بر اساس IEC 60034-27
درجۀ محبوبیت اندازه‌گیری آنلاین تخلیه جزئی (PD) در ماشین‌های الکتریکی دوار افزایش یافته است. زیرا می‌تواند وجود نقاط ضعف موضعی سیستم عایق استاتور و همچنین پدیده‌های مختلف قوس و جرقه را آشکار کند. با توجه به چندین مطالعه، مشخص شده است که نه تنها روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری وجود دارد، بلکه معیارها، روش‌های تجزیه و تحلیل و در نهایت ارزیابی داده‌های اندازه‌گیری شده نیز اغلب متفاوت هستند و مقایسه آنها مشکل است. در نتیجه، نیاز به یک استاندارد بین‌المللی (IS) برای ارائه دستورالعمل‌های تعریف‌شده به کاربران اندازه‌گیری PD آنلاین برای ارزیابی وضعیت سیستم‌های عایق آنها وجود دارد.
اندازه‌گیری‌های PD آنلاین با ماشین الکتریکی دوار که تمام تنش‌های عملیاتی حرارتی، الکتریکی، محیطی و مکانیکی را تجربه می‌کند، ثبت می‌شود. با توجه به تاثیر تنش واقعی بر روی سیم پیچ در حین اندازه گیری و با توجه به این واقعیت که اندازه گیری در طول انواع عملیات معمولی مانند بار پایه و بار اوج انجام می شود، آزمایش آنلاین PD می تواند تغییرات سیستم عایق سیم پیچ را در یک زمان نابهنگام شناسایی کند. امکان ارزیابی وضعیت بلادرنگ در قالب استراتژی‌های پیش‌بینی‌شده تعمیر و نگهداری فراهم می‌شود.
توصیه می‌شود روند ارزیابی PD و مقایسه آن با ماشین‌هایی با طراحی و سیستم عایق مشابه، که در شرایط یکسان و با تجهیزات اندازه‌گیری یکسان ارزیابی شده‌اند، برای اطمینان از ارزیابی معتبر وضعیت عایق سیم‌پیچ استاتور انجام شود. اطلاعات روند، معیار خوبی برای نشانه های اولیه تغییر در شرایط عایق فراهم می کند. این به برنامه ریزی برای بررسی بیشتر در حالت توقف از نظر بازرسی بصری و آزمایش آفلاین در طول قطع بازرسی بعدی زمان می دهد.
محدودیت‌ها:
آزمایش‌های آنلاین PD روی سیم‌پیچ‌های استاتور، اندازه‌گیری‌های مقایسه‌ای و نه مطلق را ایجاد می‌کنند. این موضوع باعث ایجاد محدودیت اساسی در تفسیر داده‌های PD می‌شود. بنابراین، معیارهای پذیرش با محدودیت‌های ساده برای سیم‌پیچ‌های استاتور جدید یا برگشتی را نمی‌توان ایجاد کرد، زیرا دلایل زیر نشان می‌دهد:
– انواع مختلفی از سنسورهای PD و همچنین ابزارهای ضبط و آنالیز وجود دارد.
به طور کلی، ناسازگار هستند و نتایج متفاوتی را برای یک فعالیت PD ایجاد می کنند.
– حتی با سیستم اندازه‌گیری یکسان، پالس‌های تخلیه جزئی فرکانس بالا با ظرفیت و اندوکتانس سیم‌پیچ در مسیر خود از مبدا به نقطه اندازه‌گیری تعامل خواهند داشت، به عنوان مثال، در پایانه های سیم پیچ. بنابراین، اندازه‌گیری‌های PD که در ماشین‌هایی با طراحی سیم‌پیچ و رتبه‌بندی متفاوت انجام می‌شود، نتایج PD متفاوتی را ایجاد می‌کند، حتی اگر نوع واقعی منبع PD یکسان باشد.
– انواع مختلف عیوب سیم‌پیچ، بزرگی‌های PD متفاوتی ایجاد می‌کنند و تأثیر متفاوتی بر تخریب عایق دارند.
– فعالیت PD ممکن است نزدیک یا دور از سنسور PD رخ دهد. به طور کلی، اگر منبع PD در داخل سیم پیچ های دورتر از سنسور PD باشد، در مقایسه با منبع PD در اتصالات فاز نزدیک به دلیل تضعیف پالس، پاسخ کوچک تری را در سنسور PD در پایانه ها ایجاد می کند.
کاربران همچنین باید بدانند که هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد زمان شکست عایق سیم پیچ استاتور را می توان با استفاده از هر مقدار PD به تنهایی یا حتی در ترکیب تخمین زد. به منظور توصیف جامع‌تر وضعیت عایق استاتور، اندازه‌گیری‌های PD باید با آزمایش‌های الکتریکی دیگر تکمیل شود. همچنین، تعیین علت اصلی فرآیند زوال عایق با استفاده از تشخیص الگوی PD، به خصوص اگر بیش از یک فرآیند در حال وقوع باشد، هنوز تا حدودی ذهنی است، اگرچه فناوری تحلیل دیجیتال به سرعت در حال تکامل است.
