ISPITIVANJE PROTOTIPA VISOKONAPONSKOG MOTORA IZVEDENOG U Exe ZAŠTITI "POVEĆANA BEZBEDNOST" U EKSPLOZIVNOJ ISPITNOJ SMEŠI, KOJE JE VRŠENO U ISPITNOJ LABORATORIJI CENEx INSTITUTA VINČA MiroslavTUFEGDŽIC, Aleksandar DURDEVIC Institut za nuklearne nauke “Vinca“ – CENEx (280), 11001 Beograd, pp 522 Apstrakt Standardi IEC 60079-7:2006 i EN 60079-7:2007, zahtevaju ispitivanje visokonaponskih motora (napon napajanja veći od 1 kV) sa stanovišta mogućnosti da "korona pražnjenje" bude izvor paljenje eksplozivne atmosfere. Ta ispitivanje se dominantno vrše u principu sa statorom. Ispitni uzorak se postavlja u definisanu eksplozivnu ispitnu smešu, a napon napajanja se povećava do vrednosti od 1.5 puta nominalni. Tokom 3 minuta ne sme da dođe do iniciranja ispitne smeše. U radu će biti prikazana ispitivanja koja su sprovedena u ispitnoj laboratoriji CENEx Instituta VINČA na prototipu motora snage 3 MW i napona napajanja od 6 kV. Rezultati ispitivanja su bili negativni, a proizvođač je izvršio tri modifkacije osnovne konstrukcije. Ni jedna nije zadovoljila nevedena ispitivanja. Ime proizvođača i egzaktan tip motora spadaju u poslovnu tajnu i neće biti navedeni.

Uvod Ovaj rad je nastavak rada koji su autori prezentovalim na prethodnoj Ex tribini održanoj 2009. godine. U tom radu su dati relvantni osnovni zahtevi za motore izvedene u Exe zaštititi, kao i potpuno novi zahtevi koje se odnose na visokonaponske motore. Ovde će oni biti egzaktno specificirani i to u meri u kojoj je potrebno da bi se pratio postupak dela tipskih ispitivanja (u eksplozivnoj atmosferi) sprovedenih na proizvođačkim prototipovima dostavljenim u Institut Vinča. Ispitivani visokonaponski motor je asinhroni, sa kaveznim rotorom, osne visine 6710, nominalnog napona 6000 V, 50 Hz, snage 3000 kW. Prototip je konsruktivno deklarisan sa zaštitom Exe IIC T2. 1. Konstruktivni zahtevi za kavezne rotore Prema tački 5.2.4.3 standarda IEC 60079-7:2006 i EN 60079-7:2007 potrebno je izvršiti ocenu konstrukcije rotora sa stanovišta mogućnosti da varničenja kroz vazdušne zazore u rotoru budu uzročnik paljenja eksplozivne atmosfere. Primena odgovarajućih faktora rizika iz tabele 4 standarda IEC 60079-7:2006 i EN 60079-7:2007 na konstrukciju rotora ispitivanog prototipa motora, daje kao rezultat, da suma svih relevantnih faktora rizika nije veća od 6. Zbog toga se ispitivanja rotora u eksplozivnoj atmosferi prema tački 6.2.3.2 standarda, ne zahtevaju. Ovo je veoma značajno sa stanovišta ispitnih kapaciteta laboratorije, jer se ispitivanja prema tački 6.2.3.2 moraju vršiti sa rotorom u pogonskom stanju, što je veoma teško izvesti, imajući u vidu visoki napon napajanja motora. 2. Konstruktivni zahtevi za izolacioni sistem statorskih namotaja i ispitivanja Zahtevi za izolacioni sistem statorskih namotaja, kod motora sa naponom napajanja preko 1 kV (ovo je kriterijum za definisanje visokonaponskih motora) su definisani u tački 5.2.7 standarda IEC 60079-7:2006 i EN 60079-7:2007. Suštinski zahtev navedene tačke standarda je taj, da se

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 23INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD

izolacioni sistem statorskih namotaja kod svih Exe visokonaponskih motora, mora ispitati u eksplozivnoj atmosferi. Konkretna zahtevana ispitivanja u eksplozivnoj atmosferi su definisana tačkom 6.2.3 standarda IEC 60079-7:2006 i EN 60079-7:2007

Za proveru sistema izolacije statorskog namotaja, izabran je kompletan nov stator, zajedno sa korona štitovima, spojnicama, impregnacijom i provodnim delovima. Svi provodni delovi su bili uzemljeni. Sistem izolacije statora zajedno je ispitivan sa priključnim kablom. Prvo je izvedeno „impulsno ispitivanje“ koji se sastoji u izlaganju sistema izolacije statora zajedno sa priključnim kablom naponskim impulsima (10 impulsa) koji nisu manji od trostruke vrednosti pika faze u odnosu na zemlju U slučaju predmetnog statora ta vrednost je 3x9000/1.73=15600 V . Vreme uspona tog impulsa je između 0.2 µs i 5 µs, a vreme za koje se vrednost amplitude padne na 1/2 je veće od 20 µs. Napon se dovodi na jedan fazni namotaj pri čemu su preostala dva uzemljena. Na slici 1 je prikazan ispitivani stator.

