روش انجام آزمون تانژانت دلتا در سیم‌پیچ استاتور موتورهای MV/HV

روش انجام آزمون تانژانت دلتا در سیم‌پیچ استاتور موتورهای MV/HV

همان‌طور که در مقاله ابتدایی بررسی کردیم، آزمون تانژانت دلتا یکی از روش‌های کلیدی برای ارزیابی وضعیت عایق سیم‌پیچ استاتور در ماشین‌های فشار متوسط و فشارقوی است. در این مقاله، به بررسی عملیاتی این آزمون و پارامترهای اصلی ارزیابی نتایج می‌پردازیم.

این آزمون برای ماشین‌های الکتریکی دوار با ولتاژ نامی ۶ کیلوولت و بالاتر که دارای پوشش‌های رسانای شیار هستند، کاربرد دارد. دامنه کاربرد آن شامل میله یا نصف‌کویل، سیم‌پیچ‌های استاتور، میله‌ها و سیم‌پیچ‌های نصب‌شده در هسته، سیم‌پیچ کامل ماشین، کویل‌های دارای عایق پخته‌شده، و فناوری‌های VPI یا رزین غنی است. لازم به ذکر است که این آزمون برای قطعات غیرآغشته‌ کاربرد ندارد.

آزمون تانژانت دلتا چگونه انجام می‌شود؟

ضریب اتلاف دی‌الکتریک tan δ، تانژانت زاویه اتلاف دی‌الکتریک δ در ولتاژ U، فرکانس و دمای معین است. مدار معادل الکتریکی برای یک سیستم عایق واقعی با تلفات دی‌الکتریک با آرایش موازی شامل خازن بدون تلفات و یک مقاومت با تلفات دی‌الکتریک در شکل 1 نمایان است. بردار جریان عایقI  را می‌توان به دو مؤلفه عمود بر هم تقسیم کرد که نشان‌دهنده یک جریان خازنی I_c (با زاویه 90 درجه جلوتر از ولتاژ U) و یک جریان مقاومتی I_R (هم‌فاز با ولتاژ U) هستند. زاویه تغییر فاز  علاوه بر مؤلفه خازنی عایق، توسط یک مؤلفه مقاومتی نیز ایجاد می‌شود. ضریب اتلاف دی‌الکتریک tan δ را می‌توان بصورت معادله زیر بیان کرد:

شکل 1 : مدار معادل الکتریکی عایق بصورت موازی

در این آزمون، ولتاژ AC با فرکانس شبکه و شکل موج سینوسی (با هارمونیک‌های کم) به نمونه اعمال شده و مقدار tan δ در سطوح ولتاژ مختلف اندازه‌گیری می‌شود. اندازه‌گیری به‌صورت پله‌ای و معمولاً از ولتاژهای پایین شروع می‌شود.

در روش پله‌ای متداول، اندازه‌گیری تاتژانت دلتا در سطوحی مانند 1.0Uₙ, 0.8Uₙ, 0.6Uₙ, 0.4Uₙ, 0.2Uₙ و  انجام می‌گیرد. پیش از شروع، دمای عایق باید ثبت شود (دمای ترجیحی حدود  است). نمودار شکل 2 نمونه‌ای از یک روش اندازه‌گیری پله‌ای را نشان می‌دهد. طبق تعریف ارائه‌شده در استاندارد، دلتا تانژانت دلتا Δtan δ  به اختلاف ضریب اتلاف دی‌الکتریک اندازه‌گیری‌شده بین دو سطح ولتاژ مشخص اطلاق می‌شود.

شکل 2 : مثال منحنی tan δ بر حسب نسبت

ولتاژ U/Uₙ در گام­های 0.2Uₙ

در آزمون اندازه گیری تانژآنت دلتا اطلاعات زیر ثبت شده و بر حسب معیار استاندارد تفسیر می‌شوند:

1-مقدار اولیه tan δ در 0.2Uₙ

اولین پارامتر کلیدی در تفسیر نتایج، ضریب اتلاف دی‌الکتریک در ولتاژ 0.2Uₙ است:

این مقدار به‌عنوان مرجع اولیه برای ارزیابی وضعیت کلی سیستم عایقی در نظر گرفته می‌شود. مقادیر بالا در این سطح، می‌تواند نشان‌دهنده وجود رطوبت، آلودگی، پیری حرارتی یا ضعف در کیفیت ساخت عایق باشد.

2-مقادیر Δtan δ  در گام‌های متوالی ولتاژ

پارامتر بعدی، Δtan δ است که اختلاف ضریب اتلاف دی‌الکتریک را بین دو سطح ولتاژ متوالی نشان می‌دهد:

بررسی این مقادیر برای شناسایی «بیشینه افزایش» ضریب اتلاف در بازه‌های ولتاژی ضروری است. افزایش ناگهانی در این پارامتر می‌تواند با پدیده‌هایی مانند تخلیه جزئی، حفره‌های داخلی، جذب دی‌الکتریک، یا ضعف در سیستم کنترل تنش مرتبط باشد.

3- مقدار Tip-Up در آزمون تانژانت دلتا

شاخص Tip-Up، تغییر کلی tan δ را در بازه موردنظر آزمون نشان می‌دهد:

Up-Tip= tan δ 0.6Uₙ- tan δ 0.2Uₙ

این شاخص به همراه پارامترهای قبلی، ابزاری برای ارزیابی پایداری رفتار عایق در برابر تنش الکتریکی است. مقدار Tip-Up بسته به طراحی کویل و عوامل ساختاری متغیر است و تحلیل آن باید در کنار سایر داده‌های آزمون انجام شود.

