แนวทางการทดสอบเครื่องจักรแบบหมุน

1. ภาพรวม

1.1 ขอบเขต

เอกสารนี้อธิบายแนวทางในการประเมินกระดองของอุปกรณ์ที่กำลังหมุนและขดลวดสนาม ที่มีพิกัดตั้งแต่ 1 แรงม้า (746 วัตต์) ขึ้นไป สำหรับการลัดวงจรของขดลวด ความไม่สมดุลของเฟส และแท่งโรเตอร์ ใช้กับเครื่องเหนี่ยวนำและหม้อแปลงไฟฟ้า

เอกสารนี้จะอธิบายการวัดการวิเคราะห์วงจรขดลวดคงที่โดยทั่วไป และวิธีที่การวัดเหล่านี้บ่งชี้ถึงสภาพของเครื่องจักร โดยให้แนวทางเกี่ยวกับขีดจำกัดในการวัดวงจร

ประเภทของการวัดที่ได้รับการตรวจสอบนั้นจัดทำโดยบุคคลหรือกลุ่มเครื่องมือที่ให้การวัดวงจรขดลวดพื้นฐาน เช่น ความต้านทาน อิมพีแดนซ์ ตัวเหนี่ยวนำ ความจุ และการวัดการทดสอบเฉพาะทาง เป็นที่ยอมรับว่าเทคนิคการวัดต้องรวมถึง (อ้างอิง: IEEE Std 120-1989):

ก) การวัดความต้านทานกระแสตรงต้องใช้ค่ากระแสตรง

ข) การวัดกระแสสลับ เช่น ความเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ ต้องเป็นกระแสสลับโดยใช้การวัดคลื่นไซน์ตามที่ผู้ผลิตเครื่องมือเลือก

ค) การวัดทั้งหมดจะต้องได้รับการประเมินผ่านวงจรบริดจ์และรายงานภายในขอบเขตของบริดจ์ดังกล่าว หน่วยวัดทางวิศวกรรมมาตรฐานไม่ต้องคำนวณ เช่น ตัวเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์ ยกเว้นในกรณีที่ค่าแสดงเป็นอัตราส่วน องศา หรือเปอร์เซ็นต์

ในขณะที่ร่างแนวทางเบื้องต้นนี้ แรงดันไฟขาออกเพื่อให้ผลการทดสอบทั้งหมด ยกเว้นการวัดฉนวนผนังกราวด์ อยู่ในช่วงอิเล็กทรอนิกส์และมักจะพบได้ต่ำกว่า 10 โวลต์ AC/DC ความถี่เอาต์พุตมาตรฐานสำหรับเครื่องมือเหล่านี้โดยทั่วไปจะมีช่วงสูงกว่า 100 เฮิรตซ์เช่นกัน ถ้าเครื่องมือวัดได้รับการพัฒนาโดยใช้หลักการทางวิศวกรรมเสียงซึ่งเกินค่าเหล่านี้ หรือหากมีค่าเพิ่มเติมที่ให้การมองเห็นวงจรมอเตอร์ที่แม่นยำ ค่าเหล่านั้นอาจรวมอยู่ในขอบเขตของแนวทางนี้

1.2 วัตถุประสงค์

วัตถุประสงค์ของแนวทางนี้คือเพื่อสรุปวิธีการและข้อมูลทั่วไปที่รวบรวมโดยใช้การวิเคราะห์วงจรขดลวด และเพื่อเป็นแนวทางในการตีความผลลัพธ์สำหรับฉนวนระหว่างทางเลี้ยว ฉนวนผนังกราวด์ และการประเมินโรเตอร์กรงกระรอก วิธีการวัดฉนวนผนังกราวด์และผลการทดสอบจะต้องอ้างอิงการปรับปรุงปัจจุบันของมาตรฐาน IEEE 43, “แนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการทดสอบความต้านทานฉนวนของเครื่องจักรที่กำลังหมุน”

ก) แนะนำให้รวมผลการทดสอบที่สม่ำเสมอซึ่งสามารถใช้ในการประเมินสภาพของเครื่องจักรที่กำลังหมุนและหม้อแปลงไฟฟ้า

b) จัดให้มีแนวทางทั่วไปสำหรับวิธีการอ่านค่าวงจรโรเตอร์เหนี่ยวนำและการตีความผลลัพธ์

ค) กำหนดประเภทของการวัดที่ใช้ในการกำหนดประเภทของฉนวนระหว่างการเลี้ยว ฉนวนผนังกราวด์ และความผิดปกติของเครื่องจักรที่กำลังหมุนอื่นๆ

