Вимірювання опору ізоляції та пошук міжвиткового замикання — це дві різні діагностичні операції, які часто помилково вважають однією перевіркою. Мегомметр дозволяє оцінити стан ізоляції між обмоткою та корпусом, між фазами та між електричними колами машини, але практично не показує замикання між сусідніми витками однієї котушки.
При міжвитковому дефекті обмотка може мати дуже високий опір відносно корпусу та успішно пройти стандартне вимірювання ізоляції — тому ситуація «мегомметр показує норму, але двигун гріється» цілком можлива. Для пошуку міжвиткового замикання потрібні інші методи: порівняння активних опорів фаз, вимірювання індуктивності, імпульсне випробування, аналіз фазних струмів, тепловізійна діагностика.
Надійна діагностика повинна відповідати на два окремі питання: чи має обмотка достатню ізоляцію відносно корпусу та інших фаз, і чи немає замикання всередині самої обмотки між її витками.
Опір ізоляції характеризує здатність ізоляційної системи протидіяти проходженню струму між провідником та іншими електрично відокремленими частинами. У двигуні перевіряють ізоляцію обмотка — корпус, фаза — фаза, обмотка статора — обмотка ротора та інші електричні кола.
Мегомметр подає постійну випробувальну напругу і вимірює дуже малий струм витоку, який складається з ємнісного струму, струму абсорбції, поверхневого струму витоку та струму через дефектні ділянки. На початку випробування показання можуть бути нижчими, а потім поступово зростати через заряджання ємності обмотки та поляризаційні процеси в ізоляції.
Мегомметр не дозволяє надійно визначити замикання між сусідніми витками, неправильну кількість витків, коротко замкнену частину котушки, слабку міжвиткову ізоляцію, яка пробивається лише імпульсною напругою, чи асиметрію паралельних гілок.
При міжвитковому замиканні обидва замкнені витки залишаються ізольованими від корпусу — шлях витоку на корпус не з’являється, тому показання мегомметра можуть залишатися високими, попри наявний дефект.
Міжвиткове замикання — це електричний контакт між витками однієї котушки чи обмотки, які за нормальною схемою повинні бути розділені ізоляцією. Навіть замикання невеликої кількості витків створює замкнений контур із дуже малим опором, у якому індукується значний циркуляційний струм — це спричиняє локальний перегрів, руйнування ізоляції сусідніх витків та прогресування дефекту.
Основні причини — старіння ізоляції, перегрів обмотки, перевантаження, часті чи затяжні пуски, робота при зниженій напрузі, перекіс фаз, живлення від частотного перетворювача, імпульсні перенапруги, забруднення, волога, механічна вібрація, ослаблення пазових клинів або дефекти після ремонту.
Можливі симптоми — двигун швидко нагрівається, одна фаза споживає більший струм, двигун гуде, зростає вібрація, знижується потужність і падає пусковий момент. При замиканні одного-двох витків зміна активного опору фази може бути дуже малою, тому звичайний мультиметр нерідко не виявляє дефект.
Двигун потрібно повністю відключити, застосувати блокування повторного увімкнення та перевірити відсутність напруги. Перед підключенням мегомметра необхідно від’єднати силовий кабель, частотний перетворювач, пристрій плавного пуску, конденсатори та електронні датчики — мегомметр не можна підключати до виходу перетворювача чи іншої силової електроніки.
Потрібно оглянути й очистити клемну коробку — забруднена або волога коробка може значно знизити результат, навіть якщо обмотка всередині справна. Якщо виведено шість кінців трифазної обмотки, бажано зняти перемички та перевірити кожну фазу окремо на корпус і між фазами.
Випробувальну напругу обирають з урахуванням номінальної напруги двигуна, класу ізоляції, стану та віку машини, інструкції виробника та внутрішніх регламентів підприємства. На практиці для низьковольтних електродвигунів часто застосовують мегомметри на 500 В постійного струму, а для вищих класів напруги — 1000, 2500 В чи інші значення, але вибір не можна робити лише за загальним правилом.
Для датчиків, енкодерів, терморезисторів та інших низьковольтних допоміжних кіл потрібні значно нижчі випробувальні напруги — надмірна напруга може пошкодити ослаблену ізоляцію.
Коефіцієнт абсорбції показує, як змінюється опір ізоляції протягом першої хвилини випробування — порівнюють значення через 60 і 15 секунд або через 60 і 30 секунд. Якщо ізоляція суха й має виражені поляризаційні властивості, опір зазвичай зростає з часом; низький коефіцієнт може бути пов’язаний із вологою, забрудненням чи старінням, хоча інтерпретувати показник потрібно обережно.
Індекс поляризації визначають як співвідношення опору через 10 хвилин до опору через 1 хвилину. Його частіше використовують для великих, високовольтних і відповідальних машин — він допомагає оцінювати вологість, забруднення та загальний стан об’ємної ізоляції, але не є універсальним критерієм для всіх сучасних ізоляційних систем.
Один результат вимірювання може бути оманливим — найбільш інформативним є тренд: результати після виготовлення, після ремонту, попередні планові вимірювання та поточне значення.
