Fejl i elektrisk isolering

Elektrisk isolering bruges til at lede strøm gennem en ønsket vej og forhindre den i at flyde, hvor den ikke er ønsket. Korrekt elektrisk isolering er afgørende for en elektrisk motors ydeevne og levetid. Isolationsnedbrud er en af de hyppigste årsager til fejl i elmotorer. I elektriske generatorer, for eksempel,
56% af fejlene
stammer fra skader på den elektriske isolering.

Isoleringssystemer

I motorer er der 2 isoleringssystemer. Et af systemerne er groundwall-isoleringen, som adskiller spolerne fra motorens ramme eller kabinet. Det andet isoleringssystem er viklingsisoleringssystemet, der adskiller de ledere, der er viklet sammen for at skabe motorviklingerne. Undersøgelser har vist, at ≈ 80% af statorens elektriske fejl opstår i viklingernes isolering, mens kun ≈ 20% opstår mellem spolerne og motorrammen eller direkte kortslutning til jord.

Hvad er isoleringssvigt?

Elektrisk isoleringssvigt opstår, når isoleringen i motoren begynder at blive nedbrudt over tid eller af andre årsager. Aldring eller overophedning forårsager kemiske ændringer i isoleringen, som gør, at isoleringen bliver mere ledende og mindre effektiv til at forhindre strømmen i at følge uønskede veje enten mellem lederne eller til motorens stel. Nogle isoleringssvigt, især i grundmursisoleringssystemet, er øjeblikkelige på grund af fugtindtrængning, forurening eller andre usædvanlige unikke hændelser. Disse hændelser angriber hulrum eller andre svagheder i isoleringen og fører til for tidligt svigt. Fejl i viklingens isoleringssystem opstår langsomt og forringes over tid.

Almindelige årsager til isoleringssvigt omfatter

• Overophedning
• Forurening af vikling
• For stort strømforbrug
• Dårlig strømkvalitet
• Harmonisk forvrængning.

Denne guide vil lede dig gennem hvert stadie af forringelse af elektrisk isolering, så du kan være proaktiv og spore disse isoleringsændringer i dit motorudstyr.

3 stadier af svigt i elektrisk isolering

De fleste isoleringssvigt sker langsomt og støt gennem tre forskellige faser.

Fase 1 – Ideel til tidlig opdagelse

I den første fase af svigt af elektrisk isolering bliver isoleringen mellem lederne belastet og begynder at ændre sig kemisk. Isoleringen ændrer sig kemisk fra at være en isolator til at blive en leder. Isolationsstyrken og kapacitansen begynder at falde. Isolationen kan begynde at karbonisere, hvilket får strømmen til at blive mere resistiv og mindre kapacitiv. Hvis jordvæggens isolering undergår ændringen, vil det få isoleringsmodstanden til at falde og spredningsfaktoren til at stige. Hvis viklingens isolering undergår en kemisk ændring, vil fasevinklen (Fi) og/eller strømmens frekvensrespons ændre sig.

At identificere fejl på dette stadie af isolationssvigt er ekstremt vigtigt for pålidelig drift i “verdensklasse” af et anlægs elektriske system. I dette stadie er der endnu ikke uønsket strøm mellem lederne, men risikoen for, at det begynder, er stor. Heldigvis kan tidlig opdagelse gennem
kontrol af viklinger
og foretage korrekt
motorafprøvning
være yderst gavnligt. Tidlig opdagelse af isolationssvigt i elektriske motorer gør det muligt for en virksomhed at håndtere forringelsen, mens den stadig er relativt lille, hvilket sparer tid og penge og forhindrer katastrofale svigt.

ALL-TEST Pro-instrumenter er de eneste instrumenter i verden, der kan udføre tidlig detektering af isolationsfejl i elektriske motorer konsekvent og på de tidligste stadier.

Se fasevinkel forklaret i detektering af isolationsfejl nedenfor.