نویز و اختلالات ناشی از محیط الکتریکی تأثیر زیادی بر اندازه گیری PD آنلاین دارد. اتصال متقابل PD و نویز بین فازهای مختلف می تواند تفسیر عینی نتایج آزمایش را دشوار کند. بنابراین، تکنیک های مختلف سرکوب نویز آنالوگ و دیجیتال برای بهبود حساسیت اندازه گیری PD و ابزارهای تحلیل PD استفاده می شود.
کاربران اندازه‌گیری PD باید بدانند که با توجه به اصول روش، همه مشکلات مربوط به عایق در سیم‌پیچ‌های استاتور را نمی‌توان با اندازه‌گیری فعالیت PD بر روی خط تشخیص داد. مثلاً، خرابی‌های عایق ممکن است شامل جریان‌های نشتی پیوسته ناشی از مسیرهای رسانا بین پتانسیل‌های مختلف سیستم عایق یا ترک‌های ریز در عایق اصلی باشند که فعالیت PD بسیار کمی دارند، و این در مقایسه با PD لایه‌برداری معمولی یا پدیده تخلیه بدون پالس است.
اصطلاحات و تعاریف IEC
تخلیه جزئی PD
تخلیه الکتریکی موضعی که فقط تا حدی عایق را بین هادی ها پل می کند و امکان دارد در مجاورت هادی رخ دهد یا رخ ندهد.
اندازه گیری آنلاین
تست با ماشین الکتریکی دوار در حالی که در حال انجام کار است.
دستگاه آنالایزر آنلاین تخلیه جزئی
(ویژه تست تخلیه جزئی ژنراتور ها)
کالیبراتور CAL 2n – نرم افزار TESLA PD V1.4.1 راهنمای کاربری و آنالیز اطلاعات –
پهنای باند 20 کیلو هرتز تا 20 مگاهرتز – شامل تمام پترن های PRPD، TW ،PSA –
سرعت نمونه برداری 100MSPS با رزولوشن 10 تا 12 بیت
اندازه گیری آفلاین
تست با ماشین الکتریکی دوار در حالت سکون انجام می شود و دستگاه از سیستم برق جدا می شود
نکته: ولتاژ تست لازم از منبع ولتاژ جداگانه به سیم پیچ اعمال می شود.
دستگاه آنالایزر آفلاین تخلیه جزئی PD CON
(ویژه تست تخلیه جزئی ژنراتور ها)
کالیبراتور 2n، نمایش تعداد تخلیه های رخ داده، نرم‌افزار مخصوص جهت گزارش تست،مجهز به الگوریتم هوشمند تشخیص سیگنال، شامل تمام الگوهای حل فازی تخلیه جزیی (PRPDA) نرخ نمونه برداری نمایشی 250MS و ذخیره سازی 10MS
پوشش شیار رسانا
رنگ رسانا یا لایه نوار در تماس نزدیک با عایق دیوار زمینی در قسمت شیار سمت سیم پیچ، که اغلب به آن پوشش نیمه رسانا نیز می گویند.
نکته: این پوشش همراه با طراحی مناسب شیار، تماس الکتریکی را با هسته استاتور، بدون اتصال به لایه های هسته، فراهم می کند.
پوشش کنترل تنش
رنگ یا نوار روی سطح عایق دیوار زمینی که فراتر از پوشش بخش شیار رسانا در میله‌ها و کویل‌های استاتور ولتاژ بالا است.
نکته: پوشش کنترل تنش، تنش میدان الکتریکی را در امتداد اورهنگ سیم‌پیچ به زیر یک مقدار بحرانی کاهش می‌دهد که باعث شروع PD در سطح می‌شود. پوشش کنترل تنش با پوشش بخش شیار رسانا همپوشانی دارد تا تماس الکتریکی بین آنها برقرار شود.
تخلیه کرونا
تخلیه جزئی قابل مشاهده در مجاورت سطح یک هادی لخت یا سطح عایق یک هادی
جرقه زنی ارتعاشی
این پدیده باعث قطع جریان‌های سطحی بین سطح خارجی بخش شیار یک میله و لایه‌های هسته زمین، به دلیل ولتاژهای القایی محوری روی پوشش شیار رسانا و همراه با ارتعاشات میله، می‌شود.
تخلیه شیار
تخلیه‌هایی که بین سطح بیرونی بخش شیار یک سیم‌پیچ یا میله و لایه‌های هسته زمین رخ می‌دهند، به دلیل شدت بالای میدان الکتریکی است.
توزیع بزرگی دامنه
تعداد دامنه‌ها در مجموعه‌ای از پنجره‌های با فواصل مساوی، که هر کدام برابر با بزرگی پالس در طول زمان اندازه‌گیری از پیش تعیین شده هستند.
تخلیه داخلی
تخلیه هایی که در عایق دیواره اصلی ایجاد می شود
توزیع فازی دامنه
تعداد پالس‌ها در یک سری از پنجره‌های فاز که با فواصل مساوی در طول زمان اندازه‌گیری از قبل تعیین شده است.
