Міжвиткове замикання в обмотці двигуна
  1. // ЕЛЕКТРОПРОМРЕМОНТ
  2. Міжвиткове замикання

Міжвиткове замикання в обмотці двигуна

Міжвиткове замикання — одна з найбільш небезпечних несправностей обмоток електричних машин. На початковій стадії двигун може продовжувати працювати, не вибиваючи захист і не демонструючи очевидного короткого замикання. Однак усередині пошкодженої котушки вже протікає значний локальний струм, який швидко нагріває провідники, руйнує ізоляцію сусідніх витків і поступово переводить локальний дефект у повне пошкодження обмотки.

Міжвиткове замикання може виникнути в обмотці статора, ротора, якоря, обмотці збудження двигуна постійного струму, генератора або трансформатора. Найчастіше причиною стає не одна подія, а сукупність теплового старіння, забруднення, вібрації, перенапруг, недостатнього просочення та порушень технології ремонту.

Коротка відповідь

Міжвиткове замикання з’являється, коли ізоляція між двома або кількома сусідніми витками обмотки втрачає електричну міцність.

Основними причинами є:

  • тривалий перегрів обмотки;
  • старіння та висихання ізоляційних матеріалів;
  • локальні перенапруги;
  • імпульси від перетворювача частоти;
  • механічне переміщення провідників у пазах;
  • вібрація котушок і лобових частин;
  • пошкодження емалі проводу під час намотування;
  • недостатнє або нерівномірне просочення;
  • забруднення, волога, масло та струмопровідний пил;
  • часті пуски та високі пускові струми;
  • перевантаження двигуна;
  • нерівномірне охолодження;
  • часткові розряди у високовольтних обмотках;
  • дефекти після ремонту або перемотування;
  • ослаблення кріплення обмотки;
  • старіння ізоляції під дією температурних циклів.

Після пробою ізоляції частина витків утворює замкнений контур. У цьому контурі індукується значний струм, який не проходить через зовнішні захисні апарати в повному обсязі. Через це дефект може розвиватися дуже швидко, навіть якщо фазний струм двигуна збільшився незначно.

Що таке міжвиткове замикання

Обмотка електродвигуна складається з провідників, укладених у вигляді витків і котушок. Кожен виток електрично ізольований від сусідніх витків шаром емалі, стрічковою ізоляцією або комбінованою системою ізоляційних матеріалів.

Міжвиткове замикання виникає, коли два сусідні витки або кілька витків однієї котушки починають контактувати між собою без необхідного ізоляційного шару.

У результаті частина обмотки фактично виключається з нормальної електричної схеми. Замкнені витки перетворюються на короткозамкнений контур, у якому магнітне поле індукує високий циркулюючий струм.

Такий струм:

  • локально нагріває провідники;
  • прискорює руйнування емалі;
  • обвуглює ізоляцію;
  • пошкоджує сусідні витки;
  • змінює індуктивність котушки;
  • створює асиметрію магнітного поля;
  • збільшує струм пошкодженої фази;
  • може викликати міжфазне замикання або пробій на корпус.

Чим міжвиткове замикання відрізняється від інших пошкоджень

Необхідно розрізняти кілька типів несправностей обмотки.

Міжвиткове замикання

Замикання між витками однієї котушки або однієї частини обмотки.

Міжкотушкове замикання

Електричний контакт між різними котушками однієї фази.

Міжфазне замикання

Пробій ізоляції між обмотками різних фаз.

Замикання на корпус

Контакт струмопровідної частини обмотки із заземленим магнітопроводом, корпусом або іншою металевою деталлю.

Обрив обмотки

Повне або часткове порушення електричного кола провідника, з’єднання або виводу.

Міжвитковий дефект часто є початковою стадією більш серйозної аварії. Спочатку пошкоджується декілька витків, потім зона перегріву розширюється, після чого може виникнути міжфазне замикання або пробій обмотки на корпус.

Як розвивається міжвиткове замикання

Процес пошкодження зазвичай проходить декілька етапів.

1. Ослаблення ізоляції

Ізоляція між витками втрачає еластичність, механічну міцність або електричну стійкість.

Причиною можуть бути:

  • перегрів;
  • старіння;
  • вібрація;
  • забруднення;
  • волога;
  • перенапруга;
  • технологічний дефект.

2. Поява локального пробою

Між двома витками виникає короткочасний електричний розряд або безпосередній контакт провідників.

На цьому етапі дефект може проявлятися лише під час:

  • пуску;
  • нагрівання двигуна;
  • різкого навантаження;
  • імпульсу напруги;
  • роботи від перетворювача частоти.

3. Утворення замкненого контуру

Пошкоджені витки формують контур із дуже малим опором. У ньому виникає значний циркулюючий струм.

4. Локальний перегрів

Через струм у короткозамкнених витках температура різко підвищується. При цьому загальна температура корпусу або навіть середня температура обмотки ще може залишатися допустимою.

5. Розширення пошкодження

Нагрів руйнує ізоляцію сусідніх провідників. Кількість замкнених витків збільшується.

6. Повне пошкодження обмотки

Дефект переходить у:

  • міжкотушкове замикання;
  • міжфазне замикання;
  • пробій на корпус;
  • обгорання паза;
  • пошкодження осердя статора;
  • спрацювання максимального струмового або диференційного захисту.

Основні причини міжвиткового замикання

01

Тривалий перегрів обмотки

Підвищена температура є однією з головних причин прискореного старіння ізоляції.

Під час перегріву ізоляційні матеріали:

  • втрачають еластичність;
  • стають крихкими;
  • розтріскуються;
  • відшаровуються від провідника;
  • втрачають електричну міцність;
  • гірше витримують вібрацію та імпульсні напруги.

Особливо небезпечним є не лише сильний разовий перегрів, а й тривала робота при температурі, що систематично перевищує розрахункову для відповідного класу ізоляції.

