इलेक्ट्रिक मोटर्स पर ध्रुवीकरण सूचकांक परीक्षण अब आधुनिक तरीकों से आगे निकल गया है

इलेक्ट्रिक मोटर परीक्षण के संबंध में, ध्रुवीकरण सूचकांक (पीआई) एक माप है कि समय के साथ इन्सुलेशन सिस्टम प्रतिरोध में कितना सुधार (या गिरावट) होता है।

जबकि पीआई टेस्ट को मोटर के इन्सुलेशन की स्थिति का मूल्यांकन करते समय प्राथमिक परीक्षण माना गया है, इसकी प्रक्रिया नई परीक्षण विधियों की तुलना में पुरानी हो गई है जो मोटर के समग्र स्वास्थ्य का अधिक व्यापक नैदानिक ​​मूल्यांकन प्रदान करती है।

यह आलेख मोटर की इन्सुलेशन प्रणाली की व्यावहारिक समझ, ध्रुवीकरण सूचकांक परीक्षण की बुनियादी समझ प्रदान करता है, और कैसे आधुनिक मोटर परीक्षण विधियां कम समय में अधिक व्यापक परिणाम प्रदान करती हैं।

ध्रुवीकरण सूचकांक (पीआई)

ध्रुवीकरण सूचकांक (पीआई) परीक्षण 1800 के दशक में विकसित एक मानक इलेक्ट्रिक मोटर परीक्षण विधि है जो मोटर के वाइंडिंग इन्सुलेशन के स्वास्थ्य को निर्धारित करने का प्रयास करती है।

जबकि पीआई परीक्षण आमतौर पर 1970 के दशक से पहले स्थापित ग्राउंड वॉल इंसुलेशन (जीडब्ल्यूआई) सिस्टम के बारे में जानकारी प्रदान करता है, यह आधुनिक मोटरों में वाइंडिंग इंसुलेशन की सटीक स्थिति प्रदान करने में विफल रहता है।

पीआई परीक्षण में विद्युत चार्ज को संग्रहीत करने के लिए जीडब्ल्यूआई प्रणाली की प्रभावशीलता को मापने के लिए मोटर की वाइंडिंग में डीसी वोल्टेज (आमतौर पर 500V – 1000V) लागू करना शामिल है।

चूंकि GWI प्रणाली मोटर वाइंडिंग और मोटर फ्रेम के बीच एक प्राकृतिक कैपेसिटेंस बनाती है, इसलिए लागू डीसी वोल्टेज किसी भी कैपेसिटर के समान विद्युत चार्ज के रूप में संग्रहीत किया जाएगा।

जैसे ही संधारित्र पूरी तरह से चार्ज हो जाता है, करंट तब तक कम हो जाएगा जब तक कि अंतिम लीकेज करंट न रह जाए, जो जमीन पर इन्सुलेशन द्वारा प्रदान किए जाने वाले प्रतिरोध की मात्रा निर्धारित करता है।

नई, स्वच्छ इन्सुलेशन प्रणालियों में, जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनों का भंडारण किया जा रहा है, ध्रुवीकरण धारा समय के साथ लघुगणकीय रूप से कम होती जाती है। ध्रुवीकरण सूचकांक (पीआई) 1 और 10 मिनट के अंतराल पर लिए गए इन्सुलेशन प्रतिरोध और जमीन (आईआरजी) मान का अनुपात है।

पीआई = 10 मिनट आईआरजी/1 मिनट आईआरजी

1970 के दशक से पहले स्थापित इन्सुलेशन प्रणालियों पर, पीआई परीक्षण तब होता है जब ढांकता हुआ सामग्री का ध्रुवीकरण किया जा रहा होता है।