تخلیه های سطحی
تخلیه هایی که روی سطح عایق یا روی سطح اجزای سیم پیچی در برآمدگی سیم پیچ یا قسمت فعال سیم پیچ ماشین رخ می دهد.
الگوی حل فازی تخلیه جزئی PRPD
این الگو، توزیع دامنه‌های PD و تعداد پالس‌های PD را در مقابل موقعیت فاز شکل موج AC نشان می‌دهد. از این الگو برای تجسم و تحلیل رفتار PD در طول زمان اندازه‌گیری از پیش تعیین شده استفاده می‌شود.
سنسور PD
نوع عمومی مبدل، که می تواند برای تشخیص سیگنال های PD از سیم پیچ ماشین استفاده شود.
نکته: یک سنسور PD معمولاً از یک خازن کوپلینگ ولتاژ بالا با طراحی اندوکتانس پایین و یک دستگاه کوپلینگ ولتاژ پایین به صورت سری تشکیل می شود.
دستگاه کوپلینگ
معمولاً یک شبکه چهار پایانه فعال یا غیرفعال است که جریان های ورودی را به سیگنال های ولتاژ خروجی تبدیل می کند.
نکته: این سیگنال ها توسط یک سیستم انتقال به دستگاه اندازه گیری منتقل می شود. ما معمولاً پاسخ فرکانسی دستگاه کوپلینگ را طوری تنظیم می‌کنیم که به طور مؤثر از عبور ندادن فرکانس‌های ولتاژ آزمایشی و هارمونیک‌های آن به دستگاه اندازه‌گیری جلوگیری شود.
شاخص درجه حرارت مقاومت RTD
آشکارساز دما در سیم‌پیچ استاتور معمولاً در یک شیار مشخص، بین نوار بالا و پایین یا بین دو طرف سیم‌پیچ قرار می‌گیرد.
علت و اثرات PD آنلاین
به طور کلی، تخلیه جزئی (PD) می تواند در مکان هایی ایجاد شود که خواص دی الکتریک مواد عایق ناهمگن است. در چنین مکان هایی، قدرت میدان الکتریکی محلی ممکن است افزایش یابد. به دلیل فشار بیش از حد الکتریکی موضعی، این ممکن است منجر به خرابی موضعی و جزئی شود. این خرابی فقط تا حدی باعث پل زدن مواد عایق می شود. PD به طور کلی نیاز به حجم گاز یا حجم خالی برای ایجاد دارد، به عنوان مثال: حفره های تعبیه شده در عایق مجاور هادی ها یا در رابط های عایق.
هنگامی که قدرت میدان موضعی از قدرت دی الکتریک ماده بیشتر شود، تخلیه جزئی ممکن است رخ دهد. این فرآیند، در طول یک سیکل ولتاژ اعمال شده، باعث تولید چندین پالس PD می‌شود.
مقدار بار منتقل شده در فرآیند دشارژ به موارد زیر ارتباط دارد.
ویژگی های خاص ناهمگنی مانند ابعاد، ولتاژ شکست واقعی و خواص دی الکتریک خاص مواد درگیر
به عنوان مثال. خواص سطح، نوع گاز، فشار گاز و غیره
سیستم‌های عایق سیم‌پیچ استاتور برای ماشین‌های ولتاژ بالا همیشه مقداری فعالیت PD دارند، اما ذاتاً به دلیل اجزای غیرآلی میکا، در برابر تخلیه‌های جزئی مقاوم هستند. با این حال، PD قابل توجه در این ماشین‌ها معمولاً بیشتر نشانه نقص عایق، مانند مشکلات تولید یا خرابی در حین کار است، نه اینکه علت مستقیم خرابی باشد. با این وجود، بسته به فرآیندهای خاص هر ماشین، PD ممکن است مستقیماً به عایق حمله کند و در نتیجه روند پیری آن را تسریع کند.
زمان تا شکست یا احتمال شکست ممکن است همیشه با سطوح PD مرتبط نباشد، اما به طور قابل توجهی به عوامل دیگر بستگی دارد. به عنوان مثال دمای کار، ارتعاشات میله، درجه آلودگی و غیره.
اندازه گیری و تجزیه و تحلیل رفتار خاص PD را می توان به طور موثر برای کنترل کیفیت سیم پیچ ها و اجزای سیم پیچ جدید و برای تشخیص زودهنگام نقص های عایق ناشی از عوامل حرارتی، الکتریکی، محیطی و مکانیکی در سرویس استفاده کرد، که ممکن است منجر به شکست عایق شود.
تفاوت اصلی بین اندازه‌گیری‌های آنلاین و آفلاین:
توزیع ولتاژ متفاوت در طول سیم‌پیچ و اثرات حرارتی و مکانیکی مختلف مربوط به عملیات، مانند ارتعاش، قوس تماس یا گرادیان‌های دما بین مس استاتور و هسته آهنی استاتور است. علاوه بر این، به ویژه برای ماشین‌های خنک‌شده با هیدروژن، گاز و فشار گاز ممکن است برای اندازه‌گیری‌های PD غیرحضوری و آنلاین متفاوت باشد.