Motorlar ve jeneratörler üzerinde VLF testi

Hi-pot testi

En yaygın kullanılan test şekli, stator sargısının toprak duvarı yalıtımını doğrulamak için fabrikada ve sahada kullanılan (tipik olarak bir saha kabul testi olarak, ancak daha sonra kullanımında da övgü kazanan) yüksek potansiyel - veya daha gayri resmi olarak 'hi-pot' - testidir. Hi-pot testi, esasen makineye nominal çalışma voltajının üzerinde bir voltaj uygulanmasını ve bu sırada yalıtım arızası belirtilerinin aranmasını içeren bir dayanım veya aşırı voltaj testidir. Test, yalıtımdaki yerel zayıf noktaları tespit eder ve böylece bozulma, hat voltajı testinin hemen düzeltmeye hazır olmadığınız bir 'başarısız' değerlendirmesiyle veya daha kötüsü hizmet içi bir arızayla sonuçlanacağı noktaya gelmeden önce durumunun bir önizlemesini verir. Hi-pot testleri mevcut yalıtım zayıf noktalarının bozulmasına neden olur ve bu nedenle makine arızalanırsa beklenmedik durumlarla birlikte kontrollü test koşullarında planlı bir kesinti sırasında gerçekleştirilir. Ancak, doğru şekilde gerçekleştirilmeleri koşuluyla, hi-pot testleri yeni zayıf noktalar oluşturmaz. Hi-pot testlerinin 'go/no-go' testleri olduğuna dikkat etmek önemlidir; ayrıntılı teşhis bilgileri gerekiyorsa, örneğin kısmi deşarj ve tan delta/güç faktörü testleri ile birleştirilmelidir.

 

Hi-pot testleri üç test voltajı tipiyle gerçekleştirilebilir: DC, güç frekansında AC ve çok düşük frekansta (VLF) AC. VLF testi için kullanılan frekans genellikle 0,1 Hz'dir. VLF testinin ortaya çıkmasının nedeni, gerekli test ekipmanının güç frekansı testi için gerekenden önemli ölçüde daha küçük ve daha az maliyetli olması ve kompozit dielektriklerde oluşturduğu voltaj dağılımının hala güç frekansında üretilene yakın olabilmesidir.

 

Hi-pot ve kablolar

 

1980'lerde başlayan bir hareketle, VLF hi-pot testi büyük ölçüde kablolar için DC testinin yerini almıştır. Bu değişikliğin başlıca nedeni, 1980'lerden önce genellikle kağıt yalıtımlı kurşun kaplı (PILC) tipler olan OG kablolarıyla ilgili deneyimlerdi. Polimer yalıtımlı tipler (XLPE, EPR) kullanılmaya başlandığında, yaşlandırılmış kablolar üzerinde DC testleri yapıldıktan sonra çok sayıda test sonrası arıza olduğu görülmüştür. Sonuçta, DC gerilime maruz kaldığında XLPE ve EPR kablolarda su ağaçları gibi yalıtım kusurlarında yerel sıkışmış boşluk yüklerinin geliştiği keşfedildi.

 

Daha spesifik olarak, bazen kablonun nominal gerilim değerinin sekiz katına kadar test gerilimleriyle gerçekleştirilen DC testi, eskimiş kablo devrelerinde artık boşluk yüklerinin oluşmasına neden oldu. Bunlar, saatler hatta günler süren çok uzun zaman sabitlerine sahip RC devre elemanları gibi davranırlar. Kablo doğru şekilde deşarj edilse bile, bu boşluk yükleri çok yavaş dağılır. Kablonun dağılma tamamlanmadan önce servise geri verildiğini varsayalım. Bu durumda, boşluk yükü ile kablonun normal çalışma voltajı tarafından üretilen elektrik alanı arasındaki etkileşim, boşluk yükü konumlarında çok yüksek yerel alan gerilimine yol açar ve genellikle yalıtımın bozulmasına neden olur. Ayrıca, DC testinin kablo tipinden bağımsız olarak boşluklar, kesikler ve ıslak hatalar gibi belirli kusur türlerini tespit edemediği ve DC testinin VLF testlerinden daha yüksek bir voltajda yapılmasına rağmen bu eksikliklerin devam ettiği bulunmuştur.

