Toto pokračování seriálu o měření při údržbě pohonů a motorů je zaměřeno na měření na vlastních elektromotorech. Za základní parametr motoru, který je nutné kontrolovat při údržbě, kromě kontroly pracovního proudu odebíraného motorem, lze považovat izolační stav vinutí motoru. Je to parametr, který dlouhodobě ovlivňuje provozní schopnosti všech typů motorů.
Základní principy měření izolačního odporu
Základní měření izolačního stavu vinutí, které lze snadno provést, je zjištění izolačního stavu přiložením stejnosměrného napětí vhodné velikosti na jednotlivé cívky motoru a výpočtem odporu z poměru tohoto napětí a protékajícího proudu. To lze provést běžným měřičem izolačního stavu, např. přístrojem Kyoritsu 3125A s možností volby velikosti napětí od 250 V do 5 kV a rozsahem měřitelného izolačního odporu až 1 TΩ.
Izolaci si lze při zjednodušení představit jako paralelní zapojení odporu RISO a kondenzátoru C. Proud při měření izolace není stálý, ale mění se v čase. Zpočátku je velký a postupně klesá až do jeho ustálení na nejmenší hodnotě, která odpovídá velikosti izolační schopnosti. Čím je tedy tento proud na počátku měření větší a v ustálení menší, nebo naopak, čím je izolační odpor na počátku měření menší a na konci větší, tím je elasticita materiálu lepší, a tedy elektrické stáří izolace lepší.
Faktory ovlivňující izolační odpor
Hodnota izolačního odporu závisí na různých faktorech, například na teplotě vinutí, vlhkosti a znečištění. Snížení izolační schopnosti vinutí se zjednodušeně projevuje i postupnou ztrátou „elektrické elasticity“ materiálu izolace. Vzhledem k tomu, že izolační stav vinutí se mění s časem, jak stárne materiál izolace, ale i s teplotou, která má navíc vliv na rychlost stárnutí, není pouhá kontrola izolačního odporu motorů dostatečným a průkazným indikátorem jeho stavu z pohledu možné poruchy.
Jmenovité hodnoty minimálního izolačního odporu nového vinutí jsou uvedeny v následující tabulce. Skutečné hodnoty izolačního odporu jsou zpravidla podstatně vyšší. Při chodu motoru se izolační odpor může v důsledku vlivu okolního prostředí a změn teplot vinutí snížit.
Čtěte také: Izolace s asfaltovým lakem: Jak na to?
| Jmenovité napětí motoru (UN) | Minimální hodnota izolačního odporu pro zkušební napětí 500 V DC (při 25 °C) | Minimální hodnota izolačního odporu pro zkušební napětí 500 V DC (při 75 °C) |
|---|---|---|
| UN < 2 kV | 10 MΩ | 0,33 MΩ |
| UN ≥ 2 kV | 100 MΩ | 3,33 MΩ |
K hodnocení kvality izolace slouží i tzv. kritická hodnota izolačního odporu. Kritická hodnota izolačního odporu vinutí při teplotě 25 °C je závislá na jmenovitém napětí motoru. Jeho hodnota se získá vynásobením jmenovitého napětí v kV hodnotou specifikovaného kritického odporu, který má následující hodnoty:
- 0,5 MΩ/kV při UN < 2 kV
- 5 MΩ/kV při UN > 2 kV
Příklad: UN = 660 V, Rkrit > 0,66 kV x 0,5 MΩ/kV = 0,33 MΩ. Pokud hodnota měřeného izolačního odporu je nad vypočítanou (teoretickou) kritickou hodnotou během provozu, pak motor může pokračovat v provozu.
Minimální hodnota izolačního odporu Rizol souvisí s teplotou. Z tohoto důvodu je nutné pro různé teploty vinutí izolační odpor přepočítat. U čistého a suchého vinutí se izolační odpor Rizol sníží na polovinu při zvýšení teploty vinutí o 10 K a zvýší na dvojnásobek při snížení teploty vinutí o 10 K (desetistupňové pravidlo).
