Về thử nghiệm động cơ điện, chỉ số phân cực (PI) là thước đo mức độ cải thiện (hoặc suy giảm) điện trở của hệ thống cách điện theo thời gian.
Mặc dù Thử nghiệm PI được coi là thử nghiệm chính khi đánh giá tình trạng cách điện của động cơ nhưng quy trình của nó đã trở nên lỗi thời so với các phương pháp thử nghiệm mới hơn mang lại đánh giá chẩn đoán toàn diện hơn về tình trạng tổng thể của động cơ.
Bài viết này cung cấp hiểu biết thực tế về hệ thống cách điện của động cơ, hiểu biết cơ bản về kiểm tra chỉ số phân cực và cách các phương pháp kiểm tra động cơ hiện đại mang lại kết quả toàn diện hơn trong thời gian ngắn hơn.
CHỈ SỐ PHÂN CỰC (PI)
Thử nghiệm chỉ số phân cực (PI) là một phương pháp thử nghiệm động cơ điện tiêu chuẩn được phát triển vào những năm 1800 nhằm xác định tình trạng cách điện cuộn dây của động cơ.
Mặc dù thử nghiệm PI cung cấp thông tin về hệ thống cách điện tường đất (GWI) thường được lắp đặt trước những năm 1970 nhưng nó không cung cấp được điều kiện chính xác về cách điện cuộn dây trong động cơ hiện đại.
Thử nghiệm PI liên quan đến việc cấp điện áp DC (thường là 500V – 1000V) vào cuộn dây của động cơ để đo lường hiệu quả của hệ thống GWI trong việc lưu trữ điện tích.
Do hệ thống GWI hình thành điện dung tự nhiên giữa cuộn dây động cơ và khung động cơ nên điện áp DC đặt vào sẽ được lưu trữ dưới dạng điện tích giống như bất kỳ tụ điện nào.
Khi tụ điện được sạc đầy, dòng điện sẽ giảm cho đến khi tất cả những gì còn lại là dòng rò cuối cùng, xác định lượng điện trở mà lớp cách điện cung cấp cho mặt đất.
Trong các hệ thống cách điện mới, sạch, dòng điện phân cực giảm logarit theo thời gian khi các electron được lưu trữ. Chỉ số phân cực (PI) là tỷ lệ giữa giá trị điện trở cách điện với mặt đất (IRG) được lấy trong khoảng thời gian 1 và 10 phút.
PI = IRG 10 phút/IRG 1 phút
Trên các hệ thống cách điện được lắp đặt trước những năm 1970, thử nghiệm PI xảy ra khi vật liệu điện môi đang bị phân cực.
Nếu lớp cách nhiệt của tường đất (GWI) bắt đầu xuống cấp, nó sẽ trải qua một sự thay đổi hóa học khiến vật liệu điện môi trở nên có điện trở cao hơn và ít điện dung hơn, làm giảm hằng số điện môi và làm giảm khả năng lưu trữ điện tích của hệ thống cách điện. Điều này làm cho dòng điện phân cực trở nên tuyến tính hơn khi nó tiến đến phạm vi mà dòng điện rò chiếm ưu thế.
Tuy nhiên, trên hệ thống cách điện mới hơn sau những năm 1970, vì nhiều lý do, toàn bộ sự phân cực của vật liệu điện môi xảy ra trong vòng chưa đầy một phút và số đọc IRG là trên 5.000 Meg-ohms. PI được tính toán có thể không có ý nghĩa như một chỉ báo về tình trạng của tường nền.
Ngoài ra, do thử nghiệm này tạo ra trường tĩnh điện giữa cuộn dây và khung động cơ nên nó cung cấp rất ít dấu hiệu về tình trạng của hệ thống cách điện cuộn dây. Dấu hiệu tốt nhất cho các loại lỗi này thông qua việc sử dụng các phép đo góc pha và đáp ứng tần số hiện tại của MCA.
VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN
Trong động cơ điện, vật liệu cách nhiệt là vật liệu chống lại dòng điện tử tự do, hướng dòng điện đi qua một đường mong muốn và ngăn không cho nó thoát ra nơi khác.
