Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Citlivost diagnostických metod pro izolační systémy elektrických strojů

Elektro 4/2000

Doc. Ing. Miloš Hammer, CSc.,
Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky – odbor elektrotechniky,
Fakulta strojního inženýrství, VUT Brno

Citlivost diagnostických metod pro izolační systémy elektrických strojů

U nás i v zahraničí se některá pracoviště zabývají diagnostikou izolačních systémů elektrických strojů točivých. Tato diagnostika je zaměřena především na získání informací o reálném stavu izolačního systému. Protože funkčnost izolace vinutí elektrických strojů se ztrácí jejím průrazem, jsou hledány diagnostické veličiny, které by nedestruktivním způsobem o průrazném napětí vypovídaly. Proto jsou zaznamenány snahy o vývoj nových věrohodnějších diagnostických metod, které by vycházely ze znalosti fyzikálních dějů provázejících průraz a které by i naznačily prognózu zbývající životnosti izolačních materiálů. Předkládaný příspěvek je zaměřen na určení citlivosti perspektivní diagnostické metody, která byla námi již úspěšně verifikována v laboratorních podmínkách i na izolačních systémech statorů trojfázových asynchronních motorů.

Obr. 1.

Obr. 1. Specifikace narušení vzorků materiálu Vetronit EP G-11 pro určení citlivosti metody aktivační energie vodivostních dějů

V [1], [2], [3] je popsána a verifikována diagnostická metoda aktivační energie vodivostních dějů. Je konstatováno, že by metoda byla vhodná pro diagnostické účely izolačních materiálů vinutí elektrických strojů točivých. Proto nás v další fázi zajímala citlivost této metody. V předkládaném článku je nejprve pro naše účely citlivost metody aktivační energie definována, k jejímu bližšímu určení je realizován laboratorní experiment na vzorcích izolačního materiálu a nakonec jsou získané výsledky vyhodnoceny.

Metoda aktivační energie vodivostních dějů vychází ze zjednodušeného výrazu pro teplotní závislost vnitřní vodivosti

g = A exp (–BV/T)        (1)

kde
A je konstanta,
T teplota,
BV činitel reprezentující aktivační energii vodivostních dějů.

Obecně citlivostí budeme definovat schopnost vyhodnocované diagnostické veličiny reagovat na simulované změny, které budou ve sledovaném diagnostickém objektu představovat následky působení degradačních činitelů. Konkrétně v uvažovaném případě lze citlivost vyjádřit matematickým vztahem

c = BV/V        (2)

kde V je zbývající část (bez simulovaných mechanických narušení) objemu materiálu vzorku.

Obr. 2.

Obr. 2. Závislost činitele BV na zbývajícím objemu materiálu vzorku pro vybrané dny stárnutí

Pro bližší určení citlivosti metody aktivační energie vodivostních dějů jsme realizovali experiment, který spočíval v simulovaném mechanickém narušení vzorků izolačního materiálu Vetronit EP G-11. Narušení vycházelo z představy, že v provozních podmínkách bývá izolace často vystavena značným přehřátím, která mohou mít za následek zvýšenou lokální degradaci a v extrémních případech až uhelnatění povrchu izolace. Podobné účinky mohou vznikat i působením částečných výbojů v dutinkách izolace nebo vlivem povrchových drážkových výbojů. Vybrané vzorky materiálu Vetronit EP G-11 jsme narušili odfrézováním do hloubky 0,07 mm nebo 0,12 mm (celková tloušťka vzorků činila 0,20 mm), přičemž plochy odstranění materiálu jsme volili 110, 230, 380, 780 mm2 (celková plocha vzorků byla 1 963 mm2). Odfrézované části jsme vyplnili grafitovým lakem SIB 643. Podrobnosti o přípravě vzorků k experimentu lze sledovat na obr. 1 a v tab. 1.