Причинами перегріву можуть бути:

  • перевантаження;
  • занижена напруга;
  • перекіс фаз;
  • обрив фази;
  • забруднення вентиляційних каналів;
  • несправність вентилятора;
  • часті пуски;
  • заклинювання механізму;
  • неправильний режим роботи;
  • недостатня потужність двигуна для фактичного навантаження.
02

Природне старіння ізоляції

Навіть за нормальних умов ізоляція поступово старіє.

На її стан впливають:

  • час експлуатації;
  • робоча температура;
  • кількість пусків;
  • температурні цикли;
  • вологість;
  • вібрація;
  • хімічне середовище;
  • якість початкового виготовлення.

З часом емаль проводу і просочувальний склад можуть стати жорсткими та крихкими. При механічному переміщенні провідників з’являються мікротріщини, які поступово перетворюються на електричний пробій.

03

Часті пуски двигуна

Під час прямого пуску струм двигуна може у декілька разів перевищувати номінальний.

Кожен пуск супроводжується:

  • різким нагріванням провідників;
  • електродинамічними силами;
  • механічним ривком обмотки;
  • переміщенням лобових частин;
  • додатковим навантаженням на міжвиткову ізоляцію.

Якщо двигун запускається частіше, ніж передбачено конструкцією, ізоляція не встигає охолонути, а механічні навантаження накопичуються.

Особливо небезпечними є:

  • затяжні пуски;
  • пуски під великим навантаженням;
  • повторні пуски без достатньої паузи;
  • пуск при зниженій напрузі;
  • пуск механізму із заклинюванням або підвищеним моментом опору.
04

Імпульсні перенапруги

Міжвиткова ізоляція розрахована на значно меншу різницю потенціалів, ніж ізоляція між фазою та корпусом. Однак круті імпульси напруги можуть розподілятися по витках нерівномірно.

Найбільше навантаження часто припадає на перші витки котушки біля виводу.

Джерелами імпульсів можуть бути:

  • комутація контакторів;
  • вакуумні вимикачі;
  • аварійні процеси в мережі;
  • грозові перенапруги;
  • неправильне заземлення;
  • довгі кабельні лінії;
  • робота від перетворювача частоти;
  • відбиття хвиль у кабелі;
  • високі значення швидкості наростання напруги.

Короткочасний імпульс не завжди одразу призводить до стійкого замикання. Спочатку він може викликати мікропробій, частковий розряд або локальне пошкодження емалі, яке надалі розвивається під дією температури та вібрації.

05

Робота двигуна від перетворювача частоти

Перетворювач частоти формує напругу за допомогою швидких напівпровідникових перемикань. На клемах двигуна виникають імпульси з високою швидкістю наростання напруги.

Навантаження на міжвиткову ізоляцію збільшується при:

  • великій довжині кабелю між перетворювачем і двигуном;
  • високій частоті комутації;
  • відсутності вихідного дроселя;
  • відсутності du/dt-фільтра або синусного фільтра;
  • неправильному виборі кабелю;
  • поганому заземленні;
  • використанні старого двигуна, не розрахованого на інверторне живлення.

На практиці двигун може роками працювати від мережі без явних проблем, але після підключення до частотного перетворювача ослаблена ізоляція швидко руйнується.

06

Механічне переміщення провідників у пазу

На обмотку діють електромагнітні сили, які змінюються з частотою струму та залежать від навантаження двигуна.

Якщо котушки недостатньо закріплені, провідники можуть:

  • вібрувати;
  • тертися один об одного;
  • переміщуватися відносно пазової ізоляції;
  • ударятися об клини;
  • пошкоджувати емаль;
  • деформуватися при пускових струмах.

Причинами переміщення можуть бути:

  • ослаблення пазових клинів;
  • усадка просочувального матеріалу;
  • недостатня щільність укладання;
  • неправильне розклинювання;
  • старіння бандажів;
  • слабке кріплення лобових частин;
  • електродинамічні удари при коротких замиканнях.

Механічне стирання ізоляції особливо небезпечне тим, що дефект може бути локальним і непомітним при звичайному вимірюванні опору ізоляції.

07

Вібрація лобових частин обмотки

Лобові частини котушок розташовані поза пазами та зазнають значних електродинамічних сил.

При ослабленні кріплення вони можуть:

  • коливатися;
  • тертися між собою;
  • торкатися металевих деталей;
  • пошкоджувати дистанційні прокладки;
  • перетирати міжвиткову або міжкотушкову ізоляцію.

Ознаками можуть бути:

  • білий або чорний пил у зоні лобових частин;
  • сліди тертя;
  • ослаблені бандажі;
  • тріщини просочувального лаку;
  • характерний шум;
  • локальні сліди перегріву.
08

Пошкодження проводу під час намотування

Міжвитковий дефект може бути закладений ще під час виготовлення або перемотування обмотки.

До типових причин належать:

  • надмірне натягування проводу;
  • різкий перегин;
  • контакт з гострою крайкою;
  • пошкоджений напрямний ролик;
  • забруднене намотувальне обладнання;
  • падіння котушки;
  • неправильне формування;
  • удари по провідниках;
  • використання інструменту з гострими гранями;
  • протягування проводу через пошкоджену оснастку.

При цьому емаль може бути частково пошкоджена, але контакт між провідниками виникне лише після просочення, сушіння, укладання в паз або декількох циклів нагрівання.

09

Пошкодження обмотки під час укладання в пази

Навіть правильно намотана котушка може бути пошкоджена під час монтажу.

Небезпечними є:

  • гострі краї пазів;
  • задирки на осерді;
  • пошкоджена пазова ізоляція;
  • надмірне ущільнення;
  • удари молотком без захисної оснастки;
  • неправильний розмір котушки;
  • перекручування провідників;
  • протягування котушки із надмірним зусиллям;
  • пошкодження під час встановлення клинів.

Особливу увагу необхідно приділяти виходу провідників із паза, де одночасно діють механічні напруження, вібрація та електричне поле.

10

Недостатнє просочення обмотки

Просочувальний матеріал виконує декілька функцій:

  • закріплює провідники;
  • заповнює повітряні порожнини;
  • покращує теплопередачу;
  • захищає від вологи;
  • знижує вібрацію;
  • підвищує електричну міцність ізоляційної системи.

