Analiza właściwości silnika SE-1

157

6. ANALIZA WPŁYWU MIKROKLIMATU NA EMISJĘ

wnz

Zaobserwowane tendencje zmian aktywności wyładowań niezupełnych podczas zmian warunków mikroklimatycznych skłoniły autora do przeprowa-dzenia szczegółowej analizy określającej wpływ poszczególnych parametrów mikroklimatu na jakościową i ilościową zmianę wielkości emisji wnz. Analizę przeprowadzono oddzielnie dla każdej z maszyn, określając w pierwszym etapie indywidualnie wpływ temperatury, wilgotności i udziału wilgoci w powietrzu wilgotnym na wielkość wskaźników wyładowań niezupełnych, a następnie pod-jęto próbę określenia łącznego wpływu wszystkich parametrów mikroklimatu na emisję wnz.

6.1. Wpływ temperatury na emisję wnz

6.1.1. Analiza właściwości silnika SE-1

W przypadku stwierdzonej już wcześniej zmienności warunków pracy sil-nika SE-1, wysil-nikającej z właściwości układu technologicznego młyna cementu, właściwe z punktu widzenia celu pracy, wydaje się analizowanie pojedynczych cykli pracy silnika. Na rysunkach 6.1÷6.3 przedstawiono przykłady zmian wiel-kości opisujących emisję wnz na tle zmieniającej się temperatury i wilgotności powietrza oraz obciążenia silnika. Poniżej przebiegów czasowych podano wy-kresy słupkowe ilustrujące wartości współczynników korelacji wzajemnej bada-nych wielkości. Współczynniki korelacji wyznaczono metodą Pearsona. Dla porównania wybrano pomiary wykonane w różnych porach roku (w okresie letnim, zimowym i przejściowym) i realizowane w różnych warunkach eksploa-tacyjnych.

Podczas pracy silnika w lecie obserwuje się wyraźny związek między wzrostem temperatury a zmniejszeniem się intensywności wyładowań, amplitu-dy i mocy wyładowań. Świadczy o tym współczynnik Pearsona osiągający wartości 70÷80% dla wskaźników PPS i Qmax oraz 30÷70% dla PDI wskazując na ujemną korelację między temperaturą i wskaźnikami emisji wnz (rys. 6.1a i 6.2a). Można również zauważyć, że po przekroczeniu temperatury 35oC trend korelacyjny się zmienia, powodując wzrost wyładowań (rys. 6.1a). Gdy tempe-ratura w hali jest wysoka (na poziomie 43oC), ale podczas pracy silnika zmniej-sza się, np. z powodu obniżania się temperatury zewnętrznej i intensywnego przewietrzania, wskaźniki emisji wnz wzrastają (rys. 6.2a). Współczynniki kore-lacji między wskaźnikami wnz a temperaturą ulegają zmniejszeniu do 50÷60%, ale znak ujemnej korelacji pozostaje zachowany.

Korelacja między temperaturą powietrza w hali a aktywnością wnz zmienia swój charakter, gdy silnik pracuje w zakresie temperatur od -10 do 25oC. Warunki takie odpowiadają niskim temperaturom zewnętrznym (w okresie zimowym).

156

157

6. ANALIZA WPŁYWU MIKROKLIMATU NA EMISJĘ

wnz

Zaobserwowane tendencje zmian aktywności wyładowań niezupełnych podczas zmian warunków mikroklimatycznych skłoniły autora do przeprowa-dzenia szczegółowej analizy określającej wpływ poszczególnych parametrów mikroklimatu na jakościową i ilościową zmianę wielkości emisji wnz. Analizę przeprowadzono oddzielnie dla każdej z maszyn, określając w pierwszym etapie indywidualnie wpływ temperatury, wilgotności i udziału wilgoci w powietrzu wilgotnym na wielkość wskaźników wyładowań niezupełnych, a następnie pod-jęto próbę określenia łącznego wpływu wszystkich parametrów mikroklimatu na emisję wnz.

