Analysis and concept of development of non-destructive test methods for diagnosing electric motor insulation
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.49.2.2024.321345Keywords:
corpus insulation of electric motor windings, forecasting, residual resource, local compensation of reactive power, discharge time constant, capacitor, software, windings of electric motor stator windings, transient processes, test diagnosticsAbstract
The timely detection of a critical state and forecasting the development of an emergency situation in the insulation of AM (asynchronous motor) windings is the main direction of increasing the economic efficiency of electrical engineering systems. One of the methods of reducing electricity losses is the compensation of reactive power, both complex and local. Asynchronous motors consume more than 60% of the produced electricity. Modern microprocessor devices, which are implemented in the automation of electrical engineering complexes, enable to combine local compensation of the reactive power consumed by synchronous motors with a diagnostic system for monitoring and predicting the residual life of an asynchronous motor and detecting a winding circuit in the stator windings of an electric motor. The purpose of the work is the analysis of the existing non-destructive test methods for diagnosing the state of the dielectric property of the insulation of AM windings, substantiating the direction of the development of diagnostic test methods and forecasting the decrease in the property of the body insulation of AM windings with the use of residual energy in the conditions of using a capacitor bank. To achieve the goal, the following tasks were solved: an analysis of the control methods of body and turn insulation was conducted; for the first time, the energy remaining in the capacitors after their disconnection was used in non-destructive test methods; it was proven that to predict the residual resource of the motor housing insulation, the time constant of the capacitor discharge decay can be effectively used as a criterion parameter, similarly, to detect a short circuit in the stator windings, the periodic voltage decay time on the capacitor can serve as a useful criterion; established interrelationships between changes in the resistance of the casing insulation of the windings and the time constant of the capacitor discharge. The most important result is the establishment of a unique relationship between the state of the case insulation and the value of the voltage decay time constant on the capacitor; change in period time and the number of turned-off turns in the AM stator winding. The most significant result is that the change in the time constant was used for the first time as a criterion parameter for predicting the residual life of the dielectric properties of the motor body insulation, and the change in the time period as a criterion parameter for the detection of a winding circuit. The significance of the study is that the value obtained after the first disconnection of the electric motor from the network is taken as the basic value of the constant decay time. Methods have been proposed and software developed for the device, which allows monitoring non-phase voltage modes of the network and current circuits during the operation of the electric motor, and when the electric motor is disconnected from the network - to control the value of the insulation resistance of the stator windings of the electric motor and the cable, as well as to predict the residual life of the electric motor
References
Токарєв О. В., Борягин Д. О., Шеремет О. І. Аналіз причин пошкодження асинхронних дви-гунів та засобів діагностування їх режимів роботи. Научный Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии. 2018. № 1 (25E). С. 39-49.
On the risk of failure to prevent induction motors permanent damage, due to the short available time-to-diagnosis of inter-turn short-circuit faults / F. Bento et al. IET Electrical Power Applications. 2021. Vol. 15. № 1. Pp. 51-62. DOI: https://doi.org/10.1049/elp2.12008.
Кривоносов В.Е., Василенко С.В. Влияние запыленной среды на срок службы обмоток статора асинхронных двигателей. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 6. С. 35-40.
Kovalova Yu., Kovalov V., Feteev V. Asynchronous phase rotor motor in reactive power compensator mode. Світлотехніка та електроенергетика. 2020. Вип. 55. № 02. С. 63-67. DOI: https://doi.org/10.33042/2079-424X-2019-2-55-63-67.
Півнюк Ю. Ю., Лежнюк П. Д. Компенсація реактивної потужності в локальній електричній системі в умовах балансуючого ринку електроенергії. Вісник Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут». Серія «Гірництво». 2014. Вип. 25. С. 131-137.
Кривоносов В.Е. Статические источники реактивной мощности при диагностике состояния изоляции асинхронного двигателя и питающего кабеля в условиях локальной компенсации. Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки. 2016. Вип. 33. С. 123-130.
Кривоносов В. Диагностика состояния изоляции асинхронного двигателя и питающего ка-беля в условиях локальной компенсации. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2017. Том 60. № 6. С. 536-543. DOI: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-6-536-543.
Garg V. K., Khanchi S. Power factor improvement of induction motor by using capacitors. International Journal of Engineering Trends and Technology. 2013. Vol. 4. Iss. 7. Pp. 2967-2971.
