Lỗi cách điện

Cách điện được sử dụng để điều hướng dòng điện qua một đường dẫn mong muốn và ngăn dòng điện chạy qua nơi không mong muốn. Cách điện thích hợp là rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của động cơ điện. Sự cố cách điện là một trong những nguyên nhân thường xuyên nhất gây ra lỗi động cơ điện. Ví dụ, trong máy phát điện, 56% sự cố bắt nguồn từ hư hỏng cách điện.

Hệ thống cách nhiệt

Trong động cơ có 2 hệ thống cách điện. Một hệ thống là lớp cách điện của tường đất ngăn cách các cuộn dây với khung hoặc vỏ của động cơ. Hệ thống cách điện thứ hai là hệ thống cách điện cuộn dây ngăn cách các dây dẫn được cuộn lại để tạo ra các cuộn dây của động cơ. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng ≈ 80% sự cố về điện của stato xảy ra ở lớp cách điện của cuộn dây trong khi chỉ ≈ 20% xảy ra giữa các cuộn dây và khung động cơ hoặc chập điện trực tiếp với đất.

Sự cố cách điện là gì?

Lỗi cách điện xảy ra khi lớp cách điện trong động cơ bắt đầu xuống cấp theo thời gian hoặc vì những lý do khác. Lão hóa hoặc quá nóng gây ra những thay đổi hóa học trong lớp cách điện khiến lớp cách điện trở nên dẫn điện hơn và kém hiệu quả hơn trong việc ngăn dòng điện đi theo những đường không mong muốn giữa dây dẫn hoặc tới khung động cơ. Một số hư hỏng cách nhiệt, đặc biệt là trong hệ thống cách nhiệt của tường nối đất, là tức thời do sự xâm nhập của hơi ẩm, nhiễm bẩn hoặc các sự kiện đặc biệt bất thường khác. Những sự kiện này tấn công các khoảng trống hoặc các điểm yếu khác trong lớp cách nhiệt và dẫn đến hư hỏng sớm. Các lỗi trong hệ thống cách điện cuộn dây xuất hiện từ từ và hư hỏng theo thời gian.

Nguyên nhân phổ biến của sự cố cách nhiệt bao gồm:

• quá nóng
• ô nhiễm quanh co
• vẽ hiện tại quá mức
• Chất lượng điện kém
• méo hài.

Hướng dẫn này sẽ hướng dẫn bạn qua từng giai đoạn suy giảm cách điện để bạn có thể chủ động và theo dõi những thay đổi cách điện này trong thiết bị động cơ của mình.

3 giai đoạn hỏng cách điện

Hầu hết sự cố cách điện xảy ra từ từ và đều đặn, trải qua ba giai đoạn riêng biệt.

Giai đoạn 1 — Lý tưởng để phát hiện sớm

Trong giai đoạn đầu tiên của sự cố cách điện, lớp cách điện giữa các dây dẫn trở nên căng thẳng và bắt đầu thay đổi về mặt hóa học. Chất cách điện thay đổi về mặt hóa học từ chất cách điện và bắt đầu trở thành chất dẫn điện. Cường độ cách điện và điện dung bắt đầu giảm. Lớp cách điện có thể bắt đầu bị cacbon hóa, khiến dòng điện trở nên có điện trở cao hơn và ít điện dung hơn. Nếu lớp cách điện của tường đất thay đổi, điều này sẽ làm cho điện trở cách điện giảm và hệ số tiêu tán tăng lên. Nếu cách điện của cuộn dây trải qua thay đổi hóa học thì góc pha (Fi) và/hoặc đáp ứng tần số dòng điện sẽ thay đổi.

