Izolační odpor elektromotoru: jak měřit a proč
Elektromotory spotřebují více než 70 % veškeré elektrické energie vyrobené na světě a jako součást systémů elektrického pohonu se používají jak v sítích stejnosměrného (nebo usměrněného) napětí, tak v sítích střídavého napětí (jednofázové i třífázové). Elektromotory jsou vysoce spolehlivé a mohou vydržet desítky let, ale to vyžaduje pravidelnou údržbu a plánovanou preventivní údržbu. Jednou z povinných součástí údržby elektropohonů je spolu s údržbou mechanických částí měření izolačního odporu vinutí elektromotoru.
Konstrukce asynchronního elektromotoru
Hlavní konstrukční prvky asynchronního elektromotoru jsou znázorněny na obrázku a nejkritičtější elektrickou částí každého motoru jsou jeho vinutí.
Asynchronní elektromotory jsou v průmyslu nejrozšířenější díky jednoduchosti konstrukce a vysoké spolehlivosti. Stator asynchronního stroje se skládá z pouzdra a jádra, ve kterém je uloženo třífázové vinutí. Jádro statoru je vrstvené, to znamená sestavené z tenkých plechů z elektrooceli. To umožňuje výrazně snížit vířivé proudy indukované v jádře v důsledku vlivu magnetického pole statoru, které rotuje s frekvencí 50 Hz.
Statorové vinutí je uloženo v drážkách jádra a skládá se z vnitřní (štěrbinové) části a vnějších (čelních) částí, které jsou umístěny vně jádra.
Vinutí se skládá ze tří částí odpovídajících fázím a je položeno tak, že všechny tři fáze jsou vůči sobě posunuty o 120 stupňů. To je nutné, aby při průchodu proudu vinutím v nich vzniklo rotující magnetické pole. Když pole protíná otáčky rotoru, indukuje se v nich EMF, v důsledku čehož začne uzavřenými závity rotoru protékat elektrický proud. Proud rotoru vytváří vlastní magnetické pole, které je v záběru s polem statoru, díky čemuž vzniká krouticí moment a rotor se začíná otáčet ve stejném směru jako pole statoru.
Pro každou fázi vinutí existuje několik sekcí. Vinutí jsou vyrobena z izolovaného měděného drátu, jehož průřez určuje výkon stroje a délka z hlediska počtu závitů určuje počet otáček (rychlost). Při navíjení kotvy se vinutí umístí do drážek a vývody vinutí se zasunou do svorkovnice. Vinutí je celkem 6 – tři na začátku a tři na konci. Začátky vinutí jsou připojeny k síti, ve které bude elektrický stroj pracovat, a konce jsou spojeny hvězdou nebo trojúhelníkem přímo ve svorkovnici.
Drát je po položení vinutí potažen lakem. Pak následuje dlouhý proces jeho sušení. Potažení drátu lakem umožňuje elektricky izolovat jednotlivé závity od sebe a zabránit tak vzájemnému zkratu. Kvalita tohoto procesu určuje izolační odpor vinutí jakéhokoli elektromotoru.
Proč je nutné hlídat izolační odpor elektromotorů?
Při provozu elektrických pohonných systémů může dojít ke zhoršení izolačního odporu vinutí vlivem různých faktorů – vnějších vlivů, mechanického poškození, teplotních změn, vlhkosti a agresivních látek obsažených v prostředí. Největší vliv na snížení izolačního odporu vinutí v motorech má přehřívání způsobené přetížením elektrických strojů v důsledku abnormálních provozních podmínek. To může vést ke zkratu vinutí k zemi (k rámu, který je obvykle uzemněn) nebo ke zkratu mezi fázemi, což způsobí selhání motoru.
Měření izolačního odporu motoru
Před uvedením elektropohonu do provozu je nutné před uvedením do provozu změřit izolační odpor elektromotoru. Pokud byl motor odeslán do opravy (běžné nebo větší), nebo za podmínek jeho normálního provozu, při plánovaných kontrolách každé 3 roky, je také sledován stav izolace. Pravidla pro zkoušení elektrických strojů, požadavky na metrologické vlastnosti zařízení, zkušební metody a techniky pro sledování izolačního stavu vinutí jsou upraveny PUE a příslušnými státními normami.
Metody měření izolačního odporu asynchronního elektromotoru
Měření izolačního odporu vinutí elektromotoru v souladu s pravidly pro elektrické instalace se provádí v určitém pořadí pomocí:
- megaohmmetr;
- nepřímá měření pomocí voltmetru-ampérmetru;
- měřící můstek;
- moderní digitální ohmmetr;
- multimetr;
- vysokonapěťový zdroj.
Dále uvažujme, jak měřit izolační odpor vinutí elektromotoru pomocí megaohmmetru, protože se jedná o nejběžnější metodu měření.
Megaohmmetr
Megohmetr (hovorově megometr) je zařízení pro měření vysokých odporů, které se od běžného ohmmetru liší tím, že vysoké napětí je do měřicího obvodu přiváděno přes vestavěný generátor. Často se používají indukční megaohmmetry, jejichž hlavní výhodou je, že není potřeba připojovat se k síti ani vestavěné vysokokapacitní baterie.
U elektromotoru s napětím menším než 660 V, pracujícího v třífázových sítích 380 V, se zkouška provádí pomocí megohmetru s generátorem dodávajícím napětí 1000 V do měřicího obvodu U asynchronního elektromotoru s a napětí vyšší než 660 V, například 6 kV nebo více, napětí generátoru by již mělo být 2500 V.
Před měřením je nutné provést vizuální kontrolu elektrického stroje, zda nedošlo k poškození krytu. Před měřením odporu by měl být motor vysušen a vyčištěn. Jak již bylo zmíněno dříve, ve svorkovnici jsou vinutí zapojena do hvězdy nebo trojúhelníku. Pro měření izolačního odporu vinutí elektromotoru pomocí megohmetru je potřeba jeho měřicí sondy připojit ve dvojicích k počátečním svorkám vinutí, které jsou umístěny ve svorkovnici.
Pokud střídavě připojíte měřicí sondy megaohmmetru ke svorce odpovídající fáze na jedné straně a krytu motoru na straně druhé, zkontroluje se izolační odpor vinutí elektromotoru mezi fází a krytem (zem).
Pro měření se rukojeť generátoru, která je součástí megaohmmetru, otáčí rychlostí asi 120 ot./min. Získané výsledky měření se zaznamenávají 60 sekund poté, co se jehla „uklidní“. Po dokončení měření je nutné vybít měřicí obvod a odstranit náboj nahromaděný po přivedení napětí na generátor megaohmmetru.
Normy izolačního odporu elektromotoru
V závislosti na typu elektromotoru se výrazně liší typ proudu v síti, úroveň napětí a normy izolačního odporu vinutí elektrického stroje. Tato norma odporu stanovuje mezní hodnotu odporu. Pokud hodnota získaná jako výsledek měření překročí normalizovanou hodnotu, znamená to, že další provoz takového elektromotoru není možný.
Normy pro střídavé motory
PUE reguluje, jaký minimální izolační odpor musí mít asynchronní elektromotor, aby mohl být dále provozován bez zastavení z důvodu údržby nebo oprav (plánované, generální opravy). Všechny tyto normy pro teploty 10–30 °C jsou uvedeny v tabulce níže.
Hodnota přípustného izolačního odporu elektromotoru
Elektromotory s napětím do 1000 voltů
Ne méně než 1.0 MOhm
Ne méně než 10 MOhm na každých 1000 voltů napětí (fáze-fáze)