При недостатньому просоченні всередині обмотки залишаються порожнини. Провідники можуть переміщуватися, а в порожнинах високовольтних обмоток можуть виникати часткові розряди.

Причинами неякісного просочення є:

  • невідповідна в’язкість лаку;
  • недостатній час витримки;
  • неправильна температура;
  • забруднена обмотка;
  • залишкова волога;
  • порушення вакуумного циклу;
  • недостатній тиск;
  • неправильний режим полімеризації;
  • несумісність матеріалів;
  • повторне використання деградованого просочувального складу.
11

Порожнини та дефекти ізоляційної системи

У товщі ізоляції можуть залишатися:

  • повітряні включення;
  • непросочені ділянки;
  • складки стрічки;
  • розшарування;
  • тріщини;
  • сторонні частинки;
  • порушення перекриття ізоляційних шарів.

У високовольтних машинах такі дефекти створюють зони підвищеної напруженості електричного поля. У них можуть виникати часткові розряди, які поступово руйнують ізоляцію.

12

Часткові розряди

Частковий розряд — локальний електричний розряд, який не перекриває всю ізоляцію між провідниками, але пошкоджує окрему ділянку ізоляційної системи.

Повторювані часткові розряди:

  • руйнують органічні матеріали;
  • утворюють канали ерозії;
  • викликають локальне обвуглення;
  • прискорюють старіння;
  • поступово знижують електричну міцність.

Цей механізм особливо характерний для високовольтних двигунів і генераторів, формованих котушок та обладнання, яке працює при значних електричних навантаженнях.

Вимірювання часткових розрядів застосовують для виявлення раннього руйнування ізоляції, пов’язаного з дефектами, забрудненням і старінням.

13

Волога

Волога знижує опір ізоляції та сприяє розвитку поверхневих і внутрішніх розрядів.

Вона може потрапляти в двигун через:

  • конденсацію;
  • тривале зберігання;
  • роботу в сирому приміщенні;
  • пошкоджені ущільнення;
  • затоплення;
  • миття обладнання;
  • перепади температури;
  • несправність підігрівачів.

Особливо небезпечним є запуск холодного двигуна, усередині якого утворився конденсат.

Сама волога не завжди одразу викликає міжвиткове замикання, але значно прискорює руйнування вже ослабленої ізоляції.

14

Масло, пил і хімічне забруднення

На обмотку можуть потрапляти:

  • вугільний пил;
  • металевий пил;
  • графітовий пил;
  • цементний пил;
  • масло;
  • технологічні аерозолі;
  • солі;
  • кислоти;
  • луги;
  • продукти корозії.

Забруднення погіршує охолодження, утримує вологу та створює струмопровідні доріжки.

На підприємствах металургії, гірничодобувної, цементної та хімічної промисловості забруднення часто діє одночасно з вібрацією та підвищеною температурою.

15

Перевантаження двигуна

При перевантаженні фазний струм збільшується, а втрати в міді обмотки зростають приблизно пропорційно квадрату струму.

Навіть відносно невелике перевищення струму при тривалій роботі може суттєво підвищити температуру обмотки.

Причинами перевантаження можуть бути:

  • неправильний вибір потужності;
  • заклинювання механізму;
  • зношені підшипники;
  • порушення центрування;
  • надмірний натяг ременів;
  • перевантаження насоса або вентилятора;
  • підвищення щільності чи в’язкості середовища;
  • робота з частими прискореннями;
  • неправильні налаштування перетворювача частоти.
16

Асиметрія напруги

Навіть невелика асиметрія фазних напруг може викликати значно більшу асиметрію струмів.

У результаті одна з фаз працює з підвищеним струмом і перегрівається сильніше за інші.

Причинами є:

  • погані контакти;
  • пошкоджені запобіжники;
  • перекіс мережі;
  • ослаблені клеми;
  • різний перехідний опір контактів;
  • несправність контактора;
  • нерівномірне однофазне навантаження мережі.

Тривала робота в такому режимі створює локальні теплові перевантаження та прискорює руйнування міжвиткової ізоляції.

17

Робота при зниженій або завищеній напрузі

Знижена напруга може призвести до збільшення струму при незмінному механічному навантаженні.

Завищена напруга збільшує магнітний потік, втрати в сталі, нагрівання та електричне навантаження на ізоляцію.

Особливо небезпечним є поєднання:

  • завищеної напруги;
  • перевантаження;
  • високої температури навколишнього середовища;
  • поганого охолодження.
18

Несправність системи охолодження

Перегрів може виникати навіть при нормальному струмі, якщо тепло недостатньо відводиться.

Можливі причини:

  • забруднені вентиляційні канали;
  • пошкоджений вентилятор;
  • неправильний напрямок обертання вентилятора;
  • заблокований повітряний потік;
  • забруднений теплообмінник;
  • несправність системи водяного охолодження;
  • підвищена температура охолоджувального повітря;
  • повторна циркуляція гарячого повітря;
  • неправильний монтаж кожуха.
19

Ослаблені електричні з’єднання

Підвищений перехідний опір у місці з’єднання викликає локальний нагрів.

Несправність може виникнути в:

  • пайці;
  • зварному з’єднанні;
  • міжкотушковій перемичці;
  • виводі;
  • клемному з’єднанні;
  • нульовій точці;
  • з’єднанні паралельних гілок.

Локальний нагрів поширюється на прилеглі витки та поступово руйнує їхню ізоляцію.

20

Неправильно виконаний ремонт

Міжвиткове замикання після перемотування може бути наслідком порушення технології.

До критичних помилок належать:

  • неправильний вибір обмотувального проводу;
  • невідповідний клас нагрівостійкості;
  • використання несумісних матеріалів;
  • пошкодження емалі;
  • недостатня кількість ізоляційних шарів;
  • неправильне формування котушок;
  • погане кріплення лобових частин;
  • слабке розклинювання;
  • недостатнє просочення;
  • порушення режиму сушіння;
  • залишкова волога;
  • відсутність імпульсного випробування;
  • перевищена випробувальна напруга;
  • помилкова кількість витків;
  • неправильне з’єднання котушок.

