ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΜΕΓΑΛΩΝ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ

∆.Ν. ΚΟΝΙ∆ΑΡΗΣ ∆.Ν. ΧΑΤΖΗΦΩΤΗΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΙ∆ΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

∆ΕΗ ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στο παρόν άρθρο περιγράφονται οι απαραίτητες µετρήσεις & έλεγχοι που διεξάγονται κατά την διάρκεια των περιοδικών συντηρήσεων των µεγάλων συγχρόνων γεννητριών των σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Γίνεται αναφορά στην διεθνή πρακτική και στις συστάσεις των διεθνών οργανισµών εν συνδυασµώ µε την εµπειρία της ∆ΕΗ. Η µέτρηση του συντελεστού διηλεκτρικών απωλειών του τυλίγµατος του στάτη αναλύεται µε βάση τον κανονισµό VDE 0530 και παρέχονται τρόποι εκτιµήσεως της ποιότητος του διηλεκτρικού όσον αφορά στην περιεκτικότητα σε πτητικά και σε θύλακες αέρα καθώς και στην πυκνότητα των εκκενώσεων κορώνας. Αναλύεται η θεωρητική θεµελίωση της βηµατικής δοκιµής υψηλής τάσεως και σχολιάζονται διάφορες προσεγγίσεις για την εκτίµηση των αποτελεσµάτων της, αναφορικά µε τον προσδιορισµό τοπικών ελαττωµάτων της µονώσεως στην περιοχή των µετωπικών συνδέσεων. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στον έλεγχο της χαλαρότητος σφηνών στάτη, όπου σχολιάζονται οι τρόποι ελέγχου που ακολουθούν µεγάλες κατασκευαστικές εταιρείες του εξωτερικού. Επιπρόσθετα περιγράφεται η ακολουθούµενη απο τον Τοµέα Ειδικών Μετρήσεων µέθοδος ελέγχου καθώς και το σχετικό πρωτότυπο λογισµικό που έχει αναπτυχθεί για την παρουσίαση και εκτίµηση των αποτελεσµάτων του ελέγχου. Η δοκιµή ελέγχου του πυρήνος µεγάλων γεννητριών χρησιµοποιείται τόσον κατα τους περιοδικούς ελέγχους των γεννητριών όσον και κατα την φάση της συναρµολογήσεως αυτών. Παρουσιάζεται η µεθοδολογία πραγµατοποιήσεως της δοκιµής τόσον για τον περιοδικό έλεγχο όσον και για την διεξαγωγή της επαγωγικής συναρµολογήσεως των ελασµάτων του πυρήνος. Η εµπειρία της ∆ΕΗ απο τις πάσης φύσεως µετρήσεις και ελέγχους γεννητριών παρουσιάζεται µέσω παραδειγµάτων εφαρµογής, µε ιδιαίτερη έµφαση στις περιπτώσεις ανιχνεύσεως προβληµάτων.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΜΕΓΑΛΩΝ ΓΕΝΝΗΤΡΙΩΝ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟ∆ΙΚΗ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ

∆.Ν. Χατζηφώτης ∆.Ν. Κονιδάρης

Τοµέας Ειδικών Μετρήσεων/∆ΕΗ Η υιοθέτηση των αρχών της προληπτικής συντηρήσεως έχει ως αποτέλεσµα την αύξηση της αξιοπιστίας των γεννητριών, την αποφυγή ανεπιθύµητων κρατήσεων και την µείωση του κόστους. Προυπόθεση της προληπτικής συντηρήσεως αποτελεί η διεξαγωγή των απαραίτητων µετρήσεων & ελέγχων κατα την περιοδική συντήρηση, ώστε να ανιχνεύονται τυχόν βλάβες σε πρώιµο στάδιο, να προγραµµατίζεται ο χρόνος και το αντικείµενο των εργασιών συντηρήσεως και να παραγγέλονται τα απαιτούµενα υλικά. Στην παρούσα εργασία γίνεται αναφορά στην διεθνή πρακτική αναφορικά µε το είδος των µετρήσεων & ελέγχων των γεννητριών που οι υιοθετούν οι εταιρείες ηλεκτρισµού κατα την διάρκεια των συντηρήσεων. Ιδιαίτερα παρυσιάζονται πληροφορίες εφαρµογής και εκτιµήσεως των δοκιµών µετρήσεως του συντελεστού διηλεκτρικών απωλειών, του ελέγχου πυρήνος καθώς και της βηµατικής δοκιµής Υ.Τ.

