PRZYPADKI KOMPLEKSOWEJ OCENY STANU TECHNICZNEGO IZOLACJI METODAMI PRĄDU STAŁEGO

Transkrypt

1 1 Artur Polak BOBRME KOMEL, Katowce PRZYPADKI KOMPLEKSOWEJ OCENY STANU TECHNICZNEGO IZOLACJI METODAMI PRĄDU STAŁEGO CASES OF A COMPREHENSIVE EVALUATION OF INSULATION TECHNICAL CONDITION USING DC METHODS Abstract: Condton dagnostc of turn-to-turn nsulaton, usng the method of fuzzy wave s based on breakng the passage of current n the crcut wth tested col or wndng what generate a voltage wave. Ths voltage s exactly the same on each turn. The frequency of generated voltage depends solely on the parameters of the wndng, not on the supply and parameters of nsulaton, what s descrbed n [1] and [3]. Descrbed method s a supplement of dagnostc method of man nsulaton wth DC voltage, named method of prof. Glnka. 1. Wstęp Zaslane slnków z układów energoelektroncznych (falownków, komutatorów elektroncznych tp.) charakteryzuje sę krótkm czasam narastana napęca (du/dt). Parametr ten ma negatywny wpływ na kondycje układów elektrozolacyjnych. Z podobnym zjawskam spotykamy sę w przypadku slnków trakcyjnych, gdze zjawskem permanentne występującym są przepęca secowe (występujące m.n. z powodu utraty połączena na pantografe lub przejśca z jednej do drugej sekcj zaslana trakcj). W obu wymenonych przypadkach szczególnemu naraŝenu podlega zolacja zwojowa jest jednym z powodów szybszego starzena sę zolacj. Uszkodzena układów zolacyjnych, w wększośc przypadków rozpoczynają sę właśne od zwarć zwojowych, które postępując doprowadzają do awar zolacj głównej - dozemena lub zwarca mędzyfazowego. W celu oceny stanu techncznego zolacj maszyn opracowano kompleksową jednoltą metodę dagnozowana stanu techncznego zolacj uzwojeń, która moŝe być wykorzystywana w praktyce przemysłowej bez potrzeby budowana skomplkowanej aparatury pomarowo-badawczej. 2. Ocena stanu techncznego zolacj głównej Promowana od welu lat przez zespoły badawczo-dagnostyczne w Polsce, Republkach Czeskej Słowackej metoda prof. T. Glnk oparta o pomary napęcem stałym. Dagnostyka ukła- du elektrozolacyjnego napęcem stałym obejmuje trzy zasadncze próby: wyznaczene charakterystyk R 60 = f(u), o le jest to moŝlwe w przedzale napęca od zera do 2U N, wyznaczene przebegu czasowego prądu upływu p po skokowym załączenu, na całkowce rozładowany układ elektrozolacyjny, napęca stałego o wartośc U o =U N bądź U o =500V w przypadku maszyn o napęcu zaslana U n <500V, naładowane układu zolacyjnego do napęca U o U N (do stanu ustalonego), następne odłączene napęca zaslającego zwarce układu zolacyjnego na czas t z, po czym rozwarce układu zolacyjnego zdjęce przebegu odbudowy napęca na układze zolacyjnym U od (t). Perwsze dwe próby są powszechne stosowane w badanach okresowych zolacj, gdyŝ są zalecane w nstrukcjach eksploatacj maszyn elektrycznych, zwłaszcza wysokonapęcowych. Jednak zakres tych prób ograncza sę zwykle do jednej wartośc napęca 2500V, 1000V, bądź 500V. W zalecanym zakrese prób badań dagnostycznych rozszerza sę próby o wyznaczene charakterystyk R 60 =f(u), o le jest to moŝlwe do 2U N wyznaczene p =f(t) przy U N. Program tych prób jest wpsany do Polskej Normy PN- E jako próba dodatkowa. Trzeca próba - wyznaczene odbudowy napęca jest próbą najwaŝnejszą dla dagnostyk stanu techncznego zolacj oceny stopna jej zuŝyca. Pomar mający na celu wyznaczene