Імпульсне випробування після виготовлення та ремонту є одним із ключових методів контролю міжвиткової ізоляції. Воно дозволяє виявляти слабкі місця, які можуть не проявлятися під час звичайного вимірювання опору ізоляції.

Ознаки міжвиткового замикання

Симптоми залежать від кількості замкнених витків, місця дефекту, типу обмотки та режиму роботи двигуна.

Можливі ознаки:

  • нерівність фазних струмів;
  • підвищений струм однієї фази;
  • локальний перегрів обмотки;
  • перегрів двигуна при нормальному навантаженні;
  • запах перегрітої ізоляції;
  • зниження потужності;
  • зменшення пускового моменту;
  • нестабільна робота;
  • підвищений електромагнітний шум;
  • гул;
  • вібрація;
  • збільшення часу розгону;
  • спрацювання струмового захисту;
  • спрацювання диференційного захисту;
  • поява диму;
  • потемніння окремої котушки;
  • різниця опору фаз;
  • різниця індуктивності фаз;
  • зміна форми імпульсних кривих;
  • локальний нагрів, видимий тепловізором.

Водночас на ранній стадії звичайні вимірювання можуть не показати значного відхилення.

Чому захист може не спрацювати

Одна з головних небезпек міжвиткового замикання полягає в тому, що значний струм циркулює всередині короткозамкнених витків.

Цей струм не обов’язково повністю проходить через:

  • автоматичний вимикач;
  • запобіжник;
  • трансформатор струму;
  • теплове реле.

Тому зовнішній фазний струм може збільшитися недостатньо для миттєвого спрацювання захисту.

У цей час усередині котушки температура вже може швидко зростати.

Діагностика міжвиткового замикання

Для достовірної діагностики необхідно застосовувати комплекс методів. Один тест рідко дає повну картину.

1. Аналіз історії роботи

Перед вимірюваннями необхідно встановити:

  • коли з’явилися симптоми;
  • чи був двигун перевантажений;
  • чи виникали аварійні відключення;
  • чи змінювали схему живлення;
  • чи підключали перетворювач частоти;
  • чи були затоплення або зволоження;
  • коли проводився ремонт;
  • чи змінювали підшипники;
  • чи були заклинювання механізму;
  • скільки пусків виконується за годину;
  • чи є перекіс напруги;
  • чи змінюється несправність після нагрівання.

2. Візуальний огляд

Під час огляду шукають:

  • потемніння ізоляції;
  • обвуглені ділянки;
  • тріщини лаку;
  • сліди локального нагріву;
  • ослаблені бандажі;
  • зміщені пазові клини;
  • пил від тертя;
  • пошкоджені виводи;
  • масло та забруднення;
  • ознаки коронування;
  • сліди часткових розрядів;
  • характерний запах;
  • деформацію котушок.

Відсутність видимих пошкоджень не виключає міжвитковий дефект, оскільки він може знаходитися всередині паза або під шарами ізоляції.

3. Вимірювання фазних струмів

Струми вимірюють:

  • на холостому ходу;
  • під навантаженням;
  • під час пуску;
  • після прогрівання;
  • у різних режимах частотного регулювання.

Асиметрія струмів може вказувати на:

  • міжвиткове замикання;
  • асиметрію напруги;
  • неправильне з’єднання;
  • дефект контакту;
  • пошкодження ротора;
  • нерівномірний повітряний зазор.

Тому струмове вимірювання є індикативним, але не остаточним методом.

4. Вимірювання опору обмоток постійному струму

Вимірювання проводять низькоомним мікроомметром з урахуванням температури обмотки.

Порівнюють:

  • опір фаз;
  • опір паралельних гілок;
  • результати з попередніми вимірюваннями;
  • результати до і після прогрівання.

При замиканні декількох витків опір пошкодженої фази може зменшитися. Проте при великій кількості послідовно з’єднаних витків зміна іноді настільки мала, що звичайний мультиметр її не виявляє.

Вимірювання опору допомагає знаходити обриви, резистивні з’єднання, помилкову кількість витків та в окремих випадках короткозамкнені витки, але не повинно бути єдиним критерієм.

5. Вимірювання опору ізоляції

Мегомметром перевіряють ізоляцію:

  • фаза — корпус;
  • фаза — фаза;
  • обмотка — температурні датчики;
  • обмотка — допоміжні кола.

Цей тест корисний для виявлення:

  • зволоження;
  • забруднення;
  • пробою на корпус;
  • міжфазного пошкодження;
  • загального старіння ізоляції.

Однак справний опір ізоляції відносно корпусу не доводить відсутність міжвиткового замикання. Два витки однієї котушки можуть бути замкнені між собою, але при цьому вся обмотка матиме високий опір відносно корпуса.

6. Коефіцієнт абсорбції та індекс поляризації

Такі вимірювання допомагають оцінити:

  • вологість;
  • забруднення;
  • загальний стан основної ізоляції;
  • процеси поляризації.

Вони особливо корисні для великих машин і високовольтних обмоток.

Але ці показники не є прямим методом виявлення локального замикання між сусідніми витками.

7. Вимірювання індуктивності

Міжвиткове замикання змінює ефективну кількість витків і магнітні параметри котушки.

Тому можуть змінюватися:

  • індуктивність;
  • повний опір;
  • добротність;
  • фазовий кут.

Порівнюють значення між фазами або окремими котушками.

Метод може бути ефективним при вже сформованому дефекті, але його чутливість залежить від конструкції обмотки, положення ротора та вимірювальної частоти.

8. Імпульсне випробування обмотки

Імпульсне випробування, або surge test, є одним із найбільш чутливих методів перевірки міжвиткової ізоляції.

На обмотку подають контрольовані короткі імпульси напруги з високою швидкістю наростання. Після цього аналізують коливальну форму сигналу.

Форма кривої залежить від:

  • індуктивності котушки;
  • ємності випробувального кола;
  • кількості витків;
  • стану ізоляції;
  • внутрішніх з’єднань.

