A tekercselés folyamata

Hibafelmérés

1. Villamos forgógépek jellegzetes hibái

Bár a villamos forgógépek általában nem számítanak a túlzottan bonyolult gépek csoportjába, meghibásodásuk mégis nagyon sokféle lehet. Ezeket a meghibásodásokat különbözõ szempontok szerint csoportosíthatjuk.

a. Eredet szerint:

  • mechanikai hibák (beállítási hibák, rezgések, fáradások, lazulások, kopások, törések, túlzott mechanikai igénybevételek)
  • villamos hibák (túlzott villamos és termikus igénybevételek, villamos paraméterek változása, zárlatok, átütések)
  • környezetihatások (hőcserélésihibák, szennyeződések, korróziós hatások)
  • kezelési hibák

b. Szerkezeti elemek szerint:

  • alapozási hibák (alaplemez, lefogások, rögzítések)
  • állórészhibák(állórészház, lemeztest rögzítése, lemeztest állapota,
    tekercselés
    szigetelési állapota, tekercselés és átkötések rögzítésének állapota) 
  • forgórészhibák (lemeztest, tekercselés, tekercsek rögzítése, csapágyazás, kiegészítõ elemek)
  • kommutátor és csúszógyűrű hibák (stabilitási hibák, villamosan aktív részek hibái, rendellenes kopások) 
  • kefeszerkezetek hibái (kefék, kefetartók, kefehidak, csatlakozó kábelek) 
  • csapágy hibák (beállítási hibák, szerelési hibák, sérülések, kopások, kenési rendellenességek, szennyeződések)
  • segédüzemi elemek hibái (hűtők, hűtési rendszerek hibái, érzékelő elemek, hő- és rezgésérzékelők hibái, gerjesztő- és védelmi rendszerek hibái, kábelezések és csatlakozások hibái) 

2. Forgórész diagnosztikai vizsgálatai

A turbógenerátor forgórészek tömbjében, a gerjesztőtekercsek mind a párhuzamos, mind a radiálhornyú konstrukció esetén, a menetek egymástól és a horonyfaltól megbízhatóan szigetelten helyezkednek el. GANZ rendszerű párhuzamos hornyú forgórészeknél azonban az egy horonyban lévő tekercsek utolsó menete a fedő bandázson és horonyékeken keresztül testre van kötve. Az eredetileg megbízható szigeteléssel készített, hosszabb ideje üzemelő forgórészek jelentős hányada azonban, tapasztalataink szerint, több-kevesebb zárlatjellegű hibával jár. A kisebb - néhány menetre terjedő - zárlat rendszerint tünetmentes, ha a gerjesztés sima egyenárammal (forgógépes gerjesztő) történik. Azonban statikus gerjesztővel üzemeltetett forgórésznél már egy menet zárlata is lavinajelenséget indíthat el, amelynek előbb-utóbb tekercs-, majd testzárlat a következménye. Tehát kisebb menetzárlat tünetmentes, míg nagyobb mértékű menet/tekercs- zárlat következménye növekvő gerjesztőáram és növekvő csapágyrezgés. Menetzárlatgyanúra ad okot a gerjesztéssel jelentősen változó értékű forgási frekvenciás rezgés jelenléte.

A forgórészhibák diagnosztikai vizsgálatainak szokásos módszere a tekercselés ohmos ellenállás mérése, a tekercselés főszigetelésének szigetelési ellenállás mérése  a tekercselés impedanciamérése, valamint a tekercselés valamilyen rendszerű menetzárlat-vizsgálata.

a. Ohmos ellenállás mérése

GANZ rendszerű, földelt középpontú párhuzamos forgórészek esetén mindenképpen célszerű a két csúszógyűrű közötti tekercsellenállás-mérést kiegészíteni az egyes csúszógyűrűk és a test közötti rész ellenállások mérésével is. A két részellenállás számszerű értékének közel azonosnak kell lennie, eltérés menetzárlatra, vagy valamilyen, a forgórész belső szerkezetében lévő, hibás villamos csatlakozásra utal. Általános esetben a korábbi mérési eredményekkel tett összehasonlításból lehet következtetni a hiba jellegére és mértékére.

b. Szigetelési ellenállás mérése

A mérés elvégezhető kifûzött, vagy kifűzetlen állapotban. A kapott szigetelési ellenállás nagymértékben függ a forgórész hőmérsékletétől, a szigetelések felületi szennyeződésétől, a környezet páratartalmától. A mérés során célszerű meghatározni a polarizációs indexet KA = R60/R15. Amennyiben KA = 1..1,5 között van, a szigetelés nedves, szennyezett, a forgórészt ajánlatos tisztítani, szárítani; ha KA >1,5-nél, a szigetelés állapota elfogadható.

c. Menetzárlat-vizsgálat

50 Hz-es váltakozó árammal az egyszerűen kivitelezhető eljárások közé tartozik. Elvégezhető állórészből kifűzetlen és kifűzött állapotban is. Általában e mérések hasonló módon értékelhetők, mint a tekercselés ohmos ellenállás méréséből kapott eredmények.

