Нарушение электрической изоляции

Электрическая изоляция используется для того, чтобы направить ток по нужному пути и предотвратить его протекание там, где это нежелательно.
Правильная электроизоляция критически важна для работы и долговечности электродвигателя.
Пробой изоляции – одна из наиболее частых причин поломки электродвигателя.
Например, в электрогенераторах, 56% отказов происходят из-за повреждения электрической изоляции. Системы изоляции В электродвигателях существует 2 системы изоляции.
Одна из них – это изоляция на поверхности земли, которая отделяет катушки от рамы или корпуса двигателя.
Вторая система изоляции – это система изоляции обмоток, которая отделяет проводники, намотанные для создания обмоток двигателя.
Исследования показали, что ≈ 80% электрических неисправностей статора происходят в изоляции обмоток, и только ≈ 20% – между обмотками и рамой двигателя или при прямом замыкании на землю. Что такое нарушение изоляции? Отказ электрической изоляции происходит, когда изоляция в двигателе начинает разрушаться с течением времени или по другим причинам.
Старение или перегрев вызывают химические изменения в изоляции, в результате которых она становится более проводящей и менее эффективной для предотвращения прохождения тока по нежелательным путям между проводниками или к раме двигателя.
Некоторые разрушения изоляции, особенно в системе изоляции грунтовых стен, происходят мгновенно из-за попадания влаги, загрязнения или других необычных явлений.
Эти события вызывают образование пустот или других слабых мест в изоляции и приводят к преждевременному разрушению.
Неисправности в системе изоляции обмотки проявляются медленно и разрушаются с течением времени.
К распространенным причинам разрушения изоляции относятся:

• Перегрев
• Загрязнение обмотки
• Чрезмерное потребление тока
• Низкое качество электроэнергии
• Гармонические искажения.

Это руководство проведет Вас через все стадии ухудшения электрической изоляции, чтобы Вы могли действовать проактивно и отслеживать изменения изоляции в Вашем моторном оборудовании.

3 стадии разрушения электрической изоляции

В большинстве случаев разрушение изоляции происходит медленно и неуклонно, проходя три отдельные стадии.

Стадия 1 – идеальна для раннего обнаружения

На первой стадии разрушения электрической изоляции изоляция между проводниками испытывает напряжение и начинает изменяться химически.
Изоляция химически превращается из изолятора в проводник.
Прочность и емкость изоляции начинают снижаться.
Изоляция может начать карбонизироваться, в результате чего ток становится более резистивным и менее емким.
Если изоляция заземления претерпевает изменения, это приводит к уменьшению сопротивления изоляции и увеличению тангенса угла диэлектрических потерь.
Если изоляция обмотки претерпевает химические изменения, то изменяется фазовый угол (Fi) и/или частотная характеристика тока.
Выявление неисправностей на этой стадии разрушения изоляции чрезвычайно важно для надежной работы электрической системы предприятия “мирового класса”.
На этой стадии нежелательное протекание тока между проводниками еще не происходит, хотя риск того, что оно начнется, очень высок.
К счастью, раннее обнаружение с помощью проверки обмоток и надлежащего тестирование двигателя чрезвычайно полезно.
Раннее обнаружение разрушения изоляции в электродвигателях позволяет компании устранить ухудшение, пока оно остается относительно незначительным, сэкономить время и деньги и предотвратить катастрофический отказ.
Приборы ALL-TEST Pro – единственные в мире приборы, способные последовательно и на самых ранних стадиях обнаружить повреждение изоляции в электродвигателях.
См. ниже объяснение фазового угла при обнаружении повреждений изоляции.

Стадия 2 – Возможная периодическая неисправность двигателя

На второй стадии разрушения электрической изоляции ухудшение состояния обмоток становится более выраженным.
Ниже приведены некоторые характеристики разрушения, которые они могут проявлять:

• Разрушение изоляционного материала усиливается.
• Ток продолжает становиться более резистивным.
• Тепло увеличивается в первичной точке разрушения изоляции.
• Двигатель начинает периодически отключать привод или автоматический выключатель, хотя может продолжать работать после охлаждения изоляции.

Чтобы определить причину проблемы, необходимо провести поиск неисправностей. Приборы ALL-TEST Pro определяют истинное состояние здоровья двигателя и его компонентов.
См. ниже описание фазового угла, TVS и частотной характеристики тока при обнаружении повреждений изоляции.

Стадия 3 – Катастрофический отказ

Если предыдущие признаки нарушения изоляции остались незамеченными или не были устранены, двигатель, скорее всего, полностью выйдет из строя.
Ниже приведены некоторые характеристики обмотки, которые часто проявляются на этой стадии:

• Изоляция полностью разрушается, создавая проход между обмотками или прямой путь для тока от обмотки к земле или раме двигателя.
• В месте разлома развивается взрывной разрыв.
• Происходит изменение индуктивности и сопротивления.
• Медные катушки начинают плавиться в ответ на чрезмерное нагревание.
• При запуске двигатель постоянно отключает привод или автоматический выключатель.
• Ток между проводниками присутствует.

