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资产状态管理 电机测试

高压测试会损坏电机吗?

负责维护电机可靠性的维修专业人员通常关心在远高于铭牌水平的电压下测试他们的关键电机。将460V电机测试为2000v,或将4160v电机测试为9320v,肯定会让人觉得有违直觉。毕竟,电动机的额定电压只有这个低电压,对吧?

有些人甚至可能有经历与电机故障后的hipot或浪涌测试在这些升高的电压。这些事件可能会导致在使用高压测试作为一种在线评估技术时更加犹豫不决。

首先,让我们探索操作强调电机绝缘系统必须忍受,然后深入的描述绝缘恶化和失败的本质,以及安全措施的概述设计成现代高压测试设备测试操作符可以感觉更舒适的应用这些测试方法。

铭牌规格的重要性

安装在工业应用中的每台电机都有特定的铭牌设计标准。这些铭牌参数定义了电动机在使用过程中的正确运行特性。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。115%的过压情况可能导致定子铁芯饱和,进而导致电机绝缘系统过热,从而导致电机故障。

相反,欠压情况下,给定的输出轴功率将导致高于正常电流。这也会导致过度加热和随后的绝缘退化。这些情况对绝缘系统的危害与电机绕组上附加的热应力导致的过载情况一样。由于这些原因,至关重要的是,电机操作接近铭牌电压水平。


“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。”


解读电机铭牌电压

重要的是要知道电动机的铭牌电压并不是指它的绝缘额定电压。绝缘电压额定值实际上是根据其击穿电压确定的。

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,与电机铭牌上的额定值无关。当电动机是为特定的工作电压而设计时,其绝缘被设计成能够承受比额定母线电压高得多的电压。

这有几个原因,但最重要的是,在接触点打开期间施加在绕组上的电压应力可以高达施加母线电压的四倍。如果电动机仅仅是为了承受铭牌电压而绝缘,那么几乎在使用时就会发生故障。

科学的现场研究表明,在开关瞬态过程中,电机绕组中感应的电压水平可高达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降到图2所示的最大电压应力水平以下,电机就进入寿命的最后阶段。在这一点上,电机已消耗了其大部分有用的绝缘寿命,应计划更换尽快实际。

高压电机测试的重要性

确定绝缘状态的能力及其承受正常运行所引起的电压应力的能力是确定其可靠性的关键。这就是为什么高压测试如此重要的原因。能够确定电动机已进入寿命的最后阶段是有效的电动机可靠性方案的关键。如果没有这种预测性测试,由于只盲目地进行低电压测试,电机的故障就会在没有预知的情况下出现。


测试还可能显示出非线性电流响应,这表明绝缘即将耗尽寿命。


绝缘电阻测试

电动机绝缘系统有两个主要的屏障要关注,即接地墙和匝间绝缘层。当对绝缘进行测试时,首先要进行一系列的直流接地墙测试。第一个是绝缘电阻测试。这是一个一分钟的测试,允许量化绝缘电阻值,并在接近或低于铭牌电压的情况下进行。

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10分钟,以进一步评估污染和湿度,以及在清洁干燥的绕组情况下,电机绝缘的极化能力,这是绝缘老化和恶化的指示。

图3:测试电压应力水平1


高压绝缘试验测试

下一个直流测试是高电位测试或hipot。该测试由IEEE标准95管理,并有多种形式。这些方法中最有效的是阶跃电压试验。这种测试类似于绝缘电阻测试,但逐步增加测试电压,以评估由此产生的泄漏电流变化。

直流步进测试的最终测试电压建议为2X线电压+ 1000V,沿途至少有5步。这些步骤允许评估泄漏电流对不断增加的电压的响应。随着电压逐级增加,漏电流也应线性增加。这证实了绝缘电阻在这些高电压下保持恒定。如图3表所示,建议的测试电压范围为每台5到2.5。