यदि ग्राउंड वॉल इंसुलेशन (जीडब्ल्यूआई) ख़राब होना शुरू हो जाता है, तो इसमें एक रासायनिक परिवर्तन होता है, जिससे ढांकता हुआ पदार्थ अधिक प्रतिरोधी और कम कैपेसिटिव हो जाता है, ढांकता हुआ स्थिरांक कम हो जाता है और विद्युत चार्ज को संग्रहीत करने के लिए इन्सुलेशन प्रणाली की क्षमता कम हो जाती है। इससे ध्रुवीकरण धारा अधिक रैखिक हो जाती है क्योंकि यह उस सीमा तक पहुंचती है जहां रिसाव धारा प्रबल होती है।

हालाँकि, 1970 के दशक के बाद नई इन्सुलेशन प्रणाली पर, विभिन्न कारणों से ढांकता हुआ सामग्री का संपूर्ण ध्रुवीकरण एक मिनट से भी कम समय में होता है, और आईआरजी रीडिंग 5,000 मेगा-ओम से ऊपर होती है। ग्राउंड वॉल इंडिकेशन की स्थिति के संकेत के रूप में गणना की गई पीआई सार्थक नहीं हो सकती है।

इसके अतिरिक्त, चूंकि यह परीक्षण वाइंडिंग और मोटर फ्रेम के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनाता है, इसलिए यह वाइंडिंग इन्सुलेशन सिस्टम की स्थिति का बहुत कम संकेत प्रदान करता है। चरण कोण और वर्तमान आवृत्ति प्रतिक्रिया के एमसीए माप के उपयोग के माध्यम से इस प्रकार के दोषों का सबसे अच्छा संकेत।

इन्सुलेशन सामग्री

इलेक्ट्रिक मोटरों में, इन्सुलेशन वह सामग्री है जो इलेक्ट्रॉनों के मुक्त प्रवाह का विरोध करती है, वर्तमान को वांछित पथ के माध्यम से निर्देशित करती है और इसे अन्यत्र भागने से रोकती है।

सिद्धांत रूप में, इन्सुलेशन को सभी वर्तमान प्रवाह को अवरुद्ध करना चाहिए, लेकिन यहां तक ​​​​कि सबसे अच्छी इन्सुलेशन सामग्री भी थोड़ी मात्रा में वर्तमान को पारित करने की अनुमति देती है। इस अतिरिक्त धारा को सामान्यतः लीकेज धारा कहा जाता है।

जबकि यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि मोटरों का जीवनकाल 20 साल का होता है, विद्युत मोटरों के समय से पहले खराब होने का मुख्य कारण इंसुलेटिंग सिस्टम की विफलता है।

जब इन्सुलेशन इसकी रासायनिक संरचना में परिवर्तन के कारण अधिक प्रवाहकीय हो जाता है तो इन्सुलेशन प्रणाली ख़राब होने लगती है। धीरे-धीरे उपयोग और/या अन्य क्षति के कारण इन्सुलेशन की रासायनिक संरचना समय के साथ बदलती रहती है। लीकेज करंट प्रतिरोधक होता है और गर्मी पैदा करता है जिसके परिणामस्वरूप इन्सुलेशन का अतिरिक्त और अधिक तेजी से क्षरण होता है।

ध्यान दें : अधिकांश एनामेल्ड तारों को रेटेड तापमान (105 से 240 डिग्री सेल्सियस) पर 20,000 घंटे की सेवा जीवन की गारंटी देने के लिए इंजीनियर किया गया है।

इन्सुलेशन सिस्टम

कॉइल वाले मोटर्स और अन्य विद्युत उपकरणों में 2 अलग और स्वतंत्र इंसुलेटिंग सिस्टम होते हैं।

1. ग्राउंड वॉल इंसुलेशन सिस्टम कॉइल को मोटर के फ्रेम से अलग करता है, जिससे वाइंडिंग्स को आपूर्ति किए गए वोल्टेज को स्टेटर कोर या मोटर फ्रेम के किसी भी हिस्से में जाने से रोका जाता है। ग्राउंड वॉल इंसुलेशन सिस्टम के टूटने को ग्राउंड फॉल्ट कहा जाता है और यह सुरक्षा के लिए खतरा पैदा करता है।
2. वाइंडिंग इंसुलेशन सिस्टम इनेमल की परतें हैं जो प्रवाहकीय तार को घेरती हैं जो स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए पूरे कॉइल को करंट प्रदान करती हैं। वाइंडिंग इंसुलेशन सिस्टम के टूटने को वाइंडिंग शॉर्ट कहा जाता है और यह कॉइल के चुंबकीय क्षेत्र को कमजोर करता है।