شکل منحنی تغییرات ضریب اتلاف دی‌الکتریک tan δ بر حسب ولتاژ آزمون  U/Uₙ

ضریب اتلاف دی‌الکتریک که از تلفات ذاتی خودِ دی‌الکتریک ناشی می‌شود، معمولاً با تغییر ولتاژ فقط مقدار کمی تغییر می‌کند. اما اگر تلفات اندازه‌گیری‌شده به‌طور قابل‌ توجهی بیشتر از حد معمول باشد، این موضوع نشان می‌دهد که ساختار عایق دچار مشکل است؛ مثلاً ممکن است ترکیب رزین درست نباشد یا فرایند پخت عایق کامل انجام نشده باشد. مطابق شکل 3 وقتی ولتاژ آزمایش افزایش پیدا می­کند، دو نوع تلفات دی‌الکتریک افزایش پیدا می‌کنند:

• تلفات دی‌الکتریک در عایق جامد (شامل قطبش و رسانایی)
• تخلیه جزئی در حفره‌های هوا موجود در ساختار عایق، که باعث افزایش ضریب اتلاف دی‌الکتریک می‌شود. با بالا رفتن ولتاژ اعمال‌شده، تعداد بیشتری از این حفره‌ها وارد مرحله تخلیه می‌شوند. در نتیجه، مقدار تلفات دی‌الکتریک و بنابراین مقدار tan δ به افزایش خود ادامه خواهد داد.

شکل 3 : افزایش تلفات دی­الکتریک با افزایش ولتاژ

نکات اجرایی: الکترود گارد و اتصالات

دقت اندازه‌گیری در آزمون تانژانت دلتا به شدت به نحوه اجرای اتصالات وابسته است. برای جلوگیری از جریان‌های نشتی و تمرکز بر بخش اصلی عایق (بین هادی و بدنه)، استفاده از الکترود گارد توصیه می‌شود.

پوشش رسانای شیار باید در تمام طول خود تماس الکتریکی یکنواختی داشته باشد. استفاده از فویل فلزی، صفحات فلزی، یا سیم مسی مارپیچی (با قطر حدود ۰.۸ میلی‌متر و فاصله حلقه‌های ۵ تا ۸ سانتی‌متر) برای ایجاد این تماس ضروری است. مقاومت تماس بالا در این بخش می‌تواند منجر به ثبت مقادیر کاذب و غیرقابل اعتماد شود.

شکل 4 : استفاده از صفحات فلزی برای پوشش قسمت رسانا و الکترود گارد جهت کاهش جریان نشتی

جمع‌بندی نکات تفسیری

حداکثر مقادیر قابل پذیرش داده‌های ثبت شده در آزمون تانژانت دلتا طبق استاندارد برای میله‌ها و کویل‌های منفرد در حالت نو، با استفاده از الکترودهای حلقوی محافظ، تا ولتاژ نامی 21 kVبه­صورت جدول زیر است:

1. مقدار اولیه تانژانت دلتا tan δ 0.2Uₙ برای تعیین وضعیت پخت (cure) سیستم عایقی استفاده می‌شود. اگر پخت عایق به‌درستی انجام شده باشد، مقدار اولیه معمولاً با مقدار مورد انتظار برای آن سیستم عایقی خاص هم‌خوانی دارد. افزایش تانژانت دلتا با بالا رفتن ولتاژ اعمال‌شده پدیده‌ای طبیعی است و نشان‌دهنده افزایش تخلیه جزئی در حفره‌ها است. عوامل متعددی بر میزان این افزایش اثر می‌گذارند که از جمله آن‌ها می‌توان به لایه‌لایه‌شدن، آغشته‌سازی ناقص، پخت ناقص، چسبندگی ناکافی، چروک‌خوردگی و آلودگی‌ها اشاره کرد. همچنین وضعیت پرداخت سطحی کویل‌ها و سیستم درجه‌بندی ولتاژ نیز بر میزان افزایش تلفات دی الکتریک تأثیرگذار است.

2. تفاوت در مقدار tip-up تانژانت دلتا بین کویل‌های منفرد که با یک فرآیند ساخت یکسان تولید شده‌اند، معمولاً ناشی از تفاوت در میزان تشکیل حفره‌های اتفاقی در ساختار عایق است. همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شده است، کلاف‌هایی که tip-up بزرگ‌تری دارند، دارای مجموع حجم حفره‌های بیشتری در عایق هستند.

3. طبق شکل 2، مقدار tip-up تانژانت دلتا را می‌توان بین هر دو سطح ولتاژ دلخواه محاسبه کرد. سطوح ولتاژ واقعی انتخاب‌شده برای آزمون معمولاً با توافق بین سازنده و بهره‌بردار تعیین می‌شود.

4. تغییر در مقدار tip-up تانژانت دلتا عایق کویل در طول عمر سرویس آن می‌تواند نتیجه فرآیندهای تخریب باشد. ترکیبی از عوامل الکتریکی، حرارتی، مکانیکی و محیطی می‌توانند بر سیستم عایقی تأثیر بگذارند.

5.نتایج آزمون تانژانت دلتا روی کویل‌های جداگانه قبل از نصب ممکن است با نتایج حاصل از سیم‌پیچ نصب‌شده قابل مقایسه نباشد.

6. تانژانت دلتا و tip-up تانژانت دلتا را نمی‌توان به‌عنوان شاخص مطلق وضعیت عایق کویل در نظر گرفت. داده‌های تانژانت دلتا باید در کنار نتایج سایر روش‌های ارزیابی استفاده شوند.

برای دریافت راهنمای کامل و دستورالعمل انجام آزمون تانژانت دلتا بر اساس استاندارد IEC 60034-27-3:2015، روی دانلود کلیک کنید.

ما را در لینکدین دنبال کنید.