Việc xác định các lỗi ở giai đoạn hư hỏng cách điện này là cực kỳ quan trọng đối với hoạt động đáng tin cậy “đẳng cấp thế giới” của hệ thống điện của nhà máy. Trong giai đoạn này, dòng điện không mong muốn giữa các dây dẫn chưa xảy ra, mặc dù nguy cơ nó bắt đầu xảy ra là rất cao. May mắn thay, việc phát hiện sớm thông qua kiểm tra cuộn dây và tham gia kiểm tra động cơ phù hợp là vô cùng có lợi. Việc phát hiện sớm hư hỏng lớp cách điện trong động cơ điện cho phép công ty giải quyết tình trạng hư hỏng trong khi nó vẫn còn tương đối nhỏ, tiết kiệm thời gian và tiền bạc cũng như ngăn ngừa sự cố nghiêm trọng.

Thiết bị ALL-TEST Pro là thiết bị duy nhất trên thế giới có thể thực hiện phát hiện sớm sự cố cách điện trong động cơ điện một cách nhất quán và ở giai đoạn sớm nhất.

Xem góc pha được giải thích trong việc phát hiện lỗi cách điện bên dưới.

Giai đoạn 2 — Có thể xảy ra lỗi động cơ gián đoạn

Trong giai đoạn thứ hai của sự cố cách điện, sự xuống cấp của cuộn dây trở nên rõ rệt hơn. Dưới đây là một số đặc điểm lỗi mà chúng có thể biểu hiện:

• Sự xuống cấp của vật liệu cách nhiệt tăng lên.
• Dòng điện tiếp tục trở nên có điện trở lớn hơn.
• Nhiệt tăng tại điểm sơ cấp của sự cố cách điện.
• Động cơ bắt đầu ngắt ổ đĩa hoặc cầu dao ngắt quãng, mặc dù nó có thể tiếp tục chạy khi lớp cách điện nguội đi.

Việc khắc phục sự cố cần phải được thực hiện để xác định nguyên nhân của sự cố. Các thiết bị ALL-TEST Pro xác định tình trạng thực sự của động cơ và các bộ phận của nó.

Xem góc pha, TVS & Đáp ứng tần số hiện tại được giải thích trong việc phát hiện lỗi cách điện bên dưới.

Giai đoạn 3 – Thất bại thảm hại

Nếu các dấu hiệu hư hỏng cách điện trước đó không được phát hiện hoặc không được giải quyết, động cơ có thể sẽ bị hỏng hoàn toàn. Dưới đây là một số đặc điểm mà cuộn dây thường thể hiện ở giai đoạn này:

• Lớp cách điện bị phá vỡ hoàn toàn, tạo ra một lối tắt giữa cuộn dây hoặc đường dẫn trực tiếp cho dòng điện từ cuộn dây đến mặt đất hoặc khung động cơ.
• Một vụ nổ phát triển tại điểm lỗi.
• Điện cảm và điện trở thay đổi xảy ra.
• Cuộn dây đồng bắt đầu tan chảy để đáp ứng với nhiệt độ quá cao.
• Động cơ liên tục ngắt bộ truyền động hoặc cầu dao khi khởi động.
• Có dòng điện chạy qua giữa các vật dẫn.

Nhiều đồng hồ đo điện và thiết bị sẽ bắt lỗi ở giai đoạn hỏng động cơ này (hoặc khi có sự cố ngắn mạch hoàn toàn với mặt đất cho thấy vấn đề an toàn nghiêm trọng). Nếu bạn chạy động cơ bị hỏng, thì bạn có thể không cần biết điều gì đang xảy ra với động cơ của mình hoặc biết tình trạng sức khỏe của động cơ.

Nguyên nhân hư hỏng cách nhiệt

Các yếu tố gây căng thẳng như nhiệt độ, chất ô nhiễm và ứng suất điện như quá điện áp kéo dài có thể dễ dàng ảnh hưởng đến khả năng cách điện và gây ra sự cố. Nguy cơ hư hỏng cách điện cũng tăng theo thời gian khi các yếu tố khác nhau này tương tác với nhau để gây ra sự xuống cấp. Ví dụ, các lỗ kim hoặc vết nứt nhỏ có thể xuất hiện trong lớp cách nhiệt do hao mòn hàng ngày. Những vết nứt đó làm suy yếu lớp cách nhiệt, đồng thời chúng cũng tạo ra những con đường cho độ ẩm và các chất gây ô nhiễm hóa học xâm nhập, làm lớp cách nhiệt xuống cấp hơn nữa.

