Rys. 6. Zestaw pomiarowy wnz silnika o mocy 2,6 MW, z wykorzystaniem fabrycznie zamontowanych w silniku termorezystorów Pt100 (instalacja aparatury pomiarowej bez zatrzymywania silnika)
Rys. 7. Wnętrze stojana: a) z fragmentem A anteny pętlowej, b) z fragmentem B anteny pętlowej, c) z fragmentem C anteny pętlowej
Instalację aparatury pomiarowej wykonano bez zatrzymywania silnika. W wyniku pomiarów wnz stwierdzono, że izolacja uzwojeń silnika na czołach wymaga gruntownego oczyszczenia. Silnik w dogodnym technologicznie czasie zatrzymano, czoła gruntownie oczyszczono a izolację poddano regeneracji. Kontrolne pomiary wnz silnika po wykonaniu tych zabiegów wykazały kilkukrotne
zmniejszenie poziomu wnz.
W kolejnym etapie badań własnych autor zajmował się wykorzystaniem anten pętlowych do pomiarów wnz. Termorezystory Pt100 zastąpiono pętlami przewodu w miarę możliwości technicznych nawiniętymi w silniku wokół czół uzwojeń (rys. 7). Na rysunku 8 przedstawiono przykładowy oscylogram napięcia z anteny pętlowej w czasie pomiarów wnz jednego z silników przemysłowych. Ten rodzaj czujnika jest szczególnie interesujący, bo przy sprzyjających okolicznościach (możliwość nawinięcia wokół czół pełnej wielokrotnej pętli) ma strefę widzenia wnz pełne 360o. Oznacza to możliwość mierzenia wszystkich wyładowań w strefie czół.
Autor prowadził również badania z antenami paskowymi, w tym własnej konstrukcji. Na rysunku 9 przedstawiono przykład takiej anteny, a na rysunku 10 ilustrację z badań w warunkach stacji prób. Uzyskane pozytywne rezultaty badań stały się podstawą do zbudowania przenośnych przyrządów do pomiarów wnz silników w warunkach off-line. Na rysunku 11 przedstawiono prototypową sondę do pomiarów wnz, zbudowaną przez autora w oparciu o antenę paskową. Zbudowano również sondę w oparciu o antenę na bazie termorezystorów Pt100.
Anteny przenośne są bardzo przydatne do dokładnego określenia miejsca emisji wnz z uzwojeń silnika. Wskazują bardzo wyraźnie miejsca osłabienia izolacji uzwojeń. Na rysunku 12 przedstawiono pomiar off-line wnz stojana silnika o mocy 4,4 MW wykonywany wspomnianą sondą, z wykorzystaniem miernika wartości szczytowej. Korzystając z sondy wykryto dwa miejsca wyraźnego osłabienia stanu izolacji uzwojeń stojana. Izolację uzwojenia stojana poddano lokalnemu remontowi właśnie w tych miejscach.
Uwagi końcoweW trakcie badań własnych autor wykazał bardzo dużą użyteczność w pomiarach wyładowań niezupełnych silników układów antenowych typu termorezystory RTD wraz z zespołami antenowymi. Termorezystory RTD mają dużą czułość na wnz powstające blisko danego RTD (zależy to od budowy danego silnika – czułość ta w ocenie autora jest rzędu 0,3÷0,02 V/nC). Instalację aparatury pomiarowej można wykonać bez zatrzymywania silnika, korzystając z fabrycznie zamontowanych czujników temperatury i ich wyprowadzeń znajdujących się na zewnątrz silnika.
W trakcie badań własnych autor wykazał bardzo dużą użyteczność w pomiarach wyładowań niezupełnych silników układów antenowych typu termorezystory RTD wraz z zespołami antenowymi. Termorezystory RTD mają dużą czułość na wnz powstające blisko danego RTD (zależy to od budowy danego silnika – czułość ta w ocenie autora jest rzędu 0,3÷0,02 V/nC). Instalację aparatury pomiarowej można wykonać bez zatrzymywania silnika, korzystając z fabrycznie zamontowanych czujników temperatury i ich wyprowadzeń znajdujących się na zewnątrz silnika.
