電気絶縁の不具合

電気絶縁は、電流を必要な経路に導き、必要でないところに流れないようにするために使用されます。 電気モーターの性能と長寿命化には、適切な電気絶縁が不可欠です。 絶縁破壊は、電動機の故障の原因として最も多いものの1つです。 例えば、発電機では。
失敗の56%は
は、電気絶縁の損傷に起因するものです。

断熱システム

モーターには2つの絶縁システムがある。 その一つが、コイルをモーターのフレームやケーシングから分離するグランドウォール絶縁方式です。 2つ目の絶縁方式は、モーターの巻線を作るために巻かれた導体を分離する巻線絶縁方式です。 研究によると、ステーターの電気障害の約80%は巻線の絶縁体で発生し、コイルとモーターフレームの間で発生したり、アースと直接ショートしたりするのは約20%に過ぎないことが分かっています。

絶縁不良とは何ですか？

電気絶縁不良は、モーター内の絶縁体が経年劣化やその他の理由で劣化し始めることで発生します。 経年劣化や過熱は絶縁体の化学変化を引き起こし、絶縁体の導電性を高め、電流が導体間やモータのフレームに流れるのを防ぐ効果が低下します。 特に地中壁断熱システムにおける断熱材の故障の中には、水分の侵入や汚染、その他異常な固有事象によって瞬間的に発生するものがあります。 これらの事象は、絶縁体のボイドやその他の弱点を攻撃し、早期破壊につながる。 巻線絶縁システムの故障は、徐々に顕在化し、時間の経過とともに劣化していきます。

一般的な絶縁不良の原因には、次のようなものがあります。

• オーバーヒート
• 巻線汚染
• 過大な電流が流れる
• 電力品質が悪い
• 高調波歪み。

このガイドでは、電気絶縁劣化の各段階を説明し、モーター機器の絶縁変化を積極的に追跡できるようにします。

電気絶縁不良の3つのステージ

絶縁破壊の多くは、3つの段階を経て、ゆっくりと着実に進行していきます。

ステージ1 – 早期発見に最適なステージ

電気絶縁破壊の第一段階では、導体間の絶縁体にストレスがかかり、化学的な変化が始まります。 絶縁体が化学的に変化し、導電体になり始める。 絶縁強度と静電容量が低下し始める。 絶縁体が炭化し始め、電流がより抵抗的になり、容量性が低下する可能性があります。 地中壁の断熱材が変化すると、断熱抵抗が減少し、放熱係数が増加します。 巻線の絶縁体が化学変化を起こすと、位相角(Fi)や電流の周波数特性が変化します。

この絶縁破壊の段階で故障を特定することは、プラントの電気系統を確実に「世界最高水準」で稼働させるために非常に重要です。 この段階では、導体間に望ましくない電流が流れることはまだありませんが、流れ始めるリスクは高いです。 幸い、早期発見による
巻き上げ
とか、ちゃんと係わる
モーターテスト
は非常に有益です。 電気モーターの絶縁不良を早期に発見することで、劣化が比較的軽微なうちに対処することができ、時間とコストを節約し、致命的な故障を防ぐことができます。

ALL-TEST Proは、電動機の絶縁不良を安定して早期発見できる世界で唯一の測定器です。

以下の絶縁不良の検出で説明する位相角を参照してください。

ステージ2-断続的なモーター故障の可能性

電気絶縁破壊の第2段階になると、巻線の劣化が顕著になります。 以下は、それらが示す可能性のある故障の特徴です。

• 断熱材の劣化が進む。
• 電流は抵抗が大きくなり続けます。
• 断熱材が破損する主要なポイントでは熱が上昇する。
• モーターは、絶縁体が冷えると運転を続けることがありますが、断続的にドライブやサーキットブレーカーをトリップするようになります。

問題の原因を特定するためには、トラブルシューティングを行う必要があります。ALL-TESTプロ測定器は、モーターとそのコンポーネントの真の健康状態を判定します。

以下の絶縁不良の検出で説明した位相角、TVS、電流周波数応答を参照してください。

ステージ3 – 破局的故障

絶縁不良の前兆が発見されなかったり、対処されなかったりすると、モーターが完全に壊れてしまう可能性が高いです。 以下は、この段階で巻きがよく見せる特徴です。

• 絶縁が完全に破壊され、巻線間のショートカットや巻線からアースやモーターフレームへの電流の直接経路ができる。
• 断層点では爆発的な破裂が発生する。
• インダクタンスと抵抗の変化が起こる。
• 銅のコイルは、過度の熱に反応して溶け始めます。
• 起動時にモータがドライブまたはサーキットブレーカをトリップし続ける。
• 導体間の電流の流れがある。