Về lý thuyết, vật liệu cách nhiệt sẽ chặn tất cả dòng điện, nhưng ngay cả vật liệu cách điện tốt nhất cũng cho phép một lượng nhỏ dòng điện đi qua. Dòng điện dư thừa này thường được gọi là dòng điện rò rỉ.
Mặc dù người ta thường chấp nhận rằng động cơ có tuổi thọ 20 năm, nhưng lỗi hệ thống cách điện là nguyên nhân chính khiến động cơ điện hỏng sớm.
Hệ thống cách điện bắt đầu xuống cấp khi lớp cách nhiệt trở nên dẫn điện hơn do sự thay đổi thành phần hóa học của nó. Thành phần hóa học của lớp cách nhiệt thay đổi theo thời gian do sử dụng dần dần và/hoặc các hư hỏng khác. Dòng điện rò rỉ có điện trở và tạo ra nhiệt dẫn đến sự xuống cấp nhanh hơn và nhanh hơn của lớp cách điện.
Lưu ý: Hầu hết các dây tráng men đều được thiết kế để đảm bảo tuổi thọ sử dụng là 20.000 giờ ở nhiệt độ định mức (105 đến 240° C).
HỆ THỐNG CÁCH NHIỆT
Động cơ và các thiết bị điện khác có cuộn dây có 2 hệ thống cách điện riêng biệt và độc lập.
Hệ thống cách nhiệt tường nối đất tách cuộn dây ra khỏi khung động cơ, ngăn điện áp cung cấp cho cuộn dây thoát ra lõi stato hoặc bất kỳ bộ phận nào của khung động cơ. Sự cố của hệ thống cách nhiệt tường đất được gọi là lỗi nối đất và tạo ra mối nguy hiểm về an toàn.
Hệ thống cách điện cuộn dây là các lớp men bao quanh dây dẫn cung cấp dòng điện cho toàn bộ cuộn dây để tạo ra từ trường stato. Sự cố của hệ thống cách điện cuộn dây được gọi là chập mạch cuộn dây và làm suy yếu từ trường của cuộn dây.
KHÁNG CÁCH ĐẤT (IRG)
Thử nghiệm điện phổ biến nhất được thực hiện trên động cơ là thử nghiệm điện trở cách điện với mặt đất (IRG) hoặc “thử nghiệm tại chỗ”.
Bằng cách đặt điện áp DC vào cuộn dây động cơ, thử nghiệm này xác định điểm điện trở tối thiểu mà lớp cách điện của tường nối đất tạo ra cho khung động cơ.
CÔNG SUẤT
Điện dung (C), được đo bằng Farad, được định nghĩa là khả năng của một hệ thống lưu trữ điện tích. Việc thiết lập điện dung của động cơ được tìm thấy bằng cách sử dụng phương trình: 1 Farad = lượng điện tích được lưu trữ tính bằng coulomb (Q) chia cho điện áp cung cấp.
Ví dụ: Nếu điện áp đặt vào là pin 12V và tụ điện chứa 0,04 coulomb điện tích thì nó sẽ có điện dung là 0,0033 Farad hoặc 3,33 mF. Một Coulomb điện tích xấp xỉ 6,24 x 1018 electron hoặc proton. Một tụ điện 3,33 mF sẽ lưu trữ khoảng 2,08 X 1016 electron khi được sạc đầy.
Điện dung được tạo ra bằng cách đặt một vật liệu điện môi giữa các tấm dẫn điện. Trong động cơ, hệ thống cách nhiệt tường tiếp đất tạo thành điện dung tự nhiên giữa cuộn dây động cơ và khung động cơ. Các dây dẫn cuộn dây tạo thành một tấm và khung động cơ tạo thành tấm kia, làm cho lớp cách điện của tường tiếp đất trở thành vật liệu điện môi.
Lượng điện dung phụ thuộc vào:
Diện tích bề mặt đo được của các bản – Điện dung tỷ lệ thuận với diện tích của các bản.
Khoảng cách giữa các bản – Điện dung tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bản.