चित्र 1: 2 अलग इन्सुलेशन प्रणाली

जमीन पर इन्सुलेशन प्रतिरोध (आईआरजी)

मोटरों पर किया जाने वाला सबसे आम विद्युत परीक्षण जमीन पर इन्सुलेशन प्रतिरोध (आईआरजी) परीक्षण या “स्पॉट टेस्ट” है।

मोटर वाइंडिंग पर डीसी वोल्टेज लागू करके, यह परीक्षण ग्राउंड वॉल इन्सुलेशन द्वारा मोटर फ्रेम पर प्रस्तुत न्यूनतम प्रतिरोध के बिंदु को निर्धारित करता है।

समाई

फैराड में मापी गई कैपेसिटेंस (सी) को विद्युत आवेश को संग्रहित करने की प्रणाली की क्षमता के रूप में परिभाषित किया गया है। मोटर की धारिता स्थापित करना समीकरण का उपयोग करके पाया जाता है: 1 फैराड = कूलम्ब (क्यू) में संग्रहीत चार्ज की मात्रा को आपूर्ति वोल्टेज से विभाजित किया जाता है।

उदाहरण: यदि लागू वोल्टेज 12V बैटरी है और संधारित्र .04 कूलम्ब चार्ज संग्रहीत करता है तो इसकी धारिता .0033 फैराड या 3.33 एमएफ होगी। एक कूलम्ब आवेश लगभग 6.24 x 10 ¹⁸ इलेक्ट्रॉन या प्रोटॉन होता है। एक 3.33 एमएफ कैपेसिटर पूरी तरह चार्ज होने पर लगभग 2.08 X 10 ¹⁶ इलेक्ट्रॉन संग्रहीत करेगा।

प्रवाहकीय प्लेटों के बीच एक ढांकता हुआ पदार्थ रखकर धारिता बनाई जाती है। मोटरों में, ग्राउंड वॉल इंसुलेशन सिस्टम मोटर वाइंडिंग और मोटर फ्रेम के बीच एक प्राकृतिक कैपेसिटेंस बनाते हैं। घुमावदार कंडक्टर एक प्लेट बनाते हैं और मोटर फ्रेम दूसरी प्लेट बनाते हैं, जिससे जमीन की दीवार इन्सुलेशन ढांकता हुआ सामग्री बन जाती है।

धारिता की मात्रा इस पर निर्भर करती है:

1. प्लेटों का मापा सतह क्षेत्र – कैपेसिटेंस प्लेटों के क्षेत्र के सीधे आनुपातिक है।
2. प्लेटों के बीच की दूरी – कैपेसिटेंस प्लेटों के बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
3. ढांकता हुआ स्थिरांक – धारिता सीधे ढांकता हुआ स्थिरांक के समानुपाती होती है।

ग्राउंड कैपेसिटेंस (सीटीजी)

कैपेसिटेंस-टू-ग्राउंड (सीटीजी) माप मोटर की वाइंडिंग और केबल की सफाई का संकेत है।

क्योंकि ग्राउंड वॉल इंसुलेशन (जीडब्ल्यूआई) और वाइंडिंग इंसुलेशन सिस्टम जमीन पर एक प्राकृतिक क्षमता बनाते हैं, मोटर नई और साफ होने पर प्रत्येक मोटर में एक अद्वितीय सीटीजी होगा।

