Спосіб оцінки стану міжвиткової ізоляції електродвигуна

Спосіб оцінки стану міжвиткової ізоляції електродвигуна, що передбачає реєстрацію діагностичних параметрів та порівняння їх між собою, який відрізняє ться тим, що на робочий електродвигун установлюють пристрій для визначення швидкості 3 32998 4 ізоляції. Нагрівостійкість в основному визначаєтьзволоженні ізоляції обмоток електродвигунів, які ся швидкістю старіння ізоляції. Особливу загрозу мають дефекти в МВІ, опір ізоляції знижується в для ізоляції, з певним рівнем старіння і пониженою декілька десятків разів, різко збільшуються струми електричною міцністю становлять комутаційні певтрат і, як наслідок, знижується напруга виявлення ренапруги, які мажуть перевищува ти амплітудне дефектів апаратом ВЧФ-5-3 [див. Експлуатація та значення напруги до семи разів. діагностування електричних машин і трансформаВеликий вплив на прискорення старіння ізоляторів. М.А. Яцун "Львівська Політехніка" 2003р., ції має волога. Волога, яка проникає в пори і трістор.109]. щини значно знижує електричну міцність МВІ. При Але даний спосіб має ті ж недоліки, що й спозволоженні обмоток з дефектами ізоляції опір ізосіб наведений вище. ляції знижується в декілька разів і при цьому різко Найближчим до корисної моделі, що заявлязбільшуються стр уми втрат через ізоляцію. У цих ється, є спосіб ізоляції обмоток електродвигунів, випадках через дефекти ізоляції під дією напруги що передбачає подання сигналу прямокутної фопроходить струм, який руйнує ізоляцію, внаслідок рми на обмотку і реєстрацію діагностичних парачого виникає коротке замикання між витками обметрів, по яким роблять висновок про стан ізоляції моток. обмоток електродвигуна. Як діагностичні параметЯкщо ізоляція не має технологічних дефектів, ри використовують амплітуди першого і другого то під дією температури, вібрації, зволоження, напівперіодів та величини першого і другого перізовнішнього середовища та інших факторів протяодів затухаючого коливального процесу. Ці велигом часу відбувається поступове старіння ізоляції, чини порівнюють з еталонними діагностичними яке виражається в її всиханні, випаровуванні лепараметрами на підставі чого роблять висновок тючих компонентів, втраті еластичності, виникненпро стан ізоляції [див. патент Російської Федерації ні пор і тріщинок. У «найслабших» місцях ізоляції №2208236]. виникають місцеві дефекти, які мають низьке знаДаний спосіб обрано прототипом. чення напруги пробивання. У моменти комутаційПрототип і корисна модель, що заявляється, них перенапруг в місці дефекту виникають іскрові мають такі спільні ознаки: розряди, які повторюються під час кожної наступ- реєстрація діагностичних параметрів; ної перенапруги, значення якої перевищує напругу - порівняння зареєстрованих параметрів між пробивання місця дефекту. Внаслідок дії розрядів собою. пробивна напруга поступово зменшується до тих Але, спосіб за прототипом має низку суттєви х пір, поки в місці дефекту не виникне дуговій рознедоліків, зокрема: ряд від робочої напруги між витками. У цьому ви- для виявлення дефектів міжвиткової ізоляції падку настає повне міжвиткове замикання і обмотмають недостатню чутливість на самому початку ка електродвигуна виходить з ладу. їх розвитку. Дефекти з перехідним опором 0,7Відомий спосіб визначення завершених (по0,8Ом і більше виявити досить складно. вних) міжвиткових замикань розібраних електро- електродвигун підлягає іспитам в разі коли двигунів за допомогою приладів CM або ИДО-05. виниклі сумніви щодо цілісності міжвиткової ізоляПринцип дії цих апаратів заснований на порівнянні ції. Такі сумніви виникають тоді, коли спрацьовує імпульсних характеристик, які спостерігаються на захисна апаратура, різко зростає струм в одній із екрані електронно-променевої трубки. Під час конфаз, двигун не може розвернутися, тобто набрати тролю до затискачів апарата під'єднуються дві робочі оберти, а його робота супроводжується обмотки електричної машини і по черзі