При міжвитковому замиканні індуктивність змінюється, тому крива може:

  • зміщуватися;
  • змінювати частоту;
  • зменшувати амплітуду;
  • відрізнятися від кривих інших фаз;
  • різко змінюватися при підвищенні випробувальної напруги.

Саме імпульсне випробування призначене для виявлення слабкості міжвиткової ізоляції, яку низьковольтні вимірювання часто не створюють достатнього електричного навантаження, щоб проявити.

Випробування повинно проводитися навченим персоналом, за затвердженою процедурою та з правильно вибраною випробувальною напругою. Неправильне застосування високої напруги може пошкодити ослаблену обмотку.

9. Порівняння імпульсних кривих фаз

Для трифазної симетричної обмотки порівнюють криві трьох фаз.

Відхилення можуть вказувати на:

  • різну кількість витків;
  • міжвиткове замикання;
  • неправильне з’єднання;
  • різну індуктивність;
  • пошкодження котушки;
  • асиметрію магнітного кола.

При аналізі необхідно враховувати:

  • положення ротора;
  • внутрішню схему з’єднання;
  • наявність паралельних гілок;
  • конструктивну асиметрію;
  • ємність кабелів;
  • підключені захисні елементи.

10. Випробування окремих котушок

Якщо конструкція дозволяє роз’єднати обмотку, можна окремо перевірити:

  • фази;
  • паралельні гілки;
  • котушкові групи;
  • окремі котушки.

Це значно полегшує локалізацію дефектної ділянки.

11. Випробування електромагнітом або індукційним апаратом

Для якорів, роторів і окремих типів обмоток можуть застосовуватися спеціальні електромагнітні методи.

Наприклад, при перевірці якоря короткозамкнений виток може викликати:

  • притягання сталевої пластини;
  • характерну вібрацію пластини;
  • локальний нагрів;
  • зміну магнітного потоку.

Конкретна методика залежить від типу машини та конструкції обмотки.

12. Тепловізійна діагностика

Тепловізор може показати:

  • локальний перегрів котушки;
  • асиметрію нагрівання фаз;
  • гарячі зони біля з’єднань;
  • нерівномірне охолодження.

Однак тепловізійне обстеження ефективне лише тоді, коли дефект проявляється під час роботи та зона пошкодження доступна для спостереження.

У повністю закритому двигуні локальний дефект усередині паза може бути непомітним на поверхні корпусу.

13. Аналіз струмового спектра

Міжвиткове замикання змінює розподіл магнітного поля і може створювати характерні спектральні компоненти у струмі.

Метод дозволяє проводити діагностику під час роботи, але результати необхідно відрізняти від ознак:

  • пошкодження ротора;
  • ексцентриситету;
  • асиметрії живлення;
  • механічного навантаження;
  • несправності перетворювача частоти.

Струмовий спектр краще використовувати як частину комплексної діагностики, а не як єдиний доказ міжвиткового замикання.

14. Аналіз магнітного потоку

Встановлення вимірювальної котушки або датчика зовнішнього магнітного поля може допомогти виявити асиметрію магнітного потоку.

Метод застосовують для:

  • онлайн-моніторингу;
  • великих відповідальних машин;
  • порівняння трендів;
  • раннього виявлення електромагнітної асиметрії.

15. Вимірювання часткових розрядів

Для високовольтних двигунів і генераторів аналіз часткових розрядів дозволяє оцінити активність дефектів ізоляції до появи повного пробою.

За характером імпульсів можуть оцінювати:

  • дефекти всередині ізоляції;
  • поверхневі розряди;
  • пазові розряди;
  • ослаблення ізоляції лобових частин;
  • забруднення;
  • порожнини в ізоляції.

Однак часткові розряди не завжди означають, що міжвиткове замикання вже сформувалося. Часто вони є ознакою процесу, який може до нього призвести.

Що покаже звичайний мегомметр

Поширена помилка — вважати, що високий опір ізоляції означає повну справність обмотки.

Мегомметр переважно перевіряє ізоляцію між:

  • обмоткою та корпусом;
  • фазами;
  • електрично розділеними колами.

При міжвитковому замиканні пошкоджені провідники належать до однієї обмотки та мають близький електричний потенціал.

Тому двигун може мати:

  • високий опір ізоляції на корпус;
  • нормальний індекс поляризації;
  • відсутність пробою при випробуванні основної ізоляції;

і водночас мати пошкоджену міжвиткову ізоляцію.

Для її оцінки потрібні методи, чутливі до зміни індуктивності та поведінки обмотки під імпульсною напругою.

Послідовність діагностики

Практична перевірка може виконуватися в такому порядку.

Крок 1. Зупинити обладнання та зафіксувати симптоми

Необхідно записати:

  • струми;
  • напруги;
  • навантаження;
  • температуру;
  • тривалість роботи;
  • момент появи запаху або шуму;
  • показання захистів.

Крок 2. Перевірити зовнішнє живлення

Необхідно виключити:

  • перекіс напруг;
  • ослаблені контакти;
  • несправність контактора;
  • обрив фази;
  • дефекти кабелю;
  • несправність перетворювача.

Крок 3. Від’єднати двигун від мережі та обладнання керування

Перед випробуваннями необхідно враховувати наявність:

  • частотного перетворювача;
  • конденсаторів;
  • датчиків;
  • фільтрів;
  • обмежувачів перенапруг;
  • температурних реле.

Крок 4. Провести зовнішній і внутрішній огляд

Крок 5. Виміряти опір ізоляції та показники абсорбції

Крок 6. Виміряти опір обмоток постійному струму

Крок 7. Порівняти індуктивність і повний опір фаз

Крок 8. Виконати імпульсне випробування

Крок 9. За необхідності роз’єднати фазні або паралельні гілки

Крок 10. Локалізувати пошкоджену котушку

Крок 11. Оцінити стан осердя, пазів і системи кріплення

Крок 12. Встановити першопричину

Недостатньо лише знайти пошкоджену котушку. Необхідно з’ясувати, чому вона вийшла з ладу, інакше після ремонту дефект може повторитися.