Fase 2 – Mulig periodisk motorfejl

I den anden fase af svigt i den elektriske isolering bliver forringelsen af viklingerne mere udtalt. Nedenfor er nogle af de fejlkarakteristika, de kan udvise:

• Nedbrydningen af isoleringsmaterialet øges.
• Strømmen fortsætter med at blive mere resistiv.
• Varmen stiger ved det primære punkt, hvor isoleringen svigter.
• Motoren begynder med mellemrum at udløse drevet eller strømafbryderen, men den kan fortsætte med at køre, når isoleringen er kølet af.

Der skal udføres fejlfinding for at finde årsagen til problemet. ALL-TEST Pro-instrumenter bestemmer den sande sundhedstilstand for motoren og dens komponenter.

Se fasevinkel, TVS og strømfrekvensrespons forklaret i detektering af isolationsfejl nedenfor.

Fase 3 – Katastrofalt svigt

Hvis tidligere tegn på isolationsfejl ikke er blevet opdaget eller behandlet, vil motoren sandsynligvis opleve et totalt sammenbrud. Nedenfor er nogle af de karakteristika, som viklingen ofte udviser i denne fase:

• Isoleringen bryder helt sammen, hvilket skaber en genvej mellem viklingen eller en direkte vej for strømmen fra viklingen til jorden eller motorrammen.
• Et eksplosivt brud udvikler sig ved forkastningspunktet.
• Der sker ændringer i induktans og modstand.
• Kobberspoler begynder at smelte som reaktion på for høj varme.
• Motoren udløser hele tiden drevet eller strømafbryderen ved opstart.
• Strømmen mellem lederne er til stede.

Mange elektriske målere og enheder bør fange fejl på dette stadie af motorsvigt (eller når der er en fuldstændig kortslutning til jord, hvilket indikerer et alvorligt sikkerhedsproblem). Hvis du kører motorer til de svigter, behøver du måske ikke at vide, hvad der sker med din motor, eller kende din motors helbredstilstand.

Årsager til svigt i isoleringen

Stressfaktorer som temperatur, forurenende stoffer og elektriske belastninger som vedvarende overspændinger kan let ødelægge den elektriske isolering og forårsage nedbrud. Risikoen for isoleringssvigt stiger også med tiden, da disse forskellige faktorer interagerer med hinanden og forårsager forringelse. For eksempel kan der opstå små huller eller revner i isoleringen på grund af daglig slitage. Disse revner svækker isoleringen, og de skaber også muligheder for, at fugt og kemiske forureninger kan trænge ind og nedbryde isoleringen endnu mere.

Nedenfor er nogle af de mest almindelige årsager til svigt i den elektriske isolering i en motor:

• Forurenende stoffer: Viklingens isolering svækkes på grund af kontakt med forurenende stoffer som kølevæske til værktøjsmaskiner, olie og andre kemikalier. Disse forurenende stoffer har ofte en ætsende virkning og nedbryder isoleringen over tid. Fugtige forureninger er normalt ledende, fordi de indeholder urenheder, så de mindsker modstanden, når de siver ind i isoleringen gennem små revner og porer.
• Dårlig strømkvalitet: Viklingerne kan blive overophedede på grund af problemer med strømkvaliteten, herunder ubalancerede spændings- og strømniveauer. Selv en beskeden temperaturstigning som følge af disse problemer kan skabe et termisk hotspot, der fører til et betydeligt fald i isoleringsmodstanden.
• Overbelastning: Viklingerne kan blive overophedede på grund af det høje strømtræk forårsaget af for store belastninger. Overbelastning kan også forårsage en spændingsstigning, der ødelægger isoleringen.
• Høj omgivelsestemperatur: Viklingerne kan også blive overophedede på grund af høj varme i driftsmiljøet. Især i et område med begrænset ventilation kan den varme, udstyret genererer, belaste motorens viklingsisolering for meget.
• Transiente spændinger: Transiente spændinger kan udvikles fra enten interne eller eksterne kilder og opstår ofte under opstart af motoren. Frekvensen af den transiente strøm kan være flere gange højere end den typiske strøm i viklingerne, hvilket belaster isoleringen ekstremt.