ELECTRICAL MEASUREMENTS AND TESTS ON GENERATORS DURING PERIODIC MAINTENANCE

D.N. Chatzifotis D.N. Konidaris

Special Measurement Department / PPC The implementation of preventive maintenance practices results in an increase of generator reliability and helps in avoiding forced outages and in decreasing the cost. Necessary tests and measurements conducted on a regular basis during the major overhaul form a basis for preventive maintenance. Early detection of generator faults and accurate scheduling of maintenance works is nowadays realizable. In the present paper information is presented about the tand measurement, the core imperfection identification as well as the DC step voltage test. The experience of PPC is also presented, referring to the evaluation of the results of these tests.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η ενεργειακή στενότητα της εποχής µας σε συνδυασµό µε τον αυξηµένο

ανταγωνισµό θέτουν σαν πρώτο στόχο των εταιρειών παραγωγής ηλεκτρικής

ενέργειας την επίτευξη του µέγιστου παραγωγικού αποτελέσµατος ανα µονάδα

επενδυµένου κεφαλαίου. Εξ άλλου η χρησιµοποίηση όλο και µεγαλύτερων και

πολυπλοκώτερων µονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθιστά κρίσιµη την

έγκαιρη διάγνωση ανωµαλιών του εξοπλισµού σε πρώιµο στάδιο, ούτως ώστε να

ελαχιστοποιείται ο χρόνος κρατήσεως και να µειούται το κόστος της απωλεσθείσας

ενέργειας καθώς και το κόστος επισκευής.

Προς την κατεύθυνση βελτιώσεως της παραγωγικότητος και οικονοµικότητος

των σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας υπάρχει σήµερα η τάση επεκτάσεως

της διάρκειας ζωής τους πέραν του συµβατικού ορίου των 25 ετών. Βασικό εργαλείο

για την επίτευξη του στόχου αυτού, ιδίως όσον αφορά στις µεγάλες γεννήτριες,

συνιστά η υιοθέτηση των αρχών της προληπτικής συντηρήσεως και της

παρακολουθήσεως της λειτουργικής καταστάσεώς τους µέσω µονίµων συστηµάτων

ή και περιοδικών ελέγχων.

Αντικειµενικός σκοπός αυτών των µετρήσεων & ελέγχων είναι η άντληση κατά

το δυνατόν περισσότερων πληροφοριών αναφορικά µε την εκτίµηση της

λειτουργικής καταστάσεως της γεννήτριας µε πρόθεση την ανίχνευση αδυναµιών ή

και βλαβών σε πρώιµο στάδιο. Οι αντλούµενες πληροφορίες µπορούν να

χρησιµοποιηθούν για:

τον προσδιορισµό των απαιτούµενων επεµβάσεων επισκευής,

τον προσδιορισµό του εύρους, της διάρκειας και της χρονικής στιγµής

διεξαγωγής των συντηρήσεων,

την έγκαιρη παραγγελία των απαιτούµενων υλικών.

Η υιοθέτηση των κατάλληλων µετρήσεων & ελέγχων και η ορθή εκτίµηση των

αποτελεσµάτων τους έχει ως αποτέλεσµα:

την αποφυγή ανεπιθύµητων κρατήσεων λόγω βλαβών,

την αύξηση της αξιοπιστίας της γεννητρίας και της µονάδος

παραγωγής,

την βελτίωση του οικονοµικού αποτελέσµατος εκµεταλλεύσεως της

µονάδος.

Στον Πίνακα 1 περιλαµβάνονται οι συνήθεις έλεγχοι & δοκιµές που

διεξάγονται σε µεγάλες γεννήτριες, µε παρατηρήσεις σχετικές µε την πολιτική που

ακολουθούν διάφορες εταιρείες ηλεκτρισµού µέλη της CIGRE, [1].

Στην παρούσα εργασία παρέχονται πληροφορίες σχετικά µε τρείς απο τις

σηµαντικώτερες δοκιµές γεννητριών, µε έµφαση στα κριτήρια εκτιµήσεως των

αποτελεσµάτων τους, µε βάση την διεθνή εµπειρία αλλά και την ιδιαίτερη εµπειρία

του Τοµέα Ειδικών Μετρήσεων της ∆ΕΗ.

2. ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΟΥ ∆ΙΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΑΠΩΛΕΙΩΝ

Οι απώλειες, σε βιοµηχανική συχνότητα, εντός του διηλεκτρικού της

µονώσεως, µπορούν να διαιρεθούν:

• στις διηλεκτρικές απώλειες στο εναλλασσόµενο ρεύµα,

• στις απώλειες στο συνεχές ρεύµα ( οι οποίες υφίστανται και υπό το

εναλλασσόµενο ρεύµα), και

• στις απώλειες των µερικών εκκενώσεων, οι οποίες υπάρχουν υπο

συνεχές και εναλλασσόµενο ρεύµα.

Εποµένως ένας τρόπος ελέγχου της ποιότητος ενός διηλεκτρικού θα πρέπει να

βασίζεται στο εναλλασσόµενο ρεύµα, γιά να είναι αντιπροσωπευτικός γιά όλες τις

απώλειες. Η κατάλληλος µέθοδος ελέγχου, της ποιότητος µόνωσεως, που

χρησιµοποιείται σήµερα, είναι η µετρηση των διηλεκτρικών απωλειών εφδ, µε την

βοήθεια καταλλήλων γεφυρών (schering).

