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资产条件管理 电机测试

高压测试是否损坏电机?

维护专业人员负责维护电动机可靠性的维护专业人员往往涉及在铭牌水平的电压良好的电压下测试其关键电机。它肯定会对2,000V或4,160V电机测试460V电机来违反直观性至9,320V。毕竟,电机仅额定电压,右图?

在这些升高的电压下在Hipot或浪涌测试之后,有些人甚至可能已经进行了电机故障。这些事件可以在使用高电压测试作为在服务中的评估技术时创造更犹豫。

First, let’s explore the operational stresses that motor insulation systems must endure, then dive into a description of the nature of insulation deterioration and failure, as well as an overview of the safety measures designed into modern high voltage testing equipment so test operators can feel more comfortable applying these testing methods.

铭牌规格的重要性

安装在工业应用中的每个电机都具有特定的铭牌设计标准。这些铭牌参数在服务中定义了电机的适当操作特性。重要的是,电机电压和电流水平保持在这些铭牌规格的指定范围内。超过115%的过电压条件可能导致定子的铁芯的饱和度,而且反过来,产生过度加热电机绝缘系统,这将导致电机故障。

相反,对于给定金额的轴功率,欠压条件将导致正常电流流动。这也将导致过度加热和随后的绝缘降解。由于电动机绕组上的额外热应力,这些场景与绝缘系统一样有害。由于这些原因,电机在铭牌电压电平附近操作至关重要。


“研究表明,在电机绕组中引起的电压水平可以高达标称总线电压电平的四倍。”


解释电机的铭牌电压

重要的是要知道电机的铭牌电压不指的是其绝缘电压额定值。绝缘电压额定值实际上基于其击穿电压。

绝缘击穿电压是上述电压,绝缘体电气突破。在其击穿电压下,绝缘层不能再承受其上的电压应力,并且电阻将降至零。现在,大量电流将流过绝缘材料,导致它失效。

击穿电压是绝缘的独立额定值,并且与电动机的铭牌额定值无关。当电动机设计用于特定工作电压时,绝缘体设计用于承受比标称总线电压明显更高的电压。

这有几个原因,但最重要的是在接触开口期间施加在绕组上的电压应力可以高达所施加的总线电压的四倍。如果电机仅被绝缘以承受铭牌电压,它们几乎将在其服务中置于服务时几乎失败。

科学场研究显示了在开关瞬态电机绕组中引起的电压水平可以高于电机额定铭牌电压的四倍。

图1:该表显示了不同总线电压额定值的相对电压应力水平(IEEE,2002的图像由IEEE提供)


绝缘击穿电压

电动机开始使用非常高的绝缘击穿电压。460V电机的绝缘系统将击穿电压为28,000V到地面,在其设计寿命的开始时转弯之间的16,800V。这使得绝缘充足的空间随着时间的推移而降低,而不会牺牲绝缘完整性或服务可靠性。

在电机的运营生命周期上,它暴露于各种环境因素,包括机械摩擦,化学照射和热应力。这些压力源会随着时间的推移恶化绝缘材料。这种降解的速率取决于这些环境因素的严重程度,主要驱动器是热应力。

图2:绝缘寿命曲线


一旦电机的绝缘击穿电压下降到图2所示的最大电压应力水平以下,电机就处于最终阶段。此时,电机消耗了大部分有用的绝缘寿命,并尽快安排更换。

高压电机测试的重要性

确定绝缘条件的能力及其承受正常操作引起的电压应力的能力对于定义其可靠性至关重要。这就是为什么高电压测试如此重要。能够确定电动机已进入其最终生命阶段是有效电动机可靠性计划的关键。如果没有这种预测测试,电机故障将在没有预先知道的情况下,因为只盲目执行低电压测试。


“测试还可以显示非线性电流响应,表示绝缘是接近生命结束的。”


绝缘电阻测试

电机绝缘系统具有两个初级障碍,涉及地面壁和匝间绝缘层。在对绝缘性进行测试时,首先以一系列直流接地墙测试开始。第一个是绝缘电阻测试。这是一分钟的测试,允许定量绝缘电阻值,并且在铭牌电压附近或下方进行。

绝缘电阻测试描述于电气和电子工程师研究所(IEEE)的标准43中描述。这是一个标称测试,并且不设计以任何方式强调绝缘。在更高电压电动机的情况下,该测试在低于铭牌的电压下进行。目的是测量非施加的直流电压电平的漏电流,从而通过计算测量绝缘电阻值(欧姆的法律r = v / i)。这在该领域中是有用的作为电动机电路上的污染和湿度效应的仪表。

该测试可以延长最多10分钟,以进一步评估污染,以及水分,并且在清洁干绕组的情况下,电动机绝缘的偏振能力,这是绝缘年龄和劣化的指示。

图3:测试电压应力水平1


Hipot测试

下一个DC测试是高电位测试或Hipot。该测试由IEEE标准95管理,有各种形式。这些方法中最有效的是阶跃电压测试。该测试就像绝缘电阻测试,但是逐步增加了测试电压,以评估漏电流的产生变化。

DC步骤测试的推荐最终测试电压为2倍线电压+ 1000V,沿途至少有五个步骤。这些步骤允许评估漏电流对增加电压的响应。随着电压的步骤增加,漏电流也应该以线性方式增加。这验证了绝缘电阻在这些较高电压下保持恒定。如图3表所示,所建议的测试电压从每单位5到2.5。