 

Hi-pot ve motorlar

 

Motor testleri artık yüksek pot testleri için DC'den VLF'ye doğru kablo testi trendini takip etmektedir. Bununla birlikte, motor stator sargılarının VLF testi yeni bir fikir değildir, 1960'larda Bhimani tarafından önerilmiştir. IEEE433-1974 standardı, dönen makinelerin VLF testine referans veren ilk standarttır ve 2009 yılında güncellenmiştir. Fiyat başlangıçta motorlar için VLF testinin benimsenmesinin önünde bir engeldi, ancak VLF test setlerinin fiyatları son on yılda önemli ölçüde düştü, bu nedenle özellikle VLF çok fazla fayda sağladığı için bu artık kritik bir sorun değil.

 

Bu avantajlardan en önemlisi, VLF'de stator yalıtımındaki voltaj dağılımının, motorun normal çalışma koşullarına DC testinde olduğundan çok daha iyi karşılık gelmesidir. Bir diğer önemli avantaj ise, çalışma frekansındaki testlere kıyasla VLF'deki testler için daha düşük reaktif güç gereksinimi nedeniyle, VLF kaynaklarının daha küçük, daha hafif ve dolayısıyla daha hareketli olmasıdır. Bu, özellikle test ekipmanının ağırlığı ve boyutunun, rüzgar türbinleri üzerinde çalışmak gibi testleri pratik olmaktan çıkarabileceği uygulamalarda kullanışlıdır. Ayrıca, VLF test setleri tipik olarak daha yüksek yükleri desteklediğinden, OG kablosu da dahil olmak üzere stator sargılarını doğrudan OG şalt cihazından test etmek genellikle mümkündür. DC testinde buna izin verilmez ve güç frekansı testinde de genellikle mümkün değildir.

 

VLF testi için artık iki standartlaştırılmış teknoloji yaygın olarak kullanılmaktadır: VLF sinüs ve VLF kosinüs-dikdörtgen. VLF sinüs testi, adından da anlaşılacağı gibi, sinüs dalga formu kullanır. Buna karşılık, VLF kosinüs-dikdörtgen testi, bir güç frekansı sinüs dalgasının yükselme ve alçalma süresiyle yakından eşleşen tanımlanmış bir yükselme ve alçalma süresine sahip kare dalgaya benzer bir dalga biçimi kullanır. Bu iki teknolojinin en önemli özellikleri Tablo 1'de özetlenmiştir.

 

Test gerilimleri

 

Güç frekansında test ile karşılaştırıldığında 0,1 Hz'de VLF testi için optimum test voltajını belirlemek için kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Yeni stator sargılarında güç frekansı testi için normalde kullanılan formül şöyledir:

 

U test_60 Hz_RMS = 2 U o + 1000 1V

 

Bu, örneğin, 6,9 kV'luk bir motorun 14,8 kV RMS'de ve 13,8 kV'luk bir motorun 28,6 kV RMS'de test edileceği anlamına gelir. VLF testi için, asfalt-mika yalıtım sistemleri için ampirik veriler, bu voltajların tepe test voltajını vermek için 1.63 faktörü ile çarpılması gerektiğini gösterir, böylece formül olur:

 

U test_VLF_Peak = (2 U o + 1000 V) x 1.63

 

Başka bir deyişle, VLF'de 6,9 kV motor 24,1 kV tepe değerinde ve 13,8 kV motor 46,6 kV tepe değerinde test edilir.

 

Yukarıdaki rakamların yeni makineler için geçerli olduğunu unutmayın. Bakım kanıt testi için, genel olarak, nominal (RMS) terminal voltajının %125 ila %150'si arasında değişen bir güç frekansı test voltajının yeterli olduğu kanıtlanmıştır (IEEE Std 56) ve VLF test voltajını (tepe) belirlemek için aynı 1,63 çarpanı uygulanır - Tablo 2'deki örneklere bakın.

