Elektrik Motorlarında Arıza Tespit Yöntemleri

ElectricPower Research Institute (EPRI) tarafından elektrik motor arızalarınınkökenin ne olduğuna yönelik yapılan araştırmalarda, elde edilen sonuçarızaların %53 oranında mekanik ve %47 elektriksel problemlerlerdenkaynaklandığını ortaya koymuştur. Mekanik problemler titreşim ve termalanalizler ile takip edilirken, elektriksel problemler izolasyontestleri, direnç ölçerler, high-pot ve surge testleri ile izlenmeyeçalışılmıştır. Halen elektriksel arızaların önceden tespiti için farklıyöntemler geliştirilmektedir.

Elektrik motorlarındaki arızaların önceden tespiti ne sağlayacak?
o Çalışma veriminin artırılmasını,
o Enerji maliyetinde ortalama olarak %10 ile %14 arasında azalma
o Bakım giderlerinin azalmasını
o Personel üzerindeki beklenmedik duruşların sebep olduğu stresin ortadan kalkması

1. Test Cihazları
Sınıflandırması
Motor arızalarını bulmada kullanılmakta olan test cihazları 3 ana grup ve 2 alt grup altında düşünülebilir. 3 ana grup;
o Dinamik Elektrik Test Cihazları: Motor çalışırken elektriksel test imkanı sunarlar.
o Dinamik Mekanik Test Cihazları: Motor çalışırken mekaniksel test imkanı sunarlar.
o Statik Elektrik Test Cihazları: Elektriksel testlerin motor statik halde iken yapılmasını sağlarlar.

2 Alt sınıf ise;
oTest Metreler: Motorun her iki pozisyonunda iken test imkanı sunan,ancak temel bilgileri sağlayan test cihazlarıdır. Analiz imkanısunmamakla birlikte ön bilgi temin ederler.
o Analizörler: Problemlerin teşhisini sağlayabilecek detaylı bilgi sunarlar.

1.1 Dinamik Elektrik Test Cihazları
1.1.1 Test Metreler
oVoltmetreler: Volt biriminde ölçüm yapabilen bu cihazlar elektrikselvoltajın ölçülmesi imkanını sunarlar. AC veya DC olarak ölçüm yapabilenbu cihazlar voltaj düşmeleri veya voltaj dengesi hakkında bilgi edinmekamacı ile kullanılabilirler. Genellikle voltmetreler diğer testleri deyapabilen cihazlara eklenmişlerdir.
o Ampermetreler: Akım miktarıhakkında bilgi veren cihazlardır. Motor yükünün tespiti için gerekliolan akım bilgisi bu tip cihazlarla edinilebilir.
o Watt Metreler: Motorlarda güç faktörünün tespitinde gerekli olan ve yapılan işin birimi olan bu tip cihazlar ile ölçülebilir.

1.1.2 Analizörler
Dinamik olarak analiz imkanı sağlayan temel cihaz sınıfları aşağıdaki gibidir;
oBesleme Enerjisi Analizörleri: Besleme enerjisindeki dalgalanmaları,harmonik oluşumlarını, değişimleri ve benzer elektriksel bozulmalarıtespit ederek besleme enerjisinin kalitesini tayin etmenizisağlayabilecek test cihazlarıdır.
o Dinamik Verim Ölçerler: Bu tipcihazlar yaklaşık olarak motorun verim eğrisini çıkartabilecek şekildedizayn edilmişlerdir. Motorun farklı yük durumlarındaki elektrikselverilerini toplayarak, IEEE Standardı (Institute of Electrical andElectronics Engineers) ile orantılı olarak, motor verimliliğinintespitini sağlarlar. Bu cihazlar kendi başlarına motor arızalarınıntespitinde kullanılmamakla birlikte, sıklıkla dinamik motor sargıanalizlerinde kullanılırlar.
o Dinamik Motor Sargı Analizörleri:Motor akım eğrisinin analizörleri olarak da bilinen bu tip cihazlarmotor çalışırken test yapma yeteneğindedirler. Rotor kısa devreçubuklarının ve besleme enerjisinin kontrollerinde, ve bazı elektrikselsorunların giderilmesinde sıklıkla kullanılırlar.
o Mekanik Analizörler:
oTermal Analizörler: Termal analizlerdeki temel prensip, elektrikselolarak çalışan sistemlerde, bir çok elektriksel ve mekanik probleminaşırı ısınan noktaların tespiti ile tanımlanmasıdır. Noktasalısınmalara, arızalı rulman elemanı veya kaplin ayarsızlığı gibi mekanikarızalar sebep olabileceği gibi, gevşek elektriksel bağlantı noktaları,elektriksel arklar gibi elektriksel problemler de sebep olabilir.Elektriksel arızanın sebep olacağı ısınma direkt olarak o andaki yükleilgilidir. Örneğin 2 ohm luk bir direnç üzerinden geçen 10 amperlikakım 200 watt lık bir enerjinin ısı yolu ile kaybolmasına sebepolacaktır.
Tablo 1 de sürekli yapılan termal kontrollerde tespitedilen sıcaklık değişimlerine göre uygulanması önerilen müdahalelersunulmuştur.