Takto připravené vzorky materiálu Vetronit EP G-11 jsme podrobili stárnutí v horkovzdušném sterilizátoru při teplotě 180 °C. V nestárnutém stavu a po 8, 16, 24, 33 a 40 dnech stárnutí jsme měřili klasickou metodou absorpční proud při napětí 200 V v teplotním rozsahu 23 až 120 °C. Pro každou dobu stárnutí (tS) bylo k dispozici pět vzorků. V závěru experimentu jsme u každého vzorku stanovili průrazné napětí (Up) plynule se zvyšujícím stejnosměrným napětím od nuly do průrazu. Aritmetický průměr průrazného napětí v závislosti na době stárnutí, ploše a hloubce narušení je uveden v tab. 2.

Obr. 3.

Obr. 3. Poměrné změny veličin BV a Up v závislosti na době stárnutí pro narušení 4

Další postup spočíval v určení činitele BV, který reprezentuje aktivační energii vodivostních dějů. K tomuto účelu byly využity výsledky měření absorpčního proudu a podle vztahu (1) byl činitel BV pro jednotlivé vzorky získán. Aritmetický průměr činitele BV pro příslušné doby stárnutí a zkoumaná narušení jsou uvedeny v tab. 3. Tyto údaje byly podrobeny statistickým testům, např. testu o rovnosti dvou středních hodnot.

Podle rovnice (2) byla pro každé narušení a dobu stárnutí vypočtena citlivost. Výsledky lze sledovat v tab. 4.

Vyhodnocení experimentu pokračuje na obr. 2, v němž je graficky znázorněna závislost činitele BV na zbývajícím objemu materiálu (V) pro vybrané doby stárnutí. Podobný průběh by bylo možné sledovat i pro ostatní doby stárnutí. Tuto grafickou závislost doplňuje i tab. 5, v níž jsou uvedeny všechny hodnoty korelačních koeficientů zmíněné závislosti.

Hodnoty korelačních koeficientů byly podrobeny statistickému testu o existenci statisticky významné korelační závislosti.

Na obr. 3 a 4 jsou zachyceny poměrné změny veličiny BV vůči počáteční hodnotě (BV/BV0) v závislosti na době stárnutí pro některá narušení a tyto průběhy jsou porovnávány s poměrnými změnami průrazného napětí (Up/Up0).

Obr. 4.

Obr. 4. Poměrné změny veličin BV a Up v závislosti na době stárnutí pro narušení 7

V  tab. 6 jsou uvedeny hodnoty koeficientů korelace mezi veličinou BA a průrazným napětím při jednotlivých narušeních.

Závěr
Citlivost veličiny BV dosahuje u všech narušení materiálu přibližně stejné hodnoty, se vzrůstající dobou stárnutí klesá. Závislost veličiny BV na zbývajícím objemu materiálu je poměrně dobrá, což potvrdily statistické testy. Z nich vyplývá existence lineární korelační závislosti mezi veličinou BV a zbývajícím objemem materiálu při přibližně stejné těsnosti. Bylo dokázáno, že objem narušení rovný 28 mm3 (tj. 7 % z celkového objemu vzorku) má statisticky významný vliv na změnu veličiny BV, a to pro všechny doby stárnutí. Pro některé doby stárnutí se statisticky významný vliv objevuje již při nižších hodnotách objemu narušení. Dále lze sledovat horší souvislost veličiny BV s průrazným napětím při nižších dobách stárnutí, což je možné vysvětlit ještě probíhajícími procesy vlivem vytvrzování epoxidové pryskyřice ve zvoleném izolačním materiálu. I přes toto konstatování lze na hladině významnosti a=0,05 dokázat existenci lineární korelační závislosti mezi veličinou BV a průrazným napětím pro všechna narušení.

Uvedené výsledky znovu potvrdily reálnou možnost použití metody aktivační energie vodivostních dějů k diagnostice izolačních materiálů vinutí elektrických strojů. Byla blíže specifikována citlivost metody, což je přínosem pro její aplikaci v průmyslové praxi.