Motorların VLF testi

 

Makineler üzerinde VLF testi, rotor yerinde olmadan veya uygun önlemlere uyulması koşuluyla rotor yerindeyken gerçekleştirilebilir. Terminaller için uygun elektrik boşluğu gereklidir. IEEE 433, makinenin hava, hidrojen, sıvı veya yağ soğutmalı olmasına bağlı olarak alınması gereken ek önlemleri açıklar. Mümkün olan her yerde, VLF testi (güç frekansı testinde olduğu gibi) diğer fazlar topraklanmış olarak her faz üzerinde ayrı ayrı gerçekleştirilir. Fazları ayrı ayrı test etmenin mümkün olmadığını ve tüm fazların birlikte test edilmesi gerektiğini varsayalım. Bu durumda, test sonucu sadece toprağa olan yalıtımla ilgili olacaktır - fazdan faza yalıtım test edilmeyecektir. VLF testi için önerilen prosedür, test setinde doğru test voltajını seçmek, ardından 0,1 Hz'de 100 saniyeye karşılık gelen test voltajının en az 10 tam döngüsü için uygulamaktır. Test sırasında hiçbir arıza meydana gelmemelidir. Testten sonra, makinenin tüm fazları ve sargıları en az 15 dakika boyunca topraklanmalıdır.

 

Teşhis testleri için VLF

 

Daha önce de belirtildiği gibi, DC, VLF veya AC güç frekansı test gerilimi kullanılarak yapılıp yapılmadığına bakılmaksızın bir hi-pot testi, stator yalıtımının durumu hakkında hiçbir tanısal bilgi sağlamayan bir geçti/kaldı testidir. Bu nedenle, kablolar için olduğu gibi dönen makineler için de ek tanı testleri önerilir. Stator sargıları üzerinde gerçekleştirilen tipik diyagnostik testler şunlardır:

 

İzolasyon direnci (IR) testi

Polarizasyon indeksi (Pl) testi

Güç faktörü/dielektrik kaybı/disipasyon faktörü/tan delta (TD) ölçümü

Kısmi deşarj (PD) ölçümü

Güç frekansında dağılma faktörü ölçümleri (TD) ve PD ölçümleri için IEEE standartları (IEEE 286 ve IEEE 1434) vardır

Piyasada bulunan çoğu VLF test seti TD ölçümleri ve PD teşhisi için kullanılabilir. TD adım testlerinin yanı sıra, stator sargı durumu hakkında daha fazla bilgi edinmek için dayanım testleri sırasında kayıplar da izlenebilir. DC testlerinde, hi-pot testi sırasında eşdeğer parametre kaçak akım iken, VLF sinüzoidal ile kayıplar izlenir. Henüz VLF 0,1 Hz TD testi için eşik değerleri mevcut değildir, ancak kayıp değerlerinin daha yüksek olduğu ve kablolarda olduğu gibi yaşlanmanın düşük frekanslarda güç frekansına göre daha kolay fark edilebileceği bilinmektedir (bkz. Şekil 1).

 

Stator sargılarının yayılma faktörünü temsil etmenin klasik yolu, makinenin nominal çalışma geriliminin %20'sinde ölçülen TD değerinin tam nominal çalışma geriliminde ölçülen TD değerinden çıkarılmasıyla hesaplanan uç değerini kullanmaktır. Yani:

 

Tip-up = TD @ Uo - TD @ Uo'nun %20'si

 

Kayıplar voltajın bir fonksiyonu olarak gösterildiğinde, kayıplar bu noktada artacağından PD'nin nerede başladığını görmek mümkündür. Aslında, uç yukarı testi temel olarak PD miktarının dolaylı bir göstergesini verir, ancak PD tekrarlama oranının düşük olduğu kusurlar için - örneğin bir yuvadaki gevşek bobinlerde - etki küçüktür. Bobinler üzerinde silisyum karbür stres kontrol kaplaması varsa, bunun uç değerini etkileyeceğine dikkat etmek de önemlidir. Ayrıca, hem dielektrik kayıpları hem de uç yukarı değeri kullanılan yalıtım türünden etkilenecektir. Bu nedenle, zaman içindeki trend değerler stator sargısının durumu hakkında en iyi bilgiyi verecektir.

