En ce qui concerne les essais de moteurs électriques, l’indice de polarisation (IP) est une mesure de l’amélioration (ou de la dégradation) de la résistance du système d’isolation au fil du temps.

Bien que le test PI ait été considéré comme le principal test d’évaluation de l’état de l’isolation d’un moteur, son processus est devenu obsolète par rapport aux nouvelles méthodes de test qui fournissent une évaluation diagnostique plus complète de l’état général d’un moteur.

Cet article apporte une compréhension pratique du système d’isolation d’un moteur, une compréhension de base du test de l’indice de polarisation, et explique comment les méthodes modernes de test des moteurs permettent d’obtenir des résultats plus complets en moins de temps.

INDICE DE POLARISATION (PI)

Le test de l’indice de polarisation (PI) est une méthode standard de test des moteurs électriques mise au point dans les années 1800, qui vise à déterminer l’état de l’isolation des enroulements d’un moteur.

Alors que le test PI fournit des informations sur les systèmes d’isolation des parois du sol (GWI) généralement installés avant les années 1970, il ne permet pas de déterminer avec précision l’état de l’isolation des enroulements dans les moteurs modernes.

Le test PI consiste à appliquer une tension continue (typiquement 500V – 1000V) au bobinage du moteur pour mesurer l’efficacité du système GWI à stocker une charge électrique.

Puisque le système GWI forme une capacité naturelle entre les enroulements du moteur et la carcasse du moteur, la tension continue appliquée sera stockée sous forme de charge électrique comme n’importe quel condensateur.

Au fur et à mesure que le condensateur se charge, le courant diminue jusqu’à ce qu’il ne reste plus que le courant de fuite final, qui détermine la résistance de l’isolation par rapport à la terre.

Dans les systèmes d’isolation neufs et propres, le courant de polarisation diminue logarithmiquement avec le temps, car les électrons sont stockés. L’indice de polarisation (IP) est le rapport entre la valeur de la résistance d’isolement à la terre (IRG) prise à des intervalles de 1 et 10 minutes.

PI = 10 minutes d’IRG/1 minute d’IRG

Sur les systèmes d’isolation installés avant les années 1970, le test PI est effectué pendant que le matériau diélectrique est polarisé.

Si l’isolation de la paroi du sol (GWI) commence à se dégrader, elle subit un changement chimique qui rend le matériau diélectrique plus résistif et moins capacitif, abaissant la constante diélectrique et réduisant la capacité du système d’isolation à stocker une charge électrique. Le courant de polarisation devient donc plus linéaire lorsqu’il s’approche de la plage où le courant de fuite est prédominant.

Cependant, sur les systèmes d’isolation plus récents, postérieurs aux années 1970, pour diverses raisons, la polarisation complète du matériau diélectrique se produit en moins d’une minute, et les relevés IRG sont supérieurs à 5 000 méga-ohms. L’IP calculé peut ne pas être significatif en tant qu’indication de l’état de la paroi du sol.

En outre, comme ce test crée un champ électrostatique entre les enroulements et la carcasse du moteur, il ne fournit que très peu d’indications, voire aucune, sur l’état du système d’isolation des enroulements. La meilleure indication de ces types de défauts est l’utilisation des mesures MCA de l’angle de phase et de la réponse en fréquence du courant.

MATÉRIAUX ISOLANTS

Dans les moteurs électriques, l’isolation est le matériau qui résiste à la libre circulation des électrons, en dirigeant le courant vers un chemin souhaité et en l’empêchant de s’échapper ailleurs.

En théorie, l’isolation devrait bloquer tout flux de courant, mais même le meilleur matériau isolant laisse passer une petite quantité de courant. Ce courant excédentaire est communément appelé courant de fuite.

Bien qu’il soit généralement admis que les moteurs ont une durée de vie de 20 ans, la défaillance du système d’isolation est la principale raison pour laquelle les moteurs électriques tombent en panne prématurément.

Le système d’isolation commence à se dégrader lorsque l’isolation devient plus conductrice en raison d’un changement de sa composition chimique. La composition chimique de l’isolant se modifie au fil du temps en raison d’une utilisation progressive et/ou d’autres dommages. Le courant de fuite est résistif et crée de la chaleur qui entraîne une dégradation supplémentaire et plus rapide de l’isolation.

Note : La plupart des fils émaillés sont conçus pour garantir une durée de vie de 20 000 heures à des températures nominales (105 à 240° C).

SYSTÈMES D’ISOLATION

Les moteurs et autres équipements électriques dotés de bobines ont deux systèmes d’isolation distincts et indépendants.