ΠΙΝΑΚΑΣ 1 αντικείµενο ελέγχου µέθοδος ελέγχου παρατηρήσεις

∆ΡΟΜΕΑΣ δακτύλιοι συγκρατήσεως διεισδυτικό υγρό,

υπέρηχοι µόνον για κράµατα 18/5

Σφήνες οπτικά, µε σφυράκι σε εξάρµωση δακτυλίων

δακτυλίδια συλλέκτου οπτικά, µέτρηση φθοράς

µ.σ.

µόνωση τυλίγµατος στάθµη µονώσεως, δοκιµή Υ.Τ., κρουστική δοκιµή, οµοιοµορφία πεδίου

µ.σ., Μ.Σ., µ.σ., Μ.Σ.

Έδρανο µόνωση εδράνου, έλεγχος φθοράς λευκού µετάλλου

Μ.Σ., Μ.Σ.

ανεµιστήρας οπτικά, ρωγµές πτευγίων

Μ.Σ.

σύστηµα ψηκτρών έλεγχος σπινθηρισµού εβδοµαδιαία

ΣΤΑΤΗΣ

µετωπικές συνδέσεις έλεγχος στιβαρότητος Μ.Σ.

πυρήνας στιβαρότητα, ανίχνευση θερµοκηλίδων

παραλαβη µον., Μ.Σ.

ακροδέκτες µόνωση παραλαβή µον., Μ.Σ.

µόνωση τυλίγµατος στάθµη µονώσεως, δοκιµή Υ.Τ., εφδ, µερικές εκκενώσεις, δοκιµή Υ.Τ.Σ.Ρ.

µ.σ., κατόπιν επισκευών, Μ.Σ, όταν απαιτείται, Μ.Σ. (παλαιές γεν.)

σκελετός-δοµή στιβαρότητα παραλαβή µον.

σύστηµα νερού ψύξεως έλεγχος στεγανότητος Μ.Σ.

σύστηµα υδρογόνου έλεγχος στεγανότητος Μ.Σ.

∆οκιµές & Ελεγχοι Γεννητριών (µ.σ. = µικρή συντήρηση, Μ.Σ.=µεγάλη συντήρηση) Γιά να κατανοήσουµε την αρχή λειτουργίας της µέτρησεως, θεωρούµε ότι ένας

πυκνωτής µε χωρητικότητα C τίθεται υπό εναλλασσόµενη ηµιτονοειδή τάση U,

οπότε λόγω των εις το διηλεκτρικό του συνολικών απωλειών η ένταση Ι δεν θα

προηγείται ακριβώς 90º της τάσεως αλλά κατά µίαν γωνία µικρότερη των 90º. Εάν η

διαφορά φάσεως µεταξύ της πραγµατικής γωνίας και των 90º είναι δ [σχήµα 2.1],

τότε οι απώλειες του πυκνωτή είναι ίσες µε U.I.cos(90º-δ)=U.I.sinδ. Το ισοδύναµο

κύκλωµα µπορεί να παρασταθεί υπό του [σχήµατος 2.2], ως µία αντίσταση

παράλληλη µε ένα πυκνωτή χωρητικότητας C, όπου η αντίσταση Ri θα προκαλεί

απώλειες ίσες µε τις εµφανιζόµενες εντός του διηλεκτρικού.

Εάν Ic είναι η ενταση διά µέσω του πυκνωτή και IRi διά της αντιστάσεως Ri,

έχουµε:

εφδ = ΙRi/Ic (2.1)

και τελικά

εφδ = 1/ωRiC (2.2)

Η εφδ ονοµάζεται συντελεστής διηλεκτρικών απωλειών του υλικού και

χαρακτηρίζει το πόσο σηµαντική είναι η ένταση διά της αντιστάσεως Ri, ως προς την

ένταση Ic που διέρχεται από την χωρητικότητα του δοκιµίου. Επόµένως η εφδ δίδει

τον βαθµό ποιότητας του διηλεκτρικού απο απόψεως απωλειών, είναι δε ανεξάρτητη

του µεγέθους του δοκιµίου. Με την βοήθεια της µπορούµε να συγκρίνουµε ποιοτικά

δύο υλικά και να παρακολουθήσουµε την µεταβολή την οποία υφίσταται ένα υλικό

λόγω γήρανσεως µε την πάροδο του χρόνου.

Η µέτρηση της εφδ γίνεται µε την βοήθεια ειδικής γέφυρας (schering), η οποία

λειτουργεί υπό υψηλή τάση, την τάση του δοκιµίου. Στο σχ.2.3 δίδεται το διάγραµµα

µιάς γέφυρας κατάλληλης γιά την µέτρηση της εφδ σε γειωµένα δοκίµια και υψηλή

τάση.

Οι µετρησεις της εφδ, γιά µεγάλες ηλεκρικές µηχανές, γίνονται στην περιοχή των

τάσεων 0.2 UN µέχρι 1.0 UN κατά διαστήµατα του 0.2 UN.

