общий+2011. Повышение эксплуатационной надежности электродвигателей находящиеся в эксплуатации агрофирмы кибрай диссертация магистра на получение степени магистра по
 Скачать 4.01 Mb.
|
введениеВ выступление И.А. Каримова отмечено, что на период до 2015 го года основное вынимание в сельскохозяйственном сектора будет уделяться увеличению производительности труда. Основным фактором ее повышения является внедрение достижений научно-технического прогресса, использование высококачественных машин и оборудования в сельском хозяйстве. Данный процесс интенсификации сельскохозяйственного производства требует повышения уровня электромеханизации эффективности системы эксплуатации установленного электрооборудования а также рационального использования электроэнергии на технологические процессы. Для успешного решения задачи намечено довести объема потребляемой сельским хозяйством электроэнергии. Также повысится электровооруженность труда в расчете на одного работника. Таким образом, учитывая перспективы развития сельскохозяйственного производства, можно утверждать, что высокие темпы роста парка электрооборудования сохранятся и в последующие годы. Наряду с количественными изменениями будет происходить глубокие качественные преобразования, сопровождающиеся увеличением требований к надежности работ электрооборудования. В этих условиях важнейшие экономические показатели работы современного сельхозпредприятия во многом зависать от уровня технического обслуживания и ремонта эксплуатируемого электрооборудования, в частности электродвигателей. В настоящее время в сельском хозяйстве страны работают около 50 тыс. электродвигателей. Электродвигатель не только является преобразователем электрической энергии в механическую, но и все больше выступает как средство согласования совместной работы стационарных машин и оборудования в единых технологических линиях. Поэтому выход из строя одного электродвигателя приводит к нарушению всего технологического процесса, а впоследствии к значительному материальному ущербу, связанному с недополучением продукции, заменой и ремонтом самого электродвигателя. Основной причиной выхода электродвигателей из строя в условиях является отрицательное воздействие агрессивной окружающей среды на, изоляцию в первую очередь. Большие перепады температуры в течение суток, высокая относительная и абсолютная влажность в сочетании с воздействием биологических факторов (плесень, термиты, бактерии др.) приводят к пере увлажнению и порче изоляции обмоток электродвигателей, эксплуатируемых с длительными паузами технологического прогресса находящихся на стадии хранения. Значительная часть технологических проносов в сельскохозяйственном производстве Республики выполняется в весьма неблагоприятных условиях окружающей среды. Электродвигатели, как правило, установлены и работают вне помещения, под нависами. Или в помещениях, но с повышенным влагосодержанием, где особенности климата в сочетании с тяжелыми условиями эксплуатации (ассиметрия напряжения, перегрузки, низкая культура эксплуатации и т.д.) существенно сокращают их срок службы. Проведенные в ряде хозяйств Республики исследования, показывают, что срок службы асинхронных электродвигателей составляет примерно 1-1,5 года. Основной причиной выхода электродвигателей из строя, на которую приходится 60% от общего количества отказов является пере увлажнение и разрушение изоляции обмоток. Поэтому данная магистерской диссертационная работа посвящена исследованию возможностей снижения отрицательного воздействия. Агрессивной окружающей среды на эксплуатационную надежность электродвигателей и, в частности, изысканию способов защиты изоляции их обмоток от переувлажнения и порчи. Поставленная цель достигается применением в качестве рабочего органа электрического поля. В магистерской диссертации дан анализ состояния эксплуатации электродвигателей, используемых в агрофирмы «Кибрай» и дана оценка влияния факторов окружающей среды на их надежность. В связи с этим в работе рассмотрены в теоретическом и экспериментальном плане два важных аспекта этом проблемы: с одной стороны- процесс проникновения и накопления влаги в полости неработающего герметизированного электродвигателя, эксплуатируемого во влажного среде с редкими колебаниями суточной температуры, а с другой процесс влагопереноса, имеющий место в обмотке под действием электрического поля, предупреждающе пере увлажнения её изоляции. Исследованию также поведение сопротивления изоляции обмоток электродвигателей при наложении напряжения разных значений и полярности. На основе полученных результатов выбраны оптимальные параметры приложенного - электрического поля. Научная новизна магистерской диссертационной работы заключается разработке нового способа защиты изоляции обмоток электродвигателя. Проведен анализ состояния эксплуатации электроустановок, работающих в агрофирмы «Кибрай» на основе которого и с учетом местных условий разработаны общие рекомендации для повышения их надежности. ГЛаВА I. Анализ Условий эксплуатации электрооборудования в АГРОФИРМЫ «КИБРАЙ» 1.1. Оценка влияния условий окружающей среды на эксплуатацию электроустановок. Метеорологические данные, характеризующие климатические условия Кибрайского района Ташкентской облости. Таблица 1.1.