Les systèmes d’isolation de la paroi de terre séparent la bobine de la carcasse du moteur, empêchant ainsi la tension fournie aux enroulements de s’échapper vers le noyau du stator ou toute autre partie de la carcasse du moteur. La rupture du système d’isolation de la paroi du sol est appelée défaut de mise à la terre et crée un risque de sécurité.

Les systèmes d’isolation du bobinage sont des couches d’émail qui entourent le fil conducteur qui fournit le courant à l’ensemble de la bobine pour créer le champ magnétique du stator. La rupture du système d’isolation du bobinage est appelée court-circuit du bobinage et affaiblit le champ magnétique de la bobine.

RÉSISTANCE D’ISOLEMENT À LA TERRE (IRG)

L’essai électrique le plus courant effectué sur les moteurs est l’essai de résistance d’isolement à la terre (IRG) ou “essai ponctuel”.

En appliquant une tension continue à l’enroulement du moteur, ce test détermine le point de résistance minimale que l’isolation de la paroi de terre présente par rapport à la carcasse du moteur.

CAPACITÉ

La capacité (C), mesurée en Farads, est définie comme la capacité d’un système à stocker une charge électrique. La capacité d’un moteur est déterminée à l’aide de l’équation suivante : 1 Farad = la quantité de charge stockée en coulombs (Q) divisée par la tension d’alimentation.

Exemple : Si la tension appliquée est celle d’une batterie de 12 V et que le condensateur stocke 0,04 coulombs de charge, il aura une capacité de 0,0033 Farads ou 3,33 mF. Un coulombs de charge correspond à environ 6,24 x 1018 électrons ou protons. Un condensateur de 3,33 mF stocke environ 2,08 X 1016 électrons lorsqu’il est entièrement chargé.

La capacité est créée en plaçant un matériau diélectrique entre des plaques conductrices. Dans les moteurs, les systèmes d’isolation des murs de terre forment une capacité naturelle entre les enroulements et le châssis du moteur. Les conducteurs de l’enroulement forment une plaque et le châssis du moteur forme l’autre, l’isolation de la paroi de terre constituant le matériau diélectrique.

La capacité dépend de

La surface mesurée des plaques – La capacité est directement proportionnelle à la surface des plaques.

La distance entre les plaques – La capacité est inversement proportionnelle à la distance entre les plaques.

La constante diélectrique – La capacité est directement proportionnelle à la constante diélectrique.

CAPACITÉ À LA TERRE (CTG)

La mesure de la capacité à la terre (CTG) indique la propreté des enroulements et des câbles d’un moteur.

Comme l’isolation de la paroi de terre (GWI) et les systèmes d’isolation des enroulements forment une capacité naturelle à la terre, chaque moteur aura un CTG unique lorsqu’il est neuf et propre.

Si les enroulements du moteur ou l’IGR sont contaminés, ou si le moteur subit une infiltration d’humidité, la CTG augmentera. Toutefois, si la GWI ou l’isolation du bobinage subit une dégradation thermique, l’isolation deviendra plus résistante et moins capacitive, ce qui entraînera une diminution de la CTG.

MATÉRIAU DIÉLECTRIQUE

Un matériau diélectrique est un mauvais conducteur d’électricité mais supporte un champ électrostatique. Dans un champ électrostatique, les électrons ne traversent pas le matériau diélectrique et les molécules positives et négatives s’associent pour former des dipôles (paires de molécules de charge opposée séparées par la distance) et se polariser (le côté positif du dipôle s’aligne vers le potentiel négatif et la charge négative s’aligne vers le potentiel négatif).

CONSTANTE DIÉLECTRIQUE (K)

La constante diélectrique (K) est une mesure de la capacité d’un matériau diélectrique à stocker une charge électrique en formant des dipôles, par rapport au vide qui a une K de 1.

La constante diélectrique d’un matériau isolant dépend de la composition chimique des molécules combinées pour former le matériau.

Le K d’un matériau diélectrique dépend de sa densité, de sa température, de son taux d’humidité et de la fréquence du champ électrostatique.

PERTE DIÉLECTRIQUE

Une propriété importante des matériaux diélectriques est leur capacité à supporter un champ électrostatique tout en dissipant un minimum d’énergie sous forme de chaleur, ce que l’on appelle la perte diélectrique.