 

Forgórész mechanikai állapotára is kiterjednek a diagnosztikai vizsgálatok. 

E vizsgálatok során kell ellenőrizni a forgórész mechanikailag legnagyobb igénybevételeknek kitett részeit, mint radiálhornyú forgórészek esetén a tekercsfejeket rögzítő bandázs sapkák repedésmentességét, párhuzamos hornyú forgórészek esetében a tengelyvég felerősítő csavarok állapotát, a tengelyvégek és tömbvégek összeerősítő felületeinek repedésmentességét, a tekercselést rögzítő ékelés és bandázsolás állapotát. De ebbe a vizsgálati csoportba tartoznak a ventilátor és egyéb nagy igénybevételnek kitett szerkezeti elemek repedésmentessége.

 

3. Állórész diagnosztikai vizsgálatai

A nagy villamos gépek állórészének villamosan aktív és passzív elemei is nagy igénybevételeknek vannak kitéve. Tervezés során ezeket az igénybevételeket igyekeznek figyelembe venni, de ennek ellenére az üzemeltetés során előforduló normális és rendkívüli igénybevételek hatására az elemek fáradnak, kopnak. A diagnosztikai vizsgálatok feladata felderíteni az esetleges hibákat, illetve kedvezőtlen folyamatokat.

A diagnosztikai vizsgálatok egy része elvégezhető a forgórész kifűzése nélkül, a gép álló állapotában. Ilyenek a villamos vizsgálatok, mint a szigetelési ellenállásmérés, a tg delta- és részleges kisülésmérés. De az alaposabb vizsgálatokat csak a forgórész kifűzése után lehet elvégezni. A forgórész kifűzése után lehet elvégezni a lemeztest vizuális-, tömörségi- és villamos vizsgálatait, a tekercselés horonyba rögzítésének (horony ékelésének), valamint a tekercsfejek és elkötések/kivezetések mechanikai rögzítésének vizsgálatát. Csak kifűzött állapotban lehet ellenőrizni a villamos gép belső terében lévő mechanikai elemek (hűtők, különböző rendeltetésű szondák, érzékelők, felfüggesztések stb.) mechanikai állapotát is.

a. Lemeztest állapotvizsgálata általában a vizuális állapotellenőrzéssel kezdődik, amely kiterjed a tisztaság, épség, bevonatrendszer elszíneződésének és állagának vizsgálatára. Az elszíneződések minden esetben rendellenességre utalnak, amelyek lehetnek termikus eredetűek, de lehetnek lazulásból származó kopások is. Feltétlen vizsgálatra kerül a lemeztest tömörsége, a felfüggesztő és rögzítő elemek állapota, részben szemrevételezéssel, részben alkalmas roncsolásmentes vizsgálattal.

Rendszeresen ellenőrizni kell a lemeztest vaszárlatmentességét valamilyen eljárással. Ez lehet “gyűrű fluxus” vizsgálat, amikor néhány menet nagy keresztmetszetű hajlékony kábellel és 50 Hz váltakozó árammal, a névleges koszorúindukcióhoz közeli gerjesztés (1,0–1,3 T) mellett, lemeztest-melegedési vizsgálatot végzünk, néhány órás (de legalább 0,5 óra) időtartamban. A helyi vaszárlat meglétét termovíziós kamerával vagy tapogatással ellenőrizzük. Megengedett hőmérsékleteltérés az átlagtól általában 5-100C, gyártótól függően. Újabban a kisebb energiaigényű, de ugyanakkor viszonylag drága műszerrel mérő kis fluxusú (a névleges fluxus 5-10%-a) EL-CID vizsgálat válik gyakorlattá. Hibahatár a szondaként alkalmazott Rogowsky-tekercsben keletkező 100 mA áram.