2. ข้อมูลอ้างอิง

ต่อไปนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับมาตรฐานนี้

ก) IEEE Std 43-2000: แนวปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการทดสอบความต้านทานฉนวนของเครื่องจักรที่กำลังหมุน

b) IEEE Std 56-1977: คู่มือ IEEE สำหรับการบำรุงรักษาฉนวนของเครื่องจักรหมุนกระแสสลับขนาดใหญ่ (10,000 kVA และใหญ่กว่า)

c) IEEE Std 118 ñ 1978: รหัสทดสอบมาตรฐาน IEEE สำหรับการวัดความต้านทาน

d) IEEE Std 120-1989: คู่มือการทดสอบหลัก IEEE สำหรับการวัดทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

e) IEEE Std 388 ñ 1992: มาตรฐาน IEEE สำหรับหม้อแปลงและตัวเหนี่ยวนำในอุปกรณ์แปลงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์

f) IEEE Std 389 – 1996: แนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการทดสอบหม้อแปลงไฟฟ้าและตัวเหนี่ยวนำ

g) IEEE Std 1068 ñ 1990: แนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการซ่อมแซมและการกรอกลับมอเตอร์สำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและเคมี

3. ข้อพิจารณาด้านความปลอดภัย

คำว่า ‘การวิเคราะห์วงจรขดลวดคงที่’ หมายถึงวิธีทดสอบที่ดำเนินการกับอุปกรณ์ที่ไม่ได้รับพลังงาน เครื่องมือที่ใช้ต้องเป็นไปตามการรับรองที่ได้รับการยอมรับ เช่น UL, CE, CSA หรือเทียบเท่า ไม่สามารถครอบคลุมประเด็นด้านความปลอดภัยทั้งหมดได้ในแนวปฏิบัตินี้ เจ้าหน้าที่ทดสอบควรศึกษาคู่มือการใช้งานของผู้ผลิต สหภาพแรงงาน บริษัท และข้อบังคับของรัฐบาล

4. ทฤษฎีทั่วไปการวิเคราะห์วงจรขดลวด

4.1 วงจรแม่เหล็ก

ขดลวดไฟฟ้าและเครื่องจักรประกอบด้วยวงจรแม่เหล็กไฟฟ้าควบคู่กัน วงจรแม่เหล็กได้รับการพัฒนาขึ้นจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำและถูกนำทางผ่านวัสดุแม่เหล็ก

ขั้นแรก ให้พิจารณาตัวนำที่มีความยาว l วางอยู่ในมุมฉากกับขั้วของแม่เหล็กขณะแบกกระแส I ผลลัพธ์ที่ได้คือแรงระดับ F โดยที่ B คือขนาดของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (ในเทสลาหรือ T) และฟลักซ์แม่เหล็กคือการวัดความแรงของสนามแม่เหล็ก พบสูตรผลลัพธ์ดังนี้:

สูตร 1: แรง (นิวตัน)

ฉ = บีไอ ล

ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่กำหนดของตัวนำโดยที่ l เป็นเวกเตอร์ที่มีขนาด l ในทิศทางของกระแส

สูตร 2: บังคับด้วยตำแหน่งตัวนำโดยพลการ

F = อิล x บี

สมมติว่า B มีขนาดคงที่กับพื้นที่ A:

สูตร 3: ฟลักซ์แม่เหล็ก (Φ, เว็บเบอร์)

Φ = BA หรือ B = Φ/A

B แสดงเป็น Webber(Wb)/m

ความสัมพันธ์ระหว่าง I และ B มีดังนี้:

สูตร 4: กฎวงจรของแอมแปร์

A/m *d*l = ฉัน

โดยที่ A/m คือความเข้มของสนามแม่เหล็ก H

เมื่อวงจรปิดถูกส่งผ่านด้วยกระแส N ครั้ง เช่น ในขดลวด ผลลัพธ์ของแรงแม่เหล็ก (mmf หรือ ℑ) จะเป็นดังนี้:

สูตร 5: MMF

ℑ = NI

NI เรียกอีกอย่างว่า กระแสแอมแปร์ (At) N ของหนึ่งจะเรียกว่าหนึ่ง ëturn.í

ตัวเหนี่ยวนำ (L) หมายถึงการเชื่อมโยงฟลักซ์ต่อหน่วยกระแสที่แสดงเป็นหน่วยของเฮนรี่ (H) 1

สูตร 6: ตัวเหนี่ยวนำ

L = (NΦ)/I

สำหรับแผลแบบทอรอยด์ที่มีขดลวดที่แตกต่างกัน ëní อาจนิยามความเหนี่ยวนำได้:

สูตร 7: ทุ่ง Toroid1

Lpq = (Np(kpqΦq))/iq

พลังงานที่สะสมอยู่ในตัวเหนี่ยวนำสามารถคำนวณได้ โดยมีกระแส (i):

สูตร 8: พลังงานอุปนัย

W = (1/2)หลี่ 2

ความถี่ส่งผลกระทบต่อสนามภายในตัวนำ เมื่อความถี่ที่ใช้เพิ่มขึ้น กระแสและสนามผลลัพธ์จะเคลื่อนที่เข้าใกล้พื้นผิวของตัวนำมากขึ้น (เอฟเฟกต์ผิวหนัง) “นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามีแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำซึ่งมีฟลักซ์สลับกัน แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหล่านี้อยู่ที่ศูนย์กลางมากกว่าที่เส้นรอบวง ดังนั้นความต่างศักย์มีแนวโน้มที่จะสร้างกระแสที่ตรงข้ามกับกระแสที่ศูนย์กลางและช่วยเหลือที่เส้นรอบวง ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงถูกบังคับให้ไหลออกด้านนอกตัวนำ ทำให้พื้นที่ที่มีประสิทธิภาพของตัวนำลดลง

