ژانویه
دستورالعمل عیب یابی ژنراتورهای استمفورد – قسمت 2
عیب یابی ژنراتورهای استمفورد 2
بخش 2
اصطلاحات الکتریکی و مقاومتها
ولتاژ و جریان (آمپر)
یک ژنراتور AC به منظور تولید سطوح ولتاژ مناسب بار متصل به آن، طراحی‌میشود. مدارهای کنترل ژنراتور به منظور حفظ این سطح ولتاژ با افزایش یا کاهش بار طراحی شده‌اند.
تغییرات ناگهانی بزرگ در بار منجر به تغییرات موقت در ولتاژ میشود. رگولاتور ولتاژ خودکار (AVR) به منظور بازگرداندن ژنراتور به حال پایدار در کوتاهترین زمان ممکن طراحی شدهاست. جریان کشیده شده از ژنراتور AC به وسیله بار متصل به آن مشخص میگردد. جریان منجر به افزایش دما در سیمپیچیها میشود و از این رو نیاز به کشش هوا به درون ژنراتور AC توسط فن‌های خنک‌کننده به وجود میآید. افزایش مقدار بار از مقدار بار نامی در هر یک از سیم‌پیچی‌های استاتور اصلی، منجر به افزایش بیش از حد مجاز دما در این سیم‌پیچ خواهد‌شد. به طور مشابه، هر نوع محدود شدن جریان هوا در دستگاه منجر به افزایش سریع در دمای سیم‌پیچ‌ها خواهد‌شد.
فرکانس (Hz) و سرعت (RPM)
ژنراتور AC یک دستگاه با سرعت دائم‌است و نباید در سرعتهای بالاتر از 4 درصد و پایینتر از 1 درصد سرعت نامی کار کند.
تغیرات بار منجر به تغییرات موقت در سرعت میشود اما موتور باید توانایی بازگشت به حالت پایدار را در عرض چند ثانیه داشته‌باشد.
نیازهای سرعت شفت برای ژنراتور AC به وسیله پارامترهای زیر تعیین میگردد:
- نیازهای فرکانسی (Hz) بار
- تعداد قطب ها (روتورهای اصلی) در فرکانس ژنراتور (Hz) برابر است با:
یک فرمول ساده به منظور محاسبه سرعت از فرکانس یا بالعکس داریم.
- 1- ماشین 4 قطبی 1 سیکل (Hz) = 30 دور بر دقیقه
- 2- ماشین 6 قطبی 1 سیکل (Hz) = 20 دور بر دقیقه
- 3- ماشین 2 قطبی 1 سیکل (Hz) = 60 دور بر دقیقه
کیلووات (kW) کیلو ولت آمپر (kVA) و ضرایب توان (pf)
به منظور اینکه یک ژنراتور AC باری معادل 1 کیلووات را تغذیه کند، محرک اصلی (موتور) پیشرانه آلترناتور باید حدود 1.5 اسب بخار تولید نماید.
کیلووات از فرمول زیر محاسبه‌می‌شود:
کیلوولت آمپر از فرمول زیر بدست میآید:
در دستگاه سه فاز هر دو این معادلات در √3 (1.732) ضرب‌می‌شوند.
ضریب توان
ضریب توان (pf) اندازه جریان تلف شدهاست که محصول بارهای القایی مانند موتورها، ترانسفورماتورها، مدارهای مغناطیسی و برخی انواع روشنایی میباشد.
فرمول محاسبه ضریب توان به صورت زیر‌است:
ضریب توان واحد
بارهای اهمی خالص مانند گرم کننده‌ها و روشنایی رشته‌ای تنگستن دارای ضریب توانی 1 (pf1) و بار (القایی) ناچیز بی وات هستند که ضریب توانی صفر (pf0) دارد. یک ژنراتور AC دائما جریان نامی کامل را در ضریب توان بین pf1 (ضریب توان واحد) و 0.8 را تحویل میدهد.
هرچند محرک اولیه (موتور) به طور اساسی تحت تاثیر ضریب توانی قرار‌می‌گیرد. در pf1 ، کیلو ولت آمپر و کیلووات با هم برابر هستند. از اینرو، موتور 20% کیلووات بیشتر در pf1 نسبت به pf0.8 تحویل می دهد.