o Titreşim Analizörleri: Sonuçta titreşimüretebilen mekanik arızaların ve bazı elektriksel arızaların tespitindekullanılabilen analizörlerdir. Motorlarda titreşim analizi ile eksenelayarsızlıklar, rulman ve yataklama problemleri, balanssızlık gibimekanik kökenli sorunlar ile, rotor kısa devre çubukları ile sargı vehava boşluğundaki problemleri içeren bazı elektriksel arızalar tespitedilebilir.

1.2 Statik Elektrik Test Cihazları
oOhm ve Miliohm Metreler: Bir devredeki direnci ölçmek içinkullanılırlar. Gevşek bağlantıların ve problemlerin tespiti için fazlararasındaki direnç değerlerinin veya daha önce yapılan ölçümlerle eldeedilen değerlerin karşılaştırılması genellikle uygulanan yöntemdir.
oMeger (İzolasyon direnci ölçer): Meg-ohm metre olarak da bilinen bucihazlar ile izolasyon direnci bazen terra-ohm mertebelerine kadarölçülebilmektedir. Megerin çalışma prensibi toprağa olan akım kaçağınıölçmek ve bunu mega-ohm a çevirmektir. Bu yöntem ile arızabulunabilmesi için sargı ile toprak arasında direkt bir bağlantı olmasıgerekmektedir. IEEE 43-2000 standardında önerilen en az izolasyondirenci 5 meg-ohm dur.
o High-Potantial İzolasyon Metreler:"Hi-pots" olarak da bilinen test yönteminde AC veya DC yüksek gerilimuygulanarak motordaki izolasyonun bu gerilime dayanıp dayanmadığıkontrol edilir. Toprak izolasyonunda herhangi bir hasar veya aşırıkirlilik mevcut ise yüksek voltaj nedeni ile izolasyon tamamen tahripolacaktır.
o Surge Test Cihazı: Yüksek voltaj ve yüksek akım ileçok fazlı motorlarda iki sarıma aynı anda sinyaller yollanır. Businyaller motor sarımlarında bir devir yapar ve akım dalga formuanalizi ile, topraklamada, kısa devrede ya da bobinlerde bir sorun olupolmadığını ortaya çıkarılır. Bazı durumlarda surge testi elektrikmotorunuz için zararlı olabilir.
o Statik Motor SargıAnalizörleri: Empedans ölçümünün temelini oluşturduğu bu cihazlar ilefaz-faz arasında, spirler arasında ve faz-toprak arasında kısa devreolup olmadığı, rotor eksantrikliği, rotor kısa devre çubuklarındaproblem olup olmadığı veya rotor döküm gövdesindeki problemler hakkındabilgi sahibi olunabilir. Analiz karşılaştırma tabanlıdır. Fazlararasında ölçülen parametrelerin yüzde olarak farklılıklarının limitlerdahilinde olup olmadığına bakılır. Sonuçta hangi elektriksel arızanınne boyutta olduğu tespit edilebilir.

2. Statik Motor Sargı Analizörleri (BJM All-Test® Cihazları)
Statikmotor analizlerindeki temel amaç, bir elektrik makinasındakielektro-manyetik özelliklerin ölçülerek sargılara zarar vermedenelektriksel olarak kondisyon takibine imkan sağlamaktır. AC ve DCmotorlarda, jeneratörlerde, alternatörlerde, trafolarda vb. bobininbulunduğu makinalarda
bu test cihazları kullanılmaktadır. Bu cihazlarfirmamız tarafından hizmetlerimizde kullanılmakta ve isteyenkullanıcılara da temin edilmektedir.