Основными характеристиками являются высокого абсолютная и относительная влажность воздуха в течение продолжительного периода; сильное увлажнение постоянно наблюдается в ночные, ранние утренние поздние вечерние часы при температуре 25-300 С и выше. Если проанализировать изменение температуры по месяцам, то можно прийти к выводу о большом постоянстве климата, которое, однако, сочетается большими колебаниями температуры в течение суток. Проблема защиты электроустановок в агрофирм становится очень важной в связи с характером климатических особенностей умеренного климата. И если не принять соответствующие меры защиты, то более агрессивные, по сравнению с тропическим климатом, условия влажного с умеренным климатом значительно сокращают срок службы оборудования. Важнейшими факторами, влияющими на срок службы электрооборудования, работающего с умеренным климатом, являются следующие./2/: А) высокая температура; Б) повышенная относительная влажность; В) суточные колебания температуры и влажность в течение дня и ночи; Г) сильный солнечный перегрев; Д) пыль и песок; Е) биологические факторы (бактерии и плесень). Высокая температура ускоряет старение изоляционных материалов, изменяет их электрические свойства. Размягчается, а часто и вытекает заливочная масса. Имеет место общий перегрев электрических машин. Для оценки влияния влажности в определенных условиях необходимо, прежде всего, знать абсолютную влажность воздуха. Большое содержание водяного пара в атмосфере влажных умеренного влияет на электрооборудование следующим образом. Во-первых, ухудшаются электрические и механические свойства изоляции, во-вторых, влага, конденсируясь на поверхности металла электродвигателей, приводит к снижению коррозионной устойчивости, окислению контактных соединений и ухудшает их проводимость [53,71,73]. Практика показывает, что климатическое воздействия нельзя учесть помощью одних обычных средних показателей климата. Необходимо детально проанализировать влияние в комплексе температуры и солёности воздуха и т.п. Среди этих комплексов влажность и температура являются основными факторами, от которых зависит степень конструктивной надежности электродвигателей [10, 44]. Защитное свойства электроизоляционных материалов не остаются постоянными в течение срока службы. Под действием температуры, влаги и химических активных газов происходят как обратимые, так и необратимые изменения их физико-химических свойств. Изоляция обмоток электрических машин является самым уязвимым элементом их конструкции. Известно, что при абсорбции влаги: - электрическое сопротивление электроизоляционных материалов в значительной мере снижается; - ухудшается качество изоляции; - снижается пробивное напряжение изоляции; - увеличивается емкость изоляции за счет роста диэлектрической проницаемости. Влияние солнечного нагрева и солесодержания воздуха на надежность электроустановок выражается и в том, что ультрафиолетовое излучение воздействует на некоторые материалы, химически изменяющиеся под воздействием света, как, например, каучук и резина. Многие устройства подвергаются воздействию инфракрасного излучения. Температура их зависит от вида материалов, цвета, степени шероховатости их поверхности, формы, теплопроводности, окружающих лучей на поверхность. При повышении температуры уменьшается механическая прочность изоляции и коэффициент теплоотдачи. Тепловое старение и повышенное солесодержание делают изоляцию уязвимой для механических повреждений. При потере механической прочности или эластичности изоляции, электродвигатели не способны выдерживать обычные условия работы, вибрацию и удары [15]. Атмосфера, представляет собой аэрозоль, то есть дисперсную систему, в которой соль содержится в виде частиц соли или капель соленого раствора. Таким образом, воздействие сольного воздуха на электрооборудование отражается в увеличении электропроводности поверхности электроизоляционных материалов и в ускорении коррозии металлов. (65) Проблема защиты электродвигателей в условиях работы в среде с повышенным солесодержанием, влажностью и температурой приобретает очень важное значение. Соль адсорбирует влагу и при воздействии температуры в результате влагообмена с окружающей средой высыхают верхние слои изоляции. Это приводит к поверхностным трещинам и ухудшению механических свойств изоляции (9). Вследствие различных атмосферных осадков на поверхности металлов электрооборудования конденсируется влага. В результате растворения в ней агрессивных газов и солей она превращается в электролит. Это создаёт благоприятные условия для корразии, скорость которой зависит от влажности воздуха и степени его загрязнения различными примесями. Опасность для электрооборудования представляют также грозы, не только из-за возможных прямых ударов молний, но и влиянием озона и соединением азота-аммиака и других газов, которые образуются в воздухе во время грозы. Это тоже ведет ускорению коррозии изоляционных