多くの電気メーターや装置は、モーターの故障のこの段階（あるいは、重大な安全問題を示す完全な接地ショート）で故障を検出するはずです。 モーターを故障するまで動かすのであれば、モーターに何が起こっているのか、モーターの健康状態を知る必要はないかもしれません。

絶縁不良の原因

温度や汚染物質などのストレスや、過電圧が続くなどの電気的ストレスは、電気絶縁を容易に破壊し、故障の原因になります。 また、これらの様々な要因が相互に影響し合って劣化するため、絶縁不良のリスクは時間の経過とともに高まります。 例えば、日常的な摩耗によって、断熱材に小さなピンホールやクラックが発生することがあります。 その結果、断熱材は弱くなり、湿気や化学物質が侵入し、断熱材をさらに劣化させることになります。

以下は、モーターの電気絶縁不良の代表的な原因です。

• 汚染物質。 工作機械のクーラントやオイルなどの化学物質と接触することで、巻線の絶縁が弱くなる。 これらの汚染物質は、しばしば腐食作用があり、時間の経過とともに絶縁体を破壊する。 水分の多い汚染物質は、不純物を含むため通常導電性であり、小さなクラックや孔から絶縁体に染み込むと抵抗が低下します。
• 電力品質が悪い。電圧や電流のバランスが悪いなど、電力品質の問題で巻線が過熱することがあります。 このような問題から、わずかな温度上昇でも熱的ホットスポットが発生し、絶縁抵抗の大幅な低下につながることがあります。
• 過負荷がかかる。 過負荷による大電流が流れるため、巻線が過熱する場合があります。 また、過負荷は電圧サージを引き起こし、絶縁体を破裂させることがあります。
• 周囲の温度が高い。使用環境が高温のため、巻線が過熱することもあります。 特に換気の悪い場所では、機器が発する熱によってモーターの巻線絶縁に過度のストレスがかかることがあります。
• 過渡電圧。過渡電圧は、内部または外部ソースから発生する可能性があり、モータの始動時によく発生します。 過渡電流の周波数は、巻線に流れる一般的な電流の数倍にもなり、絶縁体に極度のストレスを与える。

モーターの絶縁破壊のリスクは長期的に比較的高いため、従業員は絶縁破壊の兆候を検知し、迅速に対処するために必要なツールやトレーニングを受ける必要があります。

MCAで絶縁不良を検知する

巻線絶縁

モーター回路解析
(MCA™)は、モータを非通電状態にして、低電圧のACおよびDC電圧を印加し、巻線の絶縁システムを運動させます。 絶縁システムが化学変化を起こし始めると、コイルシステムの静電容量（C）、インダクタンス（L）に影響を与えます。 CまたはLを変化させると、印加電圧とその結果生じる電流との間の時間遅れが変化し、コイルシステムが電荷または磁場を蓄積する能力が変化する。 したがって、巻線の絶縁が化学的に変化し始めると、FiかI/Fのどちらか、あるいは両方が変化する可能性があります。 これらの変数のどちらかが変化すると、テスト値統計量（TVS）が変化します。 TVS静止画が基準値静止画（RVS）として保存されていた基準値から変化し、> 3%になった場合、絶縁体やローターの故障が始まっていることを示します。