 

b. Állórész-tekercselés szigetelési ellenállásának mérése a villamos kapcsolással, fázistekercselésenként történhet (A nem mért tekercselemeket testpotenciálra kell kötni). Az alkalmazott szigetelési ellenállás mérő vizsgáló feszültsége alkalmazkodjon a vizsgált gép névleges feszültségéhez (1000 – 5000 V DC). A mérések során az első 15 másodperces (R15), majd a 60 másodperces (R60) szigetelési ellenállás értéket szokás rögzíteni, de korszerű anyaggal (műgyanta-csillám-üveg tartalmú) szigetelt tekercsek esetében szokásos a 10 perces (R600) szigetelési ellenállás érték meghatározása is. A kapott értékekből meghatározható a polarizációs index, amelynek értékét a KA = R60/R15 összefüggésbõl kapjuk. Amennyiben KA = 1..1,5 között van, a szigetelés valószínűleg nedves, vagy erősen szennyezett, ezért szárítani vagy tisztítani és szárítani kell.

 

c. Állórész-tekercselés nagyfeszültségű próbája alkalmával a tekercseket fázisonként, rendre, megfelelő teljesítményű vizsgálótranszformátor nagyfeszültségű kapcsára, míg a nem vizsgált tekercselemeket testre kötjük. A vizsgáló feszültség nagysága új tekercselés esetén Upr = 2xUn + 1000 V, 50 Hz, 60 másodperc időtartamban. Diagnosztikai vizsgálatok során az alkalmazott vizsgáló feszültség általában az új szigetelésre elõírt érték max. 80%-a, de mindenkor a tulajdonos és a diag- nosztikai vizsgálatot végzõ cég közötti megállapodás tárgyát képezi. Erőművi gyakorlatban, idősebb gépeknél nem szokatlan az 1,2 –1,5xUn értékű próba, 10–30 s időtartamban.

d. Állórész-tekercselés tg deltamérése

A méréseket fázisonként végzik úgy, hogy a mérések során a nem vizsgált tekercselemeket testpotenciálra kötik. A vizsgáló feszültséget általában 0,2xUn lépcsőkben emelik a névleges feszültségig, esetleg 1,2–1,4xUn-ig. A mérések során lépcsőnként rendre rögzítik a tekercs kapacitásának értékét is. Feszültséglépcsők függvényében, a tg delta és kapacitás változás jellege függ a tekercs főszigetelésének anyagi tulajdonságaitól (anyagjellemző), de jelentősen függ a szigetelés belső tulajdonságainak mindenkori állapotától is.

 

e. Állórész-tekercselés részleges kisülésmérése 

A tekercselés főszigetelés belső szerkezetének, valamint korszerű, kemény (műgyanta-csillám-üveg kombinációjú) főszigetelés esetén, a szigetelés és a lemeztest horonyfala közötti szükségszerűen meglévő hézag villamos terének potenciálvezérlésére kialakított bevonatrendszer állapotának meghatározására talán a legtöbb információt szolgáltató mérési módszer. E módszer alkalmas a tekercsszigetelés és a rézvezető közötti kapcsolat állapotának meghatározására is.  

 

4. Rezgésdiagnosztikai vizsgálatok

Villamos forgógépek diagnosztikai vizsgálatainak szerves részét képezik a rezgésdiagnosztikai vizsgálatok, amelyek kiterjednek a csapágy-, tengely-, állórész- és egyéb fontos elemek rendszeres vizsgálatára. 

A rezgések állapotváltozása  a villamos gép üzemi körülményeinek megváltozására általában érzékenyen reagál. E változások azonban nemcsak a mechanikai állapot változásával függnek össze, mint például az alap elmozdulásai, a tengelykapcsoló elállítódása, a forgórész kiegyensúlyozottsági állapotának megváltozása, hanem a gép villamos/mágneses tulajdonságainak megváltozásával is. A rezgések nagyságából, a rezgések összetevőinek spektrális analizálásából, a gép szerkezetének ismeretében a hibák okára nagy valószínűséggel lehet következtetni.

Jellemző például a villamos gépekre a mindenkor meglévő 50 és 100 Hz rezgéskomponens (pontosabban a mindenkori hálózati frekvencia és annak kétszerese), amelynek jelenléte általában a gép mágneses körével függ össze. Ezen összetevők változása a mágneskörben keletkezett zavarokra utal, ami lehet lemeztestlazulás, kisebb-nagyobb zárlat, légrés-szimmetriaváltozás és még számtalan egyéb ok. Mindenkor létezik és általában legnagyobb a forgásfrekvenciás komponens, amelynek oka rendszerint mechanikai eredetű (lehet mágneses is), változása a gép mechanikai állapotának megváltozásából (a forgórészben keletkezett súlyponteltolódás, tengelykapcsoló-elmozdulás, tengelygörbülés stb.) keletkezik. Adott esetben dupla frekvenciás rezgéskomponens keletkezhet tengelycsap-alakhibából vagy tengelykapcsolóbeállítási hibából is. A mechanikai és villamos okok szétválasztására jó módszer a villamos terhelés mértékének változtatása, illetve kifutás köz