Τα αποτελέσµατα των µετρήσεων αξιολογούνται µε βάση τα κριτήρια του VDE

0530, που περιλαµβάνονται στον ακόλουθο πίνακα:

λ = (εφδ0.6 – εφδ0.2)/2 ∆εφδ ανά διαστήµατα µετρησεως 0.2UN

εφδ0.2

95% των δοκιµίων 5% των δοκιµίων 95% των δοκιµίων 5% των δοκιµίων 30x10-3 2.5x10-3 3x10-3 5x10-3 6x10-3

Η αρχική τιµή της εφδ (εφδ0.2) είναι συνάρτηση κυρίως του υλικού της µονώσεως,

του βαθµού σκληρότητος του συνδετικού µέσου καθως και του περιεχοµένου της

µονώσεως σε πτητικά και υγρασία. Με συνδετικά µέσα µε βάση βερνίκια ή

ασφαλτικές ουσίες (φυσικές ρητίνες) οι τιµές είναι από 20 µεχρι 40x10-3 ενώ

συνδετικά µέσα από τεχνιτές ρητίνες µπορούν να δόσουν τιµές και κάτω του 10

x10-3.

Η αύξηση του συντελεστή απωλειών στο διάστηµα 0.2UN µέχρι της τάσεως 0,6UN

λ = (εφδ0.6 – εφδ0.2)/2 (2.3)

δίδει ενδεικτικά την πυκνότητα των εκκενώσεων κορώνας . Tέλος η µεγίστη αύξηση

του συντελεστή απωλειών ∆εφδ ανά 0.2UN, αξιολογείται ως µέτρο της

περιεκτικότητος της µονώσεως σε θύλακες αέρα.

Για όλες τις µεγάλες ηλεκτρικές µηχανές στην ∆ΕΗ, κινητήρες και γεννήτριες,

σχηµατίζεται αρχείο παρακολούθησεως της πορείας µεταβολής της εφδ συναρτήσει

του χρόνου. Σε κάθε µεγάλη συντήρηση του εξοπλισµού διεξάγωνται µετρήσεις εφδ,

τα αρχεία δε των µετρήσεων αυτών τηρούνται και ελεγχονται όσο αφορά στον ρυθµό

µεταβολής των βασικών κριτηρίων. Στις γεννήτριες και σε µεγάλους κινητήρες οι

οποίοι υπέσθησαν βλάβη και τους έγινε πλήρης ή µερική αναπεριέλιξη, εφαρµόζεται

πρόγραµµα µέτρησεως των διηλεκτρικών απωλειών στις επί µέρους σπείρες (πρίν

την τοποθέτησή τους στο στάτη) και επιλογή των καταλλήλων. Με τον τρόπο αυτό

απορρίπτονται οι σπείρες υποβαθµισµένης ποιότητος, µε αποτέλεσµα αύξηση της

αξιοπιστίαςτης µηχανής. Μετά το πέρας της αναπεριελίξεως, ελέγχεται η εφδ του

ολοκληρωµένου τυλίγµατος. Σε περιπτώσεις όπου διαπιστώνεται σοβαρή

επιδείνωση της ποιότητος των µονώσεων των ηλεκτρικών µηχανών, ο Τοµέας

Ειδικών Μετρήσεων, συνιστά την συχνότερη και πληρέστερη παρακολούθηση του

φαινοµένου της γηράνσεως.

3. ΕΛΕΓΧΟΣ ΠΥΡΗΝΟΣ Ως γνωστόν ο πυρήνας των ηλεκτρικών µηχανών είναι κατασκευασµένος από

φύλλα µαγνητικου υλικού µεµονωµένα µεταξύ των. Η καταστροφή της µονώσεως

αυτής, µπορεί να οδηγήσει σε τοπικές υπερθερµάνσεις, εξάπλωση του προβλήµατος

ακόµη δε και σε καταστροφή του πυρήνα και της ηλεκτρικής µηχανής.

Η αιτία της χαµηλής µονώσεως µεταξύ των φύλων του πυρήνος, µπορεί να

οφείλεται:

• σε κακή ποιότητα της µόνωσης (αστοχία),

• σε τραυµατισµό της, κατά την διάρκεια συντηρήσεων ή σε ανωµαλια κατά

την λειτουργία.,

• σε υπερβολικές ταλαντώσεις του πυρήνα, π.χ. λόγω µη επαρκούς

συσφίγξεως.

Είναι σαφές ότι µικρές τοπικές ανωµαλίες, οι οποίες δεν έχουν δυνατότητα

εξαπλώσεως, δεν είναι επικίνδυνες.

Υπάρχουν βασικά δύο µέθοδοι γιά τον έλεγχο της κατάστασεως του πυρήνος

κατά την παραλαβή των µηχανών ή τις περιοδικές συντηρήσεις.

Η πρώτη µέθοδος, υψηλής ισχύος, εγκαθιστά στον πυρήνα µαγνητικό πεδίο περίπου

ίσο µε το της λειτουργίας (1-1.4Τ). Αφού αποκατασταθεί θερµική ισσορροπία (1-5h)

ανιχνευονται τα σηµεία ή οι περιοχές οι οποίες υπερθερµάνθησαν (µε χρήση

θερµοστοιχείων ή µε θερµοκάµερα).