यदि मोटर वाइंडिंग या GWI दूषित हो जाती है, या मोटर में नमी आ जाती है, तो CTG बढ़ जाएगा। हालाँकि, यदि GWI या वाइंडिंग इन्सुलेशन थर्मल गिरावट से गुजरता है, तो इन्सुलेशन अधिक प्रतिरोध और कम कैपेसिटिव हो जाएगा जिससे CTG कम हो जाएगा।

ढांकता हुआ सामग्री

एक ढांकता हुआ पदार्थ बिजली का कुचालक होता है लेकिन इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र का समर्थन करता है। इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉन ढांकता हुआ सामग्री और सकारात्मक और नकारात्मक अणुओं की जोड़ी में प्रवेश नहीं करते हैं, जिससे द्विध्रुव (दूरी से अलग किए गए विपरीत चार्ज अणुओं के जोड़े) बनते हैं और ध्रुवीकरण होता है (द्विध्रुव का सकारात्मक पक्ष नकारात्मक क्षमता और नकारात्मक चार्ज की ओर संरेखित होगा) नकारात्मक क्षमता की ओर संरेखित होगा)।

ढांकता हुआ स्थिरांक (के)

एक ढांकता हुआ स्थिरांक (K) एक निर्वात के सापेक्ष द्विध्रुव बनाकर विद्युत आवेश को संग्रहीत करने की एक ढांकता हुआ सामग्री की क्षमता का एक माप है, जिसका K 1 है।

इन्सुलेशन सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक सामग्री बनाने के लिए संयुक्त अणुओं की रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है।

ढांकता हुआ सामग्री का K सामग्री के घनत्व, तापमान, नमी की मात्रा और इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की आवृत्ति से प्रभावित होता है।

ढांकता हुआ नुकसान

ढांकता हुआ सामग्रियों का एक महत्वपूर्ण गुण इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र का समर्थन करने की क्षमता है, जबकि गर्मी के रूप में न्यूनतम ऊर्जा को नष्ट करना, जिसे ढांकता हुआ हानि के रूप में जाना जाता है।

ढांकता हुआ टूटना

जब किसी ढांकता हुआ पदार्थ पर वोल्टेज बहुत अधिक हो जाता है, जिससे इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बहुत तीव्र हो जाता है, तो ढांकता हुआ पदार्थ बिजली का संचालन करेगा और इसे ढांकता हुआ ब्रेकडाउन कहा जाता है। ठोस ढांकता हुआ पदार्थों में, यह टूटना स्थायी हो सकता है।

जब ढांकता हुआ टूटना होता है, तो ढांकता हुआ पदार्थ अपनी रासायनिक संरचना में परिवर्तन से गुजरता है और इसके परिणामस्वरूप ढांकता हुआ स्थिरांक में परिवर्तन होता है।

संधारित्र को चार्ज करने में प्रयुक्त धाराएँ

कई दशक पहले, विद्युत चार्ज को संग्रहीत करने के लिए इन्सुलेशन प्रणाली की क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए ध्रुवीकरण सूचकांक परीक्षण (पीआई) पेश किया गया था। चूंकि ऊपर वर्णित अनुसार, एक संधारित्र को चार्ज करने में अनिवार्य रूप से तीन अलग-अलग धाराएं शामिल होती हैं।