如果电阻在每个步骤上稳定,则可以确保接地壁绝缘适用于继续可靠的服务。

然而,由于过电流或电弧条件,测试可能失效。这将准确地表明绝缘击穿电压相对于总线电压的位置。这明确表示绝缘已达到其可靠使用的生命结束。

测试还可以显示非线性电流响应,表示绝缘是接近寿命的结束。这允许维护计划员有足够的时间来安排电机的替代品。2


通过正常切换活动在电机上印模的日常高压应力比任何良好调节的Hipot或浪涌测试更具破坏性。


浪涌测试

除了接地墙之外,电机还有一个干扰绝缘系统。这是线圈中的各个股线之间的绝缘,相邻线圈之间的绝缘和绕组系统内的相位交叉点之间的绝缘。

在切换浪涌期间,由于电动机绕组中的感应性质,这些间隔的绝缘屏障受到压力。转弯之间的电压降在其分布中是非线性的,并且在最靠近电机引线的转弯上放置更高的应力。这些短路转弯在短路封闭环中产生高诱导的电流,导致地面或相绝缘体故障。3.

常常发现接地故障和相位绕组故障源自交织绝缘短路。这使得浪涌测试早期绝缘劣化最关键的指示之一。浪涌试验有效地模拟了典型的开关循环期间电动机绕组承受的相同应力。通过对浪波稳定性的持续评估,一旦检测到弱效,可以检测浪涌波形频率的变化,同时限制能量流。

虽然这些测试绝不是新技术,但测试,评估和控制方法相对较新。电气测试和测量公司现在可以使用车载计算机的监控功能来测试仪器,以不断评估和控制电压和电流,以及在检测到不规则时立即中断测试。

在过去,浪涌测试设备依赖于技术人员在出现异常情况时停止测试。通过提供持续的测试控制和监督,仪器自动最大限度地减少在测试期间可能发生的绝缘碳化的任何风险。这不仅可以确保最高的准确性和可重复性,而且还可以消除与过度关注的绝缘相关的疑虑。


“电机过度的电机起动,功率质量和重载差是可控制的指标,可以对设备具有更大的破坏性影响而不是任何高压测试。


Hipot和浪涌测试破坏吗?

人们经常询问Hipot和浪涌测试是否具有破坏性,并且往往感到惊讶地认为答案是,是的,如果绕组降级,它们可能会被破坏性。但是,如果绕组没有劣化,那么答案是,没有。

绝缘将降低的唯一方法是通过过度电荷流过弱化材料。这不会发生良好的绝缘。

如果绝缘降低,则流过绝缘体的电流可能会导致进一步的碳化与已经降级的进一步碳化。由于测试被调节,任何潜在的碳化都最小化,因此,电动机可以继续操作,直到安装合适的更换。如果绝缘劣化,则高电压测试将不超过由单个启动周期自然引起的等效劣化。4.


“数据清楚地表明,绝缘电阻值在低,非应力电压和绝缘能力耐受高压应力的能力之间绝对没有相关性。”

要记住的最重要的一点是:通过正常切换活动在电机上印模的日常高压应力比任何良好调节的Hipot或浪涌测试更具破坏性。过度电机启动,功率质量和重载差是可控制的指标,可以对设备具有比任何高压测试更大的破坏性影响。

使用精度控制和降低的能量水平进行的常规绝缘测试是电机在其生命周期的过程中经历的最不有害的事情之一。重要的是要考虑,当电动机接触器操作引起的电感踢电压强调绝缘弱度时,配电系统的整个能量可用于碳化绕组。5.在执行Hipot和浪涌测试时,能量水平仅是正常电机切换操作期间经历的小部分。

击穿电压实验

电气测试和测量公司最近进行了一些击穿电压实验,作为各种材料强度的演示。它测试了许多常用物品,如植物叶,管道和电动胶带,绝缘材料甚至卫生纸。通过在500V下进行绝缘电阻测试,发现双层卫生纸的绝缘电阻值为2,000 MeGoHMS,并且公共计算机电源线仅具有260兆欧的电阻值。

当它进行阶梯电压Hipot时,卫生纸的击穿电压为2,000V,电源线能够从电源包上握住整个30,000V,从未破坏。

数据清楚地表明,绝缘电阻值在低,非应力电压和绝缘性承受高压应力的能力之间绝对没有相关性。绝缘性能承受其设计的高压应力的能力,根本不能通过低压DC测试评估。

伪测试条件

无论您是否意识到它,您都是Hipot和Shigge比您可能意识到的更频繁地测试电机。每个电机的起始和停止都有效地是一个Hipot和浪涌测试,具有无限量的能量可用于损坏绕组。使用静态测试器进行测试是一种用低能量和精确控制的方式模拟相同应力的方法。

虽然低压绝缘电阻测试具有重要作用,但它完全不足以评估绝缘完整性和验证可靠性。通过所有这些事实,易于理解高压绝缘测试的重要性及其确保最高设备可靠性的能力。

参考

1. Zotos,彼得。“由于陡峭的开关浪涌导致的电机故障:需要浪涌保护 - 用户的体验。”IEEE行业应用的交易,卷。1994年11月30日,11月6日。

2.电气电子工程师协会。IEEE 95-2002 - IEEE推荐用于具有高直接电压的AC电机(2300 V及以上)的绝缘测试实践。2002年。

3.芭蕾舞,r.m.,habetler t.g.和哈雷,r.g.“具有定子绕组故障的感应机器瞬态模型。”IEEE行业应用的交易,卷。38,38,2002年5月3日。

4. Gupta,B. K.,Stone,G. C.和Stein,J。“在电力公用事业中使用机器Hipot测试。”载体:电气绝缘会议和电气制造和线圈绕组会议,辛辛那提,哦,2001,pp。323-326。

威尔逊,约翰。“在电机中储存能量。”技术说明,贝克仪器公司,2006年。