电气绝缘故障

电气绝缘是用来引导电流通过所需的路径，并防止它流向不需要的地方。 适当的电气绝缘对电动马达的性能和寿命至关重要。 绝缘击穿是电动马达故障的最常见原因之一。 以发电机为例。
56%的故障
源于电气绝缘损坏。

保温系统

电机有两种绝缘系统。 一个系统是地墙绝缘，它将线圈与电机的框架或外壳分开。 第二个绝缘系统是绕组绝缘系统，它将盘绕在一起的导体分开，形成电机绕组。 研究表明，≈80%的定子电气故障发生在绕组绝缘上，而只有≈20%发生在线圈和电机框架之间或直接对地短路。

什么是绝缘失效？

当电机中的绝缘层随着时间的推移或由于其他原因开始退化时，就会发生电气绝缘故障。 老化或过热会导致绝缘层发生化学变化，从而使绝缘层的导电性增强，无法有效防止电流在导体之间或电机机架上形成不良路径。 特别是在地墙保温系统中，有些保温层的故障是瞬间发生的，原因是湿气侵入、污染或其他不寻常的独特事件。 这些事件会攻击绝缘材料中的空隙或其他弱点，导致过早失效。 绕组绝缘系统的故障会慢慢显现，并随着时间的推移而恶化。

常见的绝缘失败的原因包括。

• 过热
• 绕组污染
• 电流消耗过大
• 电力质量差
• 谐波失真。

本指南将引导您了解电气绝缘劣化的每个阶段，以便您能够积极主动地跟踪电机设备的这些绝缘变化。

电气绝缘故障的3个阶段

大多数绝缘体失效是缓慢而稳定地发生的，经历了三个不同的阶段。

第一阶段–早期检测的理想选择

在电气绝缘失效的第一阶段，导体之间的绝缘变得紧张并开始发生化学变化。 绝缘体从绝缘体发生化学变化，开始成为导体。 绝缘强度和电容开始下降。 绝缘层可能开始碳化，导致电流变得更有电阻性，而不是电容性。 如果地墙绝缘发生变化，这将导致绝缘电阻降低，耗散系数增加。 如果绕组绝缘发生化学变化，相位角（Fi）和/或电流频率响应将改变。

在绝缘失效的这个阶段识别故障，对于工厂电气系统的可靠的 “世界级 “运行是极其重要的。 在这个阶段，导体之间还没有发生不良的电流流动，尽管它将开始发生的风险很大。 幸运的是，通过早期检测
检查绕组
并进行适当的
电机测试
是非常有益的。 早期发现电动机的绝缘故障，可以使公司在劣化相对较小的情况下进行处理，节省时间和金钱，防止灾难性的故障。

ALL-TEST Pro仪器是世界上唯一能够稳定地、在最早期阶段对电动机的绝缘故障进行早期检测的仪器。

见下文检测绝缘故障时解释的相位角。

第二阶段 – 可能的间歇性电机故障

在电气绝缘故障的第二阶段，绕组的恶化变得更加明显。 以下是它们可能表现出的一些故障特征。

• 隔热材料的降解程度增加。
• 电流继续变得更有抵抗力。
• 在绝缘失效的主要点上，热量会增加。
• 电机开始间歇性地跳动驱动器或断路器，尽管一旦绝缘层冷却，它可能继续运行。

需要进行故障排除以确定问题的原因。ALL-TEST Pro 仪器可确定电机及其部件的真实健康状况。

见下文检测绝缘故障时解释的相位角、TVS和电流频率响应。

第三阶段 – 灾难性失败

如果以前的绝缘故障迹象没有被发现或没有得到解决，那么电机很可能会出现全面故障。 以下是在这个阶段绕组经常表现出的一些特征。

• 绝缘层完全破裂，在绕组之间形成一条捷径，或为电流从绕组到地面或电机框架提供一条直接路径。
• 在断层点发生爆炸性断裂。
• 发生电感和电阻的变化。
• 铜线圈在过热的情况下开始融化。
• 电机在启动时会持续跳闸驱动装置或断路器。
• 导体之间有电流流动。

许多电表和设备应该在电机故障的这一阶段捕捉到故障（或者当有完全的接地短路表明有严重的安全问题）。 如果你将电机运行到故障，那么你可能不需要知道你的电机发生了什么，也不需要知道你的电机的健康状态。

导致绝缘材料失效的原因

温度、污染物等压力因素和持续过电压等电压力，很容易使电气绝缘受损并导致故障。 由于这些不同的因素相互作用，导致劣化，绝缘失效的风险也随着时间而增加。 例如，由于日常的磨损，绝缘材料上可能会出现微小的针孔或裂缝。 这些裂缝削弱了绝缘材料，而且它们还为水分和化学污染物的进入创造了途径，使绝缘材料进一步退化。

以下是电机中电气绝缘故障的几个最常见的原因。

• 污染物。 绕组绝缘由于接触到污染物，如机床冷却剂、油和其他化学品而变弱。 这些污染物通常具有腐蚀作用，随着时间的推移会分解绝缘材料。 潮湿的污染物通常是导电的，因为它们含有杂质，所以当它们通过小裂缝和小孔渗入绝缘体时，会降低电阻。
• 电能质量差。由于电能质量问题，包括不平衡的电压和电流水平，绕组可能过热。 即使这些问题造成的温度适度上升，也会形成一个热热点，导致绝缘电阻大幅下降。
• 过载。 绕组可能会过热，因为过量的负载造成了高电流的消耗。 过载也可能导致电压浪涌，使绝缘层破裂。
• 环境温度高。绕组也可能因为工作环境的高热而过热。 特别是在通风条件有限的地方，设备产生的热量会给电机的绕组绝缘带来过度的压力。
• 瞬态电压。瞬态电压可由内部或外部来源产生，并经常在电机启动时发生。 瞬时电流的频率可能比绕组中的典型电流高几倍，对绝缘造成极大的压力。