Многие электроизмерительные приборы и устройства должны выявлять неисправности на этой стадии отказа двигателя (или при полном замыкании на землю, что указывает на серьезные проблемы с безопасностью).
Если Вы эксплуатируете двигатели до отказа, то Вам, возможно, не нужно знать, что происходит с Вашим двигателем, или знать, в каком состоянии находится Ваш двигатель.

Причины разрушения изоляции

Такие стрессовые факторы, как температура, загрязняющие вещества и электрические нагрузки, например, длительное перенапряжение, могут легко разрушить электрическую изоляцию и привести к поломке.
Риск разрушения изоляции также возрастает со временем, поскольку эти различные факторы взаимодействуют друг с другом, вызывая ухудшение состояния.
Например, в результате ежедневного износа в изоляции могут появиться крошечные отверстия или трещины.
Эти трещины ослабляют изоляцию, а также создают пути для проникновения влаги и химических загрязнений, что еще больше ухудшает ее состояние.
Ниже приведены несколько наиболее распространенных причин разрушения электрической изоляции в двигателе:

• Загрязняющие вещества: Изоляция обмотки ослабевает из-за контакта с загрязнениями, такими как охлаждающая жидкость станка, масло и другие химические вещества.
  Эти загрязнения часто оказывают коррозионное воздействие, со временем разрушая изоляцию.
  Влажные загрязнения обычно являются проводящими, поскольку содержат примеси, поэтому они уменьшают сопротивление, просачиваясь в изоляцию через небольшие трещины и поры.
• Плохое качество электроэнергии: Обмотки могут перегреваться из-за проблем с качеством электроэнергии, включая несбалансированные уровни напряжения и тока.
  Даже незначительное повышение температуры в результате этих проблем может создать тепловую горячую точку, которая приведет к значительному снижению сопротивления изоляции.
• Перегрузка: Обмотки могут перегреться из-за высокого потребления тока, вызванного чрезмерной нагрузкой.
  Перегрузка также может вызвать скачок напряжения, который разрушает изоляцию.
• Высокая температура окружающей среды: Обмотки также могут перегреваться из-за высокой температуры окружающей среды.
  Особенно в помещении с ограниченной вентиляцией, выделяемое оборудованием тепло может создавать чрезмерную нагрузку на изоляцию обмоток двигателя.
• Переходные напряжения: Переходные напряжения могут возникать как от внутренних, так и от внешних источников и часто появляются во время запуска двигателя.
  Частота переходного тока может в несколько раз превышать типичный ток в обмотках, создавая экстремальную нагрузку на изоляцию.

Поскольку риск разрушения изоляции в двигателе с течением времени относительно высок, сотрудники должны иметь необходимые инструменты и обучение, чтобы обнаружить признаки разрушения изоляции и быстро их устранить.

Обнаружение повреждений изоляции с помощью MCA

Изоляция обмотокАнализ цепей двигателя (MCA™) подает низковольтное переменное и постоянное напряжение для тренировки системы изоляции обмотки, в то время как двигатель обесточен.
Когда система изоляции начинает претерпевать химические изменения, это влияет на емкость (C) и индуктивность (L) системы обмотки.
Любое изменение C или L изменяет временную задержку между приложенным напряжением и возникающим током, а также способность системы катушек накапливать электрический заряд или магнитное поле.
Поэтому по мере того, как изоляция обмотки начинает изменяться химически, будет меняться либо Fi, либо I/F, а возможно, и то, и другое.
Если одна из этих переменных изменится, это приведет к изменению статистики тестового значения (TVS).
Изменение статического значения TVS по сравнению с его базовым значением, ранее сохраненным как статическое значение эталонного значения (RVS) > 3%, указывает на начало отказа изоляции или ротора.

