4.6介电强度试验(耐电压试验）
4.6介电强度试验(耐电压试验）
介电强度试验常被称为耐电压试验(简称耐压试验）。因所加电压有交流和直流之分，所以又分成耐交流电压试验和耐直流电压试验两种。
两者不能相互代替。对于中小型电机，如不加以注明1应理解为只要求进行耐交流电压试验。
除非有特殊规定，整机试验应指对绕组和机壳之间的加压试验.即习惯所说的对地耐压试验。按标准的要求.本试验应安排在热试验后进行，若进行过转矩或过电流、超速试验，则应在这些试验全部做完后进行。
耐交流电压试验设备及相关要求
试验设备的组成和工作原理
图4 - 13和图4 - 14分别为低压和高压电机耐交流电压试验设备实物示例和主要组成部分的电路图。图4 - 15和图4 - 16是两种实用的控
制电路原理图。
如图4 - 14所示高压电机交流耐电压试验设备的工作过程及原理如下。
（1）低压交流(我国为50 Hz,380 V或220 V)通过控制开关S1输给
调压器T1 一次。
（2）调节调压器T1，按需要输出不同值的电压送给升压变压器T2。
（3）升压变压器T2将电压升到需要数值后加到被试品上。
（3）电压表PV指示出试验电压。
（4）电流表PA指示出高压泄漏电流。
（5）电阻&的作用是在试品出现短路时，使变压器输出电流受
（6）到限制，从而避免变压器受到较大的短路电流损伤，所以也称为“限流保护电阻”，其阻值按每伏试验电压0.2〜1n设置，一般采用水电阻。
（7）球隙保护装置Q用于防止对被试品加过高的电压.一般在试验前进行调整，使之在电压达到1.1〜1.15倍试验电压时放电。
(8)是球隙保护电阻，一般按每伏试验电压选配。
对耐压试验设备有关元件的要求
在国家标准中，除要求试验电压尽可能为正弦波以外.对试验设备还 有如下要求(参见图4-13和图4-14)。
（1）升压变压器(T2)的额定容量应按下述原则确定：①对小容量电 机，应不小于0.51 kV_ A;②对额定电压为1 140 V及以下的电机，每 1 kV试验电压应不少于1 kV • A;③对额定电压大于1 140 V的电机，每 5 kV试验电压应不少于1 kV • A，或根据被试电机的电容量C(F)按式 (4-21)计算求得的容量。
ST = 2tc/C UtUtn X 1〇-3 (4-21)
式中ST——试验变压器最小容量(kV • A);
/—电源频率(HZ);
C——被试电机的电容量(F);
UT——试验电压(V);
um——试验变压器高压侧的额定电压(V)。
（2）对额定电压为3 kV及以上的电机应加球隙保护装置（即如图 4 - 14所示设备>。
（3）对试验电压测量和结果显示的要求：①显示试验电压的电压表必须接在升压变压器(T2)的高压侧。可采用高压静电系电压表，也可通过电压互感器或专用测量线圈接低压电压表(后者如图4 - 14所示）。不允许利用变比的方式将低压电压表接在变压器的低压端。②当被试品击穿时.试验设备应具有声、光指示和自动切断电路的功能，应有手动复 位措施。
（4）应有可靠的接地装置和警示装置(如电铃和指示灯等)。
试验电压、时间的规定及试验方法
试验电压和时间的规定
除非另有规定，试验加规定电压的时间应为1mm。
对于新绕组电机成品的第一次试验.1mm方法耐压试验电压值 按表4-5的规定（摘自GB 755 — 2008《旋转电机定额和性能》中表16)。
表4-5电机成品耐交流电压试验电压值 | ||
项号 | 电机类型或部件名称 | 试压电压(工频正弦交流有效值.单位为V)® |
1 | 额定输出<1 kw且额定电压 <100 V的旋转电机的绝缘绕组.项 4、5除外 | 500 V+2Un 式中——电机的额定电压(V),下同 |
2 | 额定输出<1X104 kw的旋转电 机的绝缘绕组，项4、5除外® | I 000 V+2UN,最低为 I 500 V |
3 | 额定输出kW的旋转电 机的绝缘绕组，项4.5除外® 额定电压<24kV >24 kV | 1 000 V+2L/n 按协议 |