Η δεύτερη µέθοδος εγκαθιστά µαγνητική ροή περί το 4% της ονοµαστικής, απαιτεί

δε χαµηλή ισχύ και µε τη βοήθεια κατάλληλου εξοπλισµού ανιχνεύονται τα σηµεία ή

οι περιοχές των σφαλµάτων.

Σαφέστατα η πρώτη µέθοδος, η οποία είναι µιά σχεδόν πλήρης εξοµοίωση της

πραγµατικής κατάστασεως που επικρατεί κατά την λειτουργία την ηλεκτρικής

µηχανής (και µάλλον δυσµενέστερη αφού δεν υπάρχει η ψύξη της κανονικής

λειτουργίας) είναι η πλέον αξιόπιστη. Στην εφαρµογή όµως παρουσιάζονται πολλές

δυσκολίες οι οποίες καθιστούν την µέθοδο αυτή µη επιθυµητή και εφαρµοζόµενη

µόνο σε εξαιρετικές περιπτώσεις.

Οι αιτίες είναι οι εξής:

• Η απαιτουµενη επαγωγική κυρίως ισχύς , είναι πολύ µεγάλη και µπορεί να

ανέλθει γιά µεγάλες ηλεκτρικές µηχανές σε 1-3MVA.

• η απαιτούµενη τάση γιά την αναπτυξη του επιθυµητού µαγνητικού πεδίου

είναι σχετικά υψηλή (3-6 kV), ως εκ τούτου τα απαιτούµενα κυκλώµατα

τροφοδοτήσεως τάσεως πρέπει να είναι αρκετά ισχυρά, πολύ

περισσότερο γιατί στην πράξη δεν υπάρχει δυνατότητα συνεχούς

ρυθµίσεως της τάσεως,

• οι καλωδιώσεις παροχής πρέπει να είναι από ειδικά καλώδια, υψηλής

τάσεως εύκαµπτο και χωρίς µανδύα. Η όλη περιέλιξη τοποθετείται σε

ξύλινο ικρίωµα, λαµβάνεται δε µέριµνα γιά επαρκή στήριξη, ώστε να

ανταπεξέλθει στις µηχανικές δυνάµεις των µεταβατικών φαινοµένων.

Ολα τα ανωτέρω είναι χρονοβόρα και µεγάλου κόστους. Το κυριώτερο είναι οτι

υφίσταται πάντα κάποιος κίνδυνος σφάλµατος, µε πιθανότητα να επελθουν

καταστροφές στον εξοπλισµό αλλά και ατυχήµατα στο προσωπικό.

Η δοκιµή µε χαµηλή µαγνητική ροή δεν εµφανίζει τους κινδύνους και τις

δυσκολίες που αναφέρθηκαν προηγουµένως, ενώ έχει υψηλή αξιοπιστία και σε

µερικές περιπτώσεις σφαλµάτων µεγαλλίτερη αποτελεσµατικότητα σε σχέση µε την

µέθοδο της υψηλής ισχύος.

Ενδεικτικά γιά την µέτρηση µιας µεγάλης γεννήτριας απαιτούνται δύο τεχνίτες

και ένας µηχανικός γιά µία ηµέρα, ενώ γιά την µέτρηση µε υψηλή ισχύ απαιτείται

χρόνος περίπου πέντε έως έξι ηµερών µε απασχόληση περίπου πέντε τεχνιτών.

Αρχή λειτουργίας:

Ως γνωστό σε κάθε κλειστό βρόχο το ολοκλήρωµα του µαγνητικού πεδίου είναι ίσο

µε το περικλειόµενο ρεύµα

ÛΗ dl = I (3.1) Eάν το ρεύµα ρέει κατά µήκος της επιφανείας του σιδήρου όπως στο σχ.3.1, η

εξίσωση µπορεί να γραφεί:

ÛΗ dl = Ûair Η dl + Ûiron Η dl = I (3.2)

εφ’ όσον η διαπερατότητα του σιδήρου είναι πολύ µεγαλύτερη της του αέρα, το

µαγνητικό πεδίο Η στο σίδηρο είναι πολύ µικρώτερο του αέρα και έτσι:

Ûair Η dl º I (3.3)

Γιά εναλλασσόµενο µαγνητικό πεδίο το γραµµικό ολοκλήρωµα µπορεί να µετρηθεί

µε ένα πηνίο όπως στο σχ.3.2, η αναπτυσσόµενη τάση στο οποίο είναι :

V = µ0 w n A I (3.4)

Όπου:

µ0 = η διαπερατότητα του αέρα, w =η συχνότης του ρεύµατος, n = ο αριθµός των

σπειρών ανά µέτρο του τυλίγµατος του πηνίου & A = η διατοµή του πηνίου.

Το ρεύµα διεγέρσεως µπορεί να γραφεί ως:

Iw = ◊2Iw sinωt (3.5)

Ενώ η επαγώµενη τάση στα άκρα του πηνίου είναι :

Vw = ◊2 Vw sinωt (3.6)

όπου Vw = Iw w L και L = η αυτεπαγωγή µιάς απλής σπείρας κατά µήκος του πυρήνα

& w =ο αριθµός των σπειρων.