Dưới đây là một số nguyên nhân phổ biến nhất gây ra lỗi cách điện trong động cơ:

• Chất gây ô nhiễm: Lớp cách điện của cuộn dây yếu đi do tiếp xúc với chất gây ô nhiễm như chất làm mát máy công cụ, dầu và các hóa chất khác. Những chất gây ô nhiễm này thường có tác dụng ăn mòn, phá vỡ lớp cách nhiệt theo thời gian. Các chất gây ô nhiễm ẩm thường dẫn điện vì chúng chứa tạp chất, vì vậy chúng làm giảm điện trở khi chúng thấm vào lớp cách điện qua các vết nứt và lỗ nhỏ.
• Chất lượng điện năng kém: Các cuộn dây có thể quá nóng do các vấn đề về chất lượng điện năng, bao gồm mức điện áp và dòng điện không cân bằng. Ngay cả sự gia tăng nhiệt độ vừa phải từ những vấn đề này cũng có thể tạo ra một điểm nóng nhiệt dẫn đến giảm đáng kể điện trở cách điện.
• Quá tải: Các cuộn dây có thể quá nóng do dòng điện cao gây ra bởi tải quá mức. Quá tải cũng có thể gây ra hiện tượng tăng điện áp làm vỡ lớp cách điện.
• Nhiệt độ xung quanh cao: Các cuộn dây cũng có thể bị quá nóng do nhiệt độ cao trong môi trường vận hành. Đặc biệt là trong khu vực có hệ thống thông gió hạn chế, nhiệt do thiết bị tạo ra có thể gây áp lực quá mức lên lớp cách điện của cuộn dây trong động cơ.
• Điện áp thoáng qua: Điện áp thoáng qua có thể phát triển từ các nguồn bên trong hoặc bên ngoài và thường xảy ra trong quá trình khởi động động cơ. Tần số của dòng điện thoáng qua có thể cao hơn nhiều lần so với dòng điện thông thường trong cuộn dây, gây ra ứng suất cực lớn lên lớp cách điện.

Do nguy cơ hư hỏng lớp cách điện trong động cơ tương đối cao theo thời gian, nhân viên nên có các công cụ và được đào tạo cần thiết để phát hiện các dấu hiệu hư hỏng lớp cách điện và xử lý chúng nhanh chóng.

Phát hiện lỗi cách điện với MCA

cách nhiệt quanh co

Phân tích mạch động cơ (MCA™) đưa điện áp AC & DC điện áp thấp vào để vận hành hệ thống cách điện cuộn dây trong khi động cơ bị ngắt điện. Khi hệ thống cách điện bắt đầu trải qua những thay đổi hóa học, nó ảnh hưởng đến điện dung (C) và độ tự cảm (L) của hệ thống cuộn dây. Bất kỳ thay đổi nào trong C hoặc L đều thay đổi thời gian trễ giữa điện áp đặt vào và dòng điện kết quả và khả năng lưu trữ điện tích hoặc từ trường của hệ thống cuộn dây. Do đó, khi cách điện của cuộn dây bắt đầu thay đổi về mặt hóa học thì Fi hoặc I/F hoặc có thể cả hai sẽ thay đổi. Nếu một trong hai biến này thay đổi, điều này sẽ thay đổi thống kê giá trị thử nghiệm (TVS). Sự thay đổi trong tĩnh TVS từ giá trị cơ bản được lưu trữ trước đó dưới dạng tĩnh giá trị tham chiếu (RVS) của> 3% cho biết bắt đầu hỏng lớp cách điện hoặc rôto.

