2. DIAGNOSTYKA STANU IZOLACJI UZWOJEŃ
3.3. Instalacja do pomiaru wnz
3.3.1. Instalacja do pomiaru wnz w napędzie SE-1
Instalację do pomiaru emisji wnz stanowi system monitoringu on-line, w skład którego wchodzą: urządzenie R500 firmy Vibrocenter, 9 czujników DRTD-3 współpracujących z termorezystorami Pt100 zamontowanymi w uzwo-jeniach stojana silnika, 1 czujnik RFTC zabudowany na przewodzie neutralnym oraz 1 czujnik temperatury powietrza i 1 czujnik wilgotności względnej powie-trza. Urządzenie R500 posiada ponadto 1 kanał szumów i 2 dodatkowe kanały umożliwiające pomiar natężenia prądu i napięcia. Wszystkie kanały są
izolowa-ne, posiadają zabezpieczenia przepięciowe oraz filtry górnych częstotliwości. Przyrząd R500 rejestruje impulsy o częstotliwości z zakresu 1MHz ÷ 20MHz [190]. Schemat blokowy układu pomiarowego przedstawiono na rysunku 3.4.
Rys. 3.4. Uproszczony schemat blokowy układu pomiarowego wyładowań niezupełnych
w silniku SE-1
Termorezystory w układzie pomiarowym pełnią funkcję anten częstotliwo-ści radiowych, które rejestrują wyładowania niezupełne i przesyłają sygnał do zespołu antenowego DRTD-3. Zespół ten jest odpowiedzialny za tłumienie i separowanie sygnału wnz od zakłóceń [81, 220]. Sygnał w listwie RTD jest również wzmacniany i przesyłany dalej do układu monitorującego wyładowania niezupełne [81, 190]. Czujniki DRTD mierzą wyładowania niezupełne w zakre-sie częstotliwości 1÷20 MHz [190].
Badany silnik, podczas okresowego remontu w 2009 roku, został wyposa-żony w 9 termorezystorów Pt100, które zainstalowano pod klinami w żłobkach stojana [220]. Trzy czujniki zlokalizowano po stronie napędowej i sześć po stronie przeciwnapędowej (rys. 3.3). Lokalizację zabudowy Pt100 graficznie przedstawiono na schemacie uzwojeń stojana (rys. 3.5) oraz na widokach od
Rys. 3.3. Schemat technologiczny układu w jakim pracuje silnik elektryczny SE-1
Drugi z badanych silników SE-2 pracuje w hali maszyn o konstrukcji sta-lowej i lekkich ścianach osłonowych wykonanych z płyt wielowarstwowych. W hali jest zabudowanych 5 napędów elektrycznych, które napędzają urządze-nia sprężarkowe. Hala jest wyposażona w system wentylacji mechanicznej z normowaniem temperatury jedynie w okresie zimowym. W hali jest brak in-stalacji grzewczej. Wszystkie silniki są chłodzone wodą w układzie zcentralizo-wanym. Rozpraszanie ciepła następuje w chłodni wentylatorowej zlokalizowa-nej na zewnątrz budynku.
Kolejny napęd elektryczny SE-3 jest zabudowany i pracuje na zewnątrz budynku. Zabezpieczenie przed oddziaływaniem warunków atmosferycznych stanowi jedynie zadaszenie.
3.3. Instalacja do pomiaru wnz
3.3.1. Instalacja do pomiaru wnz w napędzie SE-1
Instalację do pomiaru emisji wnz stanowi system monitoringu on-line, w skład którego wchodzą: urządzenie R500 firmy Vibrocenter, 9 czujników DRTD-3 współpracujących z termorezystorami Pt100 zamontowanymi w uzwo-jeniach stojana silnika, 1 czujnik RFTC zabudowany na przewodzie neutralnym oraz 1 czujnik temperatury powietrza i 1 czujnik wilgotności względnej powie-trza. Urządzenie R500 posiada ponadto 1 kanał szumów i 2 dodatkowe kanały umożliwiające pomiar natężenia prądu i napięcia. Wszystkie kanały są
izolowa-ne, posiadają zabezpieczenia przepięciowe oraz filtry górnych częstotliwości. Przyrząd R500 rejestruje impulsy o częstotliwości z zakresu 1MHz ÷ 20MHz [190]. Schemat blokowy układu pomiarowego przedstawiono na rysunku 3.4.
Rys. 3.4. Uproszczony schemat blokowy układu pomiarowego wyładowań niezupełnych
w silniku SE-1
Termorezystory w układzie pomiarowym pełnią funkcję anten częstotliwo-ści radiowych, które rejestrują wyładowania niezupełne i przesyłają sygnał do zespołu antenowego DRTD-3. Zespół ten jest odpowiedzialny za tłumienie i separowanie sygnału wnz od zakłóceń [81, 220]. Sygnał w listwie RTD jest również wzmacniany i przesyłany dalej do układu monitorującego wyładowania niezupełne [81, 190]. Czujniki DRTD mierzą wyładowania niezupełne w zakre-sie częstotliwości 1÷20 MHz [190].