2.1 Ölçülen Temel Parametreler
Basitbir motor devresi direnç, empedans, endüktans, kapasitans ve faz açısıgibi temel özelliklerle nitelendirilir. Bu özelliklerin belirliperiyotlarda kontrol edilmesi ise motorun sağlığı hakkında bilgisağlayacaktır.
Bir elektrik motorundaki sargılar 120° açı ileyerleştirilmişlerdir. Yani teorik olarak dengede olarak kabuledilirler. Bundan dolayı elde edilen ölçüm sonuçlarının diğer faz ilekarşılaştırılması problemin tespitinde büyük kolaylık sağlayacaktır.Fazlar arasında voltaj dengesi olduğunun kabul edilmesi, elektrikselproblemlerin tespitinde empedans kontrolünü ön plana çıkarmaktadır.Empedans değeri aşağıda verilen formül ile hesaplanmaktadır.
Formülde R akım direnci, XL =2?* * L endüktif reaktans (sargının AC akım direnci) ve Xc= 1/(2?* * C) kapasitif reaktansdır.
Formüldede görüldüğü gibi empedans değerinde bir etken olan Endüktans değeri,aşağıda belirtilmiş olan etkenlerden direkt olarak etkilenir.
o Rotorun stator sargılarına göre konumu
oRotor kalitesi ki bu döküm kalitesine, kısa devre çubukları sağlığına,rotorun eksantrikliğine ve laminasyon kalitesine direkt bağlıdır.
o Stator sargı tipi.
oSpirler arasındaki endüktans. Uygun sarım sayısında ve uygun kalitedekispirlerden oluşmuş bobinler yine uygun şekilde motor içerisindekiyerlerini aldığında, fazlar arasında endüktans ve sonuç olarak daempedans değerlerinin dengede olması beklenir. Spirler veya fazlararası kısa devre olması durumunda ise endüktansta değişmeler olacak vebu da empedansın ve faz açısının fazlar arasındaki dengesinibozacaktır.

2.2 Akım / Frekans Testi – I/F
Bir elektrikmotorundaki empedans ve endüktans değerleri -yukarıda da bahsi geçtiğigibi- rotor pozisyonuna göre değişim gösterebilir. Bundan dolayı buparametrelerde ölçüm yapmanın yanı sıra rotor pozisyonundanetkilenmeyecek özel testlerinde yapılması gerekmektedir. Bu durumdayapılması gereken, referans bir frekansta elde edilmiş akım değerinin,frekans iki katına çıkarıldığında alacağı değerin her üç fazda kontroledilmesidir. Elde edilen sonuç fazlar arasındaki durumun gerçekgörüntüsü olacaktır. Bir sargıdaki empedans direnç, endüktans,kapasitans ve frekans etkenlerini içerdiğinden dolayı, artan frekansdeğerinin karşılığında asıl azalma %15 ile %50 oranında akımdagözlenmelidir. Bu azalma her üç fazda da aynı olmalıdır. Ancak birarıza başlangıcında veya arıza durumunda farklılıklar gözlenecektir.