1 เครื่องจักรไฟฟ้าและกลไฟฟ้า, Syed A Nasar, ซีรี่ส์โครงร่างของSchaum, 1981

คู่มือมาตรฐานสำหรับวิศวกรไฟฟ้า 2 เล่ม ฉบับที่ 14, Donald G Fink, Wayne Beaty, McGraw Hill, 2000

4.2 ระบบฉนวน

“ฉนวนไฟฟ้าคือตัวกลางหรือวัสดุซึ่งเมื่อวางระหว่างตัวนำที่มีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน จะยอมให้มีกระแสไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยในเฟสพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ให้ไหลผ่านได้ คำว่าไดอิเล็กทริกแทบจะมีความหมายเหมือนกันกับฉนวนไฟฟ้า ซึ่งถือได้ว่าเป็นฉนวนไฟฟ้า อิเล็กทริกที่ใช้ อิเล็กทริกที่สมบูรณ์แบบไม่ผ่านกระแสการนำไฟฟ้าและมีเพียงกระแสประจุไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟระหว่างตัวนำเท่านั้น”2 (ดู IEEE Std 120-1989 หัวข้อ 5.4.2 ด้วย)

การแสดงวงจรที่ง่ายที่สุดของอิเล็กทริกคือตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบขนาน ความจุไฟฟ้าระหว่างตัวนำ (ในสุญญากาศ) คือ 0.0884 x 10-12 A/t โดยที่ A คือพื้นที่ของตัวนำเป็นตารางเซนติเมตร และ t คือระยะห่างของตัวนำเป็นเซนติเมตร “เมื่อวัสดุอิเล็กทริกเติมปริมาตรระหว่างอิเล็กโทรด ความจุไฟฟ้าจะสูงขึ้นโดยอาศัยประจุภายในโมเลกุลและอะตอมของวัสดุ ซึ่งดึงดูดประจุไปยังระนาบตัวเก็บประจุมากขึ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เท่ากัน ความจุไฟฟ้าที่มีอิเล็กทริกระหว่าง อิเล็กโทรดคือ: “3

สูตร 9: ความจุระหว่างตัวนำไฟฟ้าแบบวงกลมขนาน

C = (2π∈í∈oL)/cosh-1(D/2r)

สภาพอนุญาตของระบบฉนวนจะลดลง (บริเวณการกระจายตัว) โดยมีความถี่ที่ใช้เพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับโพลาไรเซชันของอินเทอร์เฟซไอออนิกและโพลาไรเซชันไดโพลาร์ของโมเลกุล ในโพลีเมอร์ การกระจายตัวของไดโพลาร์จะเกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำมาก

4.3 การแยกย่อยของฉนวน

การพังทลายของฉนวน เรียกว่า “ความผิดพลาด” ภายในแนวทางปฏิบัตินี้ ซึ่งรวมถึงการปนเปื้อน การติดตามส่วนโค้ง การเสื่อมสภาพจากความร้อน และความผิดพลาดทางกล ข้อผิดพลาดแต่ละประเภทมีปัจจัยร่วมกัน: การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติความต้านทานและความจุของฉนวนไฟฟ้า

การปนเปื้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการซึมผ่านของน้ำ จะทำให้ค่าการนำไฟฟ้าของฉนวนเพิ่มขึ้น น้ำมีแนวโน้มที่จะสะสมในรอยแตกร้าวของฉนวนและการรวมภายในระบบฉนวน สนามไฟฟ้าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงต่อสิ่งปนเปื้อน รวมถึงการขยายตัว ซึ่งทำให้ระบบฉนวนพังทลายลงไปอีก สิ่งปนเปื้อนอื่นๆ รวมถึงก๊าซ ไอระเหย ฝุ่น ฯลฯ สามารถโจมตีองค์ประกอบทางเคมีของระบบฉนวนได้ เมื่อระบบฉนวนเชื่อมเสร็จสมบูรณ์แล้ว ระบบจะถือว่าลัดวงจร โดยปกติสิ่งนี้จะเกิดขึ้นก่อนระหว่างตัวนำ โดยที่ระบบฉนวนมีจุดอ่อนที่สุด พื้นที่ข้อบกพร่องที่สำคัญ ได้แก่ ส่วนที่ไม่ยึดแน่นของขดลวด เช่น จุดสิ้นสุดของการหมุนของเครื่องจักรที่กำลังหมุน (ซึ่งเป็นจุดความเครียดทางไฟฟ้าสูงสุดของขดลวด) และจุดความเค้นเชิงกลสูงสุด เช่น จุดที่ขดลวด ปล่อยช่องไว้บนเครื่องที่หมุนอยู่