Badany silnik, podczas okresowego remontu w 2009 roku, został wyposa-żony w 9 termorezystorów Pt100, które zainstalowano pod klinami w żłobkach stojana [220]. Trzy czujniki zlokalizowano po stronie napędowej i sześć po stronie przeciwnapędowej (rys. 3.3). Lokalizację zabudowy Pt100 graficznie przedstawiono na schemacie uzwojeń stojana (rys. 3.5) oraz na widokach od
strony napędowej i przeciwnapędowej (rys. 3.6). Szczegółowy opis lokalizujący czujniki podano w tabeli 3.3.
Do kontroli i rejestracji wyładowań niezupełnych w osobno położonym przewodzie neutralnym wykorzystano czujnik RFCT firmy Vibrocenter. Jego wyboru dokonano w oparciu o uwarunkowania określone przez producenta. Zastosowany czujnik charakteryzuje się bardzo dużą czułością na wysokoczę-stotliwościowe impulsy wyładowań niezupełnych z przedziału od 0,5MHz do 50MHz [81,190].
Rys. 3.5. Uproszczony schemat uzwojenia stojana silnika SE-1 wraz z lokalizacją zabudowy
termorezystorów Pt100, gdzie: N – strona napędowa, P – strona przeciwnapędowa
Tabela 3.3. Zestawienie, oznaczenia i charakterystyka lokalizacyjna czujników pomiarowych Lp. czujnika Nazwa żłobka Nr strony Ozn. faza Ozn. Zaci-sków
1 Pt-100 92 P C 4 2 Pt-100 76 P A 5 3 Pt-100 60 P B 6 4 Pt-100 44 P C 10 5 Pt-100 28 P A 11 6 Pt-100 12 P B 12 7 Pt-100 84 N B 1 8 Pt-100 52 N A 2 9 Pt-100 20 N C 3 10 RFCT-4 7
Zastosowany system pomiarowy pozwala mierzyć następujące parametry wyładowań niezupełnych: aktywność wyładowań przy danej polaryzacji impul-sów zorientowaną w przebiegu fazowym napięcia, intensywność wyładowań (PDI), amplitudę wyładowań (Qmax) oraz liczbę impulsów wyładowań mierzoną w ciągu 1 sekundy (PPS).
Rys. 3.6. Lokalizacja zabudowy czujników Pt100 po stronie napędowej i przeciwnapędowej
wraz z przyjętymi oznaczeniami kanałów pomiarowych w urządzeniu R500
Instalacja do pomiaru wyładowań niezupełnych została poddana kalibracji zgodnie z wytycznymi firmy Vibrocenter [190, 220]. Ustawienie odpowiedniej czułości kanałów wykonano za pomocą kalibratora GKI-2 (rys. 3.7a), który podłączono z uzwojeniami stojana zgodnie ze schematem kalibracji torów po-miarowych przedstawionych na rys. 3.7b. Kalibracje wykonano poprzez nałoże-nie folii aluminiowej na uzwojenia czołowe stojana, do folii podpinano jeden zacisk generatora GKI-2, a drugi zacisk do przewodu uziemiającego [190, 191, 220]. Przebieg procesu kalibracji przedstawiono na rysunku 3.8. Po podłączeniu kalibratora GKI-2 został wstrzykiwany ładunek o wartości 3nC z częstotliwo-ścią 25 kHz oraz czasem narastania impulsów ok. 5ns. Dzięki wykonanej kali-bracji została zmieniona czułość na kanałach pomiarowych z 10nC/V na 3nC/V. Efekt poprawnie wykonanej kalibracji torów pomiarowych przedstawiono na rys. 3.9.
a) b)
Rys. 3.7. Kalibracja torów pomiarowych: a) generator impulsów GKI-2, b) schemat kalibracji
torów pomiarowych
strony napędowej i przeciwnapędowej (rys. 3.6). Szczegółowy opis lokalizujący czujniki podano w tabeli 3.3.
Do kontroli i rejestracji wyładowań niezupełnych w osobno położonym przewodzie neutralnym wykorzystano czujnik RFCT firmy Vibrocenter. Jego wyboru dokonano w oparciu o uwarunkowania określone przez producenta. Zastosowany czujnik charakteryzuje się bardzo dużą czułością na wysokoczę-stotliwościowe impulsy wyładowań niezupełnych z przedziału od 0,5MHz do 50MHz [81,190].
Rys. 3.5. Uproszczony schemat uzwojenia stojana silnika SE-1 wraz z lokalizacją zabudowy
termorezystorów Pt100, gdzie: N – strona napędowa, P – strona przeciwnapędowa
Tabela 3.3. Zestawienie, oznaczenia i charakterystyka lokalizacyjna czujników pomiarowych Lp. czujnika Nazwa żłobka Nr strony Ozn. faza Ozn. Zaci-sków
1 Pt-100 92 P C 4 2 Pt-100 76 P A 5 3 Pt-100 60 P B 6 4 Pt-100 44 P C 10 5 Pt-100 28 P A 11 6 Pt-100 12 P B 12 7 Pt-100 84 N B 1 8 Pt-100 52 N A 2 9 Pt-100 20 N C 3 10 RFCT-4 7
Zastosowany system pomiarowy pozwala mierzyć następujące parametry wyładowań niezupełnych: aktywność wyładowań przy danej polaryzacji impul-sów zorientowaną w przebiegu fazowym napięcia, intensywność wyładowań (PDI), amplitudę wyładowań (Qmax) oraz liczbę impulsów wyładowań mierzoną w ciągu 1 sekundy (PPS).