Hằng số điện môi – Điện dung tỷ lệ thuận với hằng số điện môi
Điện dung nối đất (CTG)
Phép đo điện dung nối đất (CTG) cho thấy độ sạch của cuộn dây và cáp của động cơ.
Bởi vì hệ thống cách điện tường nối đất (GWI) và hệ thống cách điện cuộn dây tạo thành điện dung tự nhiên với mặt đất nên mỗi động cơ sẽ có một CTG riêng khi động cơ còn mới và sạch sẽ.
Nếu cuộn dây động cơ hoặc GWI bị bẩn hoặc động cơ bị hơi ẩm xâm nhập, CTG sẽ tăng lên. Tuy nhiên, nếu GWI hoặc cách điện cuộn dây bị suy giảm nhiệt thì cách điện sẽ trở nên có điện trở cao hơn và điện dung kém hơn khiến CTG giảm.
VẬT LIỆU ĐIỆN LỰC
Vật liệu điện môi là chất dẫn điện kém nhưng có trường tĩnh điện. Trong trường tĩnh điện, các electron không thấm vào vật liệu điện môi và các phân tử dương và âm kết hợp với nhau tạo thành lưỡng cực (cặp phân tử tích điện trái dấu cách nhau khoảng cách) và phân cực (cực dương của lưỡng cực sẽ thẳng hàng với điện thế âm và điện tích âm sẽ hướng về điện thế âm).
hằng số điện môi (K)
Hằng số điện môi (K) là thước đo khả năng lưu trữ điện tích của vật liệu điện môi bằng cách hình thành các lưỡng cực, so với chân không có K bằng 1.
Hằng số điện môi của vật liệu cách điện phụ thuộc vào thành phần hóa học của các phân tử kết hợp với nhau để tạo thành vật liệu.
K của vật liệu điện môi bị ảnh hưởng bởi mật độ, nhiệt độ, độ ẩm và tần số của trường tĩnh điện của vật liệu.
TỔN THẤT ĐIỆN LỰC
Một đặc tính quan trọng của vật liệu điện môi là khả năng hỗ trợ trường tĩnh điện, đồng thời tiêu tán năng lượng tối thiểu dưới dạng nhiệt, được gọi là tổn thất điện môi.
HỎA ĐIỆN ĐIỆN
Khi điện áp trên vật liệu điện môi trở nên quá cao khiến trường tĩnh điện trở nên quá mạnh, vật liệu điện môi sẽ dẫn điện và được gọi là hiện tượng đánh thủng điện môi. Trong vật liệu điện môi rắn, sự đánh thủng này có thể xảy ra vĩnh viễn.
Khi xảy ra sự cố điện môi, vật liệu điện môi trải qua sự thay đổi thành phần hóa học và dẫn đến thay đổi hằng số điện môi.
DÒNG ĐIỆN SỬ DỤNG VỚI TỤ SẠC
Cách đây vài thập kỷ, thử nghiệm chỉ số phân cực (PI) đã được giới thiệu để đánh giá khả năng lưu trữ điện tích của hệ thống cách điện. Vì về cơ bản có ba dòng điện khác nhau, như đã mô tả ở trên, liên quan đến việc sạc tụ điện.
Dòng sạc – Dòng điện tích lũy trên các tấm và phụ thuộc vào diện tích của các tấm và khoảng cách giữa chúng. Dòng sạc thường kết thúc ở< hơn 1 phút. Lượng điện tích sẽ như nhau bất kể tình trạng của vật liệu cách điện như thế nào.
Dòng điện phân cực – Dòng điện cần thiết để phân cực vật liệu điện môi hoặc căn chỉnh các lưỡng cực được tạo ra bằng cách đặt vật liệu điện môi trong trường tĩnh điện. Thông thường với các hệ thống cách điện được lắp đặt trong động cơ (trước những năm 1970) khi thử nghiệm chỉ số phân cực được phát triển, giá trị danh nghĩa của một hệ thống cách điện mới, sạch sẽ nằm trong phạm vi 100 megaohm (106) và thường cần hơn 30 phút và trong một số trường hợp phải mất nhiều giờ để hoàn thành. Tuy nhiên, với hệ thống cách điện mới hơn (sau những năm 1970), giá trị danh nghĩa của hệ thống cách điện mới, sạch sẽ nằm trong khoảng từ giga-ohm đến tera-ohm (109, 1012) và thường phân cực hoàn toàn trước khi dòng sạc kết thúc hoàn toàn.