การติดตามส่วนโค้งของระบบฉนวนเกิดขึ้นเมื่อกระแสสูงไหลผ่านระหว่างตัวนำผ่านพื้นผิวของระบบฉนวน ฉนวนที่จุดเหล่านั้นจะเกิดคาร์บอไนซ์ โดยเปลี่ยนส่วนประกอบคาปาซิทีฟและตัวต้านทานของระบบฉนวนไฟฟ้า การติดตามส่วนโค้งมักเป็นผลมาจาก: ความเค้นทางไฟฟ้าที่รุนแรง การปนเปื้อน; หรือทั้งคู่. ข้อผิดพลาดประเภทนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างตัวนำหรือขดลวด และโดยปกติจะจบลงด้วยการลัดวงจร

การเสื่อมสภาพเนื่องจากความร้อนของระบบฉนวนเกิดขึ้นเมื่อระบบฉนวนไฟฟ้าเสื่อมสภาพอันเป็นผลมาจากสมการเคมีของอาร์เรเนียส กฎง่ายๆ ที่ยอมรับโดยทั่วไปคืออายุความร้อนของระบบฉนวนจะลดลงครึ่งหนึ่งเมื่ออุณหภูมิในการทำงานเพิ่มขึ้นทุกๆ 10o C ฉนวนจะสลายตัวอย่างรวดเร็วและเป็นคาร์บอนเมื่อถึงขีดจำกัดอุณหภูมิสำหรับระบบฉนวน

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ยังส่งผลต่ออายุการใช้งานทางความร้อนของระบบฉนวนด้วย เช่น: การปนเปื้อนของขดลวด; ความชื้น; กระแสไฟฟ้า; และความเครียดทางไฟฟ้าอื่นๆ

ข้อผิดพลาดทางกลในระบบฉนวนไฟฟ้า ได้แก่ การแตกร้าวจากความเค้น การสั่นสะเทือน การบุกรุกทางกล และความผิดปกติทางกล แรงภายในขดลวดระหว่างการทำงานต่างๆ จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ทางกลและอาจสิ้นสุดในการแตกหักของวัสดุฉนวน การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าและทางกลทำให้เกิดความเครียดเกินควรต่อระบบฉนวน ส่งผลให้เกิดการแตกหักของความเครียดและการหลวมของระบบฉนวน การบุกรุกทางกลรวมถึงการเคลื่อนตัวของวัสดุเข้าสู่ระบบฉนวนระหว่างตัวนำและ/หรือระบบฉนวนลงดิน ข้อผิดพลาดทางกลไกรวมถึงความล้มเหลว เช่น ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน ในเครื่องจักรที่กำลังหมุน ซึ่งทำให้ตลับลูกปืนแยกออกจากกันและทะลุผ่านส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวของระบบ ฟอลต์เหล่านี้อาจสิ้นสุดเนื่องจากการลัดวงจรระหว่างตัวนำ คอยล์ หรือคอยล์ลงดิน

4.4 ขั้นตอนของความล้มเหลวของฉนวนที่คดเคี้ยว

สาเหตุหลักของความล้มเหลวของขดลวดได้แก่: การพังทลายของฉนวน (ความร้อน); การปนเปื้อน; การบุกรุกของความชื้น ชั่วคราว; และความเครียดทางกล และประการแรกส่งผลให้เกิดการพังทลายของฉนวนระหว่างตัวนำภายในขดลวดเดียวกัน ระหว่างขดลวดในเฟสเดียวกัน หรือระหว่างขดลวดที่มีเฟสแยกกัน การม้วนแบบสั้นเหล่านี้อาจจบลงที่ข้อผิดพลาดด้านความต้านทานของฉนวนแต่ไม่เสมอไปเมื่อการม้วนล้มเหลวจริง ๆ การตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระหว่างตัวนำทำให้มีโอกาสมากขึ้นในการซ่อมแซมหรือเปลี่ยนก่อนเวลาก่อนที่อุปกรณ์จะหยุดทำงาน โปรดทราบว่าอัตราความผิดปกติจะขึ้นอยู่กับความรุนแรงของความผิดปกติ (เช่น อัตราส่วนการหมุน) และศักยภาพระหว่างตัวนำ (เช่น ข้อบกพร่องอาจมีแนวโน้มในอุปกรณ์ที่ต่ำกว่า 600 Vac และจะเกิดความล้มเหลวอย่างรวดเร็วในระบบที่มีแรงดันไฟฟ้าเกิน 1,000 Vac

ขั้นตอนทั่วไปของความผิดปกติของขดลวดระหว่างตัวนำมีดังนี้:

• ขั้นที่ 1: ฉนวนระหว่างตัวนำเกิดความเค้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานและตัวเก็บประจุของฉนวนที่จุดฟอลต์ อุณหภูมิสูงและข้อผิดพลาดที่เกิดปฏิกิริยาที่คล้ายกันส่งผลให้เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ของฉนวน (ไดอิเล็กทริก) ที่จุดนั้น คาร์บอไนซ์อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการติดตามทั่วทั้งระบบฉนวน