4 | 绕线转子异步电动机的转子绕组 (1) 对不可逆转或只能在停转后 才可逆转的电动机 (2) 电动机在运行中，将初级电 源反接而使其逆转或制动的电动机 | 2. 1000 V+2倍静止开路电压,该开路 电压是以额定电压施加于初级绕组，而从集 电环间或次级端子间测得 3. 1 000 V+2倍次级静止开路电压，其 规定同上 |
5 | 电机与装置的成套组合 | 应尽可能避免重复试验。但如对成套装置 试验，而其中组件事先均已通过耐电压试验， 则施加于该装置的试验电压应为装置任一组 件中的最低试验电压的80% |
6 | 与绕组接触的装置，如温度传感 器，应该和电机机壳一起被测试。 在对电机进行耐电压试验时•所有 和绕组有接触的装置均应和电机机 壳连在一起 | 1 500 V |
注: | 对有一共同端子的两相绕组，公式中的电压均为在运行时任意两个端子间所出现的最高电压值； 对采用分级绝缘的电机.耐电压试验应由制造厂和用户协商； 当一台或多台电机的绕组做电连接时，电压应为绕组对地发生的最高电压。 | |
试验方法及安全注意事项
（1）升压变压器的高压输出端接被试绕组,低压端接地。
（2）被试电机金属外壳及未加高压的绕组都要可靠接地。
(1) 加电压应从不超过试验电压的一半开始，然后均匀地或每步不 超过全值的5%逐步升至全值,这一过程所用时间应不少于10 s。加压达 到1 min后，再逐渐将电压降至试验电压的一半以后才允许关断电源。
(2) 为防止被试绕组储存电荷放电击伤试验人员，试验完毕，要将被 试绕组对地放电后，方可拆下接线.这一点对较大容量的电机尤为必要。
(3) 试验时，非试验人员严禁进人试验区;试验人员应分工明确、统
一指挥、精力高度集中，所有人员距被试电机的距离都应在1 m以上，并 面对被试电机。
(6)除控制试验电压的试验人员能切断电源外，还应在其他位置设 置可切断电源的装置(如脚踏开关），并由另一个试验人员控制。
(4) 4.62.3对重复试验的规定
(5) 因本项试验对绝缘材料有损伤积累效应，所以，除非必须，一般不应 进行重复试验。
(6) 若必须时(如用户强烈要求或某些验收检查时)，则所加电压应降至第一 次试验时的80%。试验前，应检查电机的绝缘电阻，若绝缘电阻较低或电机有 受潮现象，应对电机进行供干处理，待绝缘电阻达到合格值后，再进行试验。
(7) 4.6.2.4对修理后绕组的试验规定
(8) 当用户与修理商达成协议，要对部分重绕的绕组或经过大修后的电 机进行耐电压试验时.则推荐采用下述细则：
(9) 对全部重绕绕组的，试验电压值同新电机(表4 - 5)。
(10) 对部分重绕绕组的，试验电压值为新电机试验电压值的75%d 试验前,对旧的绕组应仔细地清洗并烘干。
(11) 对经过大修的电机，在清洗和烘干后，应能承受1. 5倍额定电压 的试验电压。如额定电压为100 V及以上时，试验电压至少为1 000 V; 如额定电压为100 V以下时，试验电压至少为500 V。
对试验结果的判定原则
试验时，不发生击穿和闪络为合格。
对中小型低压电机,试验时所用高压变压器的过电流继电器的 脱扣电流(即在试验电压下绝缘的泄漏电流)应为100 mA(小功率电机为 10 mA)。也就是说，当绝缘的泄漏电流>100 mA(或10 mA)0^.则判为 绝缘击穿;对高压电机，试验泄漏电流(过电流继电器的脱扣电流)最高限 值应按相关产品标准的规定。
耐直流电压试验
对额定电压>6 kV的电机，如果工频电源设备不能满足要求，经协 商，可采用直流耐电压试验代替。此时所用设备容量可远小于交流工频 耐电压试验设备。
如图4 - 14所示高压电机交流耐电压试验设备的工作过程及原理如下。低压交流(我国为50 Hz,380 V或220 V)通过控制开关S1输给调压器T1 一
次。调节调压器T1，按需要输出不同值的电压送给升压变压器T2。升压变压器T2将电压升到需要数值后加到被试品上。电压表PV指示出试验电压。电流表PA指示出高压泄漏电流。电阻&的作用是在试品出现短路时，使变压器输出电流受到限制，从而避免变压器受到较大的短路电流损伤，所以也称为“限流保护电阻”，其阻值按每伏试验电压〇. 2〜1 n设置，一般采用水电阻。