Slika1

Trofazni asinhroni VN-el.motor sa kaveznim rotorom Tip ****6710-4s (Un: 6000 V, Pn: 3000 kW)

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 24INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD

Kompletan statorski namotaj sa lim paketom i napojnim kablovima, predmet ispitivanja u gasnoj smeši za grupu gasova IIC, prema t.6.2.3.1.3 i t.6.2.3.1.4 standarda IEC 60079-7, Ed: 4.0

Na slici 2 je prikazan generator impulsa sa kojim je realizovano „impulsno ispitivanje“ Slika 2

Aparat firme "Baker", tip D12R+PP30D za obezbeđenje impulsnog ispitivanja prema 6.2.3.1.3, IEC 60079-7 Na slici 3 je prikazan oblik impulsa sa kojim je izvršeno ispitivanje faznog namotaja U

Slika 3

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 25INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD

Talasni oblik jednog iz serije od 11 impulsa (pik: 15,9 kV) dovedenih na "U" fazni namotaj statora pri čemu su ostala dva fazna namotaja uzemljena. Oblik impulsa je u skladu sa zahtevom standarda. NIJE DOŠLO DO PALJENJA EKSPLOZIVNE SMEŠE Tokom ispitivanja prema IEC 60079-7, Ed: 4.0, t.6.2.3.1.4 ispitna komora je napunjena gasnom smešom (vodonik: 21±5% v/v u vazduhu) sa ubačenim kompletnim statorskim namotajem sa lim paketom i napojnim kablovima Ista impulsna ispitivanja su izvršena i sa faznim namotajima V i W. I ta ispitvanja su bila pozitivna tj. nije došlo do paljenja eksplozivne atmosfere. Posle „impulsnog ispitivanja“ izvršeno je ispitivanje koje je analogno sa klasičnim "naponskim" ispitivanjem uređaja u "Exe" zaštiti. Ono se sastoji u ispitivanju sa sinusoidnim naponom od najmanje 1.5 puta većem od nominalne RMS vrednosti linijskog napona, pri čemu se ispitni uzorak statora nalazi u eksplozivnoj smeši u trajanju od najmanje 3 minuta. Maksimalna brzina porasta napona je 0.5 kV/s. Napon se primenjuje izneđu faze i zemlje, pri čemu su druge dve faze uzemljene. Rezultat testa je pozitivan ako ne dođe do pojave paljenja ispitne smeše. Ispitni napon u slučaju napajanja od 6000 kV je 9000 V. Na slici 4 je prikazan aparatura za generisanje napona od 9000 V.

Slika 4

Pre opita su izmerena parcijalna pražnjenja svakog od faznih namotaja pri 9000 V. Dobijene su sledeće vrednosti: U faza 12 nC V faza 15 nC W faza 16 nC

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 26INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD

Prvi opit je izveden sa povišenim naponom primenjenim na fazni namotaj W, dok su druga dva fazna namotaja bila uzemljena. Tokom podizanja napona sa brzinom manjom od 0.5 kV/s, pri dostozanju vrednosti od 8000 V, došlo je do paljenja ispitne eksplozivne smeše. U momentu paljenja parcijalna pražnjenjea su bila 20 nC. Na sledećim slikama je prikazano 6 kadrova koji jasno pokazuju razvoj paljenja ispitne eksplozivne smeše. Preostala dva opita sa faznim namotajima U i V nisu sprovođena.

Razvoj paljenja ispitne smeše (21% H2) pri ispitivanju statora VN Exe motora

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 27INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD

Zaključak Imajući u vidu veličine parcijalnih pražnjenja, uzrok paljenja ispitne smeše je najverovatnije korona pražnjenje. Da bi se to potvrdilo, neposredno posle iniciranja ispitne smeše je izvršena provera dielektrične čvrstoće faznog namotaja W sa 9000 V. Ta provera je bila pozitivna tj. nije bilo proboja faze W. Iz toga sledi da je korona pražnjenje iniciralo ispitnu smešu. Proizvođač je kasnije vršio još dve konstruktivne modifikacije motora.Obe na istom opitu nisu prošle. Poslednja modifikacija je bila „najuspešnija“, inicirala je ispitnu smešu 10 sekundi posle dostizanja ispitnog napona od 9000 V. Navedena ispitivanja pokazuju koliko je problem konstrukcije visokonaponskim motora u Exe zaštiti komplikovan tehnički zahtev. Šta više, on pokazuje opravdanost uvođenja novih zahteva za ispitivanje. Naravno, odmah se postavlja pitanje bezbednog korišćenja VN Exe motora koji su tipski ispitani prema zahtevima starijih verzija standarda, koje nisu imale ispitivanja sa eksplozivnom atmosferom. Verovatno veliki broj takvih motora, koji rade širom sveta, ne bi prošla navedena ispitivanja. Ovo na još jedan način pokazuje koliko je sam dosadašnji koncept Ex zaštite, bez obzira što se nekima čini da je suviše zahtevan, ustvari na neki način probabilistički.

Fruška ora ZBORNIK RADOVA 7. Me unarodna "Ex" Tribina 21-23. septembar 2011.

INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD 28INSTITUT ZA PREVENTIVU, NOVI SAD