• ขั้นที่ 2: จุดที่เกิดความผิดปกติจะมีความต้านทานมากขึ้น การเหนี่ยวนำร่วมกันเกิดขึ้นระหว่างส่วน ëgoodí ของขดลวด (และส่วนประกอบที่รับกระแสไฟฟ้าอื่น ๆ ของระบบ) และรอบการลัดวงจร การสูญเสีย I2 R จะเพิ่มขึ้น ณ จุดที่เกิดฟอลต์ เนื่องจากกระแสที่เพิ่มขึ้นภายในรอบการลัดวงจร ทำให้อุณหภูมิ ณ จุดนั้นเพิ่มขึ้น และทำให้ระบบฉนวนเกิดคาร์บอไนซ์อย่างรวดเร็ว มอเตอร์อาจเริ่มสะดุด ณ จุดนี้ แม้ว่าอาจสามารถทำงานได้หลังจากช่วงระบายความร้อนสั้นๆ ก็ตาม

• ขั้นที่ 3: ฉนวนแตกตัวและพลังงานภายในจุดที่ลัดวงจรอาจทำให้เกิดการแตกร้าวของระบบฉนวนและการระเหยของขดลวดได้

4.5 การเปรียบเทียบอุปกรณ์

เครื่องจักรและหม้อแปลงที่หมุนได้ทำงานเนื่องจากหลักการที่คล้ายคลึงกัน ตัวอย่างเช่น มอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสมีวงจรหลัก (ขดลวดสเตเตอร์) และวงจรทุติยภูมิ (ขดลวดโรเตอร์) เช่นเดียวกับขดลวดปฐมภูมิและขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง ข้อแตกต่างคือพลังงานไฟฟ้าถูกแปลงเป็นค่าพลังงานไฟฟ้าที่แตกต่างกันด้วยหม้อแปลงไฟฟ้า พลังงานไฟฟ้าเดียวกันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้า

ขดลวดหม้อแปลงได้รับการออกแบบเพื่อให้โดยทั่วไปมีความสมดุลระหว่างเฟส ซึ่งจะช่วยให้พลังงานที่สมดุลบนอิมพีแดนซ์ของวงจรทุติยภูมิและสมดุลทั่วทั้งระบบ เครื่องจักรหมุนสามเฟส (ประกอบแล้ว) มีการเปลี่ยนแปลงความเหนี่ยวนำร่วมเมื่อตำแหน่งของโรเตอร์เปลี่ยนไป ผลลัพธ์อาจเป็นความไม่สมดุลแบบเหนี่ยวนำที่ทดสอบ และส่งผลให้อิมพีแดนซ์ไม่สมดุล โดยโรเตอร์อยู่ในตำแหน่งเดียวในขณะที่ทั้งสามเฟสถูกทดสอบ ความไม่สมดุลของขดลวดเครื่องจักรที่กำลังหมุนสามารถประเมินได้โดยการชดเชยตำแหน่งโรเตอร์หรือโดยการเปรียบเทียบการอ่านค่าอิมพีแดนซ์และความเหนี่ยวนำ

4.6 การทดสอบการวัดเพื่อการประเมินผล

การวัดทางไฟฟ้าขั้นพื้นฐานสำหรับการประเมินขดลวดของหม้อแปลงและการหมุนของเครื่องจักรประกอบด้วย:

ก) ความต้านทาน (IEEE Std 118-1978, IEEE Std 389-1996) ñ ใช้สำหรับตรวจจับความแปรผันของขนาดสายไฟ การเชื่อมต่อ และวงจรความต้านทานเปิด/สูง

b) ตัวเหนี่ยวนำ (IEEE Std 388-1992: ส่วนที่ 5.2 ตัวเหนี่ยวนำ (อิมพีแดนซ์) ความไม่สมดุล, 5.6.1 วิธีการวัดตัวเหนี่ยวนำสะพาน, IEEE Std 120-1989) ตัวเหนี่ยวนำเป็นฟังก์ชันของเรขาคณิตและการซึมผ่าน ไม่ขึ้นกับแรงดัน กระแส และความถี่ การเหนี่ยวนำโดยรวมที่วัดได้คือการรวมกันของการเหนี่ยวนำร่วมกันและการเหนี่ยวนำภายในของวงจร ที่เรียกว่าการเหนี่ยวนำวงจร การตรวจจับข้อผิดพลาดสามารถทำได้ในการม้วนขดลวดเมื่อความจุของระบบฉนวนอิเล็กทริกกลายเป็นความต้านทานและมีไฟฟ้าลัดวงจร ส่งผลให้เกิดการเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างส่วนที่ “ดี” ของขดลวดและการหมุนที่ลัดวงจร การเหนี่ยวนำร่วมยังใช้ในการประเมินขดลวดโรเตอร์ในเครื่องจักรหมุนด้วย