• テスト値統計：TVSは、テスト実施時のモーターの状態を定義する数値です。 TVSは、モーター巻線システムの3相すべてで実施された一連の低電圧テストの結果を組み合わせて作成された、特許取得済みの独自のアルゴリズムを使用しています。 断熱材を十分に加振するために、5つの異なる周波数で主要な変数を測定しています。 巻線の絶縁体の化学的な構成が少しでも変化すると、ベースラインと比較して現在のTVSが変化する。 ATPでは、新品のモーターで、システムに取り付ける前に、基準値静電気（RVS）テストを受けることを推奨しています。 そして、モータの寿命の間にTVSを監視する場合、2つの値（新しいTVSと現在のTVSの読み取り値）の間に> 3％の変化があれば、通常、ロータまたはステータの故障を示します。
• 位相角。モータに印加される電圧とその結果生じる電流の時間的な遅れを示す指標です。 これは非常に感度の高い測定で、断熱システムの劣化が始まると最初に変化する変数の一つです。 Fi測定は、コイル間、ターン間、位相間の巻線故障の発生を特定するために使用されます。 この段階で、コイルからコイルへの巻線故障の発生を判断できる機器は他にはない。
• 電流周波数応答。I/F応答試験では、あらかじめ決められた周波数でモーター巻線に流れる電流を測定します。 その後、最初の周波数の2倍の周波数で再び現在の応答を測定します。 I/F応答は、入力電圧の周波数を2倍にしたときに生じる電流の変化率を測定します。 同じ状態の三相巻線は、周波数が変わっても同じように反応します。 導体の1本または複数本の巻線絶縁が劣化し始めると、コイルの磁界や電荷を蓄える能力が変化する。 I/Fは、巻線システムの磁場や電荷を蓄える能力を測定する試験で、一般に巻線システムの劣化を示す最初の指標の一つである。
• ダイナミック・テスト動的試験は、ステータやロータに発生しつつある故障や既存の故障を特定するために使用されます。 動的試験では、モーターシャフトを手動で滑らかにゆっくりと回転させながら、試験機が異なるローター位置でのインピーダンスを継続的に測定し、保存します。 これらのテスト結果は、ダイナミックステーターシグネチャーとダイナミックローターシグネチャーという2つの電気的シグネチャーとして解析・表示されます。 そして、これらのシグネチャーを自動的に解析し、ステーターやローターの状態を示す「良」「警告」「不良」のステータスを表示します。
• Dissipation Factor (DF)。グランドウォール絶縁システムは、モーターコイルの導体とモーターフレームとの間に天然のコンデンサを形成します。 コンデンサは電荷を蓄えるもので、コンデンサに交流電圧を加えると、電流の一部が誘電体を流れて抵抗電流（_Ir）となり、残りの電流が蓄えられた電流となる。 蓄積された電流は容量性電流（_Ic）と呼ばれる。 新しい断熱システムでは、_IrはIcの< 5%である_。 DFは_{Ir /}Icの比である。 絶縁材が古くなると容量が減り、抵抗が増えるため、DFが大きくなる。
• 対地静電容量（CTG）。 グランドウォール絶縁システムはフレームと自然な静電容量を形成するため、測定可能な値があり、これはモータの寿命を通じて同じであるべきです。 水分の侵入やその他の汚染は、効果的に誘電率を変化させます。 これにより、一般的にCTG値は上昇する。 しかし、グランドウォールの断熱材が熱的にグレードアップし始めると、CTGが下がる原因になります。

まとめ：DFとCTGの測定を組み合わせることで、IRGの測定だけよりも、地上壁の断熱材の全体的な状態を把握することができます。 標準的なIRGテストでは、巻線の絶縁の最も弱い部分の地絡故障しか検出できません。 DF試験とCTC試験は、AC低電圧試験法を用いて絶縁システム全体を完全に評価します。 これら2つのテストとIRGテストを組み合わせることで、モーターの絶縁システムの対地状態を最も正確に知ることができます。

従来のテスト方法

絶縁耐力（IRG)
– このテストは安全テストであり、電気モーターの実際の状態を判断するために使用されるものではありません。

対地絶縁抵抗試験は、電気分野で実施される最も一般的な電気試験である。 これらの測定の主な目的は「安全性」です。 通電した巻線から機械のケーシングやアースへ電流が流れる経路がある場合、巻線にかかる全電圧にモータの露出部分が通電する可能性がある。 さらに、十分な電流が地面に流れると、局所的な発熱が起こり、プラントや人へのダメージにつながる可能性があります。 新しく設置された電気システムに通電する前に、IRGテストを実施し、モーターが通電しても「安全」であることを確認する必要があります。 IRGテストは、モーターのリード線に直流電圧をかけ、アースへの電流の流れを測定するものです。 電流は最も抵抗の少ない経路を通るので、このテストでは地上壁断熱材の最も弱い箇所を特定できますが、地上壁断熱材の全体的な状態を示すものではありません。

ALL-TEST Proの装置で絶縁破壊を防止する。

ALL-TEST Proディペンダブルモーター テスト製品電気機器の性能を評価し、時間や手間のかかる問題に発展する前に、小さな問題を迅速に解決するために必要なツールを提供します。

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