материалов и металлов. Воздействие пыли и песка на электротехнические изделия проявляется в виде абразивного и химического износа. Проникая в микротрещины изоляции и других материалов, они резко снижают их изоляционные свойства. Попадание пыли и песка в подвижные части электродвигателей ускоряет изнашивание трущихся поверхностей. Обилие пыли при сильных электрических полях вызывает частичные пробои, приводит к выходу из строя электродвигателей, токоведущих частей электрических машин. Осаждаясь на изоляционных материалах, пыль вызывает резкое снижение сопротивления изоляции. Образуются проводящие мостики и возникают трудно обнаруживаемые отказы. Пыли органического происхождения служит хорошей питательной средой для развития плесени и усугубляет воздействие биологических факторов.(2). К биологическим факторам относятся грибковые плесени. Наиболее благоприятным условием для развития плесени является сочетание повышенной влажности, больше 75% и температуры (250С-350С). Появление плесени в электрооборудовании приводит к нарушению контактов, замыканиям и пробоям, снижает сопротивление изоляции, способствует образованию водяного слоя, ускоряет процесс коррозии металлов за счет выделение органических кислот, разрушает защитные покрытия (96). Наиболее часто покрываются плесенью запасные части, которые хранятся в сырых непроветриваемых помещениях. 1.2. Мероприятий для повышения уровня эксплуатации электрооборудования и требования к обслуживающему персоналу Успешное решение данного вопроса значительной степени зависит от уровня электрификации сельскохозяйственного производства, от организации системы эксплуатации установленного электрооборудования, а также от рационального использования электроэнергии на технологические процессы. Стационарные технологические процессы сельскохозяйственного производства неразрывно связаны с применением электроэнергии. Практически все машины, используемые в животноводстве, работают на электрическом приводе. Однако, и здесь имеются значительные резервы в деле электрификации сельскохозяйственных процессов, так как в настоящее время только 48% животноводческих ферм электрифицировано а в таких процессах как приготовление и раздача кормов, переработка сельскохозяйственной продукции, а также в других процессах электроэнергия находит пока еще явно недостаточное применение. Как видно из приведенных данных в сельском хозяйстве стоят большие задачи по более широкому внедрению электропривода в сельскохозяйственное производство. В настоящее время в агрофирме отсутствует какая-либо система планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания электрооборудования. Это одна из главных причин преждевременного выхода из строя электроустановок (особенно электродвигателей). Вся служба пока сводится лишь к ликвидации аварийных отказов. В связи с отсутствием централизованного ремонта электрооборудования сельхозпредприятия вынуждены обращаться за помощью к сторонним организациям, которые ремонтируют электродвигатели длительное время – от 1 до 3 месяцев, стоимость ремонта непомерно велика. Допускаются грубейшие нарушения правил технической эксплуатации, техники безопасности и противопожарных норм при эксплуатации электроустановок потребителей. Испытания применяемых при работе машин и механизмов, защитных средств и инструментов не производятся. Новые лица, обслуживающие электроустановки, не проходят вводный инструктаж по технике безопасности. Большое количество электродвигателей на животноводческих фермах не заземлены. Проверка и настройка защиты не осуществляется. Перегоревшие плавкие вставки в предохранителях в большинстве случаев заменяются самодельными, что при коротких замыканиях может привести к возникновению пожара. Систематическая проверка знаний электротехнического персонала на право допуска к работе на электроустановках и мероприятия по повышению его квалификации не организованы. Оптимальная периодичность проведения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту еще пока не определена, структура электротехнической службы хозяйств по принципу специализации не сформирована. Все это в совокупности и приводит к тому, что ежегодный выход электродвигателей из строя в сельскохозяйственном производстве достигает 45% и более. Опыт работы энергетических служб в сельском хозяйстве других зарубежных развитых стран показывает, что эффективное использование электроэнергии, электрооборудования и машин в значительной мере зависти от создания и внедрения систем планово- предупредительных ремонтов и технического обслуживания в хозяйствах. При этом резко повышается надежность работы всего электрооборудования, окрещается выход из строя электродвигателей. В систему ППРЭсх входят следующие работы и мероприятия. (14). - определение видов работ по техническому обслуживанию и ремонту электрооборудования и его ревизия; - установление периодичности между техническим обслуживанием ремонтами; - планирование профилактических операции и контроль за их осуществлением; - разработка системы оплаты труда работников энергетической службы хозяйства; - организация снабжения этой службы материалами и запасными частями; - разработка методов и организация контроля качества технического обслуживания и ремонта; - организация технического обслуживания и ремонта, составление графиков обслуживания и ремонта и их выполнение; - организация производственной базы для выполнения необходимых работ; - разработка и уточнение различных нормативов (трудоемкости, простоев, расходов материалов и запасных частей и т.