Низький результат може бути спричинений вологою, забрудненням, вугільним чи металевим пилом, маслом, пошкодженням виводів, забрудненням клемної коробки, пробоєм пазової ізоляції чи термічним старінням. Перш ніж робити висновок про перемотування, потрібно локалізувати джерело витоку.
Якщо низький опір спричинений вологою, сушіння може значно покращити результат — методи включають сушильну піч, струм зниженої напруги, індукційний метод чи гаряче повітря з контролем температури й опору ізоляції. Якщо після сушіння опір не відновлюється, ймовірний дефект самої ізоляції, а не лише волога.
Оскільки мегомметр малоефективний для цього завдання, застосовують комплекс інших методів.
Для малих опорів опір вимірювальних проводів і контактів може бути порівнянний з опором обмотки, тому краще використовувати чотирипровідну схему, яка розділяє коло подавання струму й коло вимірювання напруги. Порівнювати фази можна лише при однаковій температурі, в однаковій схемі та з урахуванням паралельних гілок — міжвиткове замикання зазвичай трохи зменшує опір, а обрив паралельної гілки, навпаки, може його збільшувати.
Міжвиткове замикання змінює не лише активний опір, а й магнітні властивості котушки — зменшується ефективна кількість витків, знижується індуктивність, зростають втрати. LCR-метр чи спеціальний аналізатор може показати різницю між фазами, навіть коли активні опори майже однакові, але положення ротора під час вимірювання повинно бути однаковим.
На обмотку подають короткий високовольтний імпульс — індуктивність обмотки та ємність випробувальної системи утворюють коливальний контур, і прилад реєструє форму затухаючої хвилі. Порівнюють три фази між собою, однакові котушки чи поточну криву з еталонною. При міжвитковому замиканні змінюються частота коливань, амплітуда, швидкість затухання та симетрія відносно інших фаз — це один із найефективніших методів пошуку міжвиткових дефектів, але неправильно обрана напруга може пошкодити ослаблену обмотку.
Ще один метод — подати однакову знижену змінну напругу на кожну фазу й порівняти струми: фаза з міжвитковим замиканням може споживати більший струм і швидше нагріватися. Метод падіння напруги корисний для низькоомних обмоток, якорів та полюсних котушок — через них пропускають однаковий контрольний струм і вимірюють падіння напруги.
Міжвиткове замикання може спричинити нерівність фазних струмів, але підвищений струм однієї фази може бути й наслідком перекосу напруг, поганого контакту, пошкодження ротора чи механічного перевантаження — тому струмову асиметрію не можна автоматично вважати доказом дефекту статора. Спектральний аналіз струму дозволяє виявляти електричну асиметрію та характерні зміни гармонічного складу, найбільш ефективний як частина комплексної діагностики.
При подачі зниженої контрольної напруги або під час роботи дефектна ділянка може нагріватися швидше — тепловізор допомагає побачити локально гарячу котушку чи дефектне з’єднання, хоча обмотка може бути закрита корпусом, і при короткому тесті різниця може бути малою. Для великих машин, полюсних котушок і якорів застосовують також індукційні датчики й пошукові котушки для контролю магнітного потоку.
| Результат перевірки | Ймовірна причина | Наступна дія |
|---|---|---|
| Низький опір усіх фаз на корпус | Волога або загальне забруднення | Очистити, висушити, повторити |
| Низький опір однієї фази на корпус | Локальний дефект фази | Роз’єднати та локалізувати |
| Високий опір на корпус, але нерівні струми | Міжвитковий дефект, живлення або ротор | Опори, індуктивності, surge test |
| Опір однієї фази нижчий | Міжвиткове замикання або помилка з’єднання | Перевірити індуктивність та імпульс |
| Опір однієї фази вищий | Обрив гілки або поганий контакт | Перевірити з’єднання |
| Індуктивність однієї фази нижча | Замкнені витки | Провести імпульсний тест |
| Одна фаза споживає більший струм | Дефект обмотки або перекіс напруг | Виміряти напруги та параметри обмотки |
| Показання мегомметра зростають після сушіння | Волога | Завершити сушіння і повторити тест |
| Опір залишається низьким після сушіння | Пошкодження ізоляції | Розбирання і ремонт |
Зазвичай ні. Він перевіряє ізоляцію на корпус і між електрично розділеними колами, а не між сусідніми витками однієї котушки.
Причиною можуть бути міжвиткове замикання, перевантаження, пошкодження ротора, неправильне живлення або проблеми охолодження.
Найбільш інформативним є імпульсний тестер. Також використовують міліомметр, LCR-метр, струмовий і тепловий аналіз.
Лише при грубому дефекті — один чи декілька замкнених витків часто не створюють помітної зміни для звичайного мультиметра.
Ні. Двигун і кабель потрібно від’єднати від силової електроніки відповідно до інструкції обладнання.
Ні. Причиною можуть бути волога, забруднення, кабель або клемна коробка.
Ні, якщо між витками вже утворився електричний контакт. Сушіння допомагає лише при волозі.
ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує комплексну діагностику, ремонт та випробування ізоляційних систем промислових електричних машин.
До переліку робіт входять:
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.
Виконаємо вимірювання опору ізоляції, пошук міжвиткового замикання імпульсним методом та комплексну дефектацію обмотки з протоколом випробувань.