如果电阻在每个步骤上都是稳定的,就可以保证接地墙绝缘适合持续可靠地使用。

然而,测试可能由于过流或电弧条件而失败。这将准确地指示绝缘击穿电压相对于母线电压的位置。这清楚地表明绝缘已达到其可靠使用寿命的终点。

测试也可能显示出非线性电流响应,这表明绝缘接近寿命的结束。这使得维护计划员有足够的时间来安排电机的更换。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

除接地墙外,电机还具有匝间绝缘系统。这是一个线圈中单个线股之间的绝缘,相邻线圈之间的绝缘以及绕组系统内相位到相位交叉点之间的绝缘。

在开关浪涌期间,由于电机绕组中的感应性质,这些匝间绝缘屏障受到强调。匝间的电压降在其分布上是非线性的,并且在最接近电机引线的匝上施加更高的应力。这些短路匝在短路闭合回路中产生高感应电流,导致接地或相绝缘失效。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。


“电机启动过度、电能质量差和过载都是可控的指标,它们对设备的破坏性比任何高压测试都大得多。


Hipot和浪涌测试破坏吗?

人们经常问hipot和surge测试是否具有破坏性,当他们得知答案是,是的,如果绕组退化,它们可能具有破坏性时,他们往往会感到惊讶。然而,如果绕组没有退化,那么答案是否定的。

绝缘材料退化的唯一方式是过度的电荷流过被削弱的材料。这不会发生在良好的绝缘。

如果绝缘体退化,那么流过绝缘体的电流可能会对已经退化的绝缘体造成进一步的碳化。由于测试是被调节的,任何潜在的碳化都被最小化,因此,电机可以继续运行,直到安装合适的替代品。如果绝缘体退化,高压试验所造成的退化不会超过单个启动周期自然造成的等效退化。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。”

最重要的一点是要记住这一点:日常的高压应力施加在电机上的正常开关活动是远比任何良好调节的hipot或浪涌试验更具破坏性。电机启动过度、电能质量差和过载都是可控的指标,它们对设备的破坏性比任何高压测试都大得多。

通过精确控制和降低能量水平进行的例行绝缘测试是电机在其生命周期中所经历的危害最小的事情之一。重要的是要考虑到,当电动机接触器操作引起的感应冲击电压强调绝缘弱点时,配电系统的全部能量可用于使绕组碳化。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。

击穿电压试验

一家电气测试和测量公司最近进行了一些击穿电压实验,以演示各种材料的强度。它测试了许多常见物品,如植物叶子、管道和电工胶带、绝缘材料,甚至厕纸。在500V下进行绝缘电阻测试,发现双层厕纸的绝缘电阻值为2000兆欧,普通电脑电源线的绝缘电阻值仅为260兆欧。

当它进行阶梯电压hipot时,卫生纸的击穿电压为2000伏特,而电源线能够承受整个电源组的30000伏特,永远不会发生故障。

数据清楚地表明,在低、无应力电压下绝缘电阻值与绝缘承受高电压应力的能力之间绝对没有相关性。绝缘材料承受高电压应力的能力(它是为之设计的)根本不需要通过低压直流测试来评估。

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。

虽然低电压绝缘电阻测试是一个重要的作用,但它是完全不适合评估绝缘完整性和验证可靠性。有了这些事实,就很容易理解高压绝缘测试的重要性和它能够确保最高的设备可靠性。

参考文献

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,第30卷第6期,1994年11 / 12月。

2.电气和电子工程师协会。高直流电压交流电机(2300 V及以上)绝缘试验推荐规程

3.“具有定子绕组匝数故障的感应电机的瞬态模型”。IEEE行业应用的交易,卷。38,38,2002年5月3日。

4.古普塔,斯通,G. C.和斯坦,J。"电力设施中机器Hipot测试的使用"载体:电气绝缘会议和电气制造和线圈绕组会议2001年,俄亥俄州辛辛那提市,第323-326页。

5.约翰·威尔逊。“在电动机里储存能量。”技术说明,贝克仪器公司, 2006年。