Типова діагностична таблиця

ОзнакаЙмовірна причинаРекомендована перевірка
Одна фаза має підвищений струмМіжвитковий дефект, перекіс напруги, поганий контактНапруги, опір обмоток, індуктивність, імпульсний тест
Двигун гріється при нормальному навантаженніМіжвиткове замикання, погане охолодження, асиметріяТепловізія, струми, вентиляція, surge test
Запах ізоляції після пускуЛокальний перегрів, затяжний пуск, короткозамкнені виткиСтрум пуску, час розгону, огляд, імпульсний тест
Опір ізоляції високий, але двигун грієтьсяМіжвитковий дефект або механічне перевантаженняОпір фаз, індуктивність, surge test, перевірка механізму
Дефект проявляється після прогріванняТріщина або контакт, що залежить від температуриХолодні й гарячі вимірювання
Відрізняється імпульсна крива однієї фазиПошкодження витків, інша індуктивність, помилка з’єднанняРоз’єднання гілок, локалізація котушки
Двигун від перетворювача часто виходить з ладуІмпульсні перенапруги, старий тип ізоляціїОсцилографія, довжина кабелю, du/dt-фільтр
Після ремонту двигун швидко перегрівсяТехнологічний дефект, помилка намотування або просоченняПовний повторний контроль обмотки

Чи можна експлуатувати двигун із міжвитковим замиканням

Експлуатація такого двигуна не рекомендується.

Навіть якщо:

  • двигун ще розвиває момент;
  • струм збільшився незначно;
  • захист не спрацьовує;
  • опір ізоляції на корпус високий;
  • корпус не встиг сильно нагрітися;

всередині пошкодженої котушки може вже відбуватися інтенсивний локальний перегрів.

Подальша робота може призвести до:

  • повного вигоряння фази;
  • міжфазного замикання;
  • пошкодження осердя статора;
  • оплавлення провідників;
  • пожежі;
  • виходу з ладу перетворювача;
  • аварійної зупинки технологічної лінії;
  • значного збільшення вартості ремонту.

Раннє виявлення дефекту часто дозволяє зберегти осердя та обмежити обсяг ремонту. Тривала експлуатація після появи симптомів може перетворити локальне пошкодження обмотки на складний ремонт із відновленням активної сталі.

Коли двигун необхідно негайно зупинити

Обладнання необхідно вивести з роботи при появі таких ознак:

  • запах горілої ізоляції;
  • дим із двигуна;
  • швидке зростання температури;
  • значна асиметрія фазних струмів;
  • повторне спрацювання струмового захисту;
  • нестабільна робота;
  • різке зниження потужності;
  • сильний електромагнітний гул;
  • локальне почервоніння або потемніння обмотки;
  • іскріння в зоні обмотки;
  • сліди електричної дуги;
  • спрацювання диференційного захисту;
  • різке погіршення параметрів часткових розрядів;
  • підтверджений міжвитковий дефект за результатами випробувань.

Не слід виконувати повторні пуски, щоб «перевірити, чи запрацює двигун». Кожен пуск створює максимальне теплове та електродинамічне навантаження на вже пошкоджену ізоляцію.

Ремонт міжвиткового замикання

Метод ремонту залежить від:

  • типу машини;
  • напруги;
  • потужності;
  • конструкції обмотки;
  • місця дефекту;
  • ступеня пошкодження;
  • стану осердя;
  • доступності котушки;
  • наявності запасних котушок;

Локальна заміна котушки

Можлива для формованих обмоток, якщо:

  • дефект локалізований;
  • сусідні котушки не пошкоджені;
  • осердя не має значного оплавлення;
  • конструкція дозволяє демонтаж;
  • є технологія виготовлення і встановлення нової котушки.

Після заміни необхідно перевірити:

  • геометрію;
  • пазову ізоляцію;
  • кріплення;
  • фазування;
  • опір;
  • індуктивність;
  • міжвиткову ізоляцію;
  • основну ізоляцію;
  • якість просочення.

Часткова заміна обмотки

Застосовується, коли пошкоджено декілька котушок або котушкову групу.

Слід враховувати, що нові та старі котушки можуть мати різний стан ізоляції. Тому рішення про частковий ремонт повинно прийматися після оцінки всієї обмотки.

Повне перемотування

Необхідне, якщо:

  • ізоляція сильно постаріла;
  • пошкодження поширене;
  • є декілька слабких зон;
  • обмотка забруднена або зволожена;
  • часткові розряди мають значний рівень;
  • пошкоджено багато котушок;
  • неможливо забезпечити надійну локальну заміну;
  • двигун уже неодноразово ремонтували.

Відновлення осердя

При сильному аварійному пошкодженні необхідно перевірити:

  • міжлистову ізоляцію;
  • локальні замикання пакетів сталі;
  • оплавлення;
  • задирки;
  • деформацію зубців;
  • нагрівання осердя.

Якщо осердя пошкоджене, проста перемотка не усуне проблему. Після ремонту двигун може знову перегріватися через локальні втрати в сталі.

Відновлення кріплення обмотки

Необхідно усунути:

  • ослаблені клини;
  • переміщення провідників;
  • пошкоджені прокладки;
  • слабкі бандажі;
  • вібрацію лобових частин;
  • недостатню жорсткість конструкції.

Просочення та полімеризація

Після ремонту повинні бути забезпечені:

  • очищення;
  • сушіння;
  • правильна в’язкість складу;
  • повне проникнення просочення;
  • технологічний режим вакууму або тиску;
  • контроль температури;
  • достатня полімеризація;
  • відсутність залишкової вологи.

