_скв, установившееся значение которого определяет величину сопротивления изоляции

.

На рис. 1 приведены кривые изменения сопротивления изоляции 1 и тока утечки 2 в зависимости от времени, прошедшего после приложения напряжения. Величина тока протекающего через изоляцию, устанавливается не сразу, а по истечении некоторого промежутка времени, так как изоляция обладает свойством накапливать электрические заряды. В связи с этим измерение величины сопротивления изоляции следует производить не сразу после подключения прибора, а через некоторое время, необходимое для заряда указанной емкости. Рекомендуется измерение сопротивления изоляции производить не раньше чем через одну минуту после включения мегомметра.

Рис. 1 Изменение сопротивления изоляции после приложения к ней постоянного напряжения

Продолжительность установления показаний мегомметра при измерении сопротивления изоляции электрооборудования большой мощности и высокого напряжения (например, генераторов, синхронных двигателей) тем больше, чем меньше содержание влаги в изоляции. Это обстоятельство положено в основу суждения о степени влажности изоляции по методу абсорбции, на основании определения скорости установления показаний мегомметра. Эту скорость условно определяют как отношение двух показаний мегомметра: R₁₅ (сопротивление измеренное через 15 секунд после приложения напряжения) и R₆₀ (по истечении 60 секунд). Изоляция считается достаточно сухой, если коэффициент абсорбции

.

Величина сопротивления изоляции не является постоянной и зависит от большого числа различных факторов: температуры, влажности, запыленности окружающей среды, наличия паров масла и т.д.

Сопротивление изоляции может изменяться в сотни и даже в тысячи раз (от сотен мегом до сотен килом). Уменьшение сопротивления изоляции ниже норм может быть вызвано и другими факторами, такими как механические повреждения, воздействие высокого напряжения, инородные включения в изоляцию и т.д. Поэтому при снижении величины сопротивления изоляции ниже установленных норм необходимо обнаружить и устранить саму причину, вызвавшую это понижение.

Увлажненность изоляции может быть устранена сушкой.

Запыленность изоляции особенно сказывается на сопротивлении изоляции электрических машин и распределительных устройств. Пыль с поверхности изоляции может быть устранена продувкой электрической машины или распределительного устройства сжатым воздухом. В том случае, если запыленность сопровождается замасливанием, то может потребоваться протирка поверхности растворителем. Выбор растворителя определяется типом изоляции и оговаривается в инструкции по эксплуатации данного электрооборудования.

Нормы сопротивления изоляции приведены в:

- для синхронных генераторов и компенсаторов – в табл.1.8.1 ПУЭ;

- для электродвигателей переменного тока – в табл.1.8.9 ПУЭ;

- для машин постоянного тока – в табл.1.8.8 и п.1.8.14.2 ПУЭ;

- для силовых кабельных линий – в п.1.8.40.2 ПУЭ;

- для аппаратов, вторичных цепей и электропроводки до 1 кВ – в табл.1.8.34 ПУЭ.

Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей установлено, что измерения сопротивления изоляции в особо опасных помещениях и наружных установках производятся 1 раз в год. В остальных случаях измерения производятся 1 раз в 3 года. При измерениях в силовых цепях должны быть приняты меры для предотвращения повреждения устройств, в особенности микроэлектронных и полупроводниковых приборов. В осветительных сетях должны быть вывинчены лампы, штепсельные розетки и выключатели присоединены.

Для измерения сопротивления изоляции пользуются переносными приборами – мегомметрами. Наиболее распространенными являются два типа мегомметров – индукторный и безындукторный.

Мегомметр состоит из чувствительного измерительного прибора и источника постоянного тока повышенного напряжения. Промышленностью выпускаются модификации мегомметров на рабочее напряжение 100; 500; 1000; 2500; 5000 В. Применение мегомметра с завышенным рабочим напряжением может привести к пробою изоляции в измеряемой сети.

Рассмотрим устройство индукторного мегомметра на примере переносного мегомметра М-1101М, который предназначен для измерения сопротивления изоляции обесточенных цепей. Принципиальная схема мегомметра М-1101М приведена на рис.2.

