W przypadku awarii silników: czy pomiar statyczny to pierwszy czy ostatni etap pracy?

Zgłoszenie nadeszło o godzinie 3:00. Kluczowy silnik w fabryce papieru uległ całkowitej awarii, co spowodowało zatrzymanie całej linii produkcyjnej. Zespół ds. konserwacji, który natychmiast ocenił uszkodzenia, odkrył stopione uzwojenia miedziane i zwęglenie izolacji. Podczas oceny uszkodzeń w całym obiekcie powtarzało się jedno pytanie: czy można było temu zapobiec? 

Ten scenariusz ciągle powtarza się w zakładach przemysłowych na całym świecie. W następstwie zawsze pojawia się ten sam dylemat: czy pomiary statyczne powinny być pierwszym krokiem diagnostycznym przy badaniu awarii silników, czy też powinny być wykonywane po wykorzystaniu wszystkich innych metod badania? 

Odpowiedź nie jest prosta, ale zrozumienie roli pomiarów statycznych w diagnostyce silników może oznaczać różnicę między wczesnym wykrywaniem problemów a stawaniem w obliczu bardzo poważnych awarii. 

Co się dzieje podczas awarii silnika? 

Silniki elektryczne pracują codziennie w warunkach narażenia na duże obciążenia elektryczne, mechaniczne i środowiskowe. Degradacja termiczna, drgania, przepięcia elektryczne, zanieczyszczenia i wnikanie wilgoci tworzą warunki, w których bardzo łatwo mogą pogarszać się parametry pracy. Czynniki generujące obciążenia powodują systematyczne pogarszanie się stanu izolacji i powstawanie mikroskopijnych pęknięć i otworów, które umożliwiają wnikanie zanieczyszczeń głębiej w uzwojenia. 

Gdy dojdzie do zanieczyszczenia, powstają ścieżki o niskiej rezystancji, które umożliwiają przepływ prądu upływu. Proces ten przyspiesza pogarszanie się stanu silnika i często inicjuje wyładowania niezupełne (PD), które stanowią najwcześniejsze wykrywalne oznaki uszkodzenia izolacji. 

Kluczową kwestią jest to, że awarie silników rzadko zdarzają się z dnia na dzień. Stan silników pogarsza się w przewidywalnych etapach, które można wykrywać przy użyciu kompleksowych strategii badania. 

Czy pomiary statyczne powinny być wykonywane jako pierwsze, czy jako ostatnie? 

Pozycjonowanie pomiarów statycznych w przebiegu procedury diagnostycznej zależy w całości od celów konserwacji i ograniczeń operacyjnych. 

Pomiar statyczny jako pierwszy krok 

Gdy silniki zostają wyłączone w związku z planowanymi pracami konserwacyjnymi lub podejrzeniem występowania problemów, pomiary statyczne zapewniają najbardziej kompleksową bazę do pełnej oceny. Badania po odłączeniu od sieci pozwalają wykryć pogorszenie się stanu izolacji, integralność uzwojenia i potencjalnie rozwijające się usterki, których nie mogą wykryć pomiary dynamiczne. 

Najważniejsze zalety prowadzenia pomiarów statycznych to: 

• Pełna analiza obwodu dzięki pomiarom rezystancji, indukcyjności i pojemności uzwojenia 

• Ocena izolacji w oparciu o absorpcję dielektryczną, wskaźnik polaryzacji i badanie wysokiego napięcia 

• Wykrywanie usterek między zwojami dzięki badaniom udarowym z zaawansowaną analizą kształtu fali 

• Wykrywanie wyładowań niezupełnych podczas kontrolowanego podawania wysokiego napięcia 

Pomiar statyczny jako ostateczne potwierdzenie 

Natomiast gdy silniki wykazują problemy z wydajnością podczas pracy, dynamiczne badania często dostarczają najbardziej bezpośrednie wartości diagnostyczne. Analiza bez odłączania od sieci umożliwia wykrywanie problemów z jakością energii, nieregularności obciążenia i problemów mechanicznych podczas pracy silnika. 

Pomiary statyczne służą następnie jako ostateczne narzędzie do potwierdzania, ponieważ pozwalają precyzyjnie lokalizować usterki, czego nie umożliwiają metody dynamiczne. 

Dlaczego pomiary statyczne ujawniają to, czego nie wykrywają inne metody badania? 

Unikalna wartość pomiarów statycznych polega na umożliwieniu badania układów izolacyjnych w kontrolowanych warunkach. W przeciwieństwie do pomiarów dynamicznych, które polegają na obserwacji silników pod normalnym obciążeniem roboczym, pomiary statyczne wykorzystują doprowadzenie zwiększonego napięcia w kontrolowanych warunkach, co umożliwia wykrycie rozwijających się usterek, zanim uniemożliwią kontynuację pracy. 

Badanie udarowe: wykrywanie nieprawidłowości między zwojami 

Badania udarowe są prawdopodobnie najbardziej czułą metodą wykrywania pogarszającego się stanu izolacji między zwojami. Dzięki doprowadzaniu impulsów wysokiego napięcia między zwojami badanie udarowe wykrywa nieprawidłowości impedancji, które sygnalizują występowanie usterek. Te zmiany impedancji często występują wiele miesięcy, a nawet lat przed pojawieniem się możliwych do wykrycia zmian innych parametrów elektrycznych. 