این مسئله مهم است، از اینرو هنگامی که 75 تا 100 درصد جریان بار ژنراتور با ضریب توان بالاتر از 0.8 اعمال میگردد، این مسئله باید مورد توجه قرار گیرد.
البته در کنترلر‌ها می توان اضافه بار را بر اساس توان اکتیو تعریف کرد و در صورت افزایش بار از این حد کنترل اخطار می دهد و دستگاه را از مدار خارج میکند
ضرایب توان پس فاز
ژنراتور به منظور تحویل جریان بار کامل در هر ضریب توان بین واحد و 0.8 پس فاز طراحی شدهاست. برخی بارهای مشخص مانند ترانسفورماتورهای جوش، اتوترانسفورماتورها، استارتهای موتور و احتراق تخلیه گاز، ضریب توانی پایین تر از 0.8 پس فاز دارند. به منظور ضریب توان پایین تر از 0.8 پس فاز دائم، نیاز به کاهش در بار کامل نامی (kVA) میباشد.
ضرایب توان پیش فاز
بارهای خازنی مانند برخی روشنایی فلوئورسنت و بانکهای خازنی اصلاح ضریب توان، جریان ضریب توان پیش فاز تولید میکنند. بانکهای خازنی توسط شرکتهای برق به منظور افزایش ضریب توان پس فاز مشتری، درخواست میشود. سایز بانک خازنی در واحد kVAr (راکتیو) محاسبه میگردد.
یک بار خازنی خالص میتواند منجر به از دست دادن کنترل سیستم کنترل ژنراتور و AVR شده و باعث ناپایداری ولتاژ و احتمال ولتاژ بالا از ژنراتور گردد.
دلیل این مسئله این‌است که برخلاف اغلب بارها که pf1 (واحد) یا pf پس فاز هستند، یک جریان بار pf پیش فاز، منجر به کاهش ولتاژ تحریک ژنراتور با افزایش جریان بار‌میشود.
نهایتا سیستم کنترل نمیتواند سطح تحریک ژنراتور را کنترل کند و ناپایداری ولتاژ اتفاق میافتد.
درجه ناپایداری توسط سایز خازن ها به نسبت سایز kVA آلترناتور، تعیین میگردد.
بار خازنی ممکن‌است در ژنراتورهای استندبای (آماده به کار) باعث مشکل.
گردد. هنگامی که تغذیه برق شبکه از کار میافتد، تمامی بار موتورهای القایی توسط کنتاکتورهای تکی جدا میشوند. در نتیجه زمانی که ژنراتور به سیستم متصل است، بار به طور عمده شامل روشنایی و احتمالا خازنهای اصلاح ضریب توان خواهد بود. در این حالت، ژنراتور AC یک ضریب توان (پیش فاز) بسیار پایین خواهد داشت و احتمال ناپدار شدن یا تولید ولتاژ بالا وجود دارد.
به منظور پیشگیری از این وضعیت، توصیه میگردد که از خاموش شدن خازنهای اصلاح ضریب توان در هنگام گرفتن بار اولیه ژنراتور مطمئن شوید.
توصیه های بعدی در این مورد در صورت نیاز از تکنولوژیهای ژنراتور کامینز قابل دسترس‌است.
مقاومتها-اندازه گیری مقادیر مولفه ها
در هنگام عیب یابی، اندازه گیری مقادیر مقاومت مولفه‌ها و سیمپیچیها و مقایسه آنها با مقادیر نرمال به منظور یافتن یک سیم پیچی خطا دار امری ضروری‌است. مقاومت های نرمال سیمپیچیها در چارتهای مقاومت سیم پیچ در کتابچه‌های راهنمای نصب و نگهداری ژنراتور ها و بخش سرویس و نگهداری آورده شدهاست.
مقادیر مقاومت بالای ده اهم را میتوان توسط مولتیمتر اندازه گیری کرد. در مورد مقاومت های 0.5 تا 5 اهم، مولتیمتر دارای محدودیت دقت‌است. برای اندازه گیری این رنج مقاومت، روشهای تستی در ادامه خواهد آمد.