посилають електромагнітним шумом, підвищеною вібрацією, в них імпульси високої частоти. Якщо обмотки не тобто двигун вже має дефект і неможливе його мають асиметрії, яка вноситься короткозамкненизапобігання. ми витками, то криві імпульсів струмів, що прохо- для проведення іспитів електродвигун необдять по обмотках, на екрані електроннохідно вивести в ремонт: відключити кабель живпроменевої трубки зливаються в одну криву. Якщо лення, демонтувати двигун з технологічної позиції, в одній з обмоток є дефект (короткозамкнені витки, розібрати, демонтувати ротор із статора і тільки неправильно сполучена обмотка, тощо) то імпультоді обмотка може підлягати іспитам. си струмів, які проходять по обмотках, неоднакові і В цих умовах і є основна складність виявлення на екрані трубки спостерігаються дві криві. За фопошкодження міжвиткової ізоляції. Пошкодження рмою кривих з певним ступенем точності визначаміжвиткової ізоляції, як і люба аварія, відбуваютьють вид дефекту [див. ТУУ 33.2 - 14105464. 001 – ся несподівано, а поява перелічених ознак озна2002]. чає, що невдовзі, за кілька хвилин роботи електАле даний спосіб не дозволяє оцінити стан родвигуна, з'явиться дим, іскри, відкритий вогонь і міжвиткової ізоляції на початковій стадії роботи міжвиткове коротке замкнення переросте в міжфаелектродвигуна, а також контролювати стан міжзне і надалі в коротке замкнення на землю. виткової ізоляції під час його роботи на протязі В основу корисної моделі поставлено задачу всього терміну експлуатації. розробити удосконалений спосіб оцінки стану міжВідомий також спосіб визначення місця повиткової ізоляції електродвигуна, в якому шляхом шкодження міжвиткової ізоляції індукційним метозамірювань та реєстрацій швидкості затухання дом за допомогою апарата ВЧФ-5-3. електрорухомої сили на протязі усього терміну Для визначення пазів, в яких розміщена обмоексплуатації електродвигуна і порівняння цих патка з пошкодженою ізоляцією, індуктор і давач раметрів з першою величиною вимірювання, а переміщують по колу по всіх пазах статора доти, також за рахунок іншого критерію оцінки стану доки індикатор не покаже наявність дефекту. При міжвиткової ізоляції забезпечити можливість без 5 32998 6 перервного контролю стану міжвиткової ізоляції на виникають електричні розряди - іскріння. Розряди протязі всього терміну експлуатації електродвигувиникають між сусідніми витками обмотки, відбуна, підвищення точності оцінки за рахунок контровається окислення, обвуглювання ізоляційних малю стану ізоляції в порівняних одиницях, відсоток теріалів і виникають електропровідні містки всерезалишкового ресурсу придатності міжвиткової ізодині обмотки. Число таких містків з часом зростає ляції, а також можливість планування ремонту. по мірі старіння ізоляції. Зростає провідність ізоОкрім того, запропонований спосіб унеможливлює ляційних проміжків, зростає струм втрат. Наступає несподіваний вихід з ладу підконтрольного електчас, коли в момент відключення електродвигуна родвигуна. від мережі живлення, в найбільш ослабленому Поставлена задача вирішена в способі оцінки місці, виникає лавинний пробій міжвиткової ізолястану міжвиткової ізоляції електродвигуна, що пеції з утворенням короткозамкненого витка і з опоредбачає реєстрацію діагностичних параметрів та ром в місці пошкодження ізоляції близьким до нупорівняння їх між собою тим, що на робочий елекля. Враховуючи швидкість течії процесу, тродвигун установлюють пристрій для визначення виникнення такого короткозамкненого витка всешвидкості затухання електрорухомої сили, після редині паза статора стається миттєво без будь чого електродвигун виключають і реєструють швияких зовнішніх ознак. Наступне включення цього дкість затухання електрорухомої сили, далі електелектродвигуна в роботу буде супроводжуватись родвигун включають і при кожному навмисному усіма ознаками аварії: іскри, дим, запах згорілої або мимовільному відключенні електродвигуна ізоляції. реєструють швидкість