Η αναπτυσσόµενη επαγωγικά τάση κατά µήκος της βεβλαµµένης περιοχης είναι:

vF = (IF/IC)Vw (3.7)

όπου IF & IC τα µήκη του βεβλαµµένου τµήµατος του πυρήνος και το ολικό µήκος

αντίστοιχα. Εάν IF το ρεύµα από το βεβλαµµένο τµήµα τότε IF = ◊2 IF cos(ωt + ε) και

λύνοντας ως προς IF και ε εχουµε:

IF = ◊2 (If/Ic) Vw (RF cos ωt + w LF sinωt)/( RF2 + w2 LF

2) (3.8)

όπου RF και LF η αντίσταση και η αυτεπαγωγή του βεβλαµµένου τµήµατος

αντίστοιχα. Επειδη το βεβλαµµένο τµήµα δηµιουργεί επιπρόσθετο µη εφαπτοµενικό

πεδίο εντος του πυρήνος η αυτεπαγωγή ανά µονάδα µήκους LF/lF είναι πολύ

µεγαλύτερη από το Lc/lc του πηνίου διεργέρσεως του οποίου η ροη είναι πρακτικά

εφαπτοµενική. Η προηγούµενη εξίσωση δειχνει ότι εάν το ρεύµα του σφάλµατος

είναι µικρό (π.χ. RF>>w LF) τότε το διάνυσµα του είναι σχεδόν κάθετο µε αυτό της I w

και εποµένως µπορεί να µετρηθεί µε ένα µετρητή ευαίσθητο στην φάση.

Γιά το σκοπό αυτό απαιτείται ένα σήµα αναφοράς από ένα µεγάλο πηνίο το

οποίο να επιτηρεί µέσα από το ανοιγµα του πυρήνα τη φάση του ρεύµατος

διεγέρσεως. Εφόσον ο ευαίσθητος στην φάση λήπτης έχει καλή διακριτική ικανότητα

(καλλίτερη του 99%), η τάση εξόδου του λήπτη ελέγχου λόγω του τυλίγµατος

αναφοράς περιορίζεται σηµαντικά.

Εφαρµοζόµενα στην ∆ΕΗ – εµπειρία

Γιά όλες τις µεγάλες ηλεκτρικές µηχανές στην ∆ΕΗ σχηµατίζεται αρχείο

παρακολουθήσεως της εξόδου της συσκευής γιά όλο τον στάτη. Το αρχείο αυτό

τηρείται και γίνεται προσπάθεια να παρακολουθηθεί η εξέλιξη των

µικροπροβληµάτων τα οποία καταγράφησαν. Μετρήσεις διεξάγονται σε κάθε µεγάλη

συντήρηση των γεννητριών. Επίσης µετρήσεις γίνονται και σε µεγάλους κινητήρες,

κυρίως όταν υπάρχει υπόνοια σφάλµατος. Στις περιπτώσεις που αναγνωρίζονται

σφάλµατα αντιστοιχούντα σε ρεύµα σφάλµατος άνω του ορίου, τότε γίνεται

προσπάθεια απαλειφής των, είτε µε αποµάκρυνση των φύλων και εισαγωγής

µονωτικού βερνικιού είτε µε απόξεση του βεβλαµένου τµήµατος.

4. ΒΗΜΑΤΙΚΗ ∆ΟΚΙΜΗ ΥΨΗΛΗΣ ΤΑΣΕΩΣ Σ.Ρ.

Η χρήση υψηλής τάσεως Σ.Ρ. (Υ.Τ.Σ.Ρ.) για τον έλεγχο των µονώσεων

ηλεκτρικών µηχανών χρονολογείται απο τις αρχές του αιώνα. Η ανάπτυξη του

πρώτου οργάνου µετρήσεως της στάθµης µονώσεως, Megger, το 1904 απετέλεσε

ένα σηµαντικό γεγονός στην τεχνολογία ελέγχου των ηλ. µηχανών, το όργανο αυτό

δε είναι ακόµη και σήµερα ο απαραίτητος βοηθός του ηλεκτρολόγου.

Στην πορεία του χρόνου παράλληλα µε την αύξηση των ονοµαστικών τάσεων

λειτουργίας των µηχανών προέκυψε η αναγκαιότητα πληρέστερου ελέγχου της

ποιότητος των µονώσεων. Για τον σκοπό αυτό ανεπτύχθη η βηµατική δοκιµή

υψηλής τάσεως, µε σκοπό να παράσχει πληροφορίες όχι µόνον για την στάθµη

µονώσεως και την ξηρότητά των τυλιγµάτων, αλλά και για την γενική ποιότητα του

µονωτικού και την εξέλιξη της γηράνσεώς του.

Κατά την δοκιµή Υ.Τ.Σ.Ρ. στο δοκίµιο εµφανίζονται τρείς συνιστώσες

ηλεκτρικού ρεύµατος:

• το ρεύµα φορτίσεως της χωρητικότητος,

• το ρεύµα απορροφήσεως,

• το ρεύµα αγωγιµότητος.