因为随着时间的推移，电机的绝缘失效的风险相对较高，员工应该有必要的工具和培训来检测绝缘失效的迹象并迅速处理。

用MCA检测绝缘层故障

绕组绝缘

电机电路分析
(MCA™) 在电机断电时注入低压交流和直流电压，以锻炼绕组绝缘系统。 当绝缘系统开始发生化学变化时，会影响到线圈系统的电容（C）和电感（L）。 C或L的任何变化都会改变施加电压和产生的电流之间的时间延迟，以及线圈系统存储电荷或磁场的能力。 因此，随着绕组绝缘开始发生化学变化，无论是Fi还是I/F，或者可能两者都会发生变化。 如果这些变量中的任何一个发生变化，这将改变测试值统计量（TVS）。 如果TVS静态值与之前存储为参考值静态值（RVS）的基线值发生变化，> 3%，表明绝缘或转子故障的开始。

• 测试值统计：TVS是一个数字，定义了测试时电机的状况。 TVS 采用一种专有的专利算法，该算法综合了对电机绕组系统所有三相进行的一系列低压测试的结果。 关键变量是在5个不同的频率下采取的，以充分激发绝缘系统。 与基线相比，即使是绕组绝缘的化学成分的微小变化也会导致当前TVS的变化。 ATP建议，在新的电动机上，在其安装到系统中之前，应获得参考值静态（RVS）测试。 那么在电机使用期间监测其TVS时，两个值（新的与当前TVS读数）之间的变化> 3%，通常表明转子或定子有故障。
• 相位角。是对施加到电机上的电压和由此产生的电流之间的时间延迟的一种测量。 这是一个高度敏感的测量，是绝缘系统开始退化时最先发生变化的变量之一。 Fi测量用于识别发展中的线圈对线圈、匝对匝或相对相绕组故障。 在此阶段，任何其他仪器都无法确定线圈间绕组故障的发展情况。
• 电流频率响应。I/F响应测试测量在预定的频率下通过电机绕组的电流。 随后的测试在两倍的初始频率下再次测量电流响应。 I/F响应测量的是输入电压的频率增加一倍所引起的电流变化的百分比。 相同条件下的三相绕组对频率变化的反应相同。 如果一个或多个导体的绕组绝缘开始退化，就会改变线圈储存磁场或电荷的能力。 I/F是测量绕组系统存储磁场或电荷能力的测试，通常是绕组系统退化的首要指标之一。
• 动态测试。动态测试用于识别定子或转子的发展中或现有故障。 在动态测试过程中，测试仪器不断地测量和存储不同转子位置的阻抗，同时手动旋转电机轴，使其平稳而缓慢。 这些测试的结果被分析并显示为两个电信号，即动态定子信号和动态转子信号。 然后仪器自动分析这些特征，并产生一个 “好”、”警告 “或 “坏 “的状态来表明定子或转子的状况。
• 耗散系数（DF）。地墙绝缘系统在电机线圈的导体和电机框架之间形成了一个天然的电容。 电容器储存电荷，当交流电压施加在电容器上时，部分电流流过电介质材料，是电阻性电流（_Ir），其余的电流是被储存的电流。 储存的电流被称为电容性电流（_Ic）。 在新的绝缘系统中，_Ir是 Ic 的< 5%_。 DF 是_{Ir /Ic} 的比率。 当绝缘材料老化时，它的电容性会降低，而电阻性会增加，从而导致DF增加。
• 对地电容（CTG）。 由于地墙绝缘系统与框架形成了一个自然电容，所以会有一个可测量的值，这个值在电机的整个使用寿命中应该保持不变。 湿气侵入或其他污染物有效地导致介电常数的变化。 这通常会导致CTG值上升。 然而，如果地墙保温层开始出现热分级，将导致CTG下降。

总结：结合DF和CTG的测量，比单独的IRG测量更能显示出地墙绝缘的整体状况。 标准的IRG测试只能检测出绕组绝缘最薄弱部分的接地故障。 DF 和 CTC 测试将通过交流低压测试方法对整个绝缘系统进行全面评估。 将这两项测试与 IRG 测试相结合，可以最准确地了解电机对地绝缘系统的状况。

传统的测试方法

对地绝缘电阻 (IRG)
– 这是一个安全测试，不用于确定电机的实际状况。

对地绝缘电阻测试是电气领域最常见的电气测试。 这些测量的主要目的是“安全”。 当电流有路径从通电的绕组流向机器的外壳或大地时，电机的暴露部分有可能被通电，达到施加在绕组上的全部电压。 此外，如果有足够的电流流向地面，将产生局部加热，可能导致工厂以及人员的损坏。 在给新安装的电气系统通电之前，应进行IRG测试，以确保电机通电的 “安全性”。 IRG测试在电机引线上施加直流电压，测量流向地面的电流。 由于电流走的是阻力最小的路径，这种测试可以确定地墙绝缘的最弱点，但并不能说明地墙绝缘的整体状况。

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