Рис. 2 Электрическая принципиальная схема мегомметра М-1101М

В качестве источника питания в мегомметре М-1101М применен генератор переменного тока с ручным приводом. Переменное напряжение выпрямляется с помощью двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, собранного на диодах Д1 и Д2 и конденсаторах С1 и С2. Для исключения влияния колебаний величины напряжения при неравномерном вращении рукоятки генератора на результат измерения в мегомметре применен специальный двухрамочный прибор – логометр, который измеряет отношение токов протекающих по его рамкам.

Логометрами называются электроизмерительные приборы, в которых нет противодействующего момента. Их показания зависят не от значений величины токов, проходящих по двум его катушкам, а от их соотношения.

Логометр (см. рис. 3) состоит из постоянного магнита, между полюсами которого находятся две скрепленные между собой под углом 90^О катушки 1 и 2. Эти катушки насажены на ось, на которой крепится указательная стрелка. Последовательно с одной катушкой включается постоянное сопротивление r₁, а со второй – постоянное сопротивление r₂ и измеряемое r_x.

Рис. 3. Принципиальная схема логометра

Катушки с сопротивлениями соединены между собой параллельно и подключены к генератору постоянного тока Г. Когда тока в катушках нет, катушки и стрелка находятся в безразличном равновесии. Ток к катушкам подводится с помощью гибких ленточек, не создающих противодействующего момента при повороте катушек.

При вращении ручного привода с частотой, близкой к 120  20 об/мин, по катушкам 1 и 2 потекут токи I₁ и I₂, которые будут обратно пропорциональны сопротивлениям соответствующих параллельных ветвей.

В результате взаимодействия токов I₁ и I₂ с магнитным потоком постоянного магнита возникнут противоположно направленные моменты М₁ и М₂, которые приведут подвижную систему во вращение. При некотором повороте катушек моменты М₁ и М₂ уравновесятся, и стрелка прибора остановится на определенном делении шкалы, которое укажет величину сопротивления изоляции.

Таким образом, хотя токи I₁ и I₂ изменяются пропорционально напряжению, их отношение остается постоянным, и показания прибора в определенных пределах не зависят от колебаний напряжения.

Шкала мегомметра градуируется в килоомах и мегомах. Пределы измерения устанавливаются с помощью имеющегося в приборе переключателя.

В мегомметре имеются три зажима: Л (линия), З (земля), Э (экран). Измеряемое сопротивление подключается к зажимам Л и З. Зажим Э используется при необходимости определить состояние изоляции жил только внутри кабеля, без учета легко устранимого отсыревания или загрязнения разделки конца кабеля.

В этом случае на изоляцию жилы (см. рис. 4) накладывается несколько витков оголенного проводника, который соединяется с зажимом Э (экран).

Тогда поверхностные токи, протекающие через отсыревшую или загрязненную поверхность изоляции на конце разделки кабеля, будут отведены помимо катушки измерительного прибора, в которую подключается измеряемое сопротивление r_x, и влияния на показания мегомметра не окажут.

На рис. 4 показаны: 1 – защитная оболочка; 2 – изоляция жилы; 3 – жила.

Рис. 4 Схема включения мегомметра М-1101M с использованием зажима "Экран"

Перед измерением сопротивления изоляции мегомметром производят проверку исправности прибора. Для этого замыкают проводники, отходящие от зажимов Л и З, накоротко и вращают рукоятку прибора, при этом стрелка установится на 0; затем размыкают указанные выше проводники и опять вращают рукоятку прибора, при этом стрелка установится на ¥. Такие показания прибора будут указывать на его исправность.

Требование поддерживать частоту вращения генератора с заданной точностью создает ряд неудобств в пользовании прибором. Оно и послужило толчком к созданию безындукторных мегомметров.

У безындукторных приборов, например таких, как БМ-1 или БМ-2, в качестве источника высокого напряжения применен транзисторный преобразователь, что позволило автоматически поддерживать необходимую величину напряжения и заменить логометр на более простой прибор – микроамперметр, шкала которого проградуирована непосредственно в мегомах (в более дорогих приборах вместо микроамперметра используется электронная система, содержащая аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и цифровой индикатор).

Схема безындукторного мегомметра типа БМ, показанная на рис. 5, работает следующим образом. Включением кнопки КП, расположенной на одном из щупов прибора, подается питание на генератор импульсов, собранный на транзисторах Т1 и Т2. Импульсы прямоугольной формы усиливаются транзисторами Т3 и Т4 и подаются на первичную обмотку повышающего трансформатора. С вторичной обмотки трансформатора переменное напряжение поступает на выпрямитель с умножением напряжения, собранный на конденсаторах и диодах. Величина вторичного напряжения и предел измерения выбираются с помощью переключателя П.