Dòng điện rò rỉ – Dòng điện chạy qua vật liệu cách điện và tản nhiệt.
HIỆN TẠI ĐANG SẠC
Một tụ điện không tích điện có các bản chia sẻ số điện tích dương và âm bằng nhau.
Đặt nguồn DC vào các bản của tụ điện chưa tích điện sẽ làm cho các electron chạy từ cực âm của pin và tích tụ trên bản nối với cực âm của pin.
Điều này sẽ tạo ra sự dư thừa điện tử trên tấm này.
Các electron sẽ chảy từ bản nối với cực dương của pin và chảy vào pin để thay thế các electron tích tụ trên bản âm. Dòng điện sẽ tiếp tục chạy cho đến khi điện áp ở cực dương bằng cực dương của pin và điện áp ở cực âm sẽ đạt được điện thế ở cực âm của pin.
Số lượng electron dịch chuyển từ pin sang các tấm phụ thuộc vào diện tích của các tấm và khoảng cách giữa chúng.
Dòng điện này gọi là dòng sạc, không tiêu tốn năng lượng và được tích trữ trong tụ điện. Những electron được lưu trữ này tạo ra một trường tĩnh điện giữa các tấm.
DÒNG PHÂN CỰC
Việc đặt một vật liệu điện môi giữa các bản trong tụ điện sẽ làm tăng điện dung của tụ điện so với khoảng cách giữa các bản trong chân không.
Khi một vật liệu điện môi được đặt trong một trường tĩnh điện, các lưỡng cực mới hình thành sẽ phân cực, đầu âm của lưỡng cực sẽ thẳng hàng với bản dương và đầu dương của lưỡng cực sẽ thẳng hàng với bản âm. Điều này được gọi là sự phân cực.
Hằng số điện môi của vật liệu điện môi càng cao thì số lượng electron cần thiết càng lớn, do đó làm tăng điện dung của mạch.
DÒNG RÒ
Lượng dòng điện nhỏ chạy qua vật liệu điện môi trong khi vẫn duy trì đặc tính cách điện được gọi là điện trở hiệu dụng. Giá trị này khác với độ bền điện môi được định nghĩa là điện áp tối đa mà vật liệu có thể chịu được mà không bị hỏng.
Khi vật liệu cách điện xuống cấp, nó trở nên có điện trở cao hơn và ít điện dung hơn, làm tăng dòng điện rò và giảm hằng số điện môi. Dòng điện rò tạo ra nhiệt và được coi là tổn thất điện môi.
HỆ SỐ TẢN NHIỆT
Là một kỹ thuật thử nghiệm thay thế sử dụng tín hiệu AC để thực hiện hệ thống cách nhiệt tường đất (GWI). Tuy nhiên, như đã giải thích ở trên, việc sử dụng tín hiệu DC để kiểm tra GWI gặp phải 3 dòng điện khác nhau, thiết bị không thể phân biệt các dòng điện ngoài thời gian. Tuy nhiên, bằng cách áp dụng tín hiệu AC để kiểm tra GWI, có thể tách dòng điện được lưu trữ (dòng sạc, dòng phân cực) khỏi dòng điện trở (dòng rò).
Vì cả dòng nạp và dòng phân cực đều là dòng dự trữ và được đưa trở lại nửa chu kỳ ngược nhau nên dòng điện dẫn trước điện áp một góc 90°, trong khi dòng rò là dòng điện trở tiêu tán nhiệt và dòng điện cùng pha với dòng điện. điện áp đặt. Hệ số tiêu tán (DF) đơn giản là tỷ số giữa dòng điện dung (IC) và dòng điện trở (IR).