Το ρεύµα φορτίσεως της χωρητικότητος σχετίζεται µε το γεγονός ότι το δοκίµιο

συµπεριφέρεται ως ένας πυκνωτής ως προς γή, εµφανίζει δε εκθετική συµπεριφορά

:

iC = E/R e -t/RC (4.1) όπου Ε είναι η τάση ακροδεκτών της πηγής, R είναι η εσωτερική αντίσταση περιλαµβάνουσα και κάθε αντίσταση σειράς που τυχόν παρεµβάλλεται στο κύκλωµα, C είναι η χωρητικότητα του δοκιµίου. Το ρεύµα φορτίσεως λαµβάνει αρχική τιµή που περιορίζεται µόνον απο την αντίσταση R, σε χρόνο δε ίσο µε RC µειώνεται στο 0.368 της αρχικής τιµής του. Το ρεύµα απορροφήσεως προέρχεται απο την απορρόφηση στο εσωτερικό

του µη τέλειου µονωτικού, εξαφανίζεται δε µε την πάροδο του χρόνου. Το

παρατηρούµενο ρεύµα λόγω τέτοιων πολώσεων αντιπροσωπεύει µια ποσότητα

αναστρέψιµης ενέργειας η οποία µπορεί να απελευθερωθεί µετά την αποµάκρυνση

της τάσεως. Ετσι εξηγείται η εµφάνιση τάσεως σε δοκίµιο δοκιµαζόµενο σε Υ.Τ.Σ.Ρ.

µετα την αποµάκρυνση της τάσεως δοκιµής. Το ρεύµα απορροφήσεως ακολουθεί

τον παρακάτω νόµο αντιστρόφου χρόνου :

ia = ∆V C D t-n (4.2)

όπου

∆V είναι το βήµα της τάσεως δοκιµής,

C η χωρητικότητα του δοκιµίου,

D σταθερά αναλογίας,

n σταθερά.

Η σταθερά D εξαρτάται απο το είδος της µονώσεως, την κατάστασή της όπως και

απο την θερµοκρασία, ενώ ο εκθέτης n λαµβάνει τιµές µεταξύ το 0 και του 1,

προσδιορίζει δε τον ρυθµό απορροφήσεως του διηλεκτρικού και των ατελειών του

για τον συγκεκριµµένο µηχανισµό πολώσεως. Για τον υπολογισµό της συνιστώσας

του ρεύµατος απορροφήσεως υπάρχουν διάφορες µέθοδοι. Εάν το ρεύµα διαρροής

είναι αµελητέο µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε άµεσα την εξίσωση (3.2), σε

αντίθετη δε περίπτωση µια καλή προσέγγιση παρέχεται απο την παρακάτω σχέση :

ia = (i1 i10 – i3.162)/(i1 +i10 - 2i3.16) (4.3)

όπου οι εντάσεις στο δεξιό µέλος της εξισώσεως µετρώνται σε χρονικές στιγµές που

δίδονται απο τους υποδείκτες.

Το ρεύµα διαρροής αποτελεί την πλέον σηµαντική συνιστώσα του

µετρούµενου κατα την δοκιµή ρεύµατος, διότι δίδει πληροφορίες σχετικά µε την

κατάσταση της µονώσεως. Το ρεύµα αυτό οδεύει αφ'ενός µεν δια των επιφανειών

του µονωτικού (π.χ. των µονωτήρων), αφ'ετέρου δε µέσω της µάζας του. Θεωρητικά

το ρεύµα διαρροής παραµένει σταθερό ανεξαρτήτως του χρόνου σύµφωνα µε την

σχέση :

ic = E/Rs

όπου Rs είναι η στάθµη µονώσεως του δοκιµίου.

Κατά την βηµατική δοκιµή Υ.Τ.Σ.Ρ. το ρεύµα διαρροής πρέπει να παραµένει σταθερό

σε κάθε βήµα τάσεως, µεταβαλλόµενο γραµµικά µεταξύ των διαφορετικών βηµάτων.

Η βηµατική δοκιµή Υ.Τ.Σ.Ρ., σχ.4.1, υιοθετείται σήµερα σε µεγάλη έκταση για

τον έλεγχο της καταστάσεως των µονώσεων µεγάλων γεννητριών, τόσον και-

νούργιων όσο και παλαιών. Οµως θα πρέπει να σηµειωθεί ότι απαιτεί την χρήση

ακριβού εξοπλισµού η δε εξαγωγή των αποτελεσµάτων της καθώς και η εκτίµησή

τους προυποθέτει εξειδικευµένο προσωπικό.

Ιδιαίτερα για γεννήτριες µε άµεση ψύξη µε νερό απαιτείται:

το τύλιγµα να είναι πλήρως εκκενωµένο και ξηρό,

να ληφθούν όλα τα µέτρα που θα εξασφαλίζουν ελαχιστοποίηση του

ρεύµατος διαρροής δια των επιφανειών του µονωτικού ή δια του αέρα.

