کنترل ولتاژ ایجاد شده بر روی ژنراتور- قسمت دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: آیا توربین ژنراتور شما مانند باتری عمل می‌کند؟ احتمالا نه، اما یک "باتری متناوب" یا به عبارت دیگر یک پتانسیل متناوب بر روی محور بین ژنراتور و اکسایترهای بدون زغال توربینهای کوچک یا تمامی محور اکسایتر‌های بدون زغال توربینهای بزرگ وجود دارد.

 

یک مورد دیگر را درنظر بگیرید. ولتاژ متناوب بر روی پایه بیرینگ یک ژنراتور ۸۰۰ مگاواتی توسط یک اهم متر دستی ۴۰ ولت اندازه گیری شده است. در زمان نصب، یک ذغال متحرک به انتهای محور بسته شد و یک آمپرمتر جریان پایه بیرینگ به زمین را اندازه گیری کرد. زمانی که ذغال به پایه بیرینگ می‌چسبید ۱۵۰ آمپر جریان نشان داده می‌شد. این جریان می‌تواند هر فیوزی را ذوب کند.

به عنوان یک موضوع عملی، از اندازی گیری جریان اکسایترهای بدون زغال پرهیز کنید. همچنین، سعی نکنید که محور را در فاصله بین ژنراتور و اکسایتر یا محور اکسایتر را زمین کنید. عایق سازی بین بیرینگ‌ها و بدنه دستگاه و عایقسازی کوپلینگ‌ها تن‌ها را حل مشکل "باتری‌های متناوب" هستند.

پایین بیرینگ‌ها و چرخدنده‌های بعضی تجهیزات دوار می‌توانند خراب و بدشکل شوند حتی اگر آن‌ها قسمتی از قطعات متحرک نباشند. در واحدهای جدید وی. اف. دی (variable-frequency-drive)، که از کنترلهای حالت جامد برای کاهش نویز در زمان کلید زنی و گرفتن بر روی محور استفاده می‌کنند، سیگنالهای سوزنی می‌توانند مسیرشان را به سمت زمین از طریق بیرینگهای محور ببندند. تولید کنندگان موتور اولین کسانی بودند که این پدیده را کشف کردند و با عایق کردن هر دو بیرینگ به این مشکل پاسخ گفتند. تولید کننده‌های گیربوکس در مرحله بعد متوجه مشکل شدند، اما زمان بیشتری طول کشید تا آن را اصلاح کنند.

 

 

 

در یک مورد، لرزش بر روی توربینی که کمتر از شش ماه کار کرده زیاد شده است. این مجموعه شامل یک توربین بخار، یک کوپلینگ عایق شده، یک گیربوکس، یک کوپلینگ عایق شده دیگر، یک کمپرسور چند مرحله‌ای و یک ژنراتور با اکسایتر بدون زغال بود. زمانی که لرزش محور زیاد شد مجموعه برای بررسی وتعمیر متوقف شد. گزارش شد که بیرینگهای توربین دچار خوردگی شده و ناچار شدند که آن را عوض کنند. زمانی که واحد دوباره راه اندازی شد گزارش شد که وضع دستگاه اتصال به زمین محور به سرعت خراب شده و نمی‌تواند ولتاژ محور را نزدیک صفر نگه دارد. نصب یک زمین ساز تسمه‌ای الکتریسیته ساکن روی محور را تا 0.01 ولت پایین آورد.

ظاهرا تولیدکنندگان گیربوکس یا کوپلینگهای عایق شده را در هر دو محور ورودی و خروجی گیربوکس‌ها نصب کرده اند یا بر نصب آن در زمان تعمیرات اصرار می‌ورزند. در این صورت، الکتریسیته ساکن توربین بخار ناشی از زمین شدن ناقص مسیرش را به بدنه توربین از طریق بیرینگهای توربین می‌بندند و از میان بیرینگ‌ها یا چرخدنده‌های گیربوکس عبور نمی‌کند.
کوپلینگ عایق شد باید بین محور چرخنده توسط واحد وی. اف. دی و اجزای پایین‌تر، به علاوه بین واحد تولید کننده الکتریسیته ساکن و اجزای پایین‌تر نصب شود. این امر به ویژه برای گیربکسهای مخصوص یا تجهیزاتی که از رول بیرینگ یا بال بیرینگ استفاده می‌کنند لازم است.