1. चार्जिंग करंट – प्लेटों पर जमा होने वाला करंट प्लेटों के क्षेत्रफल और उनके बीच की दूरी पर निर्भर करता है। चार्जिंग करंट आमतौर पर समाप्त हो जाता है< 1 मिनट से भी ज्यादा. इन्सुलेशन सामग्री की स्थिति की परवाह किए बिना चार्जिंग की मात्रा समान होगी।
2. ध्रुवीकरण धारा – ढांकता हुआ सामग्री को ध्रुवीकृत करने के लिए आवश्यक धारा, या ढांकता हुआ सामग्री को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में रखकर बनाए गए डिप्लो को संरेखित करने के लिए आवश्यक धारा। आमतौर पर मोटरों (1970 से पहले) में स्थापित इन्सुलेशन सिस्टम के साथ जब ध्रुवीकरण सूचकांक परीक्षण विकसित किया गया था तो एक नए, स्वच्छ इन्सुलेशन सिस्टम का नाममात्र मूल्य 100 मेगाओम (10 ⁶ ) रेंज में होगा और आमतौर पर 30 मिनट से अधिक की आवश्यकता होगी और कुछ मामलों में इसे पूरा करने में कई घंटे लग जाते हैं। हालाँकि, एक नए इंसुलेशन सिस्टम (1970 के बाद) के साथ एक नए, स्वच्छ इंसुलेशन सिस्टम का नाममात्र मूल्य गीगा-ओम से टेरा-ओम (10 ⁹ , 10 ¹² ) में होगा और आमतौर पर चार्जिंग करंट पूरी तरह से खत्म होने से पहले पूरी तरह से ध्रुवीकृत हो जाता है। .
3. लीकेज करंट – वह करंट जो इन्सुलेशन सामग्री में प्रवाहित होता है और गर्मी को नष्ट कर देता है।

आवेशित धारा

एक अनावेशित संधारित्र में प्लेटें होती हैं जो समान संख्या में धनात्मक और ऋणात्मक आवेशों को साझा करती हैं।

बिना चार्ज किए गए कैपेसिटर की प्लेटों पर डीसी स्रोत लगाने से बैटरी के नकारात्मक पक्ष से इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होंगे और बैटरी के नकारात्मक पोस्ट से जुड़ी प्लेट पर जमा हो जाएंगे।

इससे इस प्लेट पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकता पैदा हो जाएगी।

बैटरी के सकारात्मक पोस्ट से जुड़ी प्लेट से इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होंगे और नकारात्मक प्लेट पर जमा होने वाले इलेक्ट्रॉनों को प्रतिस्थापित करने के लिए बैटरी में प्रवाहित होंगे। करंट प्रवाहित होता रहेगा जब तक कि सकारात्मक प्लेट पर वोल्टेज बैटरी के सकारात्मक पक्ष के समान न हो जाए और नकारात्मक प्लेट पर वोल्टेज बैटरी के नकारात्मक पक्ष की क्षमता को प्राप्त न कर ले।

बैटरी से प्लेटों में विस्थापित इलेक्ट्रॉनों की संख्या प्लेटों के क्षेत्रफल और उनके बीच की दूरी पर निर्भर करती है।

इस करंट को चार्जिंग करंट कहा जाता है, जो ऊर्जा की खपत नहीं करता है और संधारित्र में संग्रहीत होता है। ये संग्रहीत इलेक्ट्रॉन प्लेटों के बीच एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र बनाते हैं।

ध्रुवीकरण धारा

संधारित्र में प्लेटों के बीच ढांकता हुआ पदार्थ रखने से निर्वात में प्लेटों के बीच की दूरी के सापेक्ष संधारित्र की धारिता बढ़ जाती है।

जब एक ढांकता हुआ पदार्थ को इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र में रखा जाता है, तो नवगठित द्विध्रुव ध्रुवीकृत हो जाएगा, और द्विध्रुव का नकारात्मक सिरा सकारात्मक प्लेट के साथ संरेखित हो जाएगा और द्विध्रुव का सकारात्मक सिरा नकारात्मक प्लेट की ओर संरेखित हो जाएगा। इसे ध्रुवीकरण कहा जाता है।

किसी ढांकता हुआ पदार्थ का ढांकता हुआ स्थिरांक जितना अधिक होता है, उतनी अधिक संख्या में इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है, जिससे सर्किट की धारिता बढ़ जाती है।

लीकेज करंट

विद्युत धारा की वह छोटी मात्रा जो ढांकता हुआ सामग्री में अपने इन्सुलेशन गुणों को बनाए रखते हुए प्रवाहित होती है, उसे प्रभावी प्रतिरोध कहा जाता है। यह ढांकता हुआ ताकत से अलग है जिसे अधिकतम वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया गया है जिसे कोई सामग्री बिना किसी असफलता के झेल सकती है।