п.). Разработаны предложения, в которых рекомендуется примерная структура организации электротехнической службы. В частности, рекомендуется деление этой службы на два подразделения: одно из них занимается мелко монтажными работами, а другое - эксплуатацией. Эксплуатационная служба, в свою очередь, подразделяется на группы, проводящие техническое обслуживание и текущие ремонты, и специализированную аварийную бригаду (рис. 1.2.) При организации электротехнической службы необходимо иметь ввиду следующие факторы, влияющие на ее структуру: объем и характер работ; виды электроустановок; природное – климатические условия; степень важности технологических процессов; концентрация и размещены электроустановок по территории хозяйства; показатель надежности и ремонтопригодности и др. Огромное значение для надежной и эффективной работы электроустановок и их обслуживания имеет степень подготовки электротехнического персонала. Обслуживающий персонал должен иметь определенный объем технических знаний и стаж практической работы. На работу по эксплуатации электроустановок должны приниматься специалисты, имеющие медицинское свидетельство. В соответствии со своим рабочим местом эксплуатационные работники должны пройти производственное обучение и проверку знаний по «Правилам технической эксплуатации электроустановок и технике безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», должностным инструкциям и техническому минимуму по обслуживанию оборудования. Производственное обучение на рабочем месте продолжается две недели. Рабочий персонал в течение этого времени приобретает практические навыки и знакомится с оборудованием. Проверка знаний эксплуатационных работников не только реализуется при приеме их на работу, но периодически в процессе эксплуатации. Проверка знаний правил технической эксплуатации, правил техники безопасности и инструктаж обязательны. Как показала практика эксплуатации электроустановок в условиях сельскохозяйственного производства выход из строя электродвигателей и другой аппаратуры в значительной степени обусловлен низким качеством изготовления большой части электрооборудования, использованием несоответствующих требованиям окружающей среды электроизоляционных материалов и в первую очередь, пропиточных лаков и компаундов, слабой подготовкой электротехнического персонала, не владеющего методами настройки защиты, выбора соответствующего оборудования и т.д. Поэтому в качестве первостепенных мероприятий при организации службы эксплуатации должны быть: - обеспечение эксплуатационных и ремонтных подразделений соответствующими электроизоляционными материалами и запасными частями; - организация системы подготовки и повышения квалификации кадров; - организация формы обслуживания электрооборудования; - внедрение и практическое применение системы ППР и технического обслуживания в сельском хозяйстве. 1.3. Анализ характера и причин аварий электродвигателей. В процессе эксплуатации старение и износ оборудование естественны. Однако часто этот естественный износ под действием большого количества факторов ускоряется. Для сельскохозяйственных установок характерны три группы отказов электродвигателей (88). 1. Термическое разрушение изоляции; 2. Гидрохимическое ослабление и разрушение изоляции; 3. Механическое повреждение электродвигателя. Из-за повреждения изоляции происходит от 85 до 95 % отказов электродвигателей, из-за механических повреждений от 5 до 15% (69). Отказы вследствие повреждения изоляции вызываются вибрацией и коммутационными пере напряжениями в обмотке. Под действием знакопеременных вибрационных нагрузок появляются в изоляции трещины и капилляры, нарушаются изоляционные покрытия. Это слабые места изоляции «выявляются» коммутационные пере напряжениями, особенно при пуске электродвигателей, что приводит к ее пробою и выходу электродвигателя из строя, если он ненадежно защищен. (42) Для того чтобы защитить электродвигатели, необходимо знать причины их отказов. Все основные аварийные режимы (обрыв фазы, заклинивание ротора, технологическая перегрузка, нарушение охлаждения и понижение сопротивления изоляции) приводят, в конечном счете, к сгоранию обмотки статора. Поэтому определить причину отказа электродвигателя затруднительно (см. табл.1.2.). Таблица 1.2. Основные аварийные режимы электродвигателей и причины их появления.