Rys. 8. Oscylogram napięcia z anteny pętlowej w czasie pomiarów wnz jednego z silników przemysłowych
Rys. 9. Antena paskowa do pomiarów wnz silników
Rys. 10. Prototypowa antena paskowa w czasie pomiarów off-line wnz stojana
Rys. 11. Sonda do pomiarów wnz wykorzystująca antenę paskową
Rys. 12. Pomiary wnz off-line na stojanie prototypową sondą, wykorzystującą antenę przenośną
Rys. 13. Pomiar off-line wnz stojana silnika o mocy 4,4 MW, wykonywany prototypową sondą z wykorzystaniem miernika wartości szczytowej
Pomiar wnz przez poszczególne termorezystory umieszczone w silniku daje możliwość lokalizowania miejsc generowania wnz, czyli miejsc osłabienia izolacji uzwojeń. Przedstawione w artykule uwagi warto uwzględniać przy projektowaniu nowych silników elektrycznych, aby już fabrycznie przygotować silnik do takich pomiarów.
W pomiarach wnz silników istotnym uzupełnieniem termorezystorów zainstalowanych fabrycznie mogą być RTD zainstalowane dodatkowo w czasie przeglądu silnika bądź jego remontu od strony
napędowej i przeciwnapędowej, w obszarach najbliższych części czołowej uzwojeń. Szczególnie ważny jest obszar początków uzwojeń fazowych, połączeń międzycewkowych i międzygrupowych.
Zespół czujników oparty na wykorzystaniu RTD można dodatkowo uzupełnić czujnikami antenowymi typu długi przewód (L >> d ), umieszczonymi wokół czół w postaci pętli bądź fragmentów pętli (są to tzw. anteny pętlowe). Ten rodzaj czujnika jest szczególnie interesujący, bo w sprzyjających okolicznościach (możliwość nawinięcia wokół czół pełnej wielokrotnej pętli) ma strefę widzenia wnz pełne 360o. Oznacza to możliwość mierzenia wszystkich wyładowań w strefie czół. Czujniki antenowe wykorzystujące termorezystory oraz anteny pętlowe są bardzo przydatne do pomiarów wnz i diagnostyki stanu izolacji uzwojeń on-line.
Do pomiarów wnz maszyn elektrycznych (w szczególności offline) z powodzeniem można stosować anteny paskowe. Jest to bardzo przydatny pomiar w warunkach stacji prób czy zakładu remontowego. Można określić obszary uzwojenia mające pogorszoną izolację uzwojeń. Autor w badaniach własnych stwierdził bardzo dużą przydatność do lokalizacji miejsc emisji wnz anten przenośnych.
Litera tura
[1] PD monitoring. Nota aplikacyjna firmy ADW EL, 2003
[2] B ertenshaw D., Sasic M.: On-line Partial Discharge Monitoring on MV Motors-Case Studies on Improved Sensitivity Couplers. Nota aplikacyjna firmy ADW EL International 2002
[3] B lokhintsev M. et al.: Field Experiences on the Measurement of Partial Discharges on Rotating Equipment. IEEE PES’98, Tampa 1998
[4] Golubev A., Paoletti G.: Partial Discharge Theory and Technologies related to Medium Voltage Electrical Equipment. 2000 IEEE. IAS 34th Annual Meeting, Phoenix 1999
[5] K ane C. et al.: Advantages of Continuous Monitoring of Partial Discharges in Rotating Equipment and Switchgear. 2003 AIS E Meeting, Pittsburgh 2003
[6] Matuszczyk J.: Poradnik antenowy. WK Ł, Warszawa 2002
[7] S tone G.C. et al.: Electrical insulation for rotating machines. IEEE PRESS , Series on Power Engineering 2004
[8] S zymaniec S.: Diagnostyka stanu izolacji uzwojeń i stanu łożysk silników indukcyjnych klatkowych w warunkach przemysłowej eksploatacji. Studia i Monografie, Wydawnictwo Politechniki Opolskiej 2006 z. 193
ARTYKUŁY 
wstecz