Все измерения безындукторным мегомметром необходимо производить в обесточенной сети.

Лабораторная работа выполняется на стенде принципиальная электрическая и блок-схема которого представлена на рис. 6.

Рис. 5 Электрическая принципиальная схема мегомметра типа БМ

На рис. 6 показаны принципиальные электрические схемы с коммутационно-защитной аппаратурой электродвигателя и участка сети освещения. Реальные их электрические схемы содержат дополнительно резисторы для изменения сопротивлений заземления фаз статора электродвигателя и питающих проводов ламп накаливания, а также тумблеры для замыкания питающих проводов ламп накаливания между собой. Реальные электрические схемы электродвигателя и участка сети освещения представлены на рис. 7 и 8.

На рис. 7 обозначены:

R₁, R₂, R₃ - переменные резисторы типа СП4-2М, номинальное сопротивление которых равно 1 МОм ± 10%, минимальное - 0 Ом; закон зависимости сопротивления этих резисторов от угла поворота оси линейный, маркировочные положения ручек управления резисторами соответствуют ряду 250 кОм, 500 кОм, 750 кОм, 1 Мом;

Рис. 6. Схема стенда “Измерение сопротивления изоляции”

КА1, КА2 - тепловые реле магнитного пускателя;

КА1.1, КА2.1- контакты тепловых реле магнитного пускателя;

КМ - катушка магнитного пускателя типа ПМЕ-111;

SB1, SB2 - кнопка “пуск”, “стоп” типа КМЕ;

SA1,SA2 - автоматические выключатели типа ВА47-29.

На рис. 8 обозначены:

R₁…R₈ - переменные резисторы типа СП4-2М;

SA1, SA2 - автоматические выключатели типа ВА47-29

SA3, SA4 - тумблер типа ТП1-2;

SA5…SA8 - тумблер типа Т1-1;

EL1, EL2 - патрон потолочный с лампой накаливания.

На рис. 9 приведена схема присоединения мегомметра для измерения изоляции провода А относительно шины заземления. Зажим мегомметра 1 присоединяется к шине заземления, а зажим 2 – к токоведущей жиле провода А. На рис. 9 видно, что прибор замеряет не сопротивление изоляции провода А относительно земли R_А, а некоторое эквивалентное сопротивление R_Э двух параллельных ветвей: сопротивления R_А и последовательно включенных сопротивлений R_АВ и R_В. Но несмотря на то, что непосредственно измерить сопротивление R_А не удается, можно утверждать, что R_А не меньше R_Э.

Если надо определить сопротивление изоляции провода А относительно земли, то нужно произвести, как минимум, три замера и на основании полученных результатов вычислить искомую величину. В качестве примера рассмотрим определение сопротивления изоляции проводов А и В относительно земли и между собой для двухжильного кабеля, показанного на рис. 9. Заземлив провод В и измерив сопротивление провода А относительно шины заземления, получим сопротивление двух параллельно включенных ветвей: R_А и R_АВ. Второе измерение производим при замыкании проводов А и В между собой. Результат измерения даст сопротивление двух других ветвей, включенных также параллельно: R_А и R_В. И наконец, заземлив провод А и измерив сопротивление провода В относительно земли, получим

Рис. 7. Схема для измерения сопротивления изоляции электродвигателя

ХS2 ХS3 ХS4 ХS5

SA1 SA2

EL1 EL2

SA3 SA4

1

R3

SA5

SA6

R5

SA7

SA8

R8

6

7

8

9

10

к Л1

Рис. 8. Схема для измерения сопротивления изоляции участка сети освещения.

Рис. 9 Схема подключения мегомметра для измерения сопротивления изоляции

сопротивление третьей пары ветвей, включенной параллельно: R_В и R_АВ. Результаты измерений можно записать в следующем виде:

;

;

.

Если показания прибора при всех трех измерениях равны, то можно сказать, что сопротивления изоляции R_А, R_В, R_АВ равны между собой и тогда

R_А = R_В = R_АВ = 2R_Э1 = 2R_Э2 = 2R_Э3.