Literatura:

[1] HAMMER ,M.: Nové pohledy na diagnostiku izolačních systémů elektrických strojů točivých. ELEKTRO, 7, 1997, č. 3, s. 83–84.

[2] HAMMER, M.: Diagnostika provozně zestárlých izolačních systémů elektrických strojů. ELEKTRO, 7, 1997, č. 5, s.160–162.

[3] HAMMER, M.: Non-traditional Evaluation of Diagnostic Results of Insulation Materials for Winding in Electrical Machinery. In: Mezinárodní konference DISEE 98 (Dielectric and Insulating Systems in Electrical Engineering ). Bratislava a Častá- Píla 1998, s. 96–98.

[4] HAMMER, M.: Electrical Machinery Insulation System Diagnostics for the Purposes of Power Engineering. In: Mezinárodní konference DISEE 98. Bratislava a Častá-Píla 1998, s. 155–158.

[5] HAMMER, M.: Hard Degradation Products Method in Insulation Materials Diagnostics. In: Mezinárodní konference Diagnostika 97. Plzeň 1997, s. 256–258.

[6] HAMMER, M.: Conductivity Processes Activation Energy Method in Insulation Materials Diagnostics. In: Mezinárodní konference Diagnostika 97. Plzeň 1997, s. 259–261.

Tab. 1. Specifikace narušení vzorků materiálu Vetronit EP G-11 pro určení citlivosti metody aktivační energie vodivostních dějů

Narušení vzorku Zbývající část vzorku
Označení Plocha (mm2) Hloubka (mm) Objem (mm3) Objem (mm3) K celkovému objemu (%)
1 110 0.07 8 385 98
2 230 0.07 16 377 96
3 380 0.07 27 367 93
4 780 0.07 55 339 86
5 110 0.12 13 380 97
6 230 0.12 28 365 93
7 380 0.12 45 348 89
8 780 0.12 94 299 76

Tab. 2. Aritmetický průměr průrazného napětí v závislosti na době stárnutí, ploše a hloubce narušení

ts (dny) Narušení 1 až 4 Narušení 5 až 8
Up (kV) Up (kV)
0 16.1 12.5
8 13 11
16 11.2 7.7
24 8.7 6.5
33 7.2 5.5
40 4 3.3

Tab. 3. Aritmetický průměr činitele BV závislosti na době stárnutí a druhu narušení

ts (dny) Narušení
1 2 3 4 5 6 7 8
0 8933 8752 8251 7865 8502 8662 8075 6938
8 2909 2790 2810 2610 2960 2763 2721 2301
16 3262 3215 3135 2891 3261 3125 2899 2775
24 4251 4148 4038 3853 4182 4029 4121 3295
33 3950 3852 3775 3472 3879 3700 3554 3118
40 2419 2375 2305 1808 2369 2268 2018 1782

Tab. 4. Citlivost činitele BV pro jednotlivé doby stárnutí a druhy narušení

ts (dny) Narušení
1 2 3 4 5 6 7 8
0 23.2 23.2 23.2 23.2 22.4 23.7 23.2 23.2
8 7.6 7.4 7.7 7.7 7.8 7.6 7.8 7.7
16 8.5 8.5 8.5 8.5 8.6 8.6 8.3 9.3
24 11 11 11 11.4 11 11 11.8 11
33 10.3 10 10.3 10.2 10.2 10.1 10.2 10.4
70 6.3 6.3 6.3 5.3 6.2 6.2 5.8 6

Tab. 5. Hodnoty korelačních koeficientů závislosti činitele BV na zbývajícím objemu materiálu vzorku pro všechny doby stárnutí

ts (dny) Koeficient korelace
0 0.98
8 0.97
16 0.95
24 0.91
33 0.99
40 0.93

Tab. 6. Korelační koeficienty mezi veličinami BV a Up při jednotlivých narušeních

Narušení Koeficient korelace
1 0.87
2 0.87
3 0.87
4 0.88
5 0.93
6 0.93
7 0.92
8 0.94