c) ความจุไฟฟ้า (IEEE Std 389-1996, IEEE Std 120-1989) ñ ใช้สำหรับวัดความจุไฟฟ้าวงจรโดยรวมและความจุฉนวนผนังกราวด์ ปกติจะมีแนวโน้มตามกาลเวลา

d) อิมพีแดนซ์ (IEEE Std 388-1992: Section 5.2 Inductance (Impedance) Unbalance, IEEE Std 389-1996: Section 8.3 Impedance Unbalance, 8.4 Balance Tests, IEEE Std 120-1989: Section 5 Impedance Measurings) ñ อิมพีแดนซ์คือความถี่ ความต้านทาน ขึ้นอยู่กับความเหนี่ยวนำและความจุ ความต้านทานมีผลกระทบค่อนข้างน้อยต่ออิมพีแดนซ์โดยรวม และความถี่ที่ใช้ส่งผลต่อส่วนประกอบรีแอกแตนซ์แบบเหนี่ยวนำและแบบคาปาซิทีฟ การเหนี่ยวนำที่เพิ่มขึ้นจะมีผลบวกต่อค่าอิมพีแดนซ์ ในขณะที่ความจุจะส่งผลผกผันกับอิมพีแดนซ์ของวงจร ตัวอย่างเช่น การเพิ่มขึ้นของค่าความเหนี่ยวนำของวงจรโดยรวมจะสร้างอิมพีแดนซ์เพิ่มขึ้นแบบขนานโดยประมาณ การเพิ่มค่าความจุของวงจรโดยรวมจะทำให้อิมพีแดนซ์ลดลง

e) มุมเฟส (IEEE Std 120-1989) ñ มุมเฟสของวงจรคือการวัดเวลาหน่วงระหว่างแรงดันและกระแสที่แสดงเป็นระดับการแยก โดยจะได้รับผลกระทบโดยตรงจากอิมพีแดนซ์ของวงจร แรงดันไฟฟ้า และความถี่ที่ใช้

f) การทดสอบการตอบสนองความถี่ (IEEE Std 389-1996: ส่วน 11.1 การตอบสนองความถี่ของหม้อแปลงไฟฟ้า) การทดสอบการตอบสนองความถี่สามารถประเมินได้โดยใช้หลายวิธี เพื่อวัตถุประสงค์ของแนวทางนี้ การประเมินจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์การลดลงของกระแสของคอยล์เมื่อความถี่เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า หรือที่เรียกว่าการทดสอบการตอบสนองกระแส/ความถี่ การตอบสนองกระแส/ความถี่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความจุของวงจรเมื่อความถี่เพิ่มขึ้น

g) การทดสอบความต้านทานของฉนวน ñ ครอบคลุมภายใต้ IEEE Std 43-2000

วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อระบุความไม่สมดุลระหว่างขดลวดที่คล้ายกัน เช่น ระหว่างเฟสในเครื่องหมุนสามเฟสหรือหม้อแปลงสามเฟส โดยไม่คำนึงถึงการวัดที่ให้ไว้

5.0 การประเมินอุปกรณ์

5.1 การประเมินหม้อแปลงสามเฟส

ขณะทำการทดสอบหม้อแปลงสามเฟสโดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์ขดลวด วงจรตรงข้ามด้านที่ทดสอบจะต้องลัดวงจรและต่อสายดิน (IEEE Std 388-1992: ส่วน 5.6.1 วิธีการวัดสะพานเหนี่ยวนำ, IEEE Std 389-1996) แต่ละขั้นตอนในสามขั้นตอนได้รับการวัดและประเมินเพื่อความสมดุล ดูตารางที่ 1 สำหรับขีดจำกัดผลการทดสอบที่แนะนำ

ก) การทดสอบ Fi และ I/F จะตรวจจับการพังทลายของฉนวน – การเปลี่ยนแปลงความจุและความต้านทานของวงจรระบบฉนวน

b) การวัดค่าความเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์จะตรวจจับข้อบกพร่องของการพันขั้นสูงและข้อบกพร่องของเทิร์นในการผลิตหรือการซ่อมแซม

ค) ความต้านทานใช้ในการตรวจจับการเชื่อมต่อที่หลวม ตัวนำที่ขาด และปัญหาที่เกี่ยวข้อง

5.2 การประเมินเครื่องจักรหมุนเหนี่ยวนําสามเฟส

สเตเตอร์และโรเตอร์ได้รับการประเมินแยกกันโดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์วงจรขดลวด หลักเกณฑ์ต่อไปนี้จะครอบคลุมทั้งสองกรณี

5.2.1 การทดสอบโรเตอร์มอเตอร์แบบประกอบ

ประเภทของข้อผิดพลาดทั่วไปในโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้าคือ:

ก) ช่องว่างอากาศ (ความเยื้องศูนย์กลางของโรเตอร์): ซึ่งโดยปกติไม่ถือเป็นความล้มเหลวแบบก้าวหน้า เว้นแต่จะมีการหลวมในโรเตอร์ หรือมีความผิดปกติภายในเพลามอเตอร์หรือแบริ่งที่รุนแรง ปัญหาการหลวม แบริ่ง และเพลามอเตอร์สามารถตรวจพบได้เร็วและปลอดภัยยิ่งขึ้น โดยใช้เทคนิคการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน ปัญหาช่องว่างอากาศในการผลิตและการซ่อมแซมสามารถตรวจพบได้ด้วยการวิเคราะห์วงจรขดลวดคงที่ระหว่างการทดสอบการยอมรับหรือที่ร้านค้าของผู้ผลิต/ร้านซ่อมก่อนที่จะเสียเวลาในการติดตั้งอุปกรณ์ การทดสอบการยอมรับประเภทนี้ใช้เพื่อตรวจสอบว่ามีการตั้งค่าช่องว่างอากาศอย่างถูกต้องหรือไม่ (+/- 10% ของการอ่านค่าช่องว่างอากาศโดยเฉลี่ยที่ปลายด้านใดด้านหนึ่งของโรเตอร์ระหว่างการติดตั้ง)4

b) Casting Voids และ Rotor Bar Connections: ซึ่งอาจคืบหน้าไปสู่ความผิดปกติของโรเตอร์ barí เมื่อเวลาผ่านไป มักจะมีช่องว่างในการหล่อในโรเตอร์อะลูมิเนียมหล่อ การแปรผันของโลหะผสมอะลูมิเนียม และการเปลี่ยนแปลงข้อต่อของแท่งโลหะผสมทองแดงที่จะส่งผลต่อการเหนี่ยวนำ ข้อผิดพลาดสามารถตรวจพบได้โดยการอ่านค่าความเหนี่ยวนำของวงจรหรืออิมพีแดนซ์เป็นชุดในขณะที่เพลาหมุน 360 องศา การอ่านเหล่านี้สามารถเขียนกราฟเป็นรูปคลื่นและดูความผิดปกติได้โดยการดูที่ตำแหน่งของตัวเหนี่ยวนำและ/หรือการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ของรูปคลื่น การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยบนความลาดเอียงหรือความชันของรูปคลื่นบ่งชี้ว่ามีข้อบกพร่องเล็กน้อยซึ่งมักจะไม่ก้าวก่าย ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่จุดสูงสุดของรูปคลื่นบ่งชี้ถึงความผิดปกติของโรเตอร์อย่างรุนแรง ข้อผิดพลาดร้ายแรงอาจรบกวนลักษณะการทำงานของมอเตอร์

ค) แถบโรเตอร์หัก: เป็นความผิดปกติแบบก้าวหน้าซึ่งปกติเกิดขึ้นเนื่องจากการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าไม่ถูกต้อง เมื่อสตาร์ทมอเตอร์ไฟฟ้า ความร้อนจะสะสมในโรเตอร์เนื่องจากมีกระแสสูงและความถี่สูง ซึ่งต้องใช้เวลาทำให้เย็นลง ในกรณีอื่นๆ โรเตอร์อาจหยุดทำงาน ทำให้เกิดกระแสสูงและความถี่โรเตอร์สูง อัตราการขยายตัวของโลหะผสมทองแดง (หรืออะลูมิเนียม) และวัสดุโรเตอร์จะแตกต่างกัน ทำให้เกิดความเค้นทางกลกับแท่งโลหะเอง ภายใต้ความเครียดที่รุนแรง แท่งโรเตอร์อาจแตก ส่งผลให้ความสามารถของมอเตอร์ในการสร้างแรงบิดลดลง เมื่อแท่งโรเตอร์แตกหัก แท่งโรเตอร์ที่อยู่รอบๆ จะจ่ายกระแสไฟเพิ่มเติม ส่งผลให้อุณหภูมิของแท่งโรเตอร์เพิ่มขึ้นอีก และอาจเกิดรอยแตกเพิ่มเติมได้

ความสามารถของอุปกรณ์ทดสอบในการตรวจจับความผิดปกติผ่านการเหนี่ยวนำและอิมพีแดนซ์เกิดจากการเปลี่ยนแปลงในการเหนี่ยวนำร่วมของวงจรเมื่อตำแหน่งของโรเตอร์เปลี่ยนไป เนื่องจากมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีวงจรทุติยภูมิหมุนอยู่ เมื่อตำแหน่งของโรเตอร์เปลี่ยนอัตราส่วนระหว่างขดลวดสเตเตอร์ที่มีประสิทธิผล (ขดลวดสเตเตอร์) กับทุติยภูมิ (ขดลวดโรเตอร์) การเปลี่ยนแปลง และการเหนี่ยวนำร่วมโดยรวมและอิมพีแดนซ์ของวงจรที่ตามมาจะเปลี่ยนไป เนื่องจากธรรมชาติของอุปกรณ์ที่หมุน การเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปจะเป็นแบบไซน์ซอยด์ (หรือการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง) และสมมาตร