Da risikoen for isolationssvigt i en motor er relativt høj over tid, bør medarbejderne have de værktøjer og den træning, de har brug for, til at opdage tegn på isolationssvigt og håndtere dem hurtigt.

Detektering af isolationsfejl med MCA

Isolering af vikling

Analyse af motorkredsløb
(MCA™) tilfører lavspændings veksel- og jævnspænding for at træne viklingens isoleringssystem, mens motoren er strømløs. Når isoleringssystemet begynder at undergå kemiske forandringer, påvirker det spolesystemets kapacitans (C) og induktans (L). Enhver ændring i C eller L ændrer tidsforsinkelsen mellem den påtrykte spænding og den resulterende strøm og spolesystemets evne til at lagre en elektrisk ladning eller et magnetfelt. Når viklingens isolering begynder at ændre sig kemisk, vil enten Fi eller I/F eller muligvis begge dele derfor ændre sig. Hvis en af disse variabler ændrer sig, vil det ændre testværdistatistikken (TVS). En ændring i den statiske TVS fra basisværdien, der tidligere var gemt som en statisk referenceværdi (RVS) på > 3%, indikerer begyndelsen på en isolations- eller rotorfejl.

• Test value statistic: TVS er et tal, der definerer motorens tilstand på det tidspunkt, hvor testen blev udført. TVS bruger en patenteret algoritme, der er skabt ved at kombinere resultaterne af en række lavspændingstest udført på alle tre faser i et motorviklingssystem. Nøglevariablerne tages ved 5 forskellige frekvenser for at stimulere isoleringssystemet fuldt ud. Selv små ændringer i den kemiske sammensætning af viklingens isolering vil få den aktuelle TVS til at ændre sig sammenlignet med basislinjen. ATP anbefaler, at der udføres en Reference Value Static (RVS) test på en ny motor, før den installeres i systemet. Når man så overvåger motorens TVS i løbet af dens levetid, indikerer en ændring på > 3% mellem de to værdier (ny vs. aktuel TVS-måling) typisk en rotor- eller statorfejl.
• Fasevinkel: Er et mål for tidsforsinkelsen mellem den spænding, der tilføres motoren, og det resulterende strømtræk. Det er en meget følsom måling, og det er en af de første variabler, der ændrer sig, når isoleringssystemet begynder at blive nedbrudt. Fi-målingen bruges til at identificere spole-til-spole-, dreje-til-dreje- eller fase-til-fase-viklingsfejl under udvikling. Intet andet instrument kan på dette tidspunkt afgøre, om der er fejl i spole-til-spole-viklingen.
• Strømfrekvensrespons: I/F-responstesten måler strømmen gennem motorviklingerne ved en forudbestemt frekvens. En efterfølgende test måler den aktuelle respons igen ved det dobbelte af den oprindelige frekvens. I/F-responsen måler den procentvise ændring i strømmen, der forårsages af en fordobling af indgangsspændingens frekvens. En trefaset vikling i samme tilstand vil reagere ens på en ændring i frekvensen. Hvis viklingens isolering på en eller flere af lederne begynder at blive nedbrudt, ændrer det spolens evne til at lagre et magnetfelt eller en elektrisk ladning. I/F er den test, der måler et viklingssystems evne til at lagre et magnetfelt eller en elektrisk ladning, og er generelt en af de første indikatorer på nedbrydning af viklingssystemet.
• Dynamisk test: Den dynamiske test bruges til at identificere nye eller eksisterende fejl i statoren eller rotoren. Under den dynamiske test måler og gemmer testinstrumentet løbende impedansen ved forskellige rotorpositioner, mens motorakslen manuelt drejes jævnt og langsomt. Resultaterne af disse tests analyseres og vises som to elektriske signaturer, den dynamiske statorsignatur og den dynamiske rotorsignatur. Instrumentet analyserer derefter automatisk disse signaturer og producerer en “god”, “advarsel” eller “dårlig” status for at indikere statorens eller rotorens tilstand.
• Spredningsfaktor (DF): Groundwall-isoleringssystemet danner en naturlig kondensator mellem lederne i motorspolerne og motorrammen. En kondensator lagrer en elektrisk ladning, når en vekselstrømsspænding tilføres en kondensator, flyder en del af strømmen over det dielektriske materiale og er den resistive strøm (_Ir), og resten af strømmen er den strøm, der er lagret. Den lagrede strøm kaldes kapacitiv strøm (_Ic). På det nye isoleringssystem er_Ir < 5% af_Ic . DF er forholdet mellem_{Ir og} Ic. Når isoleringsmaterialet ældes, bliver det mindre kapacitivt og mere resistivt, hvilket får DF til at stige.
• Kapacitans til jord (CTG): Da grundvæggens isoleringssystem danner en naturlig kapacitans med rammen, vil der være en målbar værdi, som bør forblive den samme i hele motorens levetid. Indtrængen af fugt eller andre forureninger får effektivt den dielektriske konstant til at ændre sig. Det får som regel CTG-værdien til at stige. Men hvis isoleringen i grundmuren begynder at falde termisk, vil det få CTG til at falde.