• Thống kê giá trị thử nghiệm: TVS là một số xác định tình trạng của động cơ tại thời điểm thử nghiệm được thực hiện. TVS sử dụng thuật toán được cấp bằng sáng chế độc quyền được tạo ra bằng cách kết hợp các kết quả của một loạt thử nghiệm điện áp thấp được thực hiện trên cả ba pha của hệ thống cuộn dây động cơ. Các biến số chính được lấy ở 5 tần số khác nhau để kích thích hoàn toàn hệ thống cách nhiệt. Ngay cả những thay đổi nhỏ trong thành phần hóa học của lớp cách điện cuộn dây cũng sẽ khiến TVS hiện tại thay đổi khi so sánh với đường cơ sở. ATP khuyến nghị nên tiến hành thử nghiệm Tĩnh giá trị tham chiếu (RVS) trên động cơ mới và trước khi lắp động cơ vào hệ thống. Sau đó, khi theo dõi TVS của động cơ trong suốt vòng đời của nó, sự thay đổi của> 3% giữa hai giá trị (chỉ số TVS mới so với hiện tại) thường biểu thị lỗi rôto hoặc stato.
• Góc pha: Là thước đo độ trễ thời gian giữa điện áp đặt vào động cơ và dòng điện thu được. Đây là phép đo có độ nhạy cao và là một trong những biến số đầu tiên thay đổi khi hệ thống cách nhiệt bắt đầu xuống cấp. Phép đo Fi được sử dụng để xác định các lỗi đang phát triển giữa cuộn dây với cuộn dây, cuộn dây với cuộn dây hoặc cuộn dây pha-pha. Không có thiết bị nào khác có thể xác định được sự xuất hiện lỗi của cuộn dây ở giai đoạn này.
• Đáp ứng tần số hiện tại: Thử nghiệm đáp ứng I/F đo dòng điện qua các cuộn dây của động cơ ở tần số định trước. Một thử nghiệm tiếp theo đo lại đáp ứng hiện tại ở tần số ban đầu gấp đôi. Đáp ứng I/F đo phần trăm thay đổi của dòng điện do tăng gấp đôi tần số của điện áp đầu vào. Cuộn dây ba pha trong cùng một điều kiện sẽ phản ứng như nhau với sự thay đổi tần số. Nếu lớp cách điện của cuộn dây trên một hoặc nhiều dây dẫn bắt đầu xuống cấp, nó sẽ thay đổi khả năng lưu trữ từ trường hoặc điện tích của cuộn dây. I/F là thử nghiệm đo khả năng lưu trữ từ trường hoặc điện tích của hệ thống cuộn dây và thường là một trong những chỉ báo đầu tiên về sự xuống cấp của hệ thống cuộn dây.
• Kiểm tra động: Kiểm tra động được sử dụng để xác định các lỗi đang phát triển hoặc hiện có trong stato hoặc rôto. Trong quá trình thử nghiệm động, thiết bị thử nghiệm liên tục đo và lưu trữ trở kháng ở các vị trí rôto khác nhau trong khi trục động cơ được quay trơn tru và chậm rãi bằng tay. Kết quả của các thử nghiệm này được phân tích và hiển thị dưới dạng hai chữ ký điện, chữ ký stato động và chữ ký rôto động. Sau đó, thiết bị sẽ tự động phân tích các chữ ký này và tạo ra trạng thái “tốt”, “cảnh báo” hoặc “xấu” để cho biết tình trạng của stato hoặc rôto.
• Hệ số tản nhiệt (DF): Hệ thống cách điện của tường tiếp đất tạo thành một tụ điện tự nhiên giữa các dây dẫn trong cuộn dây động cơ và khung động cơ. Một tụ điện lưu trữ một điện tích, khi một điện áp xoay chiều được đặt vào tụ điện, một phần của dòng điện chạy qua vật liệu điện môi và là dòng điện trở (I _r ) và phần còn lại của dòng điện là dòng điện được tích trữ. Dòng điện dự trữ được gọi là dòng điện dung (I _c ). Trên hệ thống cách nhiệt mới, I _r là< 5% của tôi _c. DF là tỉ số của I _r /I _c . Khi vật liệu cách nhiệt già đi, nó trở nên kém điện dung hơn và có điện trở cao hơn khiến DF tăng lên.
• Điện dung tiếp đất (CTG): Vì hệ thống cách điện của tường tiếp đất tạo thành một điện dung tự nhiên với khung nên sẽ có một giá trị có thể đo được và giá trị này sẽ giữ nguyên trong suốt vòng đời của động cơ. Sự xâm nhập của hơi ẩm hoặc các chất gây ô nhiễm khác làm cho hằng số điện môi thay đổi một cách hiệu quả. Điều này thường làm cho giá trị CTG tăng lên. Tuy nhiên, nếu lớp cách nhiệt của tường tiếp đất bắt đầu xuống cấp nhiệt, nó sẽ khiến CTG giảm xuống.