2.3 Analizler ve Değerlendirmeler
Statorsargılarında ve rotorlarda bazen üretimden kaynaklanan hatalararastlanılabilir. Ne türde olursa olsun bütün elektriksel arızalarmotorun güvenirliliğini ve enerji verimini olumsuz yönde etkiler.
Motor sargılarında başlıca 4 tip arıza bulunmaktadır.
o Spirler arası kısa devre: Aynı bobinde bulunan spirler arasında bulunan kısa devre
o Bobinler arası kısa devre: Aynı fazda bobinler arası kısa devre
o Fazlar arası kısa devre: Farklı fazlardaki bobinler arası kısa devre
o Topraklama hataları: Faz ile toprak veya bobin ile toprak arasındaki izolasyon zayıflığı
Sargıhataları izolasyonun yaşlanmasına, kirliliğe, aşırı ısınmaya, tek fazakalmaya, hasarlı bobin veya malzeme kullanılmasına, laminasyona veyafazlar arasındaki balanssızlığa bağlı olarak oluşabilir. Bu arızalarınbüyük bir kısmı zamanla oluşabilecek türdendir.
Rotorda sıklıkla görülen arızalar ise;
oKısa devre çubuklarında kırık veya çatlak: Bu soruna kalkış anındakizorlanmalar, aşırı ısınma vb. problemler sebep olurlar. Çubuklardakikırık veya çatlaklar stator ve rotorda endüktans kaybına neden olurlar.Çalışma esnasında bu durum titreşime ve rotor çubuklarını saran birısınmaya neden olur. Bu da sonuçta diğer çubuklarda da benzersorunların oluşması için zemin hazırlar.
o Döküm boşlukları: Dökümrotorlarda rastlanılan bu sorunun benzeri bakır alaşımlı rotorlarda dayüksek direnç noktaları oluşumu şeklinde görülür. Alüminyum dökümrotorlarda ise döküm boşlukları motorun operasyonu üzerinde etkilideğildir. Bununla birlikte bazı durumlarda bu boşluklar kısa devreçubuklarındaki kırık gibi davranabilmektedirler. Döküm boşluklarıendüktans ve empedans ölçümleri sonucu tespit edilebilir.
o Havaboşluğu problemleri: Eksantrik hava boşluğu motorda titreşim oluşmasınave sonuçta motordaki mekanik elemanların arızalanmasına nedenolacaktır.
Elektrik motorlarında sıklıkla rastlanılan yukarıdabahsi geçen bütün arızaların tespiti Statik Motor Analizi (All Testyöntemi) ile mümkündür. Fakat yapılacak bu analizlerdeki amaç ölçümparametrelerin mutlak değerlerine ulaşmak değil, sonuçta fazlararasında bu parametrelerde nasıl bir denge olduğunu görmektir.
Aşağıda deneysel olarak yaratılmış arıza durumlarında yapılan ölçümlerden elde edilen sonuçlar incelenmiştir.
oDirenç: Ölçümler sonucunda elde edilen direnç değeri 0.300 ohm unaltında ise fazlar arasında görülecek olan farklılık sadece kabloboyundaki farklılığı işaret edecektir. 0.300 ohm un yukarısında isefazlar arası farklılık %5 i geçmemelidir. Bu limitin üzerinde birbalanssızlık var ve I/F değeri ile faz açısı değeri dengede ise gevşekbağlantı sebep olabilir. Eğer benzer dengesizlik I/F değerinde ve fazaçısında da gözleniyor ise ciddi şekilde bir sargı arızası mevcuttur.
oEmpedans (Z) ve Endüktans (L): 3-fazlı bir elektrik motorunda rotorpozisyonu ve/veya rotor arızası direkt olarak empedans ve endüktansdeğerlerini etkileyecektir. Düşük devirli motorlar oldukça dengeli Z veL değeri sergilemelerine karşın, devir arttıkça -örneğin 2 kutuplu birmotorda (3000 rpm)- bu değerlerde denge bozulmaları görülebilir. Testsadece Z ve L dengesizliği gösteriyor ise sorun bir sargı hatası kadarciddi olmayabilir. Bu durumda rotor 90°’lik açıyla çevrilmeli ve buölçümler tekrarlanmalıdır. Bu durumda Z ve L değerlerinin de aynı yöndedeğişmeleri beklenir. Ayrıca Z ve L değerlerinin 3 fazdaki çizmişoldukları doğru birbirlerine paralel olmalıdır. Mesela 3-fazda okunandüşük-Z, orta-Z, yüksek-Z değerine karşın; yine 3-fazda düşük-L, orta-Lve yüksek-L değerleri okunmalıdır. Empedansdaki normal dışı davranışlaraşırı ısınma veya sargılardaki kirliliği işaret edebilir. Endüktanstagörülecek sapmalar ise rotor arızalarını gösterir. Eğer Z ve L da sapmavar ve buna karşın paralel sapmalar faz açısında veya I/F değerindegözleniyor ise ciddi bir sargı arızası işaret ediliyordur.
o FazAçısı ve I/F değeri: Bobinler, fazlar veya spirler arasındaki kısadevrenin olduğunu gösterebilecek en önemli testlerdir. Faz açısıdeğerinin fazlar arasında en fazla 1 (derece) farklılıkta olması, I/Fdeğerinde ise frekans iki katına
çıkartıldığında akım değerinin -%15ile -%50 arasında azalması ve fazlar arasında en fazla 2 farklılıkolması istenir. -%50 den daha fazla bir azalma (mesela -%54) kesinliklebir kısa devreyi işaret eder.

2.4 Statik Motor Analizörleri Kullanım Sahaları
Statik motor sargı analizörleri ile elektrik aşağıda belirtilen arızalar tespit edilebilmektedir;
o Spirler arası kısa devre ve arıza
o Bobin arızaları ve bobinler arası kısa devreler
o Faz arızaları ve fazlar arası kısa devre
o İzolasyon hataları
o Bağlantı ve kablo hataları
o Rotor eksantrikliği
o Kırık veya çatlak kısa devre çubukları
o Döküm boşlukları

Uygulama Sahaları
Bu analizörler ile bobinin bulunduğu bütün
makinalarda yukarıda belirtilen arıza tespitleri yapılabilir.
o AC/DC Motorlar
o Jeneratorler/Alternatorler
o Tezgah Motorları
o Servo Motorlar
o Kontrol Trafoları
o Çevirici ve Dağıtıcı Trafolar
BJM-All Test cihazları ile ilgili daha fazla bilgi firmamızdan temin edilebilir.
kaynak: Dr. İbrahim H Çağlayan, Makine Y. Müh. Mehmet Yılmaz
VibraTek Ltd Şti.