6.1. Wpływ temperatury na emisję wnz

6.1.1. Analiza właściwości silnika SE-1

W przypadku stwierdzonej już wcześniej zmienności warunków pracy sil-nika SE-1, wysil-nikającej z właściwości układu technologicznego młyna cementu, właściwe z punktu widzenia celu pracy, wydaje się analizowanie pojedynczych cykli pracy silnika. Na rysunkach 6.1÷6.3 przedstawiono przykłady zmian wiel-kości opisujących emisję wnz na tle zmieniającej się temperatury i wilgotności powietrza oraz obciążenia silnika. Poniżej przebiegów czasowych podano wy-kresy słupkowe ilustrujące wartości współczynników korelacji wzajemnej bada-nych wielkości. Współczynniki korelacji wyznaczono metodą Pearsona. Dla porównania wybrano pomiary wykonane w różnych porach roku (w okresie letnim, zimowym i przejściowym) i realizowane w różnych warunkach eksploa-tacyjnych.

Podczas pracy silnika w lecie obserwuje się wyraźny związek między wzrostem temperatury a zmniejszeniem się intensywności wyładowań, amplitu-dy i mocy wyładowań. Świadczy o tym współczynnik Pearsona osiągający wartości 70÷80% dla wskaźników PPS i Qmax oraz 30÷70% dla PDI wskazując na ujemną korelację między temperaturą i wskaźnikami emisji wnz (rys. 6.1a i 6.2a). Można również zauważyć, że po przekroczeniu temperatury 35oC trend korelacyjny się zmienia, powodując wzrost wyładowań (rys. 6.1a). Gdy tempe-ratura w hali jest wysoka (na poziomie 43oC), ale podczas pracy silnika zmniej-sza się, np. z powodu obniżania się temperatury zewnętrznej i intensywnego przewietrzania, wskaźniki emisji wnz wzrastają (rys. 6.2a). Współczynniki kore-lacji między wskaźnikami wnz a temperaturą ulegają zmniejszeniu do 50÷60%, ale znak ujemnej korelacji pozostaje zachowany.

Korelacja między temperaturą powietrza w hali a aktywnością wnz zmienia swój charakter, gdy silnik pracuje w zakresie temperatur od -10 do 25oC. Warunki takie odpowiadają niskim temperaturom zewnętrznym (w okresie zimowym). 1

158 Wówczas wzrost temperatury powietrza generuje podwyższoną aktywność wnz (rys. 6.1b i 6.2b). Współczynniki korelacji Pearsona zawierają się wówczas między 65÷80% wskazując na silną korelację dodatnią. Ciekawym zjawiskiem jest obserwacja wpływu obniżenia się temperatury powietrza z 20 do 15oC, co powoduje dwukrotny wzrost amplitudy wyładowań (rys. 6.1b).

W okresach przejściowych, kiedy temperatura zewnętrzna zmienia się w szerokim zakresie, powodując również szybkie zmiany temperatury powietrza w pomieszczeniu badanego silnika, trendy korelacyjne między temperaturą a ak-tywnością wnz ulegają zmniejszeniu (rys. 6.3a). Wartości współczynników kore-lacji wzajemnej temperatury i wielkości emisji wnz są wówczas w przedziale od -0,3 do 0,3, świadcząc o braku wzajemnej zależności.

Analizując przebiegi czasowe temperatury i aktywności wnz można natra-fić na przebiegi o ujemnych wartościach współczynników korelacji wzajemnej w części kanałów pomiarowych i o dodatnich wartościach współczynników w pozostałych. Przykład takiego przebiegu przedstawiono na rysunku 6.3b. Sytua-cja na nim przedstawiona charakteryzuje się odmiennymi współczynnikami korelacji wzajemnej temperatury i wskaźników wnz dla izolacji uzwojeń znajdu-jącej się po stronie napędowej, a innymi dla izolacji uzwojeń znajduznajdu-jącej się po stronie przeciwnapędowej. Podział ten przebiega na linii konstrukcyjnego po-działu obiegu chłodzenia silnika. Można zatem nabrać przypuszczeń, że przy-czyną wpływającą na taki stan jest niesymetryczne chłodzenie obu stron silnika.

Analizując pojedyncze cykle pracy silnika można zauważyć powtarzalne syndromy zachowania się izolacji. Biorąc jednak pod uwagę ilość zgromadzo-nych dazgromadzo-nych pomiarowych oraz możliwości percepcji ich analizy dla potrzeb dalszej analizy, opracowano diagramy korelacyjne. Przedstawiono na nich war-tości pomiarowe wskaźników wnz względem uporządkowanych warwar-tości pomia-rowych temperatury powietrza. Dla poprawy czytelności rysunków naniesiono na nie funkcje regresji i wprowadzono oznaczenia cyfrowe charakterystycznych obszarów. Wybrane z nich przedstawiono na rysunku 6.4. Pozostałe korelogra-my przedstawiono w załączniku 2 do niniejszej pracy.