بعضی استفاده کنندگان از وسیله زمین کننده بر روی محور که توسط واحد وی. اف. دی به حرکت درمی آید استفاده می‌کنند تا از آسیب دیدن بیرینگهای پس از آن جلوگیری کنند. در هر صورت، این وسیله از آسیب دیدن بیرینگ‌های قبل از آن جلوگیری نمی‌کند. می‌دانیم که خواه تجهیزات زمین کردن خواه تجهیزات اندازه گیری ولتاژ محور درست عمل نکنند عملکرد نهایی مورد تأیید نخواهد بود.

روشهای دیگری برای تولید یک ولتاژ در محور یا جریان محور به زمین شناخته شده اند. این راه‌ها عبارتند از: مدارهای نامتعادل در موتورهای یا ژنراتور‌ها (که توسط جریانهای گردابی در استاتور ایجاد می‌شوند)، میدان‌های مغناطیسی نامتعادل در روتور ژنراتور‌ها (که توسط جریانهای گردابی در روتور ایجاد می‌شوند) و سوختن دیودهای اکسایترهای بدون زغال یا اکسایترهای ساکن. راه‌های مقابله با این موارد را باید خود جستجو کنید.

اگرچه دو واژه "زغالهای زمین کردن" و "وسایل زمین کردن" به یکی معنی به کار می‌روند در حقیقت نامهایی بی مسما هستند. هر کدام از آن‌ها به یک منظور استفاده می‌شوند. رساندن الکتریسیته ساکن از محور توربین به بدنه توربین و نه زمین نیروگاه.
مواردی هست که افراد در یک نیروگاه سیمهای زغالهای زمین کردن توربینهای بخارشان را به زمین نیروگاه وصل کرده اند. دوستی آن‌ها دوستی خاله خرسه بوده است. به این دلیل که زمانی که جرقه یا قوس الکتریکی بین روتور و بیرینگ‌ها یا نشدبند‌ها زده می‌شود جریان باید مستقیما از محور به بدنه توربین برود. وسیله زمین کردن در اتصال با روتور باید اول به بدنه متصل شود. در قدم بعدی این اتصال باید به زمین نیروگاه متصل گردد.

چند وسیله زمین کردن به صورت تجاری در دسترس هستند:

· زغالهای کربنی (Carbon brushes)
· زغالهای مسی اشباع شده با کربن (Copper-impregnated carbon brushes)
· تسمه مسی به هم تابیده شده (Braided copper straps)
· تسمه مسی به هم تابیده شده فنردار (Braided copper straps with spring assists)
· تسمه مسی به هم تابیده شده به همراه وزنه در یک انت‌ها (Braided copper straps with weights on one end)
· زغال مویی (Bristle brushes)
· کابل جوشکاری بافته شده (Braided welding cables)
· تسمه مسی زمین (Copper ground straps)