مقاومتهای بین 0.5 تا 5 اهم
مقدار مقاومت یک سیم‌پیچ مانند روتور اصلی بدون جاروبک در حدود 0.5 تا 3 اهم‌است. یک مولتیمتر شاید قادر به ارائه مقدار دقیق در این سطوح نباشد. در صورت در دسترس نبودن یک مقاومت سنج ویتستون بریج، جهت دستیابی به یک خوانش دقیق میتوان با از یک منبع تغذیه باتری و یک مولتیمتر به صورت سری در رنج 10 آمپر DC استفاده‌کرد. اکثر مولتیمترها دارای این رنج هستند و یا به صورت جایگزین میتوان از یک آمپرسنج شارژ باتری استفاده‌کرد.
با استفاده از سلولهای باتری 6 ولت نیز میتوان مقاومت سیم پیچ را محاسبه‌کرد:
نتایج حاصله قابل مقایسه با مقادیر صحیح آمده در چارتهای مقاومت هستند و این روش برای تمامی مقاومتهای بالاتر از 0.5 اهم قابل استفاده‌می‌باشد.
برای مقادیر پایین تر از این، جریان موجود در مدار باتری را تخلیه میکند و از این رو این روش غیر کاربردی خواهد‌بود.
مقادیر مقاومت بسیار پایین (زیر 0.5 اهم)
استاتورهای اصلی و روتورهای تحریک شامل این دسته بندی میشوند.
این مقادیر تنها به وسیله یک ابزار مخصوص مانند اندازه گیر تست پل کلوین قابل اندازه گیری هستند. کابلهای تست مجهز به پراب نوک تیز هستند که به سطح اتصال وارد شده و از خوانش دقیق اطمینان حاصل میکنند.
سیم پیچی های استاتور اصلی ژنراتورها را نیز میتوان به وسیله تحریک جداگانه ماشین تست کرد (بخش 3 روش تست A را ببینید). از این رو میتوان به این صورت نیاز به این نوع دستگاه مخصوص را در هنگام عیب یابی از بین برد.
تست دیود
یک دیود شامل دو مقدار مقاومتی مستقیم و معکوس‌است. این مقادیر را میتوان مطابق با شکل زیر به وسیله یک مولتیمتر اندازه گیری نمود. فلش موجود بر روی بدنه دیود نشان‌دهنده سمت مثبت دیود میباشد.
مقاومت مستقیم در شکل A به وسیله اتصال پراب مثبت اندازه گیر به سمت مثبت دیود نمایش داده‌شده‌است.
در شکل B پراب های اندازه گیر برعکس شده اند تا مقاومت معکوس بدست‌آید.
یک ابزار دیجیتال الکترونیکی جریان صحیح الکترون را میخواند؛ از این رو خوانشهای قطب مقاومتی به شارش جریان رایج مانند خوانش مستقیم و معکوس تبدیل میشود. یک مولتیمتر دیجیتالی معمولا دارای قسمت تست نیمه رساناها بر روی سلکتور خود میباشد که در شکل نشان داده‌شده‌است.
در این حالت شارش صحیح الکترون، برای حالت مستقیم یا معکوس (بدون خوانش) نشان داده‌میشود.
در زمان استفاده از یک اندازه گیر آنالوگ، مقاومت مستقیم با توجه به امپدانس داخلی مولتیمتر و نوع دیود، به طور قابل توجهی تغییر میکند.
یک خوانش نرمال معمولا بین 20 تا 100 اهم میباشد.
مقاومت معکوس باید بیشتر باشد و معمولا از 100 کیلو اهم (100.000 اهم) تجاوز میکند.
یک دیود معیوب از هر دو سمت خوانش نشان میدهد (اتصال کوتاه) و یا از هر دو سمت بدون خوانش‌است (مدار باز).
مدار ساده جایگزین تست دیود
یک دیود سالم تنها از یک سمت چراغ را روشن می کند و از سمت دیگر نباید لامپ روشن شود.
یک دیود معیوب لامپ تست را از هر دو سمت مستقیم و معکوس روش میکند (دیود اتصال کوتاه) و یا از هیچ سمتی لامپ روشن نمیشود (حالت مدار باز).
در صورت یافتن بیش از یک یا چند دیود خطا دار، همواره تمامی مجموعه دیودها را تعویض نمایید.
مقاومت عایقی به زمین
ژنراتورهای ولتاژ پایین 100 – 690 VAC
نکته
هنگام انجام تستهای ولتاژ بالا به زمین، توصیه میشود که تمامی دستگاههای الکترونیکی مانند رگولاتور ولتاژ خودکار (AVR) و دیودهای روتور اصلی را یا قطع اتصال و یا ترمینالهای آنها را اتصال کوتاه نمایید.
