Do pomiarów wyładowań niezupełnych (wnz – PD – Partial Discharge) w maszynach elektrycznych, mających na celu ocenę stanu izolacji uzwojeń, można stosować m.in. termorezystory RTD (Resistance Temperature Detector) oraz czujniki paskowe SSC (Stator Slot Couplers) używane jako anteny [1-5, 7, 8]. Dobór anten do pomiarów wnz w silnikach powinien być poprzedzony wyborem zakresu pomiaru wnz ze względu na wpływ zakłóceń przemysłowych.
Należy ustalić zakres częstotliwości sygnału wnz, w którym jest najkorzystniejszy stosunek sygnału do szumu (zakłóceń). Długoletnie badania przemysłowe w tym zakresie prowadziła firma ADW EL. Ustalono, że najkorzystniejszy jest zakres od 1 do 150 MHz (standard PDA PREMIU M) [1]. Na rysunku 1 przedstawiono rezultaty badań w uproszczonej formie graficznej. Rosyjska firma VIB ROC ENTER, prowadząc podobne badania w późniejszym okresie, ustaliła, że najkorzystniejszy jest zakres 1-20 MHz. Autor w swoich badaniach przyjął do pomiarów wnz silników właśnie taki zakres.
Rys. 1. Widmo wnz (PD) maszyn elektrycznych w czasie ich eksploatacji oraz widmo zakłóceń, wg danych firmy ADW EL [1]
Kolejne ważne elementy w doborze anten to [8]:
– wybór rodzaju anten,
– formalne i techniczne możliwości ich zainstalowania oraz dostrojenia,
– możliwości kalibracji toru pomiarowego.
Spośród możliwych do zastosowania w pomiarach wnz maszyn elektrycznych należy wymienić 3 rodzaje anten: paskowe SSC , wykorzystujące termorezystory RTD oraz pętlowe.
Anteny paskoweAnteny te opracowano w latach osiemdziesiątych w kanadyjskiej firmie Iris [7]. Na rysunku 2 przedstawiono przykładowe rozwiązania anten paskowych tej firmy. Anteny paskowe skonstruowano specjalnie jako czujniki do badań diagnostycznych stanu izolacji w oparciu o pomiary wnz dla dużych generatorów. Wykonane są na bazie szkła epoksydowego. Zastosowanie tego materiału powoduje, że antena ma bardzo dobre parametry dielektryczne i mechaniczne: dzięki epoksydowemu podłożu dielektrycznemu jest w stanie pracować nawet przy bardzo wysokich temperaturach, rzędu 150°C. Podstawowe parametry anten firmy Iris: pasmo 10-100 MHz, grubość 2 mm, długość do 53 cm.
Rys. 2. Anteny paskowe firmy Iris przygotowane do montażu
Istnieje możliwość dopasowania szerokości anteny do rozmiarów żłobka. Antena mierzy wnz zarówno przy wyjściu uzwojenia ze żłobka, jak i z wnętrza żłobka. Ma dwa obwody pomiarowe i dwa wyprowadzenia. Każde z dwóch wyprowadzeń jest wykonane za pomocą kabla koncentrycznego. Czujniki SSC instalowane są w generatorach i silnikach w żłobkach pod klinami (rys. 3).
Zazwyczaj do pełnego monitoringu wystarcza komplet 6 anten, jednak dla większych generatorów liczba czujników wzrasta. Antena ma bardzo dobrą czułość, a ponadto jest odporna na wszelkiego rodzaju zakłócenia zewnętrzne i wewnętrzne. Wszystkie impulsy o czasie trwania dłuższym niż 6 ns są traktowane jak zakłócenia [7].
Anteny paskowe mają także wady:
– wyładowania są wykrywane jedynie w żłobkach, w których anteny zainstalowano, oraz w polu obejmującym 6 najbliższych żłobków,
– długotrwały, wielogodzinny montaż przez zespół specjalistów.
Rys. 3. Anteny paskowe umieszczone w żłobkach generatora
Anteny wykorzystujące termorezystory RTD i anteny pętlowe
Anteny do pomiarów wnz w silnikach, wykorzystujące czujniki temperatury typu termorezystory Pt100 oraz anteny pętlowe, autor opracował we własnym zakresie [8].
Termorezystory Pt100 są powszechnie stosowane w silnikach elektrycznych do pomiaru temperatury uzwojeń stojana. Montuje się je fabrycznie w danym żłobku, w miejsce wyciętej przekładki międzywarstwowej uzwojenia. Autor na drodze eksperymentalnej opracował antenę, której części składowe przedstawiono na rysunku 4. Antena to otwarty obwód drgający LC. Obwód staje się otwarty, tzn. przekształca się w antenę, gdy jego długość stanowi istotną część długości fali, na którą obwód został nastrojony.
Jakość anteny jako elementu odbierającego jest tym wyższa, im jej długość jest bardziej zbliżona do ¼ lub ½ długości fali. Antena zaczyna wydajnie pracować, jeżeli jej długość przekracza 1/10 długości fali [6]. Długość anteny musi być odpowiednią wielokrotnością długości fali λ
gdzie:
λ – długość fali [m],
c – prędkość światła (3×108 m/s),
f – częstotliwość [Hz].
Zależność między pojemnością, indukcyjnością a częstotliwością w obwodzie rezonansowym można wyrazić wzorem
gdzie:
L – indukcyjność układu antenowego [H],
C – pojemność układu antenowego [F].
W układach antenowych zastosowanych w silnikach autor starał się ustawić częstotliwość rezonansową anten na 10 MHz, wykorzystując do tego indukcyjności i pojemności: Pt100, przewodów dołączonych do termorezystorów oraz umieszczone na płytce drukowanej zespołu antenowego pojemności i indukcyjności. Starano się również drogą eksperymentalną ustalić pasmo przenoszenia anten na zakres od 1 do 20 MHz [8].
Na rysunku 5 przedstawiono przykładowy oscylogram napięcia z anteny na bazie czujnika Pt100, w czasie pomiarów wnz jednego z silników przemysłowych, a na rysunku 6 przykład pomiarów wnz silnika o mocy 2,6 MW, z wykorzystaniem fabrycznie zamontowanych w silniku termorezystorów Pt100.
a)
b)
Rys. 4. Antena na bazie termorezystora Pt100: a) rysunek poglądowy pokazujący zasadę działania anteny (termorezystor + układ separacji galwanicznej), b) układ dostrojenia anteny
Rys. 5. Oscylogram napięcia z anteny na bazie czujnika Pt100 w czasie pomiarów wnz jednego z silników przemysłowych
ARTYKUŁY 
wstecz