Rys. 3.6. Lokalizacja zabudowy czujników Pt100 po stronie napędowej i przeciwnapędowej
wraz z przyjętymi oznaczeniami kanałów pomiarowych w urządzeniu R500
Instalacja do pomiaru wyładowań niezupełnych została poddana kalibracji zgodnie z wytycznymi firmy Vibrocenter [190, 220]. Ustawienie odpowiedniej czułości kanałów wykonano za pomocą kalibratora GKI-2 (rys. 3.7a), który podłączono z uzwojeniami stojana zgodnie ze schematem kalibracji torów po-miarowych przedstawionych na rys. 3.7b. Kalibracje wykonano poprzez nałoże-nie folii aluminiowej na uzwojenia czołowe stojana, do folii podpinano jeden zacisk generatora GKI-2, a drugi zacisk do przewodu uziemiającego [190, 191, 220]. Przebieg procesu kalibracji przedstawiono na rysunku 3.8. Po podłączeniu kalibratora GKI-2 został wstrzykiwany ładunek o wartości 3nC z częstotliwo-ścią 25 kHz oraz czasem narastania impulsów ok. 5ns. Dzięki wykonanej kali-bracji została zmieniona czułość na kanałach pomiarowych z 10nC/V na 3nC/V. Efekt poprawnie wykonanej kalibracji torów pomiarowych przedstawiono na rys. 3.9.
a) b)
Rys. 3.7. Kalibracja torów pomiarowych: a) generator impulsów GKI-2, b) schemat kalibracji
torów pomiarowych
Rys. 3.8. Widok przebiegu kalibracji torów pomiarowych silnika SE-1
a)
b)
Rys. 3.9. Efekt poprawnie przeprowadzonej kalibracji torów pomiarowych: wykresy
fazowo-rozdzielcze wykonane: a) przed kalibracją, b) po kalibracji
63
3.3.2. Instalacja do pomiaru wnz w napędach SE-2 i SE-3
Do pomiaru emisji wnz w napędach SE-2 i SE-3 wykorzystano komercyj-ny system monitorowania on-line, w skład którego wchodzą: urządzenie
INSULGARD firmy Eaton, 3 kondensatory sprzęgające o pojemności 80pF
każ-dy, 6 czujników RTD współpracujących z termorezystorami Pt100 zamontowa-nymi w uzwojeniach stojanów oraz 1 czujnik temperatury powietrza i 1 czujnik wilgotności względnej powietrza [61]. Urządzenie posiada ponadto 1 kanał szumów i 2 dodatkowe kanały umożliwiające pomiar natężenia prądu i napięcia. Podobnie jak w urządzeniu R500 wszystkie kanały są izolowane, posiadają za-bezpieczenia przepięciowe oraz filtry górnych częstotliwości. Przyrząd rejestru-je impulsy o częstotliwości w zakresie 1MHz ÷ 20MHz [61,190]. Ideowy sche-mat blokowy układu pomiarowego przedstawiono na rysunku 3.10.
Sygnały z czujników są zapisywane w pamięci podręcznej urządzenia
In-sulGard w postaci pakietów danych. Są również przesyłane sygnałem 4–20mA
lub łączem RS485 do systemu nadzorującego. W razie przekroczenia dopusz-czalnego poziomu wyładowań niezupełnych układ analizy danych generuje alarm [61,220]. Informacji o aktualnym poziomie mierzonej emisji wnz dostar-cza układ diod LED zabudowanych bezpośrednio na urządzeniu InsulGard. Odpowiedni kolor informuje o statusie. Gdy świeci się dioda koloru zielonego oznacza to poziom normalny, koloru żółtego – stan ostrzegawczy, a czerwonego – alarm. Czułość została ustawiana indywidualnie dla każdego kanału pomiaro-wego. Ponadto wyświetlacz na urządzeniu informuje o aktualnie wykonywanej funkcji. Jednostka monitorująca stanowi oddzielny sterownik przemysłowy, który może zostać wpięty w system jednostek połączonych w sieć, co jest wyko-rzystywane do przesyłania danych na większe odległości celem np. analizy przez zespół ekspercki [238, 239, 240, 241].
Do analizy danych na komputerze klasy PC służy oprogramowanie
InsulGard, które umożliwia analizę otrzymanych wyników oraz tworzenie
ra-portów stanu izolacji [61, 220].
Analogicznie jak w przypadku instalacji silnika SE-1 dokonano kalibracji torów pomiarowych poprzez wstrzykiwanie ładunków o wartości 3nC z często-tliwością 25 kHz oraz czasem narastania impulsów ok. 5ns celem dostosowania czułości.