اتصال کوتاه کردن ترمینالها را میتوان به وسیله قرار دادن یک تکه سیم فیوز انجام داده که بالافاصله پس از انجام تست باید برداشته شوند.
احتیاط: راه اندازی ژنراتور قبل از برداشتن جامپر اتصال کوتاه میتواند منجر به صدمات جدی به ژنراتور گردد.
DANGER! در زمان تست میگر یک ماشین، عدم توانایی حفاظت واحد کنترل ولتاژ و دیودها میتواند منجر به صدمه دائمی به یک یا چندین قطعه الکترونیکی گردد.
مقاومت عایق بین کنداکتورهای مسی و شاسی دستگاه (زمین یا منفی)، به وسیله یک تستر ولتاژ بالا یا میگر انجام میشود که یک پتانسیل DC 500 یا 1000 ولتی در عایق سیم پیچ اعمال مینماید.
ولتاژ بالا منجر به بروز نشتی سیستم عایق خواهد شد. این جریان خوانش خروجی را در تستر عایق (میگر) به دنبال دارد که در مقیاس مگا اهم محاسبه میشود (مقاومت به زمین یا منفی). مقدار نرمال برای سیم پیچی ژنراتور ولتاژ پایین باید بالاتر از 1 مگا اهم به زمین باشد.
ژنراتورهایی با خروجی ولتاژ بین 100 تا 600 ولت باید به صورت فوق تست شوند. اگر سیم پیچی خروجی (استاتور) پایینتر از 1 مگا اهم به زمین مقاومت نشان دهد، سیم پیچی ها باید تمیز، خشک و یا جهت نوسازی، جدا و به کارگاه منتقل شوند.
کنترل مقاومت عایقی به زمین
ژنراتورهای ولتاژ متوسط تا ولتاژ بالا 1 کیلو ولت و بالاتر
ژنراتورهای ولتاژ بالا قادر به ذخیره یک شارژ دی الکتریک (خازنی) در سیم پیچی استاتور اصلی با دنبال کردن یک تست عایق ولتاژ بالا هستند.
از این رو هر نوع تست بر روی استاتور اصلی باید با تخلیه الکتریکی به زمین یا منفی برای حداقل 1 دقیقه همراه شود.
تست عایقی ژنراتور های ولتاژ متوسط و ولتاژ بالا
کارایی یک تست بخصوص در سایت مقصد، کاملا به کاربرد ماشین بستگی دارد. در بسیاری مواقع تنها اندازه گیری مقاومت عایقی و اندیس پولاریزاسیون، مناسب خواهد بود. جزیئات تستی بیشتر مانند تانژانت تلفات، آنالیز اتلاف دی الکتریک و اندازه گیری تخلیه جزئی به منظور تشخیص دقیقتر از بین رفتن مقاومت عایقی انجام میشوند. تستهای دیگر مانند تست استقامت ولتاژ بالا تنها برای کارهای پژوهشی جهت شناسایی بروز شرایط خطا موثر هستند.
تست اندیس پولاریزاسیون (P.I.)
تست P.I. به عنوان راهنمایی برای خشکی، تمیزی و ایمنی سیستم عایقی سیم پیچ استفاده میگردد.
برای اینکار نیاز به یک تستر عایق موتور دار مخصوص است که بتواند ولتاژ تست بین 1 تا 2.5 کیلوولت (ولتاژهای متوسط) یا 5 کیلوولت (ولتاژ بالا) را برای مدت 10 دقیقه حفظ نماید.
خوانش ها در واحد مگا اهم برای مدتهای 1 دقیقه و 10 دقیقه ثبت میشوند.
اندیس پلاریزاسیون از طریق فرمول زیر بدست میآید:
نرخ بدست آمده اندیس P.I. نام دارد و در دمای 20 درجه سانتیگراد باید حداقل 2 باشد. اندیس P.I. کمتر از 1.5 نشان دهنده خیس بودن، کثیف بودن یا خطادار بودن سیم پیچ ها است و باید تمیز، خشک و در صورت لزوم نوسازی شوند.
احتیاط! با روش اندیس P.I هیچ سیم پیچ دیگری به جز استاتور اصلی را تست نکنید.
مقالات مرتبط :