Демішонкова С. А., Демішонков Я. В., Кулік Т. І. Функціональна діагностика параметрів трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором. Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. Серія Технічні науки. 2019. № 4(136). С. 66-76. DOI: https://doi.org/10.30857/1813-6796.2019.4.7.
Determining an additional diagnostic parameter for improving the accuracy of assessment of the condition of stator windings in an induction motor / Gubarevych O., Goolak S., Daki O., Yakusevych Y. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 5/5(113). Pp. 21-29. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239509.
Zhao J., Brovont A. D. Modeling Common-Mode Current Due to Asymmetric Aging of Machine Winding Insulation. Complex System Modeling and Simulation. 2023. Vol. 3(2). Pp. 118-128. DOI: https://doi.org/10.23919/CSMS.2023.0004.
Жежеленко И. B., Кривоносов В. Е., Василенко С. В. Критерии выявления межвитковых замыканий в статорных обмотках с использованием векторного анализа фазных токов электродвигателя. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2021. Том 64. № 3. С. 202-218. DOI: https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-3-202-218.
Устройство для контроля и защиты электродвигателя от неполнофазных режимов и витковых замыканий : а.с. 1584028 СССР: МПК: H02H 7/08, H02H 7/085. № 4389543; заявл. 09.03.1988; опубл. 07.08.90, Бюл. № 29. 10 с.
ДСТУ EN 60204-1:2015. Безпечність машин електрообладнання машин, частина 1. Загальні вимоги (EN60204-1:2006; А1:2009; АС:2010, IDT). [Чинний від 2017-01-01]. Київ : ДП «Ук-рНДНЦ», 2017. 99 с.
Prony method estimation as a new approach for surge comparison testing in turn insulation diagnostics for three phase stator windings / L.A. Trujillo Guajardo et al. Machines. 2023. Vol. 11(2). Article 241. DOI: https://doi.org/10.3390/machines11020241.
Quantitative Analysis of Insulator Degradation in a Single Layer Solenoid by Renormalization of the Transmission Parameter / Kim K., Han J., Chai J., Nah W. Electronics. 2020. № 11. Article 1984. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics9111984.
Маляр В. С. Теоретичні основи електротехніки. Електричні кола: навч. посібник. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2012. 312 с.
Спосіб контролю зміни опору ізоляції електродвигуна й живильного кабелю: пат. 98353 Україна: МПК Н02К1512(2006.01), G01R3134(2006.01). № а201005384; заявл. 05.05.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 9. 4 с.
Пристрій контролю стану ізоляції і захисту електроустаткування: пат. 120126 Україна: МПК H02K 15/12 (2006.01), G01R 31/34 (2006.01). № a201712353; заявл. 13.12.2017; опуб. 10.10.2019; Бюл. № 19.
Kryvonosov V., Matviienko A. Studies of the change in the time constants of the discharge of the capacitor to predict the residual life of the operation of the electric motor. Problems of the regional energetics. 2023. Vol. 3(59). Pp. 147-159. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2023.3-59.13.
Прогнозування залишкового ресурсу ізоляції обмоток електродвигуна при локальної ком-пенсації реактивної потужності: а.с. на комп’ютерну програму 122459 від 28.12.2023 р.
Спосіб виявлення міжвиткових замикань в обмотках електродвигуна при локальній компенсації реактивної потужності: пат. на корисну модель 156703 Україна: МПК Н02К15/12, № u202401080; заявл. 28.02.2024; опуб. 24.07.2024; Бюл. № 30.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
The journal «Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences» is published under the CC BY license (Attribution License).
This license allows for the distribution, editing, modification, and use of the work as a basis for derivative works, even for commercial purposes, provided that proper attribution is given. It is the most flexible of all available licenses and is recommended for maximum dissemination and use of non-restricted materials.
Authors who publish in this journal agree to the following terms:
1. Authors retain the copyright of their work and grant the journal the right of first publication under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). This license allows others to freely distribute the published work, provided that proper attribution is given to the original authors and the first publication of the work in this journal is acknowledged.
2. Authors are allowed to enter into separate, additional agreements for non-exclusive distribution of the work in the same form as published in this journal (e.g., depositing it in an institutional repository or including it in a monograph), provided that a reference to the first publication in this journal is maintained.