2 2 odbudowy napęca przeprowadza sę w układze pomarowym przedstawonym na rys.1, a złoŝonym z: zaslacza napęca stałego Z o regulowanej wartośc napęca w przedzale od zera do 2U N, mkroamperomerza µa, woltomerza V o wysokej rezystancj wewnętrznej (R we >1TΩ), wyłącznków K 1 K 2 pozwalających realzować poszczególne próby. Lp Tabela 1. Krytera oceny wynków badań Parametr układu zolacyjnego 1 Rezystancja 2a R60N/UN [kω/v] Czas zwarca dla tz [s] przy UN = 6kV przy UN < 1kV dla UN = 6kV Ocena stanu techncznego zolacj Wlgo tna >50 >20 >10 >10 >10 <3 >50 >20 >10 >3 >1 < dla UN<6kV b Maksymalna wartość odbudowanego napęca Uod max/uo >0,1 0,1 0,0 5 0, a) uzwojene stojana bez wyprowadzonego punktu neutralnego moŝlwośc jego rozłączena, Czas odbudowy napęca tod [s] dla UN =6kV dla UN <1kV 3 Wahana prądu upływu przy UN >240 >120 >30 ~ >120 >60 >15 ~5 0 0 p60 max <0,5 <1 >1 >1 >2 0 p60 mn p60 śr 4 UN =6kV >1,5 >1,2 > p15/p60 UN < 1kV >1,3 >1,1 > b) uzwojene stojana z wyprowadzonym końcówkam pasm uzwojena, Rys.1. Schemat układu pomarowego do dagnostyk stanu techncznego zolacj głównej Na podstawe uzyskanych wynków poszczególnych prób wyznacza sę: - wartość rezystancj R 60 przy U N, - współczynnk absorpcj układu elektrozolacyjnego p15 / p60, - pozom wahań prądu upływu p60max / p60mn dla stanu ustalonego, - wartość napęca odbudowy U odb (t), oraz czas trwana odbudowy. Przedstawona metoda dagnostyk zolacj głównej została zamknęta przejrzystą spójną skalą oceny stanu techncznego zolacj [3]. Dalszy wzrost popularnośc metody dagnostyk zolacj głównej jest spowodowany: - dostępnoścą aparatury pomarowej nezbędnej do wykonana pomarów, - stosunkowo krótkm czasem realzacj pomarów, - oraz czytelną nterpretacją wynków badań. 3. Ocena stanu techncznego zolacj zwojowej Metoda rozmytej fal napęcowej stanow uzupełnene stosowanej od welu lat kompleksowej oceny zolacj głównej metodą polaryzacyjną prądu stałego tzw. metodą T. Glnk. Dagnozowane stanu zolacj zwojowej z wykorzystanem metody tzw. fal rozmytej polega na wygenerowanu napęca w badanym uzwojenu w chwl wyłączana prądu stałego. Napęce to rozkłada sę równomerne na poszczególnych zezwojach. Częstotlwość generowanego napęca zaleŝy wyłączne od parametrów uzwojena, parametrów zolacj zwojowej uzwojena, co opsano szczegółowo w [1] [3]. 4. Krótk ops realzacj pomarów w metodze fal rozmytej Proponowana metodyka realzacj badań polega na zaslenu badanego obwodu prądem stałym o wartośc z przedzału 5-10% wartośc prądu znamonowego badanej maszyny (w marę moŝlwośc pomary uzwojeń kaŝdej fazy przeprowadzamy oddzelne, w przypadku braku takej moŝlwośc pomary moŝna wykonać na uzwojenach połączonych ze sobą).

3 3 Ocenę stanu techncznego uzwojena przeprowadza sę w oparcu o następujące welkośc: - częstotlwość napęca ndukowanego, - kształt napęca ndukowanego, - tłumene napęca ndukowanego, po wyłączenu prądu proberczego. Na ponŝszych rysunkach przedstawono zarejestrowane przebeg napęca, które wyndukowało sę na cewkach o zolacj zwojowej w róŝnej kondycj techncznej: U [V] E E E E-5 Czas [s] f=1942.0khz; Λ=0,55 f=555khz; Λ=0,11 Rys.2. Przebeg czasowy napęca na cewce slnka Sh355H2C o zdrowej zolacj zwojowej f=737,6khz; Λ=0,35 Rys. 3. Przebeg czasowy napęca na cewce slnka SZDVc198rE o zuŝytej zolacj zwojowej Rys. 4. Przebeg czasowy napęca na cewce slnka o znszczonej zolacj zwojowej Stopeń tłumena przebegu określono wyznaczając logarytmczny dekrement tłumena Λ. 5. Ocena stopna degradacj zolacj zwojowej na podstawe analzy wynków pomarowych Ocena stopna degradacj zolacj zwojowej moŝe być przeprowadzana w odnesenu do pomarów uzyskanych na dentycznych cewkach (pomary uzwojeń slnka welofazowegopomar kaŝdej cewk oddzelne), lub dagnoza moŝe zostać wydana na podstawe trendu zman zaobserwowanego w określonej perspektywe czasu. Przykładowe wynk pomarów zestawono w ponŝszej tabel. Tabela 2. Pomary częstotlwośc generowanego napęca przy róŝnych wartoścach rezystancj R D - rezystancja bocznkująca 1/3 uzwojena cewk Lp R D f kω khz Λ , , , , , ,21 7 < ,54