球隙保护装置Q用于防止对被试品加过高的电压.一般在试验前进行调整，使之在电压达到1. I〜1.15倍试验电压时放电。
通过对堵转电流大小和三相平衡情况的分析，能反映出电机定、转子 绕组(特别是转子铸铝或导条)及定、转子所组成磁路的合理性和一些质量问题。为改进设计和工艺提供有关实测数据，为修理电机提供帮助。
相关要求在GB/T 1032—2012《三相异步电动机试验方法》的第9章中规定。
因为绕线转子电动机不考核起动性能，所以一般不规定进行本项试验，若要求进行，则应将转子绕组在集电环上短路。
试验电源
根据相关要求，为堵转试验供电的电源设备需要在试验通电时(此时 的输出电压将会因较大的电流而低于空载输出电压，电源容量相对较小 时，会低很多)提供最高为被试电机的额定电压或者低于额定电压(最低 应不低于被试电机额定电源的l/2h
所用设备有比较传统的三相调压器、电源机组和新型的电子调压器。
1）三相感应调压器
三相调压器有三相接触式自偶型和三相感应型两大类。
如要求试验时最高堵转电压达到被试电机的额定电压，则电源调压器 的输出电压应在被试电机额定
电压的2倍以下可调，其额定输出容量一 般应不小于被试电机的额定容量的6倍;因被试电机容量较大，上述要求不 易满足时.调压器的容量至少应是被试电机容量的3倍，或输出电压等于被 试电机额定电压时其输出电流不小于被试电机额定电流的2〜4. 5倍。
2）电子调压器
电子调压器即第2章2. 3. 7“试验专用变频回馈负载”中介绍的变频 变压电源。使用时将两套电源输出端并联，两套电源控制实现联调，即在 保证输出频率为被试电机额定值的前提下，达到输出电压调整一致，共同 向被试电机供电。
和三相调压器相比.这种供电装置的最大优点是通过配置的并联电 力电容器.实现功率因数补偿。因堵转试验时的功率因数一般在〇. 5以 下，经过补偿后，可大幅度地降低从网络电源变压器提供的无功电流。实 践证明，当配置比较合适时，进行满压堵转试验时.网络电源变压器提供 的容量等于被试电机的容量即可。另外，调压操作简单、迅速（利用键盘 设置好要施加的电压数值后，用鼠标一点即可加上预置好的电压），因此
大大缩短了试验时间，也因此提高了试验数据的准确度。
转矩测量装置
在进行堵转试验时，一般采用测力计加力臂(杠杆原理）的方法测量堵转转矩，对于较小容量的电动机，还常使用转矩传感器直接测量。
对因设备限制不能实测转矩的电动机（原则上规定电机容量应在100 kW以上）,堵转转矩可用“计算法”求得。在国家标准中，没有明确堵转转矩测量系统的准确度要求。作者建议误差应不超过所选测量装置满量程的士1%。
1)测力装置
杠杆法的测力装置有简单的管式测力计、弹簧秤、台式磅秤等;对于较大功率的电动机，可使用电子吊秤;在自动测量系统中现常用拉(或压)力
传感器和配套仪表组成的系统。图4-18给出了一些测力计的外形示例。
作者建议误差应不超过所选测力计满量程的±0.5%。选用测力计的量程时，应事先估计出被试电动机试验时的最大堵转
转矩值。如试验最高电压可达到被试电机的额定电压，并按堵转转矩值约为额定转矩的3倍(高起动转矩的电动机可能会达到4倍以上，应依据
其技术条件要求的数值进行调整)估算，则选用测力计的量程杓（单位为
N)应为
Fj = (4-22)
式中被试电动机额定功率(kW);
P 电动机的极对数；
L——力臂长度(m)。
使用转矩传感器时，传感器的标称转矩应不小于假设力臂长度L =
1 m时用式(4 - 22)求得的估算值，但也不应超过此估算值的2倍。
如图4 - 19所示是一套使用管式测力传感器的测力装置，其支架高
度可调。
2)力臂的选用和与电机轴伸的固定连接
使用测力计时，应注意所选用的力臂应有足够的强度，防止因强度不足造成弯曲，甚至扭断伤害试验人员。力臂和电机转轴应牢固安装。作者建议：力臂长度的测量误差应不大于测量值的±0.5%。
3)力臂与测力装置的连接注意事项
力臂与测力装置之间应采用柔性连接。如使用拉力式弹簧秤作为测力计时•应使用强度足够的尼龙绳等，使用台式磅秤时.在接触点垫一层