 

VLF TD ölçümlerine ilişkin son bulgular

Elektrik Enerjisi Araştırma Enstitüsü (EPRI) yakın zamanda motorlar üzerinde VLF TD ölçümlerine ilişkin bazı önemli ve ilginç bulgular rapor etmiştir (G Toman, 2017). Başlıca bulgular şunlardır:

 

VLF TD ölçümleri, iyi motorlar ile yalıtım duvarları bozulmuş motorları birbirinden ayırmak için kullanılabilir.

Üç VLF değerlendirme tekniği - mutlak değer, uç değer ve % standart sapma - motorları değerlendirmek için kullanışlıdır.

Kombine motor/kablo devreleri VLF TD ölçümleri kullanılarak değerlendirilebilir.

Korumasız kabloların takılı olduğu motorların VLF testi şaşırtıcı derecede iyi sonuçlar vermiştir.

İyi motorlarda düşük mutlak TD ve orta düzeyde devrilme vardır; bozulmuş motorlarda yüksek mutlak TD ve/veya yüksek devrilme vardır.

EPRI tarafından test edilen iyi motorlardaki VLF TD değerleri %5 ila %15 arasında değişmektedir. Artan voltajla birlikte azalan TD değerleri, bir izleme alanından çıkan nemi gösterebileceğinden endişe verici olarak rapor edilmiştir. Artan TD değerleri de artan voltajın aşırı etkisini gösterdiğinden sorunludur ve voltaj arttıkça bir tür yalıtım bozulmasının meydana gelebileceğini düşündürmektedir. Artan TD değerleri sabit bir voltaj uygulanırken meydana gelebilir, bu durumda bir elektrik ağacı büyümektedir ve yakında bir arıza meydana gelebilir. Elektrik ağacı ne kadar büyük olursa, deşarj sayısı ve kayıplar da o kadar yüksek olacaktır.

 

EPRI raporundan elde edilen genel sonuçlar, VLF TD testinin motorları ve motor/kablo devrelerini değerlendirmek için gerçekten yararlı bir teknik olduğudur. Her üç değerlendirme yöntemi de (mutlak değer, uç değer ve % standart sapma) kullanılmalıdır ve sonuçların zaman içindeki eğilimi tekniğin değerini daha da artırmaktadır. Raporda ayrıca, kombine devre (motor/kablo) kabul kriterlerinin mutlak tan delta ve devrilme değerleri dikkate alındığında kablo kabul kriterlerinden farklı olduğu, ancak % standart sapmanın kablo ile aynı veya neredeyse aynı olabileceği belirtilmektedir. Tek başına motorlar için % standart sapma, tek başına kablolar için olandan biraz daha yüksek olacaktır.

 

Özet olarak, VLF testi stator sargılarında hi-pot testi ve dielektrik kaybı ölçümleri için çok iyi bir alternatiftir. Bu test ünitelerinin ağırlığı ve boyutları büyük bir avantaj sağlamakla kalmaz, aynı zamanda güç çıkışı, güç frekansı test setlerine kıyasla önemli ölçüde daha yüksektir. Ayrıca, çoğu VLF test setiyle entegre olan dielektrik kaybı ölçümleri, bir makinenin durumunu değerlendirmek için kolay ve uygun bir yol sağlar. Test sonuçlarına dayanarak, düzeltici bakım eylemleri planlanabilir ve beklenmedik kesintiler önlenebilir.

 

Megger, motorlarınızın ve jeneratörlerinizin durumunu değerlendirmenize yardımcı olmak için tanılama özelliklerine sahip geniş bir VLF test seti yelpazesi sunar. Dahası Megger, makinelerin çevrimiçi izlenmesi için anahtar teslimi çözümler ve döner makine test cihazları, statik test cihazları ve dinamik test cihazları gibi test ekipmanları da sunmaktadır. Tüm ihtiyaçlarınız için tek bir çözüm ortağı ile çalışmak için Megger sizinle!

Daha fazla bilgi için: https://tr.megger.com/electrical-tester-online/february-2022/vlf-testing-on-motors-and-generators'