В том случае, если результаты измерений различны, необходимо решить систему из трех приведенных выше уравнений, связывающих сопротивления изоляции и результаты измерений. Для рассмотренного случая решение этих уравнений будет выглядеть следующим образом:

,

,

.

Измерение сопротивления изоляции обмоток электрических машин и трансформаторов необходимо производить поочередно для каждой обмотки в отдельности, соединив при этом другие обмотки с корпусом машины. Это позволит произвести измерение эквивалентного сопротивления изоляции данной обмотки, в которое входят сопротивление ее относительно корпуса и других обмоток. Для вычисления сопротивления изоляции данной обмотки необходимо составить и решить систему уравнений, подобную рассмотренной выше.

Порядок выполнения лабораторной работы.

1. Проверить исправность мегомметра.

2. Подготовить электрическую цепь для проверки сопротивления изоляции:

- проверяемую электрическую цепь (электродвигатель, участок сети освещения, участок проводки и т.п.) обесточить;

- все аппараты в цепи, кроме аппарата, подающего питание, поставить в положение ²включено”;

- с помощью вольтметра убедиться, что напряжение с участка цепи снято.

3. Подключить мегомметр:

- при измерении сопротивления изоляции токоведущей жилы относительно шины заземления зажим Л мегомметра присоединяют к жиле, а зажим З на шину заземления, при этом жила должна быть отключена от других элементов цепи с обоих концов;

- при измерении сопротивления изоляции между двумя токоведущими жилами одна жила подключается к зажиму Л мегомметра, а другая – к зажиму З, при этом обе жилы должны быть отключены от других элементов цепи с обоих концов;

- при измерении сопротивления изоляции обмотки статора трехфазного синхронного генератора или асинхронного двигателя зажим Л мегомметра подключается к одной из фаз обмотки статора, а зажим З – к корпусу машины;

- при измерении сопротивления изоляции обмотки ротора синхронного генератора или асинхронного двигателя с фазным ротором зажим Л мегомметра подключается к обмотке ротора, а зажим З – к корпусу машины.

4. Замерить сопротивление изоляции от корпуса обмотки статора трехфазного короткозамкнутого асинхронного двигателя, определить фазу двигателя с низким сопротивлением изоляции.

5. Замерить сопротивление изоляции между двумя проводниками участка сети освещения, найти место повреждения изоляции проводников.

Отыскание повреждения изоляции производят последовательным отключением участков измеряемой цепи и повторным измерением изоляции, до тех пор, пока прибор не покажет нормальную величину изоляции. Это будет указывать на то, что повреждение изоляции находится в последнем отключенном участке цепи.

Таблица 1

№	Наименование электрооборудования, изоляция которого измеряется	Значение R15	Значение R60	Значение k	Место повреждения изоляции.
1	Обмотка статора трехфазного асинхронного электродвигателя
2	Участок сети освещения (измерение Rиз относительно шины заземления)
3	Участок сети освещения (измерение Rиз между двумя проводниками)
4	Загрязненная жила свинцового кабеля: а) измерение Rиз с использ. зажима Э б) то же без использ. зажима Э

6. Замерить сопротивление изоляции загрязненной в разделке жилы свинцового кабеля относительно шины заземления с использованием зажима Э и без него.

7. Вычислить коэффициенты абсорбции.

8. Результаты вычислений, измерений и отыскания мест повреждения изоляции занести в таблицу 1.

Содержание отчета.

1. Указать нормы сопротивления изоляции указанного в табл.1 электрооборудования.

2. Привести схему подключения мегомметра при измерении сопротивления изоляции перечисленного в табл.1 электрооборудования.

3. Привести таблицу 1 с результатами измерения сопротивления изоляции и отыскания места повреждения изоляции.

4. Сделать заключение о возможности использования перечисленного в табл.1 электрооборудования с измеренным сопротивлением изоляции.

5. Привести ответы на следующие вопросы:

- каковы причины снижения сопротивления изоляции электрооборудования?

- к каким опасным последствиям может приводить использование электрооборудования с низким сопротивлением изоляции?

- каким образом создается в мегомметре противодействующий момент повороту стрелки при измерении сопротивления изоляции?

- как проверяется исправность работы мегомметра?

- каков принцип действия мегомметра?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2