Как непрерывное тестирование сопротивления изоляции повышает надежность двигателей и производительность

Десятилетиями персонал заводов выполнял тесты сопротивления изоляции с портативными мегаомметрами для предотвращения отказов двигателей, ведущих к дорогостоящим внеплановым остановкам, штрафам за невыполнение производства и ремонту перемотки. Однако эти тесты дают только «снимок» здоровья двигателя. В течение нескольких дней обмотки и кабели двигателей, подверженные воздействию влаги, химикатов, загрязнений или вибрации, могут быть повреждены и выйти из строя при пуске.

Портативные мегаомметры также требуют от электротехников вручную отключать кабели оборудования и подключать тестовые выводы к потенциально заряженному или поврежденному оборудованию для выполнения ручного тестирования. Эти тесты подвергают техников потенциальным дуговым разрядам при доступе к шкафу. В США нефатальные инциденты дуговой разрядки происходят примерно 5-10 раз в день, со смертельными исходами примерно раз в день.

С таким количеством рисков, менеджеры заводов признают ценность непрерывного мониторинга мегаоммов сопротивления изоляции, который начинается в момент остановки двигателя до его перезапуска.

Вооруженные этой информацией в реальном времени, персонал технического обслуживания может заранее принять корректирующие меры, чтобы избежать отказа, прерывающего производство. Таким образом, они могут сэкономить энергокомпаниям сотни тысяч долларов в сборах за дорогостоящую перемотку, штрафы за невыполнение производства и потерянное производственное время.

Кроме того, постоянно установленные автоматические тестовые устройства позволяют «беспальцевый» мониторинг без необходимости доступа к шкафам — держа техников в стороне от опасности.

Защита двигателей на энергообъектах

Независимо от отрасли, производственные и перерабатывающие заводы сильно зависят от двигателей, хотя их количество и тип варьируются в зависимости от размера завода и типа топлива. Некоторые заводы могут иметь 20-30 критических двигателей, в среднем 5-10.

Критические двигатели — те, чей неожиданный отказ может существенно ухудшить способность безопасно достигать бизнес-целей или влиять на уровни производства. Примеры включают двигатели 480-13 800 В, используемые для привода компрессоров, насосов и вентиляторов.

Большинство энергокомпаний поддерживают эти двигатели через плановые программы профилактического обслуживания (ПО) на основе времени. Тесты сопротивления изоляции обычно планируются раз в полгода. Однако, учитывая сокращение персонала на большинстве заводов, это может быть еще реже. На основе этих тестов двигатели могут быть запланированы для отправки в ремонтные мастерские для регенерации.

Обычно тесты сопротивления изоляции также проводятся в начале ежегодных капитальных ремонтов или плановых остановок для выявления двигателей, которые также могут потребовать ремонта. Тем не менее, несмотря на программы ПО, двигатели, которые находятся в остановке или часто циклируют, могут быть быстро скомпрометированы. «У нас было достаточно доля отказов двигателей, и это стоило довольно дорого», — говорит Ричард Хольман, ушедший на пенсию после 37 лет работы на электростанциях.

«Иногда отказы могут быть действительно дорогими», — говорит он. «На том конкретном заводе у нас было пару двухскоростных двигателей переменного тока Westinghouse PAM, и перемотка одного из них обошлась бы в шестизначную сумму».

С точки зрения ОИР (Операции и Обслуживание), «если мы можем выявить слабый двигатель и избежать риска попытки его запуска и отказа, это большая экономия», — добавил он.

Чтобы избежать отказов двигателей, Хольман требовал, чтобы все критические двигатели на заводе мощностью 1500 МВт в(Long Island Sound), остановленные на 24 часа или более, вручную тестировались мегаомметром перед перезапуском. «Это само по себе стало расходом, потому что тесты часто проводятся в разные часы дня, по сверхурочным ставкам», — говорит Хольман. «Но, делая это, мы избежали ряд отказов двигателей».

Хольман сказал, что член его команды обнаружил Meg-Alert — устройство непрерывного тестирования и мониторинга, производимое Meg-Alert (Минокуа, Висконсин). Завод установил его изначально на четыре циркуляционных насоса и несколько индукционных вентиляторов. Позже устройства также добавили на несколько принудительных вентиляторов и другие критические двигатели по всему заводу.

Блок Meg-Alert устанавливается постоянно внутри высоковольтного отсека МРУ или распределительного устройства и напрямую подключается к обмоткам двигателя или генератора. Блок чувствует, когда двигатель или генератор отключен, и затем выполняет непрерывный диэлектрический тест изоляции обмотки до повторного запуска оборудования.

Блок функционирует путем подачи неразрушающего, токоограниченного постоянного тестового напряжения на фазные обмотки и затем безопасно измеряет любой утеточный ток через изоляцию обратно к земле. Система использует уровни постоянного напряжения 500, 1000, 2500 или 5000 В, соответствующие стандартам IEEE, ABS, ANSI/NETA и ASTM International для правильного тестового напряжения сопротивления изоляции на основе рабочего напряжения оборудования.

Тест не вызывает никакого ухудшения изоляции и включает технологию ограничения тока, защищающую персонал.

«С непрерывным мониторингом команда ОИР в любой момент осведомлена о готовности двигателя к дежурству», — говорит Хольман. «Каждый раз, когда двигатель выключается — будь то на секунды, день или на 10 дней остановки — двигатель тестируется. И если он падает ниже безопасного уровня, он немедленно тревожит и может заблокировать двигатель даже от запуска».