Účinný systém izolačního odporu motoru má vysoký odpor, obvykle (na absolutní minimum) větší než několik mega ohmů (MΩ). Špatný izolační systém má nižší izolační odpor. Neexistují žádná pravidla pro stanovení minimální hodnoty izolačního odporu motoru. Většina dostupných údajů je empirická. Obecné pravidlo pro palec je 10 megaohmů nebo více.
Měřicí metody a přístroje
Prodloužení životnosti elektrických systémů a motorů vyžaduje pravidelné testování izolačního odporu. Testery izolačního odporu lze používat ke zjišťování integrity vinutí nebo kabeláže motorů, transformátorů, rozvaděčů a elektrických instalací. Metoda testování je dána typem testovaného vybavení a důvodem testování. Při testování izolace používáme relativně vysoké stejnosměrné napětí, aby byl unikající proud zjevnější. Účelem přístrojů je aplikovat testovací napětí „nedestruktivním“ a velmi kontrolovaným způsobem. Přestože dodávají vysoké napětí, dodávaný proud je přísně omezený.
Čtěte také: Cihly s tepelnou izolací
Při měření pod napětím dochází v izolaci k fyzickým jevům, v jejichž důsledku dochází k průtoku proudu. Kapacitní nabíjecí proud je závislý na kapacitě. Třívodičová metoda používaná u všech pokročilých přístrojů umožňuje eliminovat vliv proudu povrchového svodu. Měření třívodičovou metodou je doporučováno všude tam, kde máme co do činění s velkými plochami vystavenými vlivům znečištění.
Polarizační index (PI)
Parametr, který využívá poměr proudu při měření izolace, se nazývá polarizační index (PI). V praxi se např. používá poměr odporu naměřeného po jedné minutě po připojení napětí a po deseti minutách. Tedy PI = RISO10/RISO1. Čím je tento poměr větší, je stáří izolace lepší. V praxi PI > 4 je dobrá, mladá izolace, PI < 1,5 je již velmi stará izolace, která hrozí průrazem. Tuto funkci lze nalézt např. u již zmíněného přístroje KEW3125A. V praxi se velmi vyplatí sledovat, zaznamenávat a vyhodnocovat PI v čase.
Zkouška polarizačního indexu, která je plně popsána v ČSN EN IEC 60034-27-4, se musí provádět megaohmmetrem a stejným napětím po dobu 10 minut.
Rázový test
Měření izolačního odporu cívek a jejich PI lze využít při údržbě pro získání představy o stavu a stáří izolace celého vinutí motoru, nedává však příliš mnoho informací o možných mezizávitových průrazech nebo o průrazech napěťově závislých, které jsou časté. Pro ověření takovýchto situací lze snadno použít test rázovou vlnou. Při tomto testu je na jednotlivé cívky postupně přiloženo napětí z předtím nabitého kondenzátoru. Na takto vzniklém rezonančním obvodu se objeví tlumené kmitání. Časový průběh tohoto kmitání charakterizuje stav vinutí.
Měření odporu cívek mikroohmetrem
Další možností ověření stavu motoru je i měření odporu cívek mikroohmetrem. Zde je třeba připomenout nutnost použít čtyřvodičovou metodu, která zajistí kompenzaci vlivu měřicích kabelů a přechodového odporu kontaktu připojení. Zkouška stejnosměrného odporu mezi dvojicemi izolovaných síťových připojení každého vinutí může identifikovat zkraty mezi závity, špatná připojení, nesprávná zapojení nebo přerušené obvody.
Čtěte také: Jaké jsou druhy a vlastnosti izolačních betonů?
MotorAnalyzer 2
Popsané měřicí metody a několik dalších pro rychlé ověření stavu motoru při údržbě v sobě sdružuje přístroj z produkce německé firmy Schleich nesoucí název MotorAnalyzer 2. Měřicí část přístroje obsahuje osm konektorů pro připojení tří fází čtyřvodičově. Lze tedy provést všechny základní testy motoru pohodlně bez přepojování. Pro testy s napětím nad 3 kV jsou dvě samostatné bezpečné VN svorky. Lze tedy měřit izolaci a elektrickou pevnost do 6 kV - izolační odpor od 1 MΩ do 99 GΩ. Přístroj měří PI a DAR. MotorAnalyzer 2 je vybaven režimem automatického testování, při kterém jsou změřeny odpory a indukčnosti všech cívek a výpočet impedance, izolační odpor vůči kostře napětím nastavitelným od 0 až 3 000 V a nakonec je proveden rázový test na všech vinutích.