Sammenfatning: Kombinationen af DF- og CTG-målingerne giver en bedre indikation af grundvægsisoleringens generelle tilstand end IRG-målingerne alene. En standard IRG-test vil kun opdage jordfejl på den svageste del af viklingens isolering. DF- og CTC-tests giver en komplet vurdering af hele isoleringssystemet ved hjælp af AC-lavspændingstestmetoder. Ved at kombinere disse to tests med en IRG-test får du den mest nøjagtige tilstand af din motors isolationssystem til jord.

Traditionelle testmetoder

Isolationsmodstand til jord (IRG)
– Dette er en sikkerhedstest og bruges ikke til at bestemme den faktiske tilstand af en elektrisk motor.

Test af isolationsmodstand mod jord er de mest almindelige elektriske test, der udføres inden for det elektriske område. Hovedformålet med disse målinger er “sikkerhed”. Når der er en strømvej fra den strømførende vikling til maskinens kabinet eller jord, er det muligt, at en udsat del af motoren kan blive strømførende med den fulde spænding, der er tilført viklingen. Hvis der løber tilstrækkelig strøm til jorden, vil det desuden skabe lokal opvarmning, der kan resultere i skader på anlæg og personale. Før der sættes strøm til et nyinstalleret elektrisk system, skal der udføres en IRG-test for at sikre, at motoren er “sikker” at sætte strøm til. IRG-testen tilfører en jævnspænding til motorledningerne og måler strømflowet til jord. Da strømmen tager den vej, hvor der er mindst modstand, identificerer denne test de svageste punkter i grundmursisoleringen, men den giver ikke nogen indikation af grundmursisoleringens generelle tilstand.

Beskyt mod isolationsfejl med udstyr fra ALL-TEST Pro

ALL-TEST Pro pålidelig motor testprodukter giver din virksomhed de nødvendige værktøjer til at evaluere den elektriske ydeevne og løse mindre problemer hurtigt, før de vokser til mere tidskrævende og arbejdskrævende problemer.

Hvorfor teste motorer
? En velholdt, højtydende motor er nøglen til at holde din virksomhed kørende effektivt, minimere nedetid og øge produktivitet og overskud. ALL-TEST Pro kan give din virksomhed netop det. Vores test-, fejlfindings- og forebyggende vedligeholdelsesprogrammer holder dine motorer kørende og giver høj værdi for din virksomhed.

Anmod om et tilbud
i dag, eller
kontakt os
for at høre mere om, hvordan vores produkter giver hurtig og præcis motortest – når som helst og hvor som helst.