Zaawansowane badania udarowe z wykorzystaniem udoskonalonej technologii odbicia od łuku (Enhanced Arc Reflection, EAR+) zapewniają jeszcze większą czułość i jeszcze lepsze wykrywanie wyładowań niezupełnych podczas badań udarowych. To połączenie zapewnia niezrównany wgląd w stan uzwojenia. 

Pomiary z użyciem wysokiego napięcia: zastosowanie kontrolowanego obciążenia 

Badania DC Hi-Pot i napięciem schodkowym polegają na doprowadzeniu zwiększonego obciążenia elektrycznego w kontrolowanych warunkach, które symuluje wieloletnie zużycie eksploatacyjne w ciągu kilku minut. Te badania umożliwiają wykrywanie usterek izolacji, które nie byłyby zagrożeniem w normalnych warunkach pracy, ale mogą doprowadzić do awarii w przypadku wystąpienia stanów nieustalonych, typowych dla środowisk przemysłowych. 

Ciągłe badania napięciem schodkowym Hi-Pot umożliwiają najbardziej kompleksową ocenę izolacji dzięki stopniowemu zwiększaniu napięcia i jednoczesnemu monitorowaniu wzorców prądu upływu, które wskazują na rozwój ścieżek przebicia. 

W jaki sposób pomiary statyczne uzupełniają analizę dynamiczną? 

Zamiast postrzegać pomiary statyczne i dynamiczne jako konkurencyjne metody podejścia, najbardziej skuteczne strategie konserwacji łączą systemowo obie te metody. 

Pomiary dynamiczne doskonale sprawdzają się przy wykrywaniu problemów, które występują tylko pod obciążeniem: 

• Zakłócenia jakości energii negatywnie wpływające na działanie silnika 

• Problemy mechaniczne powodujące drgania i wahania momentu obrotowego 

• Nieprawidłowości związane z obciążeniem powodujące obciążenia operacyjne 

• Usterki prętów wirnika możliwe do wykrycia przy użyciu analizy sygnatury widma prądowego 

Pomiary statyczne zapewniają precyzyjne wykrywanie usterek, których nie można wykryć przy użyciu metod dynamicznych: 

• Precyzyjne pomiary rezystancji izolacji z kompensacją temperatury 

• Określone ilościowo poziomy wyładowań niezupełnych i ich lokalizacja 

• Ocena powagi nieprawidłowości między zwojami 

• Kompleksowe sprawdzenie integralności uzwojenia 

Jaka sekwencja badań zapewnia optymalne wyniki? 

Najskuteczniejsza sekwencja badań musi być dostosowana do określonych wymagań operacyjnych i rodzajów uszkodzeń. 

W programach konserwacji zapobiegawczej: 

Należy rozpocząć od niskonapięciowych pomiarów statycznych, aby ustalić warunki wyjściowe bez obciążeń elektrycznych. Następnie należy wykonać pomiary rezystancji izolacji, wskaźnika polaryzacji i absorpcji dielektrycznej. Kolejny etap to badania udarowe, które pozwalają ocenić integralność między zwojami, a następnie pomiary z użyciem wysokiego napięcia, jeśli izolacja wykazuje akceptowalne parametry przy niskim napięciu. 

W celu rozwiązania aktywnych problemów: 

Rozpocząć od analizy dynamicznej, aby scharakteryzować problem operacyjny podczas pracy silnika. Użyć analizy sygnatury widma prądowego i oceny jakości energii, aby wykrywać potencjalne przyczyny. Wykonać pomiary statyczne w celu potwierdzenia występowania podejrzewanych usterek elektrycznych i określenia stanu izolacji. 

Sprawdzanie po naprawie: 

Pomiary statyczne stają się niezbędne do sprawdzenia jakości naprawy. Kompleksowe pomiary statyczne gwarantują, że przezwajane silniki spełniają wymogi określone w oryginalnych specyfikacjach, a także umożliwiają wczesne wykrycie wad wykonania przed przekazaniem do dalszego użytku. 

Kiedy należy pominąć pomiary statyczne? 

W niektórych sytuacjach zasadne może być tymczasowe pominięcie pomiarów statycznych: 

• Rozwiązywanie problemów w sytuacjach awaryjnych, w których kluczowe znaczenie ma natychmiastowe wykrycie usterki 

• Silniki o znanej historii prawidłowych wyników pomiarów statycznych, wykazujące nagłe zmiany parametrów dynamicznych 

• Elementy infrastruktury objęte gwarancją, w przypadku których pomiary statyczne mogą unieważnić umowy gwarancyjne 

Te wyjątki powinny być jednak traktowane jako rozwiązanie tymczasowe. Kompleksowe pomiary statyczne pozostają kluczowym narzędziem do długoterminowej oceny niezawodności. 

Pomiary statyczne to Twoja strategiczna przewaga 

Pomiary statyczne przekształcają się z narzędzia diagnostycznego w zasób strategiczny, jeśli są prawidłowo integrowane z programami konserwacji. Regularne pomiary statyczne umożliwiają analizę trendów, która pozwala przewidywać awarie z wielomiesięcznym wyprzedzeniem, co umożliwia wykonywanie zaplanowanych czynności konserwacyjnych podczas przestojów i unikanie konieczności wykonywania awaryjnych napraw podczas kluczowych okresów działalności. 

Nowoczesne przyrządy do pomiarów statycznych z platformami do analizy opartymi na chmurze umożliwiają zespołom ds. utrzymania ruchu śledzenie wzorców pogarszania się stanu wszystkich silników w obiekcie, wykrywanie typowych rodzajów uszkodzeń i optymalizowanie strategii wymiany.