затухання електрорухомої Очевидно, аварія в обмотці виникла не під час сили та порівнюють цей параметр з параметром включення електродвигуна в роботу, а в процесі, першого замірювання і при скороченні часу затуякий відбувається під час його відключення. Нахання роблять висновок про погіршення стану ступне включення в роботу цього двигуна буде міжвиткової ізоляції електродвигуна. супроводжуватись розвитком аварії: спритним роПошкодження міжвиткової ізоляції обмоток зігрівом короткозамкненого витка під час дії пускоелектричних машин у початковій стадії визначити вих стр умів, часто при цьому виникає дуговий роздосить важко, тому що між витками, навіть за поряд, що розплавляє ізоляцію сусідніх витків, вної відсутності в місці дефекту на поверхні провіміжфазну і корпусну ізоляцію. дників емалевої плівки, є повітряний проміжок зі По-друге, окрім комутаційних перенапружень значною пробивною напругою. Крім цього, звичайвідключення електродвигуна від електромережі но стан міжвиткової ізоляції обмоток визначають супроводжується ще й електромеханічними перепри вимкненій змережі електричної машини. Зухідними явищами, до яких відносяться вибіг ротосилля в обмотках машин у таких випадках відсутні ра і пов'язані з цим електромагнітні перехідні явиі між витками, в місцях дефектів можуть бути повіща - затухання струму в обмотці ротора і тряні проміжки, що перешкоджає виявленню девідповідне затухання магнітного потоку і електрофектів. Для виключення імовірності пробиття коррухомої сили обмотки статорі (Фіг.2). пусної ізоляції під час діагностування міжвиткової До повного затухання електрорухомої сили ізоляції до обмоток електричних машин напругою двигун працює в стані генератора. Термін затухан380В можна прикладати напругу не вище 2,5-3кВ, ня електрорухомої сили може коливатись від часу зв'язку з чим під час діагностування реально моток секунд до десятків секунд, в залежності від жна виявити дефекти в міжвиткової ізоляції на схеми обмотки, кількості витків в котушці а також певній стадії їх розвитку. від якості ізоляції. Оскільки схема обмотки і кільДля з'ясування запропонованого способу докість витків в ній не можуть змінюватись в процесі цільно розглянути процеси, якими супроводжуєтьроботи електродвигуна, то можна сказати, що зміся відключення асинхронного електродвигуна від ни терміну затухання електрорухомої сили будуть мережі живлення. залежати від якості ізоляції обмотки. Як було розСпосіб проілюстровано осцилограмами (Фіг.1 і глянуто ви ще, якість міжвиткової ізоляції напряму Фіг.2) та схемою (Фіг.3). залежить від кількості дефектів і покажчиком її По-перше, відключення електродвигуна від якості може служити величина струму втрат, який мережі живлення супроводжується дуговими розпротікає через ці дефекти. рядами, які виникають в контакторі між контактами Проблема в тому, що розосереджений харакпід час їх розмикання. Ці розряди викликані комутеру цього стр уму і мала його сумарна величина, в таційними перенапруженнями (перший закон копорівнянні з робочим струмом двигуна, унеможлимутації: стр ум крізь індуктивність безпосередньо влюють його безпосередній контроль. Але можна до комутації iL(o+) дорівнює струму крізь цю ж інскористатись тим, що струм втрат є навантажендуктивність безпосередньо після комутації ням енергетичної системи електродвигуна. Чим iL(o+):iL(o-)=іL(о+)) в статорній обмотці електробільше це навантаження, тим скоріше буде розмадвигуна. Осцилограми комутаційних перенапругнічуватися ротор і тим скоріше згасне електроружень мають форму пилкоподібних імпульсів, ампхома сила статора. Таким чином термін вгасання літуда яких перевищує напругу мережі в 3÷10 разів електрорухомої сили знаходиться в прямій залежз високою крутизною фронту зростання і частотою ності від струму втрат і, ви ходячи з того, як з ча(Фіг.1). сом експлуатації двигуна змінюється термін вгаТакі комутаційні перенапруження приводять до сання електрорухомої сили, можна судити про різкого