Doporučené postupy a normy
Nejzávažnějším důvodem testování izolace je zaručení bezpečnosti osob i veřejnosti. Navíc je testování izolace důležité pro ochranu a prodloužení životnosti elektrických systémů a motorů. Periodické údržbové testy mohou poskytnout cenné informace o stavu opotřebení a pomoci s předpovědí možné poruchy systému. Včasná náprava problémů bude znamenat nejen bezporuchový chod systému, ale také prodlouží provozní dobu nejrůznějšího vybavení.
Při měření izolačního odporu motoru je třeba vzít v úvahu také následující položky:
- Před měřením izolačního odporu by měl být výkon zkoušeného motoru přerušen a zkratován, aby byla zajištěna bezpečnost osoby a přístroje.
- Když je napájení vypnuto, při měření izolačního odporu motoru se zátěží počkejte, až se motor, který dojede, úplně zastaví, než budete pokračovat.
- U motorů s jmenovitým napětím 3 000 V a více by se vinutí mělo při každém měření izolačního odporu připojit k pouzdru na dobu nejméně 15 sekund pod 1 000 Kw a ne méně než 1 minutu.
Izolační odpor se musí měřit při stejnosměrném napětí. Zaznamenává se odpor izolační pevnosti elektrických vinutí. K měření odporu vůči zemi se používá stejnosměrný proud. Tímto způsobem se analyzuje svodová kapacita, svodový proud izolačního systému. Měření podle normy VDE 0100 část 410 trvá přesně 60 sekund, aby bylo možné získat srovnatelné hodnoty.
Izolaci poškodí vyšší elektrické pole. Žádné dielektrikum není dokonalé, obsahuje "vady", které vodí. Jsou to volné nosiče náboje, tedy elektrony nebo ionty. Dokud jich je málo, je izolační stav vyhovující. Pokud dielektrikum vložíme do silného elektrického pole (přiložíme napětí), začnou se vady množit. Proto je předepsáno měřit max. 500 V a v jiných případech i menším napětím. Je to invazivní metoda, a proto by se mělo vždycky měřit s rozmyslem a určitě nepřekračovat normativní hodnoty.
Zkouška izolačního odporu je plně popsána v ČSN EN IEC 60034-27-4 Točivé elektrické stroje - Část 27-4: Měření izolačního odporu a polarizačního indexu izolace vinutí točivých elektrických strojů. Měření izolačního odporu se má provádět megaohmmetrem zaznamenávajícím zkušební hodnoty a normalizovat podle výše uvedené normy.
Měření se musí provádět pro celé vinutí: mezi všemi vinutími a zemí, mezi vinutími v případě více vinutí, mezi vinutími a pomocným vybavením, a mezi pomocným vybavením a zemí, a to pomocí stejnosměrného megaohmmetru po dobu 1 minuty. Izolační odpor se významně mění s teplotou, vlhkostí a znečištěním. Pro účely vytváření trendu se má izolační odpor normalizovat na referenční teplotu (normálně 40 °C).
Minimální přijatelné hodnoty izolačního odporu korigované na 40 °C jsou funkcí jmenovitého napětí, teploty, typu zařízení a závisí na tom, zda je vinutí po opravě nebo převinutí (částečném nebo kompletním). Dále jsou uvedeny nejnižší hodnoty doporučené pro provedení zkoušky výdržným napětím nebo rázové zkoušky, případně pro chod při zkoušení kompletně impregnovaných vinutí.
Není-li naměřená hodnota přijatelná, pak se další zkoušky, které mohou namáhat vinutí až k poruše, nemají provádět, tj. výdržná zkouška nebo rázové zkoušení.
tags: #co #je #izolacni #odpor #rotoru #dc