هر کدام از این ابزار نقاط ضعف و قوت خود را داراست و قیمت آن‌ها از چند دلار تا چند هزار دلار متغیر است. تمام تجهیزات زمین کردن، فارغ از نوع آن‌ها یا کارخانه سازنده شان، نیاز به مراقبت و اندازه گیری ولتاژ محور برای اطمینان از هم پتانسیل بودن روتور و بدنه دارند. کاملا آشکار نیست که یک وسیله زمین کردن بتواند در تمام تجهیزات و یا تمام شرایط بکارگرفته شود. خدمه هر نیروگاهی باید خودشان کارایی آن‌ها را بسنجند و بر اساس کارایی آنها، یکی را انتخاب کنند. به همین دلیل، قیمت بالا دلیل نمی‌شود که تجهیز در نیروگاه شما خوب جواب دهد.
نیازهای تعمیرات و نگهداری تجهیزات زمین کردن محور و سنسورهای ولتاژ آن شبیه نیازهای نیروگاه و تجهیزات خاص آن هستند. در یک نیروگاه، جایی که خدمه هر روز ۴ زغال مویی نصب شده بر روی توربین را باز کرده و تمیز می‌کردند، ولتاژ محور، که توسط ولتمترهای دستی خوانده می‌شد، زیر ۱ ولت باقی می‌ماند. در نیروگاه دیگری خدمه تسمه‌های زمین را هر هفته آزمایش می‌کردند، اما دوره آزمایش را به دو هفته یکبار و بعدتر به ماهی یکبار و دست آخر به ۶ ماه یکبار افزایش داند. اگرچه آن‌ها بر روی محور تجهیزات اندازه گیری ولتاژ نصب کردند که ولتاژ خوانده شده را در اتاق فرمان نمایش می‌داد، اما خودشان هر از گاهی آن را با ولتمترهای دستی اندازه گیری می‌کردند.
من زمانی که برای آزمایش ولتاژ محور روی قطعات چرخان می‌روم با خودم تسمه‌های زمین کردن برمی دارم. در بیشتر موارد می‌بینم که ولتاژ محور زیاد شده که نشانگر این مطلب است که یا تجهیزات زمین کردن محور درست کار نمی‌کنند یا بکلی خراب شده اند. اگر به چنین وضعی برخوردکردم تسمه زمین کردن را به محور وصل می‌کنم. این امر همیشه ولتاژ محور را تا زیر ۰. ۰۰۱ ولت کاهش می‌دهد و فرصت می‌دهد تا مشکل را پیدا کرده و رفع کنم. درهر صورت، مشتری اجازه می‌دهد تا تسمه‌های من بر روی محور باقی بماند تا ولتاژ نزدیک ۰. ۰۱ ولت باقی بماند.

تجهیزات زمین کردن بر روی بیشتر توربین ژنراتور‌ها بر روی پوشش آن بیرینگهای توربین که به ژنراتور نزدیک‌تر هستند نصب می‌شود. در بعضی موارد تجهیزات زمین کردن بر روی پایه گاورنر نصب می‌شوند. از آنجا که محور توربین ژنراتور شامل پیچهای ثابت کوپلینگ است، یک، دو یا چند تجهیز زمین کردن می‌تواند بر روی یک نقطه نصب شود تا پایه گاورنر را به محور (بین توربین و ژنراتور) به هم وصل کند. همین امر می‌تواند برای توربین کمپرسور‌ها با پیچهای ثابت کوپلینگ هم روی دهد. من توصیه می‌کنم که تجهیزات زمین کردن را بر روی توربین ژنراتور‌ها نزدیک توربین کم فشار و در توربین کمپرسور‌ها و توربین پمپ‌ها نزدیک توربین نصب کنید.
همین وضعیت برای دستگاه‌های شامل گیربوکس هم پیش می‌آید. در بعضی موارد، یک توربین باید ژنراتور را از طریق یک گیربوکس بچرخاند که تجهیزات زمین کردن بین گیربوکس و ژنراتور یا به پوسته انتهایی ژنراتور نصب شده اند. الکتریسیته ساکن بر روی محور توربین باید از میان دندانه چرخدنده‌های گیربوکس عبور کند تا از به تجهیزات زمین کردن و بدنه توربین برسد. این چیدمان، که قسمتی از طراحی کل واحد است، آشکار است که شامل مسیرهای الکتریکی نیست. نصب تجهیزات زمین کردن بر روی محور توربین اجازه می‌دهد تا الکتریسیته ساکن از محورتوربین به بدنه توربین منتقل شود بدون اینکه بخواهد از چرخدنده‌ها عبور کند.
نمونه هایی از تسمه‌های تابیده شده زمین کردن وجود دارد که آن‌ها را بر روی پایه گاورنر توربین ژنراتور نصب کرده اند تا الکتریسیته ساکن را از روتور خارج کند. الکتریسیته ساکن از دندانه‌های چرخدنده عبور کرده و خود را به بدنه توربین رسانده است. در نتیجه سوراخ‌های ایجاد شده چرخدنده‌ها سوراخ‌های ایجاد شده چرخدنده‌ها غیرقابل استفاده شده اند. در وضعیت درست تسمه‌های باید جابجا شوند تا مستقیما به روتور متصل شوند.