• Статистика тестового значения: TVS – это число, определяющее состояние двигателя на момент проведения теста.
  Для определения TVS используется собственный запатентованный алгоритм, созданный путем объединения результатов серии низковольтных испытаний, проведенных на всех трех фазах системы обмоток двигателя.
  Ключевые переменные измеряются на 5 различных частотах, чтобы полностью возбудить систему изоляции.
  Даже небольшие изменения в химическом составе изоляции обмотки приведут к изменению текущего значения TVS по сравнению с базовым.
  ATP рекомендует проводить статический тест на эталонное значение (RVS) на новом двигателе до его установки в систему.
  Затем при мониторинге TVS двигателя в течение срока службы изменение > 3% между двумя значениями (новое и текущее показания TVS) обычно указывает на неисправность ротора или статора.
• Фазовый угол: Это мера временной задержки между напряжением, подаваемым на двигатель, и результирующим потребляемым током.
  Это очень чувствительное измерение, и оно является одной из первых переменных, изменяющихся, когда система изоляции начинает разрушаться.
  Измерение Fi используется для определения развивающихся неисправностей обмотки от катушки к катушке, от витка к витку или от фазы к фазе.
  Ни один другой прибор не может определить развивающиеся повреждения обмотки от катушки к катушке на этой стадии.
• Частотная характеристика тока: Тест на реакцию I/F измеряет ток через обмотки двигателя на заданной частоте.
  Последующий тест снова измеряет реакцию тока при удвоенной начальной частоте.
  Отклик I/F измеряет процентное изменение тока, вызванное удвоением частоты входного напряжения.
  Трехфазная обмотка в одинаковом состоянии будет одинаково реагировать на изменение частоты.
  Если изоляция обмотки на одном или нескольких проводниках начинает разрушаться, это изменяет способность катушки сохранять магнитное поле или электрический заряд.
  I/F – это тест, измеряющий способность системы обмотки сохранять магнитное поле или электрический заряд, и, как правило, это один из первых показателей деградации системы обмотки.
• Динамический тест: Динамический тест используется для выявления развивающихся или существующих неисправностей в статоре или роторе.
  Во время динамического теста прибор непрерывно измеряет и сохраняет импеданс при различных положениях ротора, в то время как вал двигателя вручную вращается плавно и медленно.
  Результаты этих тестов анализируются и отображаются в виде двух электрических сигнатур: динамической сигнатуры статора и динамической сигнатуры ротора.
  Затем прибор автоматически анализирует эти сигнатуры и выдает состояние “хорошо”, “предупреждение” или “плохо”, указывая на состояние статора или ротора.
• Коэффициент рассеивания (DF): Система изоляции заземления образует естественный конденсатор между проводниками в катушках двигателя и рамой двигателя.
  Конденсатор накапливает электрический заряд, когда к конденсатору прикладывается переменное напряжение, часть тока проходит через диэлектрик и представляет собой резистивный ток (_Ir), а оставшаяся часть тока – это накопленный ток.
  Накопленный ток называется емкостным током (_Ic).
  В новой системе изоляции_Ir составляет < 5% от Ic_. DF – это отношение_{Ir /Ic}.
  Когда изоляционный материал стареет, он становится менее емким и более резистивным, что приводит к увеличению DF.
• Емкость относительно земли (CTG): Так как система изоляции заземления образует естественную емкость с рамой, будет измеряться величина, которая должна оставаться неизменной на протяжении всего срока службы двигателя.
  Попадание влаги или других загрязнений приводит к изменению диэлектрической проницаемости.
  Это, как правило, приводит к увеличению значения CTG.
  Однако, если изоляция стены начнет термически деформироваться, это приведет к снижению CTG.

Резюме: Сочетание измерений DF и CTG дает более точное представление об общем состоянии изоляции заземления, чем только измерения IRG.
Стандартный тест IRG обнаружит провалы в грунте только в самой слабой части изоляции обмотки.
Тесты DF и CTC дают полную оценку всей изоляционной системы, используя методы низковольтных испытаний переменным током.
Комбинируя эти два теста с тестом IRG, Вы получите наиболее точную информацию о состоянии системы изоляции Вашего двигателя до земли.

Традиционные методы тестирования

Сопротивление изоляции относительно земли (IRG) – Это тест безопасности и не используется для определения фактического состояния электродвигателя. Испытания на сопротивление изоляции заземлению являются наиболее распространенными электрическими испытаниями, проводимыми в электротехнической сфере.
Основная цель этих измерений – “безопасность”.
Когда есть путь для тока, протекающего от обмотки под напряжением к корпусу машины или к земле, существует вероятность того, что открытая часть двигателя может оказаться под напряжением до полного напряжения, приложенного к обмотке.
Кроме того, если достаточный ток течет на землю, он создаст локальный нагрев, который может привести к повреждению оборудования и персонала.
Перед подачей напряжения на вновь установленные электрические системы необходимо провести IRG-тест, чтобы убедиться, что двигатель “безопасен” для подачи напряжения.
При испытании IRG на провода двигателя подается постоянное напряжение и измеряется ток, протекающий к земле.
Поскольку ток идет по пути наименьшего сопротивления, этот тест выявляет наиболее слабые места в изоляции заземления, но не дает никаких указаний на общее состояние изоляции заземления.

Защититесь от разрушения изоляции с помощью оборудования от ALL-TEST Pro

ALL-TEST Pro надежный мотор продукты для тестирования дадут Вашему бизнесу инструменты, необходимые для оценки электрических характеристик и быстрого устранения мелких неполадок, пока они не переросли в более трудоемкие и требующие много времени проблемы.
Зачем тестировать двигатели?
Хорошо обслуживаемый, высокопроизводительный двигатель – это ключ к эффективной работе Вашего предприятия, минимизации простоев, повышению производительности и прибыли.
ALL-TEST Pro может обеспечить Ваш бизнес именно этим.
Наши программы тестирования, поиска и устранения неисправностей, а также прогнозируемого технического обслуживания позволяют поддерживать двигатели в рабочем состоянии и обеспечивают высокую ценность для Вашей компании. Запросите коммерческое предложение сегодня, или свяжитесь с нами чтобы узнать больше о том, как наши продукты обеспечивают быстрое и точное тестирование двигателей – в любое время и в любом месте.