імпульсного зростання різниці потенціалів якість ізоляції. Набувши з часом певну кількість між витками в котушці обмотки електродвигуна. В статистичних даних можна зробити висновки про місцях, де міжвиткова ізоляція має пошкодження, швидкість змін, що відбуваються в міжвитковій 7 32998 8 ізоляції і, виходячи з цього прогнозувати залишко2. Досліди по виявленню залежності часу завий ресурс. гасання електрорухомої сили від якості міжвиткоГоловна мета корисної моделі полягає в здійвої ізоляції. снені методу отримання інформації про зміни в Для проведення дослідів був підготовлений міжвитковій ізоляції в будь яких одиницях - дійсасинхронний електродвигун виробництва США них, або відносних. Надалі, застосувавши певний типу 4МА 468413-G4-WA, потужністю 18,5кВт; математичний інструментарій для обробки цієї 1500об/хв; 380В. У статорній обмотці двигуна від інформації, маємо змогу отримати дійсну інфордругого й третього витків фазної котушки зроблені мацію про стан МВІ конкретного двигуна безпосевідводи для можливості комутації цих витків зовні редньо під час його роботи, бачити зміни в стані з двигуна, таким чином, що при почерговому з'єдчасом і передбачити прогрес цих змін. нанні цих відводів з фазним виводом обмотки, ми Прикладом, ілюстрацією практичного застосуможемо створювати 2,3 короткозамкнених витки в вання запропонованого методу може служити пообмотці. рівняння Фіг.1 і Фіг.2. На Фіг.1 термін згасання елеДля осцилографування напруги на затискачах ктрорухомої сили в обмотці електродвигуна обмотки статора електродвигуна була використаскладається із суми термінів зони II і зони III: на вбудована у комп'ютер цифрова осцилографіч(1) на приставка "BORDO-221". ТS1=Т1+Т2; де: Т1=0,0025 секунд; Дослід 1. Осцилографування напруги між "землею" і фаТ2=0,015 секунд; зою електродвигуна, у період вибігу після відклюТS1=0,0175 секунд чення від мережі живленні, показало повну відсутзона І - зона нормальної роботи електродвигуність різниці потенціалів. Оскільки в цей період на, на обмотці діє напруга мережі; двигун працює в режимі генератора з ізольованою зона II - зона дії імпульсів комутаційної перенейтраллю, то різниця потенціалів утвориться між напруги; фазами обмоток, а не між фазою й землею. зона III - зона затухання електрорухомої сили Висновок: якість корпусної ізоляції не виливає в обмотці статора; на електрорухому силу електродвигуна в період зона VI - зона спокою, кінцевий режим після вибігу після відключення його від мережі. закінчення процесів відключення двигуна від елекДослід 2. тромережі. Для проведення досліду підготовлена схема Навіть візуальне порівняння приведених осци(Фіг.3), де при подачі сигналу включення котушка лограм дає змогу бачити велику різницю в термі(КК) замикає контакти пускача, підключає обмотки нах згасання електрорухомої сили. На Фіг.1 повний двигуна до мережі, і розмикає блокконтакт (БК), цикл завершено за 0,0175 секунд, тоді як на Фіг.2 чим розриває ланцюг, шунтуючий витки обмотки за період, більший ніж 0,2 секунди, електрорухома (коротке замикання розірвано). сила ще не згасла. Після зняття сигналу включення з котушки (КК) Наступна ілюстрація має ціль пояснити необпускач розімкнеться, розірве ланцюг живлення хідність застосування запропонованого методу в двигуна від мережі, а блокконтакт навпаки - замкне промисловості: працездатність резервного електй зашунтує (скоротить) підключені до нього витки. рообладнання регулярно, у відповідності з графіТаким чином, ми одержимо міжвиткове коротке ком, перевіряється включенням в роботу. Резерзамикання, що виникає в обмотці після відключенвування обладнання застосовується на ня двигуна від мережі живлення. Приєднуючи до небезпечних виробництвах, на виробництвах з БК по черзі відводи від 2-го й 3-го витків одержимо безперервною технологією, де аварійна зупинка й відповідне коротке замикання двох або трьох супроводжується великими матеріальними та фівитків. На Фіг.3 показано, що короткозамкнені