RUPTURE DIÉLECTRIQUE

Lorsque la tension aux bornes d’un matériau diélectrique devient trop élevée et que le champ électrostatique devient trop intense, le matériau diélectrique conduit l’électricité et l’on parle alors de claquage diélectrique. Dans les matériaux diélectriques solides, cette rupture peut être permanente.

Lorsque la rupture diélectrique se produit, le matériau diélectrique subit une modification de sa composition chimique et entraîne un changement de la constante diélectrique.

LES COURANTS UTILISÉS AVEC UN CONDENSATEUR DE CHARGE

Il y a plusieurs décennies, le test de l’indice de polarisation (PI) a été introduit pour évaluer la capacité du système d’isolation à stocker une charge électrique. Étant donné qu’il existe essentiellement trois courants différents, comme décrit ci-dessus, impliqués dans la charge d’un condensateur.

Courant de charge – Le courant accumulé sur les plaques dépend de la surface des plaques et de la distance qui les sépare. Le courant de charge se termine généralement en < moins d’une minute. La quantité de charge sera la même quel que soit l’état du matériau isolant.

Courant de polarisation – Courant nécessaire pour polariser le matériau diélectrique ou pour aligner les diploïdes créés en plaçant le matériau diélectrique dans un champ électrostatique. Généralement, avec les systèmes d’isolation installés dans les moteurs (avant les années 1970) lorsque le test de l’indice de polarisation a été développé, la valeur nominale d’un système d’isolation neuf et propre serait de l’ordre de 100 mégaohms (106) et nécessiterait typiquement plus de 30 minutes et dans certains cas de nombreuses heures pour être réalisée. Cependant, avec un système d’isolation plus récent (postérieur aux années 1970), la valeur nominale d’un système d’isolation neuf et propre se situe entre le giga-ohm et le téra-ohm (109, 1012) et se polarise généralement avant que le courant de charge ne soit complètement terminé.

Courant de fuite – Courant qui traverse le matériau isolant et dissipe la chaleur.

COURANT DE CHARGE

Un condensateur non chargé possède des plaques qui partagent un nombre égal de charges positives et négatives.

L’application d’une source de courant continu aux plaques d’un condensateur non chargé entraîne un flux d’électrons provenant du côté négatif de la batterie et s’accumulant sur la plaque connectée à la borne négative de la batterie.

Cela créera un excès d’électrons sur cette plaque.

Les électrons circulent de la plaque connectée à la borne positive de la batterie et entrent dans la batterie pour remplacer les électrons qui s’accumulent sur la plaque négative. Le courant continuera à circuler jusqu’à ce que la tension sur la plaque positive soit la même que celle du côté positif de la batterie et que la tension sur la plaque négative atteigne le potentiel du côté négatif de la batterie.

Le nombre d’électrons déplacés de la batterie vers les plaques dépend de la surface des plaques et de la distance qui les sépare.

Ce courant, appelé courant de charge, ne consomme pas d’énergie et est stocké dans le condensateur. Ces électrons stockés créent un champ électrostatique entre les plaques.

COURANT DE POLARISATION

Le placement d’un matériau diélectrique entre les plaques d’un condensateur augmente la capacité de ce dernier par rapport à l’espacement entre les plaques dans le vide.

Lorsqu’un matériau diélectrique est placé dans un champ électrostatique, les dipôles nouvellement formés se polarisent, et l’extrémité négative du dipôle s’aligne sur la plaque positive, tandis que l’extrémité positive du dipôle s’aligne sur la plaque négative. C’est ce que l’on appelle la polarisation.

Plus la constante diélectrique d’un matériau diélectrique est élevée, plus le nombre d’électrons nécessaires est important, ce qui augmente la capacité du circuit.

COURANT DE FUITE

La faible quantité de courant qui traverse le matériau diélectrique tout en conservant ses propriétés isolantes est appelée résistance effective. Cette notion est différente de la rigidité diélectrique, qui est définie comme la tension maximale qu’un matériau peut supporter sans défaillir.

Lorsqu’un matériau isolant se dégrade, il devient plus résistif et moins capacitif, ce qui augmente le courant de fuite et diminue la constante diélectrique. Le courant de fuite produit de la chaleur et est considéré comme une perte diélectrique.

FACTEUR DE DISSIPATION

Il s’agit d’une technique d’essai alternative qui utilise un signal CA pour tester le système d’isolation des parois souterraines (GWI). Comme expliqué ci-dessus, l’utilisation d’un signal DC pour tester le GWI permet de rencontrer 3 courants différents, mais l’instrument n’est pas en mesure de différencier les courants autrement que par le temps. Cependant, en appliquant un signal CA pour tester la GWI, il est possible de séparer les courants stockés (courant de charge, courant de polarisation) du courant résistif (courant de fuite).