4 4 W przypadku realzacj tzw. pomaru punktowego moŝlwe jest wykryce jedyne zolacj całkowce znszczonej. W przypadku zolacj zuŝytej o obnŝonych parametrach techncznych określene pozomu tego zuŝyca jest praktyczne newykonalne, co moŝna zauwaŝyć porównując wynk pomarów prezentowane na rys neutralnym, uzwojena połączone wewnętrzne w trójkąt tp.). W takch przypadkach pomary rezystancj zolacj sprowadzają sę jedyne do wyznaczena rezystancj zolacj pomędzy uzwojenam, a rdzenem. Z taką samą sytuacją mamy do czynena w przypadku oceny stanu zolacj nnym metodam np. metodą wyładowań nezupełnych off-lne, metodą prof. Glnk, wyznaczene współczynnka strat delektrycznych tgδ td. Ocenamy jedyne stan zolacj pomędzy uzwojenem, a rdzenem badanej maszyny (slnka lub generatora). Lczne aware uzwojena są wynkem wystąpena przebca zolacj pomędzy dwoma pasmam (fazam). Aware te często zalczane są do awar zolacj zwojowej, co jest błędem, gdyŝ są to przykłady awar zolacj głównej. f=541khz; Λ=0,31 Rys. 5. Przebeg czasowy napęca na cewce uzwojena stojana slnka SZDVc198rE - uzwojene nowe Rys. 7. Zwarce medzy pasmam uzwojeń f=737,6khz; Λ=0,35 Rys. 6. Przebeg czasowy napęca na cewce uzwojena stojana slnka SZDVc198rE uzwojene zuŝyte 6. Wykorzystane metody rozmytej fal napęcowej w dagnostyce stanu zolacj głównej Ocena stanu zolacj głównej znaczne sę komplkuje w przypadku pomarów uzwojeń, których pasma poszczególnych faz są połączone galwanczne bez moŝlwośc ch rozłączena (np. uzwojena z ne wyprowadzonym pkt. Rzetelna ocena stanu techncznego zolacj głównej uzwojeń jest moŝlwa do wykonana jedyne w przypadku dostępu do obu końców uzwojena kaŝdej fazy moŝlwośc rozłączena punktu wspólnego faz uzwojena. W przypadku pomarów przeprowadzanych na uzwojenach maszyn, gdze ne ma moŝlwośc rozłączena pasm uzwojeń wydaje sę słuszne wykorzystane do oceny stanu techncznego metod przeznaczonych do badań zolacj zwojowej takch jak np. wcześnej opsana w pkt.3 nnejszej publkacj, metoda rozmytej fal napęcowej. Weloletne badana dagnostyczne prowadzone przez autora oraz wykonane ekspertyzy awar

5 5 układów elektrozolacyjnych stały sę podstawą przedstawena postulatów, aby: - wytwórcy maszyn elektrycznych uwzględnal przy projektowanu wytwarzanu maszyn koneczność odłączana kaŝdego pasma (fazy) uzwojena poprzez zastosowane technk nenwazyjnych np. połączeń śrubowych. - zamawający, kupujący maszynę pownn uwzględnać potrzebę przeprowadzana rzetelnych badań dagnostycznych zanstalowanych maszyn w długej perspektywe czasu ch eksploatacj. 7. Lteratura [1]. A. Decner, T. Glnka, A. Polak, Krytera oceny zuŝyca zolacj zwojowej Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne nr 81/2009 str.51. [2]. A. Decner, T. Glnka, A. Polak, J. Zawlak: Izolacja zwojowa badana dagnostyczne. Przegląd Elektrotechnczny nr 12/2008. [3]. Patent Pat Sposób badana dagnostycznego zolacj zwojowej. BOBRME Komel. [4]. A. Polak: Cases of a comprehensve evaluaton of solaton techncal condton usng dc voltage method. Conference on Electrcal Engneerng, XIICLEEE Ponta Delgada - Azores, Portugal. Praca naukowa fnansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy, nr projektu N N