Zaprezentowane na rysunku 6.4 diagramy korelacyjne pozwalają zaobser-wować pewne trendy między temperaturą powietrza a aktywnością wnz zmie-rzoną w izolacji uzwojeń tej samej fazy A, dwoma czujnikami zlokalizowanymi po dwóch stronach silnika (strona N i P). Rozkład intensywności wyładowań (PPS) w funkcji temperatury powietrza wskazuje, że jeśli temperatura jest niższa od 10oC, następuje bardzo wyraźne nasilenie się intensywności wyładowań (rys. 6.4.a i b – linia 1). Gdy temperatura powietrza wzrasta, linia trendu wyzna-czona poprzez aproksymację wielomianową wskazuje na obniżanie się ilości wyładowań (rys. 6.4a i b - linia 2). Z pomiarów w tym zakresie wynika jednak, że występują chwile, w których intensywność wyładowań wyraźnie rośnie, na-wet 2,5 raza. Ten wzrost jest obserwowany, gdy wzrasta temperatura z 27 do 40oC (rys. 6.4a i b – linia 3).

a) b)

Rys. 6.1. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) letni

(31.05÷03.06.2010 r.), b) zimowy (06÷08.12.2010 r.)

158 Wówczas wzrost temperatury powietrza generuje podwyższoną aktywność wnz (rys. 6.1b i 6.2b). Współczynniki korelacji Pearsona zawierają się wówczas między 65÷80% wskazując na silną korelację dodatnią. Ciekawym zjawiskiem jest obserwacja wpływu obniżenia się temperatury powietrza z 20 do 15oC, co powoduje dwukrotny wzrost amplitudy wyładowań (rys. 6.1b).

W okresach przejściowych, kiedy temperatura zewnętrzna zmienia się w szerokim zakresie, powodując również szybkie zmiany temperatury powietrza w pomieszczeniu badanego silnika, trendy korelacyjne między temperaturą a ak-tywnością wnz ulegają zmniejszeniu (rys. 6.3a). Wartości współczynników kore-lacji wzajemnej temperatury i wielkości emisji wnz są wówczas w przedziale od -0,3 do 0,3, świadcząc o braku wzajemnej zależności.

Analizując przebiegi czasowe temperatury i aktywności wnz można natra-fić na przebiegi o ujemnych wartościach współczynników korelacji wzajemnej w części kanałów pomiarowych i o dodatnich wartościach współczynników w pozostałych. Przykład takiego przebiegu przedstawiono na rysunku 6.3b. Sytua-cja na nim przedstawiona charakteryzuje się odmiennymi współczynnikami korelacji wzajemnej temperatury i wskaźników wnz dla izolacji uzwojeń znajdu-jącej się po stronie napędowej, a innymi dla izolacji uzwojeń znajduznajdu-jącej się po stronie przeciwnapędowej. Podział ten przebiega na linii konstrukcyjnego po-działu obiegu chłodzenia silnika. Można zatem nabrać przypuszczeń, że przy-czyną wpływającą na taki stan jest niesymetryczne chłodzenie obu stron silnika.

Analizując pojedyncze cykle pracy silnika można zauważyć powtarzalne syndromy zachowania się izolacji. Biorąc jednak pod uwagę ilość zgromadzo-nych dazgromadzo-nych pomiarowych oraz możliwości percepcji ich analizy dla potrzeb dalszej analizy, opracowano diagramy korelacyjne. Przedstawiono na nich war-tości pomiarowe wskaźników wnz względem uporządkowanych warwar-tości pomia-rowych temperatury powietrza. Dla poprawy czytelności rysunków naniesiono na nie funkcje regresji i wprowadzono oznaczenia cyfrowe charakterystycznych obszarów. Wybrane z nich przedstawiono na rysunku 6.4. Pozostałe korelogra-my przedstawiono w załączniku 2 do niniejszej pracy.

