Zkoušky statorových a rotorových vinutí pohonů při opravách

V následujícím článku se podrobněji zaměříme na specifické požadavky, které musí být splněny při opravách statorových nebo rotorových vinutí elektrických točivých strojů.

Statorová a rotorová vinutí jsou klíčovými komponentami elektrických točivých strojů, a jejich správná údržba a opravy jsou zásadní pro udržení optimálního výkonu a životnosti stroje.

Zkouška odporu vinutí

Zkouška stejnosměrného odporu mezi dvojicemi izolovaných síťových připojení každého vinutí může identifikovat zkraty mezi závity, špatná připojení, nesprávná zapojení nebo přerušené obvody. Odpor rychle klesá se vzrůstající velikostí stroje, což s sebou nese potřebu vhodné přesné měřicí metody s použitím ohmmetru nebo miliohmmetru. Jakákoli odporová nerovnováha má být v rámci stanovených tolerancí. Vinutí mají mít stálou teplotu a naměřené hodnoty mají být na tuto teplotu korigovány.

Zkouška symetrie fází

Odpory všech fází nebo mezi libovolnými dvojicemi svorek se změří přiložením sníženého napětí o velikosti asi 15 % jmenovitého napětí na rozpojený stator, aby se zajistil přibližně jmenovitý proud motoru. Výsledky se mají porovnat a jakákoli významná nesymetrie se musí prošetřit. Kritéria musí odpovídat specifikacím výrobce. U tvarovaných cívek má být rozdíl odporů dvou vinutí typicky do 1 %, případně do 3 % u vsypávaných cívek.

Zkouška izolačního odporu

Zkouška izolačního odporu je plně popsána v ČSN EN IEC 60034-27-4 Točivé elektrické stroje - Část 27-4: Měření izolačního odporu a polarizačního indexu izolace vinutí točivých elektrických strojů. Měření izolačního odporu se má provádět megaohmmetrem zaznamenávajícím zkušební hodnoty a normalizovat podle výše uvedené normy. Měření se musí provádět pro celé vinutí: mezi všemi vinutími a zemí, mezi vinutími v případě více vinutí, mezi vinutími a pomocným vybavením, a mezi pomocným vybavením a zemí, a to pomocí stejnosměrného megaohmmetru po dobu 1 minuty.
Izolační odpor se významně mění s teplotou, vlhkostí a znečištěním. Pro účely vytváření trendu se má izolační odpor normalizovat na referenční teplotu (normálně
40 °C). Minimální přijatelné hodnoty izolačního odporu korigované na 40 °C jsou funkcí jmenovitého napětí, teploty, typu zařízení a závisí na tom, zda je vinutí po opravě nebo převinutí (částečném nebo kompletním). Dále jsou uvedeny nejnižší hodnoty doporučené pro provedení zkoušky výdržným napětím nebo rázové zkoušky, případně pro chod při zkoušení kompletně impregnovaných vinutí (viz tab. 1).

• a) 5 MΩ pro nízkonapěťová vsypávaná vinutí, tvarovaná vinutí a vinutí kotvy stejnosměrných strojů.
• b) 100 MΩ pro vysokonapěťové izolační systémy založené na syntetické pryskyřici (tvarovaná vinutí).
• c) Jmenovité napětí (kV) + 1 pro vysokonapěťové izolační systémy založené na šelaku a asfaltu a pro všechna budicí vinutí.