Що необхідно перевірити після ремонту

Після ремонту або перемотування доцільно виконати комплекс контрольних операцій:

  • візуальний контроль;
  • перевірку схеми з’єднання;
  • вимірювання опору фаз;
  • порівняння паралельних гілок;
  • вимірювання опору ізоляції;
  • визначення коефіцієнта абсорбції;
  • визначення індексу поляризації для відповідних машин;
  • випробування електричної міцності основної ізоляції;
  • імпульсне випробування міжвиткової ізоляції;
  • вимірювання індуктивності;
  • перевірку температурних датчиків;
  • перевірку часткових розрядів для відповідних високовольтних машин;
  • контроль кріплення обмотки;
  • випробування на холостому ходу;
  • вимірювання фазних струмів;
  • контроль вібрації;
  • контроль температури під навантаженням.

Імпульсне випробування застосовують не лише для пошуку вже сформованого дефекту, але й як контроль якості виготовлення та ремонту обмоток.

Чого не слід робити

Не обмежуватися вимірюванням мегомметром

Високий опір ізоляції на корпус не виключає міжвиткового пошкодження.

Не виконувати багаторазові пробні пуски

Повторні пуски можуть швидко перевести локальний дефект у повне вигоряння обмотки.

Не замінювати лише захист на апарат більшого номіналу

Якщо захист спрацьовує, збільшення його уставки без діагностики може призвести до пожежі та значного пошкодження двигуна.

Не просочувати обмотку без встановлення причини

Додаткове лакування не відновить уже пошкоджену емаль між замкненими витками.

Не робити висновок лише за опором фаз

При замиканні невеликої кількості витків зміна активного опору може бути дуже малою.

Не подавати довільну підвищену випробувальну напругу

Рівень випробування повинен відповідати типу, напрузі, стану та історії обмотки. Завищене випробувальне навантаження може спричинити остаточний пробій ослабленої ізоляції.

Не ремонтувати тільки місце прогару

Необхідно перевірити сусідні котушки, пазову ізоляцію, осердя та причину первинного перегріву.

Не ігнорувати систему живлення

Навіть якісно перемотаний двигун знову вийде з ладу, якщо залишилися:

  • перекіс напруги;
  • імпульсні перенапруги;
  • неправильні налаштування перетворювача;
  • погане заземлення;
  • надмірна довжина кабелю;
  • перевантаження механізму.

Типові помилки під час діагностики

  1. 01Вважати, що нормальний опір ізоляції означає справну обмотку.
  2. 02Використовувати звичайний мультиметр для порівняння дуже малих опорів фаз.
  3. 03Не враховувати температуру обмотки під час порівняння опору.
  4. 04Не перевіряти напругу та контакти живлення.
  5. 05Проводити імпульсний тест без урахування схеми з’єднання.
  6. 06Порівнювати фази, які конструктивно мають різні параметри.
  7. 07Не роз’єднувати паралельні гілки при складній схемі.
  8. 08Не враховувати положення ротора під час вимірювання індуктивності.
  9. 09Виконувати лише холодні вимірювання, коли дефект проявляється після нагрівання.
  10. 10Не перевіряти механічне кріплення котушок.
  11. 11Замінювати обмотку без перевірки осердя.
  12. 12Не аналізувати причину повторного виходу двигуна з ладу.
  13. 13Не перевіряти параметри перетворювача частоти.
  14. 14Вважати будь-яку асиметрію струмів доказом міжвиткового замикання.
  15. 15Не виконувати фінальне імпульсне випробування після ремонту.

Практичний досвід ремонту

На практиці міжвиткове замикання рідко виникає без попередніх ознак деградації ізоляційної системи.

Під час розбирання пошкоджених двигунів часто одночасно виявляються:

  • потемніння окремої котушки;
  • ослаблені пазові клини;
  • рух провідників у пазу;
  • тріщини просочувального матеріалу;
  • пил від тертя;
  • недостатнє просочення;
  • локальне забруднення;
  • сліди вологи;
  • перегріті з’єднання;
  • пошкоджені лобові частини;
  • нерівномірність фазних струмів;
  • забруднені вентиляційні канали.

Поширеною є ситуація, коли двигун проходить перевірку мегомметром, але під час імпульсного випробування одна фаза демонструє відхилення форми кривої.

Також трапляються дефекти, які:

  • не проявляються на холодній обмотці;
  • з’являються після прогрівання;
  • виникають лише при підвищеній напрузі;
  • проявляються під дією вібрації;
  • зникають після охолодження.

Тому важливо відтворити умови, за яких несправність виникає, і не обмежуватися одним статичним вимірюванням.

Як запобігти міжвитковому замиканню

Контролювати температуру

Рекомендується вести тренди:

  • температури підшипників;
  • температури обмотки;
  • температури охолоджувального повітря;
  • струму навантаження;
  • кількості пусків;
  • тривалості пуску.

Підтримувати чистоту двигуна

Необхідно регулярно очищати:

  • вентиляційні канали;
  • ребра корпусу;
  • фільтри;
  • теплообмінники;
  • внутрішні поверхні;
  • лобові частини обмотки.

Контролювати якість живлення

Доцільно перевіряти:

  • рівень напруги;
  • асиметрію;
  • гармоніки;
  • провали напруги;
  • імпульсні перенапруги;
  • стан контактів;
  • заземлення.

Правильно застосовувати перетворювач частоти

Необхідно враховувати:

  • придатність двигуна до інверторного живлення;
  • довжину кабелю;
  • тип кабелю;
  • частоту комутації;
  • необхідність вихідного дроселя;
  • необхідність du/dt-фільтра;
  • необхідність синусного фільтра;
  • окреме примусове охолодження на низьких обертах.

Контролювати вібрацію обмотки

Під час ремонту необхідно перевіряти:

  • пазові клини;
  • бандажі;
  • дистанційні елементи;
  • лобові частини;
  • сліди переміщення;
  • якість просочення.

Виконувати імпульсні випробування

Доцільно проводити їх:

  • після виготовлення котушок;
  • після укладання обмотки;
  • до просочення;
  • після просочення;
  • після складання;
  • після ремонту;
  • під час планової діагностики відповідальних машин.

Конкретні етапи та рівні випробувань визначаються конструкцією машини, нормативними документами й технологією ремонтного підприємства.