胶皮等。力臂和测力计连接的那一端应略高于和电机轴伸连接那一端，高出的距离以该电机的堵转转矩达到试验最高值时，力臂处于水平位置为准，如图4 - 20所示。其目的是为了消除或减少试验加力时因力臂与测力计不垂直而带来的计算误差。
输入电量测量仪表
测试仪表可采用专用的数字式三相电量测量仪，若使用指针式仪表，则主要有三块电流表、三块电压表（能确定三相电源平衡时，可用一块电
压表）、三相功率表(一般用两块单相功率表，建议用低功率因数功率表），另外还需要一台电阻测量仪(电桥或其他仪表)。
所有仪表的准确度(满量程)均应不低于0.5级。
试验步骤及注意事项
电机应固定安装在试验平台上.用测力（或力矩）装置将转子堵住。试验前.电机应为实际冷状态(另有规定者除外），并测量和记录绕组的冷
态直流电阻和温度。当使用测力法进行试验时，在给电机通电进行试验前，要事先记录测力计显示的力臂重量，即“初重”，用符号F„表示，单位为N。使用电子数值测力仪表时，若具有清零功能,则可将其清零，此时心=N，即刨除 “初重” 对读数和将来计算转矩值的影响。
第一点施加电压为0.9倍额定电压以上时
试验时，施于定子绕组的电压应尽可能从不低于0.9UN开始,然后逐 步降低电压至定子电流接近额定值为止。其间共测取5〜7点读数，每点 应同时测取三相堵转线电流『K、三相堵转线电压UK、三相输入功率PK (W)，绕组直流电阻R1K(fl)或温度01K(用于通过冷态直流电阻和冷态温 度换算得到试验温度时的绕组直流电阻，单位为°c).堵转转矩：rK (N • m)或杠杆力F(N)。若试验中不具备实测绕组直流电阻或温度的 能力，则在最后一点测试结束后，立即断电并尽快测得定子绕组一个线电 阻 Rki。
试验时，电源的频率应稳定。功率表的电压回路和电压测量线路应 接至被试电机的出线端。被试电机通电后，应迅速调定电压并尽快同时 读取试验数据(对采用指针式两功率表法者，应在读数较大的那块功率表 指针稳定后立即读数），每点通电时间应不超过1〇 s，以防止电机过热造 成读数下滑或严重时烧损电机绕组。若温度上升过快，可在试验完一点 之间，停顿一段时间.再进行下一点的测试。还可以利用外部吹风等方法 进行降温。
上面的试验过程可用如下所示的流程图表示。
C/K^o.9UN开始测量~ m组齡)，(或一 到4〜心为止®1 —测尺m
采用各种测力计加力臂测取堵转转矩时，在电压较高的前两点，应注 意防止在电机通电瞬间对测力计的较大冲击，可采用机械缓冲法(使用柔 性材料连接测力计和力臂杠杆等)和低压通电后再迅速将电压升至需要 值的方法。
对能决速测量和记录的自动测量系统，也可从低电压(\〜h)开始，分 段或连续地将电压调到接近或达到额定值，全过程试验时间应不超过20 s。将试验数据列表。
试验设备能力有限时的规定
1)电源容量有限时
当试验电源设备容量不能满足最高电压达到0. 9^^时，对100 kW以
下的电机，试验时的最大堵转电流值应不低于4.5心；对于100〜300kW 的电机，应不低于2.5〜4.01N;对于300〜500kW的电机，应不低于1.5〜2. 0JN ;对500kW以上的电机，应不低于1.0〜1.51N。在最大电流至额定电流范围内，均匀地测取不少于4点的读数。
1）转矩测试能力有限时
对100kW以上的电动机，如限于设备不能实测转矩时，允许按“计算 法”确定转矩。此时每点应测取[/K、JK、PK及定子绕组温度01K或端电阻 i?1K(若无条件在通电状态下实测，应在每点测试结束断电后，迅速测取 定子绕组的一个线电阻i?KI)。然后用“计算法”求取各点堵转转矩值tk (N • m)，见式(4-25)。
2）对小功率电机的规定
对小功率电机（注：GB/T 1032—2012中为分马力电机，考虑到 GB 755—2008中没有分马力电机的定义，而我国推行国际功率法定单位 为瓦或千瓦，并具有“小功率”电机的概念和使用领域，故将其改为小功率 电机），试验时，定子绕组上施加额定电压，使转子在90°机械角度内的三 个等分位置上分别测定[^、^/^^。此时旧转电流取其中的最大 值，堵转转矩取其中的最小值。