जैसे-जैसे एक इन्सुलेशन सामग्री ख़राब होती है, यह अधिक प्रतिरोधी और कम कैपेसिटिव हो जाती है, जिससे लीकेज करंट बढ़ जाता है और ढांकता हुआ स्थिरांक कम हो जाता है। लीकेज करंट गर्मी पैदा करता है और इसे ढांकता हुआ नुकसान माना जाता है।

अपव्यय कारक

एक वैकल्पिक परीक्षण तकनीक है जो ग्राउंडवॉल इन्सुलेशन (जीडब्ल्यूआई) प्रणाली का अभ्यास करने के लिए एसी सिग्नल का उपयोग करती है। जैसा कि ऊपर बताया गया है कि GWI का परीक्षण करने के लिए DC सिग्नल का उपयोग करने पर 3 अलग-अलग धाराओं का सामना करना पड़ता है, हालाँकि, उपकरण समय के अलावा अन्य धाराओं में अंतर करने में असमर्थ है। हालाँकि, GWI का परीक्षण करने के लिए AC सिग्नल लगाने से संग्रहित धाराओं (चार्जिंग करंट, ध्रुवीकरण करंट) को प्रतिरोधक करंट (लीकेज करंट) से अलग करना संभव है।

चूँकि चार्जिंग और ध्रुवीकरण धाराएँ दोनों संग्रहित धाराएँ हैं और विरोधी ½ चक्र पर वापस आ जाती हैं, धारा वोल्टेज को 90° तक ले जाती है, जबकि लीकेज धारा जो एक प्रतिरोधक धारा है जो गर्मी को नष्ट कर देती है और धारा चरण में होती है एप्लाइड वोल्टेज। अपव्यय कारक (DF) केवल कैपेसिटिव करंट (I _C ) और प्रतिरोधक करंट (I _R ) का अनुपात है।

डीएफ = आई _सी / आई _आर

साफ, नए इन्सुलेशन पर आम तौर पर आई _आर होता है< I _C का 5%, यदि इन्सुलेशन सामग्री दूषित हो जाती है या थर्मल रूप से ख़राब हो जाती है तो या तो I _C कम हो जाता है या I _R बढ़ जाता है। किसी भी स्थिति में डीएफ बढ़ेगा।

सारांश

1800 के दशक के दौरान, ध्रुवीकरण सूचकांक परीक्षण मोटर की समग्र स्थिति निर्धारित करने का एक प्रभावी तरीका था। हालाँकि, आधुनिक इन्सुलेशन प्रणालियों के साथ यह कम प्रभावी हो गया है।

जबकि पीआई परीक्षण समय लेने वाला (15+ मिनट) है और यह निर्धारित करने में असमर्थ है कि गलती वाइंडिंग या ग्राउंडवॉल इन्सुलेशन में है या नहीं, आधुनिक प्रौद्योगिकियां, जैसे मोटर सर्किट विश्लेषण (एमसीए ^टीएम ), 3 मिनट से कम समय में पूरे किए गए परीक्षणों के साथ कनेक्शन समस्याओं, टर्न-टू-टर्न, कॉइल-टू-कॉइल और चरण-दर-चरण विकासशील वाइंडिंग दोषों की बहुत प्रारंभिक चरण में पहचान करें।

अन्य प्रौद्योगिकियां, जैसे डीएफ, सीटीजी और आईआरजी, न्यूनतम समय में पूरे किए गए परीक्षणों में ग्राउंडवॉल इन्सुलेशन प्रणाली की स्थिति भी प्रदान करती हैं।

एमसीए ^टीएम , डीएफ, सीटीजी और आईआरजी जैसी नई तकनीकों के संयोजन से, आधुनिक इलेक्ट्रिक मोटर परीक्षण विधियां पहले से कहीं अधिक त्वरित और आसान तरीके से संपूर्ण मोटर के इन्सुलेशन सिस्टम का अधिक व्यापक और गहन मूल्यांकन प्रदान करती हैं।