Minimální izolační odpor jedné fáze trojfázového vinutí, která je zkoušena při uzemněných ostatních dvou fázích, má být minimálně dvojnásobný oproti celému vinutí. Doba uzemnění má být minimálně čtyřnásobkem doby nabíjení. Je-li každá fáze zkoušena samostatně a na dvou netestovaných fázích jsou použity ochranné obvody, minimální odpor má být trojnásobkem hodnoty pro celé vinutí.
Při spojení všech fází dohromady s cílem zkoušet celé vinutí proti zemi jsou svodové proudy a proudy polovodivé ochrany na čelech vinutí omezeny, protože ostatními fázovými vinutími budou protékat nižší proudy. Proto lze očekávat, že polarizační index bude vyšší ve srovnání se zkouškami jednotlivých fázových vinutí. To samé platí pro izolační odpor, protože celé vinutí má vyšší odpor ve srovnání s hodnotami získanými součtem ze zkoušek jednotlivých fázových vinutí, kdy se izolační odpor vypočítává z měření jednoho fázového vinutí.
Není-li naměřená hodnota přijatelná, pak se další zkoušky, které mohou namáhat vinutí až k poruše, nemají provádět, tj. výdržná zkouška nebo rázové zkoušení. Pro zvýšení hodnoty izolačního odporu na přijatelnou úroveň je třeba provést nápravná opatření, jako například čištění a vysoušení v peci.
Je třeba věnovat pozornost tomu, aby bylo zajištěno, že všechny elektrické a elektronické komponenty připojené k vinutí, jako například automatický regulátor napětí na generátorech a přístrojové vybavení, budou odpojeny od vinutí.

Zkouška polarizačního indexu

Zkouška polarizačního indexu, která je plně popsána v ČSN EN IEC 60034-27-4, se musí provádět megaohmmetrem a stejným napětím, jaké je uvedeno v tab. 2, po dobu 10 minut. Hodnota minimálního polarizačního indexu pro vinutí s třídou izolace 130 (B) nebo vyšší má být 2,0.
Je-li naměřená hodnota izolačního odporu vyšší než 5 000 MΩ po jedné minutě, může se výpočet polarizačního indexu stát nespolehlivým a neměl by se brát v úvahu.
Určování polarizačního indexu se nesmí používat u strojů se vsypávaným vinutím, u budicích vinutí rotorů generátorů, neizolovaných budicích vinutí a klecových vinutí rotorů a kotev stejnosměrných strojů.

Zkouška naprázdno

Pokud je před generální prohlídkou požadována zkouška naprázdno, je třeba postupovat následovně.
Zkouška musí být provedena naprázdno při jmenovitém napětí a kmitočtu. Je třeba zaznamenat otáčky a proud. Pro opravené nebo modernizované stroje platí ustanovení a tolerance uvedené v normě ČSN EN 60034-1 ed. 2 Točivé elektrické stroje - Část 1: Jmenovité údaje a vlastnosti, týkající se jmenovitých hodnot a vlastností. U větších strojů se to má provést na místě instalace nebo na základě dohody.

• a) Je třeba kontrolovat teplotu okolí a oteplení stroje a ložisek až do ustálení.
• b) U chladicího systému se má také zkontrolovat vyhovující provoz a systém má být v souladu s ČSN EN 60034-6 Točivé elektrické stroje. Část 6: Způsoby chlazení (IC kód).
• c) Rovněž se mohou provést kontroly hladiny akustického tlaku jako indikace poruchy a pro zajištění, že splňují doporučení ČSN EN 60034-9 ed. 2
  Točivé elektrické stroje - Část 9: Mezní hodnoty hluku.
• d) Úrovně vibrací, zachycené ve stavu naprázdno, jsou hlavním indikátorem funkčního stavu stroje. Měření, hodnocení a meze závažnosti vibrací mají být v souladu s normou ČSN EN IEC 60034-14 ed. 3 Točivé elektrické stroje - Část 14: Mechanické vibrace určitých strojů s výškou osy od 56 mm - Měření, hodnocení a mezní hodnoty mohutnosti vibrací. Rotor má být dynamicky vyvážen ve stavu naprázdno podle standardů A nebo B na základě dohody s uživatelem. Standard A platí pro stroje bez speciálních požadavků na vibrace.

U zcela zkompletovaných strojů má být chod naprázdno uskutečněn až po provedení všech statických měření a prohlídek, aby se určilo, zda je bezpečné točivý stroj spustit.
Značný hluk a vibrace mohou indikovat problémy se symetrií, kontakty magnetickými jádry, rezonancemi, měkkou patkou nebo uvolněnými součástmi.
Měření hladiny akustického tlaku a spektrální analýza vibrací točivého elektrického stroje může poskytnout údaje o typu závady, jako například poškození ložiska, přerušené rotorové tyče atd.