Étant donné que les courants de charge et de polarisation sont des courants stockés et qu’ils sont restitués au cours du ½ cycle opposé, le courant précède la tension de 90°, tandis que le courant de fuite, qui est un courant résistif qui dissipe de la chaleur, est en phase avec la tension appliquée. Le facteur de dissipation (DF) est simplement le rapport entre le courant capacitif (IC) et le courant résistif (IR).

DF = IC / IR

Sur un isolant neuf et propre, l’IR est généralement égal à < 5% de l’IC. Si le matériau isolant est contaminé ou se dégrade thermiquement, soit l’IC diminue, soit l’IR augmente. Dans les deux cas, le DF augmentera.

ANALYSE DES CIRCUITS DE MOTEUR (MCA™)

L’analyse du circuit moteur (MCA™), également appelée évaluation du circuit moteur (MCE), est une méthode d’essai non destructive hors tension utilisée pour évaluer l’état de santé d’un moteur. Lancé depuis le centre de contrôle du moteur (MCC) ou directement sur le moteur lui-même, ce processus évalue toute la partie électrique du système du moteur, y compris les connexions et les câbles entre le point de test et le moteur.

Lorsque le moteur est éteint et non alimenté, des outils tels que l’AT7 et l’AT34 de ALL-TEST Pro utilisent l’AMC pour évaluer :

  • Défauts de mise à la terre
  • Défauts de l’enroulement interne
  • Connexions ouvertes
  • Défauts du rotor
  • Contamination

Le test du moteur à l’aide des outils MCA™ est très facile à mettre en œuvre, et le test dure moins de trois minutes, alors que le test de l’indice de polarisation prend généralement plus de 10 minutes.

COMMENT FONCTIONNE L’ANALYSE DES CIRCUITS MOTEURS ?

La partie électrique du système de moteur triphasé est composée de circuits résistifs, capacitifs et inductifs. Lorsqu’une faible tension est appliquée, les circuits sains doivent réagir d’une manière spécifique.

Les outils d’analyse du circuit du moteur ALL-TEST Pro appliquent une série de signaux AC sinusoïdaux à basse tension, non destructifs, à travers le moteur afin de mesurer la réponse de ces signaux. Ce test hors tension ne prend que quelques minutes et peut même être réalisé par un technicien débutant.

Mesures de l’AMC :

  • Résistance
  • Impédance
  • Inductance
  • Fi (angle de phase)
  • Facteur de dissipation
  • Isolation à la terre
  • I/F (réponse à la fréquence du courant)
  • Valeur de test statique (TVS)
  • Signatures dynamiques du stator et du rotor

Et ainsi de suite :

  • Moteurs AC/DC
  • Moteurs de traction AC/DC
  • Générateurs/alternateurs
  • Moteurs de machines-outils
  • Servomoteurs
  • Transformateurs de contrôle
  • Transformateurs de transmission et de distribution

RÉSUMÉ

Au cours des années 1800, le test de l’indice de polarisation était une méthode efficace pour déterminer l’état général d’un moteur. Elle est toutefois devenue moins efficace avec les systèmes d’isolation modernes.

Alors que le test PI prend beaucoup de temps (plus de 15 minutes) et ne permet pas de déterminer si le défaut se trouve dans l’enroulement ou dans l’isolation de la paroi de terre, les technologies modernes, telles que l’ANALYSE DES CIRCUITS DU MOTEUR (MCATM), identifient les problèmes de connexion, les défauts de développement d’enroulement tour à tour, bobine à bobine et phase à phase à des stades très précoces, avec des tests réalisés en moins de 3 minutes.

D’autres technologies, telles que DF, CTG et IRG, permettent de déterminer l’état du système d’isolation de la paroi souterraine dans le cadre de tests réalisés en un minimum de temps.

En combinant de nouvelles technologies, telles que MCA, DF, CTG et IRG, les méthodes modernes d’essai des moteurs électriques permettent une évaluation beaucoup plus complète et approfondie de l’ensemble du système d’isolation d’un moteur, plus rapidement et plus facilement qu’auparavant.

admin

This is a paragraph.It is justify aligned. It gets really mad when people associate it with Justin Timberlake. Typically, justified is pretty straight laced. It likes everything to be in its place and not all cattywampus like the rest of the aligns. I am not saying that makes it better than the rest of the aligns, but it does tend to put off more of an elitist attitude.