กระบวนการทั่วไปในการดำเนินการทดสอบความเหนี่ยวนำหรืออิมพีแดนซ์ของโรเตอร์คือการอ่านค่าความเหนี่ยวนำหรืออิมพีแดนซ์โดยเพิ่มขึ้นทีละ 360 องศา หรือโดยใช้การทดสอบตามความเหนี่ยวนำหรืออิมพีแดนซ์แบบเรียลไทม์ ผลการทดสอบควรมีกราฟเพื่อการตีความ

5.2.2 การทดสอบสเตเตอร์ของอุปกรณ์หมุนแบบประกอบ

การประเมินผลการทดสอบอุปกรณ์หมุนที่ประกอบเข้าด้วยกันจะให้ความแม่นยำในการตรวจจับข้อบกพร่องในระดับที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ผลการทดสอบการเหนี่ยวนำจะให้ค่าที่สูงและแปรผันเมื่อโรเตอร์ถูกวางในตำแหน่งที่แตกต่างกัน ดังนั้นจึงต้องปรับตำแหน่งของโรเตอร์เพื่อให้ค่าของการเหนี่ยวนำร่วมกันระหว่างขดลวดปฐมภูมิ (สเตเตอร์) และขดลวดทุติยภูมิ (โรเตอร์) ค่อนข้างจะเหมือนกัน อย่างไรก็ตาม ความเหนี่ยวนำควบคู่กับอิมพีแดนซ์แสดงให้เห็นถึงผลกระทบด้านความจุของการพังทลายของฉนวนหรือการปนเปื้อนของขดลวด ตัวอย่างเช่น หากอิมพีแดนซ์และตัวเหนี่ยวนำค่อนข้างขนานกัน ความไม่สมดุลของเฟสอาจเกิดจากตำแหน่งของโรเตอร์ หากมีการลดอิมพีแดนซ์อย่างน้อยหนึ่งเฟส หรืออิมพีแดนซ์และความเหนี่ยวนำไม่ขนานกัน แสดงว่าความจุของวงจรเปลี่ยนไป บ่งชี้ว่าอาจเกิดการปนเปื้อนของขดลวดหรือการพังทลายของฉนวน

ข้อบกพร่องของการเลี้ยวก่อนกำหนดจะถูกตรวจพบว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงของมุมเฟสหรือการตอบสนองกระแส/ความถี่เป็นการเปลี่ยนแปลงในการอ่าน กะสามารถระบุได้ เช่น Fi: 77/76/77 และ/หรือ I/F: -44/-46/- 44

5 การอ่านค่าความต้านทานและความต้านทานที่ไม่สมดุลของอิมพีแดนซ์สามารถนับได้เฉพาะเมื่อคำนึงถึงตำแหน่งของโรเตอร์แล้วเท่านั้น การอ่านจะต้องดำเนินการที่จุดสูงสุดหรือหุบเขาของคลื่นไซน์จากการเปลี่ยนตำแหน่งโรเตอร์

6.0 บรรณานุกรม

ก) IEEE Std 43-2000: แนวปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการทดสอบความต้านทานฉนวนของเครื่องจักรที่กำลังหมุน

b) IEEE Std 56-1977: คู่มือ IEEE สำหรับการบำรุงรักษาฉนวนของเครื่องจักรหมุนกระแสสลับขนาดใหญ่ (10,000 kVA และใหญ่กว่า)

c) IEEE Std 118-1978: รหัสทดสอบมาตรฐาน IEEE สำหรับการวัดความต้านทาน

d) IEEE Std 120-1989: คู่มือการทดสอบหลัก IEEE สำหรับการวัดทางไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้า

e) IEEE Std 388-1992: มาตรฐาน IEEE สำหรับหม้อแปลงและตัวเหนี่ยวนำในอุปกรณ์แปลงพลังงานอิเล็กทรอนิกส์

f) IEEE Std 389-1996: แนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการทดสอบหม้อแปลงไฟฟ้าและตัวเหนี่ยวนำ

g) IEEE Std 1068-1990: แนวทางปฏิบัติที่แนะนำของ IEEE สำหรับการซ่อมแซมและการกรอกลับมอเตอร์สำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและเคมี

h) Penrose, Dr. Howard W., การวิเคราะห์วงจรมอเตอร์: ทฤษฎี, การประยุกต์และการวิเคราะห์พลังงาน, ความสำเร็จโดยการออกแบบ, 2001

i) Fink, Donald และ Beaty, H. Wayne, Standard Handbook for Electrical Engineers, Fourteenth Edition, McGraw-Hill, 2000

j) Sarma, Mulukutl, เครื่องจักรไฟฟ้า: ทฤษฎีสถานะคงที่และประสิทธิภาพแบบไดนามิก, ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง, บริษัท สำนักพิมพ์ PWS, 1996

k) Mazur, Glen และ Proctor, Thomas, การแก้ไขปัญหามอเตอร์ไฟฟ้า, ฉบับพิมพ์ครั้งที่สอง, ATP Publishing, 1997

l) Nasar, Syed, เครื่องจักรไฟฟ้าและแม่เหล็กไฟฟ้า, McGraw-Hill, 1981