DF = IC / IR
Trên lớp cách nhiệt sạch, mới, thường là IR< 5% IC, nếu vật liệu cách điện bị nhiễm bẩn hoặc xuống cấp do nhiệt thì IC giảm hoặc IR tăng. Trong cả hai trường hợp DF sẽ tăng lên.
PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG CƠ (MCA ™ )
Phân tích mạch động cơ (MCA™), còn được gọi là đánh giá mạch động cơ (MCE), là phương pháp kiểm tra không phá hủy, đã ngắt điện được sử dụng để đánh giá tình trạng của động cơ. Được bắt đầu từ Trung tâm điều khiển động cơ (MCC) hoặc trực tiếp tại chính động cơ, quá trình này đánh giá toàn bộ phần điện của hệ thống động cơ, bao gồm các kết nối và cáp giữa điểm kiểm tra và động cơ.
Khi động cơ tắt và không được cấp nguồn, các công cụ như AT7 và AT34 của ALL-TEST Pro sử dụng MCA để đánh giá:
- Lỗi chạm đất
- Lỗi cuộn dây bên trong
- Mở kết nối
- Lỗi rôto
- Sự ô nhiễm
Việc kiểm tra động cơ bằng công cụ MCA™ rất dễ thực hiện và quá trình kiểm tra chỉ mất chưa đầy ba phút, so với việc kiểm tra chỉ số phân cực thường mất hơn 10 phút để hoàn thành.
PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG CƠ NÓ HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO?
Phần điện của hệ thống động cơ ba pha được tạo thành từ các mạch điện trở, điện dung và cảm ứng. Khi sử dụng điện áp thấp, các mạch khỏe mạnh sẽ phản ứng theo một cách cụ thể.
Các công cụ phân tích mạch động cơ ALL-TEST Pro áp dụng một loạt tín hiệu AC hình sin, điện áp thấp, không phá hủy thông qua động cơ để đo phản ứng của các tín hiệu này. Quá trình kiểm tra ngắt điện này chỉ mất vài phút và thậm chí có thể được thực hiện bởi kỹ thuật viên mới vào nghề.
Các biện pháp MCA:
- Sức chống cự
- Trở kháng
- Điện cảm
- Fi (góc pha)
- Hệ số tản nhiệt
- Cách nhiệt với mặt đất
- I/F (đáp ứng tần số hiện tại)
- Giá trị kiểm tra tĩnh (TVS)
- Chữ ký động của Stator và Rotor
Và áp dụng trên:
- Động cơ AC/DC
- Động cơ kéo AC/DC
- Máy phát điện/Máy phát điện
- Động cơ máy công cụ
- Động cơ servo
- Máy biến áp điều khiển
- Máy biến áp truyền tải và phân phối
BẢN TÓM TẮT
Trong những năm 1800, kiểm tra chỉ số phân cực là một phương pháp hiệu quả để xác định tình trạng chung của động cơ. Tuy nhiên, nó đã trở nên kém hiệu quả hơn với các hệ thống cách nhiệt hiện đại.
Mặc dù thử nghiệm PI tốn nhiều thời gian (hơn 15 phút) và không thể xác định liệu lỗi nằm ở cách điện cuộn dây hay cách điện của tường đất, nhưng các công nghệ hiện đại, chẳng hạn như PHÂN TÍCH MẠCH ĐỘNG CƠ (MCATM), xác định các sự cố kết nối, lần lượt, các lỗi cuộn dây và cuộn dây phát triển theo từng pha ở giai đoạn rất sớm với các thử nghiệm được hoàn thành trong vòng chưa đầy 3 phút.
Các công nghệ khác, chẳng hạn như DF, CTG & IRG, cũng cung cấp điều kiện cho hệ thống cách nhiệt tường đất trong các thử nghiệm được hoàn thành trong thời gian tối thiểu.
Bằng cách kết hợp các công nghệ mới như MCA, DF, CTG và IRG, các phương pháp thử nghiệm động cơ điện hiện đại giúp đánh giá toàn diện và kỹ lưỡng hơn về toàn bộ hệ thống cách nhiệt của động cơ nhanh chóng và dễ dàng hơn bao giờ hết.
READ MORE