Zaprezentowane na rysunku 6.4 diagramy korelacyjne pozwalają zaobser-wować pewne trendy między temperaturą powietrza a aktywnością wnz zmie-rzoną w izolacji uzwojeń tej samej fazy A, dwoma czujnikami zlokalizowanymi po dwóch stronach silnika (strona N i P). Rozkład intensywności wyładowań (PPS) w funkcji temperatury powietrza wskazuje, że jeśli temperatura jest niższa od 10oC, następuje bardzo wyraźne nasilenie się intensywności wyładowań (rys. 6.4.a i b – linia 1). Gdy temperatura powietrza wzrasta, linia trendu wyzna-czona poprzez aproksymację wielomianową wskazuje na obniżanie się ilości wyładowań (rys. 6.4a i b - linia 2). Z pomiarów w tym zakresie wynika jednak, że występują chwile, w których intensywność wyładowań wyraźnie rośnie, na-wet 2,5 raza. Ten wzrost jest obserwowany, gdy wzrasta temperatura z 27 do 40oC (rys. 6.4a i b – linia 3).

a) b)

Rys. 6.1. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) letni

(31.05÷03.06.2010 r.), b) zimowy (06÷08.12.2010 r.)

a) b)

Rys. 6.2. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) letni

(07÷11.06.2011 r.), b) zimowy (24.01÷08.02.2010 r.)

a) b)

Rys. 6.3. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) przejściowy

(22÷26.09.2010 r.), b) zimowy (16.02÷17.02.2011 r.)

a) b)

Rys. 6.2. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) letni

(07÷11.06.2011 r.), b) zimowy (24.01÷08.02.2010 r.)

a) b)

Rys. 6.3. Przebieg zmian i korelacje wzajemne badanych wielkości, okres: a) przejściowy

(22÷26.09.2010 r.), b) zimowy (16.02÷17.02.2011 r.)

a) b)

c) d)

e) f)

Rys. 6.4. Diagramy korelacyjne wskaźników wnz w funkcji temperatury powietrza

(opis w tekście)

Wpływ zmiany temperatury powietrza na wskaźnik Qmax przedstawiono na rysunku 6.4c i d. Z tych korelogarmów również wynika, że gdy temperatura powietrza w hali spadnie poniżej 10^oC, to następuje wyraźny wzrost amplitudy wyładowań (linia 1). Wzrost temperatury wpływa na zmniejszenie się amplitudy wyładowań (linia 2). Obie linie mają podobny współczynnik kierunkowy.

Ciekawe wnioski nasuwają się z obserwacji wpływu temperatury powietrza na moc wyładowań PDI (rys. 6.4e i f). Wrysowane linie 1, 2 i 3 wskazują

ob-szar, w którym wartość wyładowań jest na najniższym poziomie. W zakresie temperatur powietrza od 10 do 27^oC wyładowania nie przekraczają wartości 0,3mW po stronie P i 0,1mW po stronie N. Spadek lub wzrost tej temperatury od wskazanego zakresu wpływa wyraźnie na wzrost wyładowań. Wzrost ten może osiągać wartość nawet 2-krotną (linia 1 i 3).

Przedstawione na rysunku 6.4 przebiegi korelacyjne dla poszczególnych wskaźników mają podobne kształty. Różnią się wyraźnie poziomem wartości. Gdy weźmie się pod uwagę wcześniejsze wnioski związane z niesymetrycznym chłodzeniem silnika można przypuszczać, że to ta przyczyna wpływa na lokalne wzrosty wyładowań niezupełnych po jednej ze stron silnika. Wpływ temperatury powietrza na wielkość emisji wyładowań niezupełnych w izolacji uzwojeń tej samej fazy A, znajdującej się po obu stronach silnika (strona N i P), przedsta-wiono na rysunku 6.5. Wynika z niego, że poziom wyładowań niezupełnych mierzony po stronie przeciwnapędowej jest znacznie wyższy niż mierzony po stronie napędowej. W przypadku wskaźnika PPS poziom jest wyższy średnio dwukrotnie, w przypadku Qmax nawet trzykrotnie.

a) b)

Rys. 6.5. Wpływ temperatury powietrza na wskaźnik PPS (a) i wskaźnik Qmax (b) w kanałach pomiarowych CH-2 (strona N) i CH-5 (strona P), izolacja uzwojeń fazy A