Tóm tắt: Việc kết hợp các phép đo DF & CTG cung cấp chỉ báo tốt hơn về tình trạng chung của lớp cách điện của tường tiếp đất so với các phép đo IRG đơn lẻ. Thử nghiệm IRG tiêu chuẩn sẽ chỉ phát hiện sự cố chạm đất ở phần yếu nhất trong lớp cách điện của cuộn dây. Các thử nghiệm DF và CTC sẽ đưa ra đánh giá đầy đủ về toàn bộ hệ thống cách điện bằng cách sử dụng các phương pháp thử nghiệm điện áp thấp AC. Kết hợp hai thử nghiệm này với thử nghiệm IRG sẽ cho bạn tình trạng chính xác nhất của hệ thống cách điện của động cơ với mặt đất.

Phương pháp kiểm tra truyền thống

Điện trở cách điện với đất (IRG) – Đây là một thử nghiệm an toàn & không được sử dụng để xác định tình trạng thực tế của động cơ điện.

Điện trở cách điện đối với các thử nghiệm nối đất là các thử nghiệm điện phổ biến nhất được thực hiện trong điện trường. Mục đích chính của các phép đo này là “an toàn” . Khi có một đường dẫn dòng điện chạy từ cuộn dây được cấp điện đến vỏ máy hoặc đất, có thể một phần hở của động cơ có thể được cấp điện đến toàn bộ điện áp đặt vào cuộn dây. Ngoài ra, nếu đủ dòng điện chạy xuống đất, nó sẽ tạo ra nhiệt cục bộ có thể dẫn đến thiệt hại cho nhà máy cũng như con người. Trước khi cấp điện cho hệ thống điện mới lắp đặt, nên thực hiện kiểm tra IRG để đảm bảo rằng động cơ “an toàn” để cấp điện. Thử nghiệm IRG áp dụng điện áp DC cho dây dẫn động cơ và đo dòng điện chạy xuống đất. Vì dòng điện đi theo đường có điện trở nhỏ nhất nên thử nghiệm này xác định các điểm yếu nhất của lớp cách điện trên tường tiếp đất nhưng không cung cấp bất kỳ dấu hiệu nào về tình trạng chung của cách điện trên tường tiếp đất.

Bảo vệ khỏi sự cố cách điện với thiết bị từ ALL-TEST Pro

Các sản phẩm thử nghiệm động cơ đáng tin cậy của ALL-TEST Pro cung cấp cho doanh nghiệp của bạn những công cụ cần thiết để đánh giá hiệu suất điện và giải quyết các vấn đề nhỏ một cách nhanh chóng trước khi chúng phát triển thành các vấn đề tốn nhiều thời gian và công sức hơn.

Tại sao thử nghiệm động cơ ? Một động cơ hiệu suất cao, được bảo trì tốt là chìa khóa giúp doanh nghiệp của bạn hoạt động hiệu quả, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, đồng thời tăng năng suất và lợi nhuận. ALL-TEST Pro có thể cung cấp cho doanh nghiệp của bạn điều đó. Các chương trình thử nghiệm, khắc phục sự cố và bảo trì dự đoán của chúng tôi giúp động cơ của bạn hoạt động mạnh mẽ và mang lại giá trị cao cho công ty của bạn.

Yêu cầu báo giá ngay hôm nay hoặc liên hệ với chúng tôi để tìm hiểu thêm về cách sản phẩm của chúng tôi cung cấp thử nghiệm động cơ nhanh chóng, chính xác — mọi lúc, mọi nơi.