Это стоит в резком контрасте со снимком, сделанным мегаомметром в начале остановки. Двигатель может быстро набрать значительную влагу из-за влажности и загрязнения.

«Электрический двигатель может впитать достаточно влаги всего за несколько часов в южных регионах страны, чтобы вызвать повреждение при пуске», — говорит Рики Луп, менеджер по электрике и приборам на большом заводе, производящем порошковую форму поливинилхлорида (ПВХ) а также первичный компонент-ингредиент, винилхлорид. «Здесь на Юге много дождливых дней с высокой влажностью, и влага и электричество не смешиваются.

«Когда двигатель полон влаги и запускается, обмотки уйдут на землю и повредят двигатель», — продолжает Луп. «Так что теперь у вас критический двигатель с поврежденными обмотками, который будет стоить значительную сумму на ремонт».

Будучи инженером в то время, он и его команда провели анализ для определения коренной причины проблемы и как ее предотвратить. Узнав больше о Meg-Alert, он приобрел один как пробу. Луп сказал, что он был установлен на двигателе 4160 В, 1200 л.с., корпуса WP, используемом для привода компрессора на чиллере.

Основываясь на производственных требованиях, некоторые чиллеры выключались и использовались только при необходимости. Это означало, что двигатели на некоторых блоках могли простаивать. Перед повторным запуском чиллера двигатели должны были тестироваться портативными мегаомметрами. «Часто эта работа была после часов, из-за операционных требований и необходимости запустить их как можно быстрее», — объясняет Луп. «Нам приходилось вызывать техников в выходные — часто по сверхурочным ставкам — просто чтобы протестировать двигатели, чтобы они могли запуститься».

Луп сказал, что с блоками Meg-Alert эта информация теперь доступна в реальном времени. Еще больше он убедился после того, как устройство, подключенное к пускателю, не позволило двигателю включиться из-за низких показаний мегаоммового сопротивления после дождливого дня. «Meg-Alert не позволил двигателю запуститься, потому что в двигателе было слишком много влаги», — объясняет Луп. «То, прямо там, окупило блок непрерывного мониторинга в десять раз».

Сегодня на заводе Meg-Alert установлены на всех десяти двигателях чиллеров, а также на четырех 900-л.с. насосах охлаждающих башен в другой зоне завода.

Мониторинг «без рук»

Система непрерывного мониторинга также позволяет подход «без рук», не требующий от сервисных техников доступа к шкафам управления для выполнения ручного теста сопротивления изоляции. Вместо этого аналоговый прибор снаружи на двери шкафа управления показывает показания сопротивления изоляции в мегаоммах в реальном времени. Прибор также указывает хорошие, удовлетворительные и плохие уровни изоляции через простую цветовую схему «зеленый, желтый, красный».

Когда достигнуты заранее определенные уставки сопротивления изоляции, индикаторные лампы загораются для сигнализации аварийного состояния, и автоматические уведомления могут быть отправлены в мониторинговую сеть. Непрерывный мониторинг также может показывать, работают ли нагреватели, используемые для поддержания тепловых температур или предотвращения конденсации, правильно.

Большинство двигателей используют нагреватели для поддержания температуры внутри двигателя, чтобы она не менялась резко от рабочей температуры или температуры окружающей среды снаружи блока. Если она падает ниже точки росы, двигатель начнет собирать конденсат в отключенном состоянии.

Однако, если эти нагреватели не работают правильно или автоматический выключатель срабатывает, персонал технического обслуживания может не знать об этом до отказа двигателя при пуске. Хотя эти нагреватели двигателей проверяются регулярно, это может оставлять критические двигатели и генераторы незащищенными на недели или даже месяцы.

Предотвращение дуговых разрядов

Возможно, более важно, Луп говорит, что подход «без рук» снижает воздействие сотрудников на потенциальный вред от дуговых разрядов. «С устройствами непрерывного мониторинга сопротивления изоляции вы устраняете потенциальный вред дуговых разрядов, не заставляя техника открывать шкафы для мегаоммового тестирования вообще», — говорит Луп.

Дуговые разряды — это нежелательный электрический разряд, проходящий через воздух между проводниками или от проводника к земле. Вспышка мгновенна и может производить температуры в четыре раза выше температуры поверхности солнца. Интенсивное тепло также вызывает внезапное расширение воздуха, что приводит к волне взрыва, способной бросить рабочих через комнаты и сбить их с лестниц. Травмы от дуговой разрядки включают ожоги третьей степени, слепоту, потерю слуха, повреждение нервов, остановку сердца и даже смерть.

Среди потенциальных причин дуговой разрядки, перечисленных NFPA 70E, включается «неправильное использование тестового оборудования». Хотя де-энергизация оборудования перед тестированием и ношение соответствующих СИЗ рекомендуется, лучшее решение — устранить необходимость доступа к шкафам управления вообще для выполнения тестов сопротивления изоляции.

Помимо риска дуговых разрядов, Луп был свидетелем другого потенциального риска из первых рук, который может произойти, если двигатель замыкается в нескольких футах от сотрудника. На заводе персонал находится только в пяти футах от двигателя при запуске чиллера. Если двигатель замыкается, он может издать громкий шум и выбросить массу искр.

«С непрерывным мониторингом сопротивления изоляции у вас нет сотрудника в зоне риска, если двигатель отказывает при пуске», — говорит Луп. «Устройство предотвращает и эту проблему безопасности».

Для получения дополнительной информации посетите www.megalert.com или звоните 800-778-5689.