витнансовими збитками, це насоси пожежогасіння, ки утворені у фазі С, а осцилограф, для зниження або електродвигуни ліфтового господарства. чутливості, підключений до фаз А і В. Крім того, Як було описано вище, пошкодження міквитдля спрощення порівняльного аналізу осцилограф кової ізоляції головним чином відбуваються під час підключений через діодний міст. відключення електродвигуна від електромережі і Проведені по черзі наступні досліди: головною причиною цих пошкоджень виступають а) осцилографування електрорухомої сили в комутаційні перенапруження, які супроводжують обмотці статора без короткого замикання; процес відключення електродвигуна. Таким чином, б) осцилографування електрорухомої сили в характерна ситуація, коли працездатність резервобмотці статора із двома короткозамкненими витного обладнання перевірено, зауважень немає. ками; Але, під час відключення електродвигуна, пройшв) осцилографування електрорухомої сили в ла комутаційна перенапруга і міжвиткову ізоляцію обмотці статора із трьома короткозамкненими витбуло пошкоджено, при цьому ніяких ознак аварії не ками. помічено. Та при наступному включенні цього елеДля наочності зроблене накладення осцилогктродвигуна в роботу - він просто «згорить» з усіма рам так, щоб моменти відключення збігалися, при вихідними з цього наслідками. цьому кожна осцилограма зміщена щодо іншої по Для підтвердження залежності часу затухання вертикалі. електрорухомої сили обмотки статора від якості її Візуально видно, що крутизна спадання елекізоляції були проведені два досліди: трорухомої сили збільшується із збільшенням чис1. Дослід по виявленню залежності часу загала короткозамкнених витків. сання електрорухомої сили від якості корпусної ізоляції. 9 32998 10 Вважаємо за необхідне надати наступні поясЗ метою числової оцінки залежності швидкості нення: загасання електрорухомої сили від якості міжвит1. Підраховано, що опір R одного витка обмоткової ізоляції зроблені наступні виміри: по осцилоки при діаметрі проведення 1,25мм (перетині програмам обчислений час (t), необхідний для загавідника - 1,23мм 2) і довжині витка ≈1м становить сання електрорухомої сили від 2,640В (напруга, 0,0145Ом, а опір ланцюга короткого замикання зафіксована осцилографом відразу після завер(привід, блокконтакти) склало 1,08Ом. Очевидно, шення дії комутаційних перенапруг) до 0,480В погрішність внесена дослідною установкою - вели(значення близьке до нуля). Результати вимірів ка, однак, незважаючи на це, ефект очевидний. зведені в таблицю. 2. При укладанні всипної обмотки в пази елекПідрахунок показав, що загасання електрорутродвигуна відбувається перемішування проводів, хомої сили при відсутності короткозамкнених витвнаслідок чого збільшується різниця потенціалів ків відбувається за 782,696мС (мілісек). При наявміж поруч лежачими витками, збільшується імовірності двох короткозамкнених витків цей процес ність пробою ізоляції й, відповідно, ефект при козаймає вже на 132,329мС менше, а при трьох короткому замиканні значно сильніший. Імовірність роткозамкнених витках на 164,27мС менше. короткого замикання між витками із близькими Висновок: час загасання наведеної ЕРС в обномерами (перший - другий або перший - третій) мотці статора, після відключення електродвигуна дуже низька. Ми ж, при проведенні досліду, заклавід мережі живлення, залежить від якості міжвитли короткі замикання між цими, близькими по нокової ізоляції електродвигуна. мерах витками, одержали ефект найменш виражений, однак достатній щоб його зафіксувати. Таблиця Залежність швидкості загасання електрорухомої сили від якості міжвиткової ізоляції Кількість короткозамкне- Un - напруга на почат- Uk - напруга в кінці періоду них витків в обмотці ку періоду відліку (В) (В) нема 2,640 401,066 2 2,640 404,612 3 2,640 397,520 DU (В) Dt (мС) 2,239 2,236 2,243 782,696 650,367 618,426 11 Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко 32998 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601