Πέραν τούτων η άνοδος της τάσεως θα πρέπει να λαµβάνει χώραν σε επακριβώς

ορισµένα χρονικά διαστήµατα, η ρύθµιση της τάσεως να είναι ακριβέστατη (0.5 V

στα 60 kVDC), η δε µέτρηση του ολικού ρεύµατος να γίνεται µε ακρίβεια κλάσµατος

του nA.

Τα κυριώτερα κριτήρια που χρησιµοποιούνται για την εκτίµηση των

αποτελεσµάτων της δοκιµής αναφέρονται:

στην τιµή του ρεύµατος διαρροής ανηγµένης στην χωρητικότητα του

δοκιµίου και την εφαρµοζόµενη τάση,

στην απόκλιση του ρεύµατος διαρροής σε διάφορα επίπεδα της

εφαρµοζόµενης τάσεως απο τον νόµο του OHM,

στην διαφοροποίηση του εκθέτη απορροφήσεως n.

Για τα παραπάνω κριτήρια υπάρχουν οριακές τιµές για διάφορους τύπους

µονώσεων που δίδουν πληροφορίες για την λειτουργικότητα των τυλιγµάτων.

Ιδιαίτερα χρήσιµο είναι να υπάρχουν ιστορικά στοιχεία απο παλαιώτερες µετρήσεις

για κάθε συγκεκριµένη µηχανή. 5. ΕΛΕΓΧΟΣ ΧΑΛΑΡΟΤΗΤΑΣ ΣΦΗΝΩΝ ΣΤΑΤΗ

Γιά τον έλεγχο της χαλαρότητας των σφηνών εφαρµόζονται δύο κυρίως

µέθοδοι και οι δύο βασίζονται στην απόκριση της σφήνας σε κάποια κρούση. Στην

πρώτη µέθοδο ελέγχουµε την απόκριση µε το αυτί, και ως εκ τούτου έχει έτονο

υποκειµενικό χαρακτήρα και είναι αδύνατο να έχουµε αποτυπωµένη εικόνα της

καταστάσεως των σφηνών, χρήσιµη γιά παραπάνω µελέτη και κατάλληλη γιά την

τήρηση κάποιου αρχείου.

Στην δεύτερη περίπτωση η κρούση η οποία δίδεται είναι µιά τυποποιηµένη και

σταθερή, η δε απόκριση λαµβάνεται από κατάλληλο σύστηµα και µπορεί να µετρηθεί

και καταγραφεί κατάλληλα γιά περαιτέρω επεξεργασία.

Ο Τοµέας Ειδικών Μετρήσεων εφαρµόζει γιά τον έλεγχο της χαλαρότητας των

σφηνών την δεύτερη µέθοδο. ∆ιατίθεται ένα συγκρότηµα το οποίο δίδει µιά

τυποποιηµένη κρούση γιά κάθε σφήνα, γιά περισσότερη ακρίβεια και απαλειφή

τυχαίων σφαλµάτων δίδονται πέντε κρούσεις και λαµβάνεται η η απόκριση, η µέση

τιµή το µέγιστο και το ελάχιστο, αποθηκεύονται σε µνήµη η οποία είναι

ενσωµατωµένη στην συσκευή. Το αρχείο υπό µορφή “.csv” µεταφέρεται µέσω RS

232 σε Η/Υ και µε την βοήθεια προγράµµατος που ανεπτύχθη απο τον Τοµέα µας σε

περιβάλλον EXCEL & VBA σχηµατίζεται το ανάπτυγµα του πυρήνα, στο οποίο

φαίνονται µε διαφορετικά χρώµατα οι σφήνες µε τέλεια σύσφιγξη, µε καλή, ελαφρά

χαλαρή και πολύ χαλαρή. 6. ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ

Η υιοθέτηση των κατάλληλων µετρήσεων & ελέγχων µπορεί να δώσει

χρήσιµες πληροφορίες αναφορικά µε τις απαιτούµενες εργασίες επισκευής και

συντηρήσεως µεγάλων γεννητριών. Η µέτρηση της εφδ καθώς και η βηµατική δοκιµή

ΥΤΣΡ είναι οι κατ’ εξοχήν µετρήσεις που µας πληροφορούν γιά την κατάσταση των

µονωτικών όπως και γιά την γήρανσή τους. Η νέα µέθοδος ανιχνεύσεως

θερµοκηλίδων µε χαµηλή ροή αποτελεί µιά πρακτική εναλλακτική λύση έναντι της

συµβατικής δοκιµής υψηλής ισχύος παρέχουσα µεγαλύτερη ασφάλεια και ευκολία.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1] Curdts, E.B.: "Insulation Testing by DC Methods", Electrical Insulation

Conference - Materials and Applications, 1962.

[2] G.E.C Alsthom, "Enroulement Stator - Mesure des Courantes de Fuite en HTC",

IBF R27311 B, 1992.

σχ. 2.1

σχ. 2.2

σχ.2.3 ∆ιάγραµµα γεφύρας schering

σχ.3.1

σχ.3.2

σχ.3.3

σχ.3.4

σχ.3.5

σχ.4.1