Рекомендації для служби головного енергетика

Для відповідальних електродвигунів бажано вести індивідуальну історію, до якої входять:

  • паспортні дані;
  • схема обмотки;
  • дата введення в експлуатацію;
  • дата та обсяг ремонту;
  • результати вимірювання опору фаз;
  • опір ізоляції;
  • індекс поляризації;
  • імпульсні криві;
  • дані часткових розрядів;
  • фазні струми;
  • температурні тренди;
  • вібрація;
  • кількість аварійних відключень;
  • кількість пусків;
  • параметри перетворювача частоти;
  • довжина та тип кабелю.

Найбільшу цінність має не одноразове вимірювання, а порівняння параметрів у часі.

Поступова зміна імпульсної кривої, індуктивності, струмової асиметрії або рівня часткових розрядів може вказати на розвиток дефекту до аварійного пошкодження.

Поширені запитання

Чи покаже мегомметр міжвиткове замикання?

Не завжди. Мегомметр переважно оцінює ізоляцію відносно корпусу та між електрично розділеними частинами. Міжвитковий дефект усередині однієї котушки може існувати при високому опорі ізоляції на корпус.

Чи можна знайти міжвиткове замикання мультиметром?

Іноді при значному пошкодженні можна побачити різницю опору фаз. Але при замиканні декількох витків зміна може бути меншою за похибку звичайного мультиметра. Потрібен точний мікроомметр і додаткові методи.

Який метод найкраще виявляє слабкість міжвиткової ізоляції?

Одним із найбільш ефективних є імпульсне випробування обмотки. Воно створює електричне навантаження між витками та дозволяє виявити зміну індуктивності або пробій, який не проявляється при низькій напрузі.

Чи завжди міжвиткове замикання збільшує фазний струм?

Не завжди настільки, щоб це було одразу очевидно. Значний струм може циркулювати локально в замкнених витках, а зовнішній фазний струм на початковій стадії змінюється незначно.

Чому пошкоджена тільки одна котушка?

Причина може бути локальною:

  • дефект емалі;
  • слабке просочення;
  • вібрація;
  • гостра крайка;
  • пошкоджений клин;
  • локальний перегрів;
  • дефект з’єднання;
  • підвищене імпульсне навантаження на перші витки.

Чому дефект з’являється тільки після прогрівання?

При нагріванні матеріали розширюються, ізоляція розм’якшується або змінюється положення провідників. Мікротріщина може замкнутися лише при певній температурі.

Чи можна просто додатково просочити обмотку?

Якщо витки вже замкнені, просочення не відновить пошкоджену емаль між ними. Воно може тимчасово зменшити рух провідників, але сам електричний дефект залишиться.

Чи можна замінити тільки пошкоджену котушку?

У деяких конструкціях — так. Але спочатку необхідно оцінити стан усієї обмотки, сусідніх котушок, осердя та системи кріплення.

Чому двигун повторно згорів після перемотування?

Можливі причини:

  • не усунено перевантаження;
  • залишився перекіс напруги;
  • несправне охолодження;
  • є імпульсні перенапруги;
  • двигун працює від перетворювача без фільтра;
  • допущено технологічний дефект;
  • неправильно обрано матеріали;
  • не виконано імпульсне випробування;
  • пошкоджено осердя.

Чи небезпечні часті пуски?

Так. Вони створюють підвищене теплове та електродинамічне навантаження на обмотку. Особливо небезпечними є затяжні та повторні пуски без достатнього охолодження.

Чи може міжвиткове замикання викликати вібрацію?

Так. Дефект створює асиметрію магнітного поля та електромагнітних сил. Однак вібрація може мати багато інших причин, тому потрібна комплексна діагностика.

Чи може двигун працювати з таким дефектом декілька днів?

Тривалість розвитку несправності непередбачувана. В одному випадку двигун може працювати певний час, в іншому — повністю згоріти під час наступного пуску. Підтверджений дефект є підставою для виведення машини в ремонт.

Послуги ТОВ ВКФ «Електропромремонт»

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує комплексну діагностику, ремонт і випробування промислових електричних машин.

До переліку робіт входять:

  • діагностика обмоток статора та ротора;
  • вимірювання опору обмоток;
  • вимірювання опору ізоляції;
  • імпульсне випробування міжвиткової ізоляції;
  • перевірка електричної міцності;
  • локалізація пошкоджених котушок;
  • виготовлення нових котушок;
  • часткова та повна перемотка;
  • відновлення пазової ізоляції;
  • кріплення лобових частин;
  • просочення та сушіння обмоток;
  • перевірка осердя статора;
  • випробування електродвигуна після ремонту;
  • контроль фазних струмів;
  • контроль вібрації та температури.

Висновок

Міжвиткове замикання виникає через втрату електричної міцності ізоляції між сусідніми витками обмотки.

Найчастіше до цього призводить поєднання:

  • перегріву;
  • старіння;
  • механічної вібрації;
  • перенапруг;
  • забруднення;
  • вологи;
  • недостатнього просочення;
  • технологічних дефектів;
  • неправильних умов експлуатації.

Небезпека полягає в тому, що локальний струм у замкнених витках може бути дуже великим, хоча зовнішні струми двигуна ще не досягли рівня спрацювання захисту.

Тому для діагностики недостатньо лише виміряти опір ізоляції. Необхідно поєднувати огляд, вимірювання фазних параметрів, аналіз струмів, індуктивності, температури та імпульсне випробування обмотки.

Чим раніше виявлено дефект, тим вища ймовірність зберегти осердя, обмежити обсяг ремонту та уникнути аварійної зупинки обладнання.

Важливе застереження

Матеріал має інформаційний характер. Наведені значення, методи діагностики, обсяг робіт та рекомендації є загальними і не замінюють технічну документацію виробника. Остаточне рішення щодо конкретної машини приймається за результатами її діагностики та дефектації з урахуванням типу, потужності, конструкції, режиму роботи, історії експлуатації та застосовних стандартів.

Підозрюєте міжвиткове замикання?

Виконаємо імпульсне випробування обмотки, порівняємо опір та індуктивність фаз, локалізуємо пошкоджену котушку і підготуємо висновок про ремонт.

Отримати консультацію