1-неполно фазный режим 2-за торможение ротора 3-перегрузка по току 4-понижение сопротивления изоляции 5-нарушение охлаждения 6-увеличение механического износа 7-межвитковое замыкание 8-нарушение электрической безопасности В случае обрыва фазы электродвигатель не запускается, оставаясь в заторможенном режиме. Ток статорной обмотки при этом превышает номинальный в 5…7 раз, и обмотка сгорает. При работе двигателя на двух фазах величина тока в обмотке увеличивается вдов и при отсутствии надежной защиты приводит к его выходу из строя. В результате работы в неполно фазном режиме чаще выходят из строя двигатели вакуум-насосов, холодильных установок, вентиляторов и других устройств, работающих в продолжительном режиме при отсутствии оператора. В сельскохозяйственном производстве в среднем коэффициент загрузки электродвигателей составляет 0,5-0,8 но, несмотря на неполную загруженность, значительная часть их выходит из строя из-за перегрузок. Перегрузкам чаще всего подвержены приводы вертикальных зерно транспортеров, измельчителей и дробилок при неравномерной подаче продукта. Из – за пониженного напряжения испытывают перегрузки примерно 15% электродвигателей. Напряжение в сельскохозяйственных сетях колеблется в проделах от 0,85 Uн до 1,2 Uн , при пуске двигателя оно снижается до 0,65 Uн. Неравномерная нагрузка по фазам и перекосы напряжения также приводят к перегрузкам. Агрессивная окружающая среда отрицательно влияет на сопротивление изоляции статорной обмотки. При пониженном сопротивлении могут возникать сведущие виды отказов изоляции: межвитковые замыкания в обмотке; пробой изоляции обмотки на корпус; пробой межфазной изоляции обмотки; замыкание обмотки в месте выхода провода из паза; пробой изоляции ввода. Эти повреждения часто встречаются у электродвигателей водяных и молочных насосов, ленточных транспортеров, эксплуатируемых на открытом воздухе, и у двигателей транспортеров кармораздачи. В сельскохозяйственном производстве значительная часть технологических процессов выполняется в неблагоприятных условиях окружающей среды. Электродвигатели установлены и работают вне помещения, поднавесам, в помещениях с повышенной влажностью, высокой температурой, запыленностью, агрессивной средой. Разновидность эксплуатируемых электродвигателей и неправильный выбор при их изготовлении и ремонте соответствующих электроизоляционных материалов в сочетании с тяжелыми условиями работы (нестабильно и асимметрично напряжение трехфазной силовой сети, перегрузка, вибрация, низкая культура эксплуатации и др.) существенно влияют на срок службы электродвигателей. По данным исследований (118) ежегодно от 45 до 50% установленных электродвигателей выходит из строя, а средний срок их службы не превышает 1,5 – 2 года. Проведенные нами исследование в агрофирме показывают, что при причинами выхода электродвигателей из строя являются: 1. Влияние агрессивной окружающей среды на изоляцию обмоток электродвигателей; 2. Отсутствие надежной защиты от аварийных режимов работы (обрыв фазы, длительная перегрузка, заклинивание ротора, пониженные сопротивления обмоток и др.); 3. Неудовлетворительная эксплуатация электрооборудования. По первой причине 60% от общего количества поврежденных электродвигателей выходит из строя из-за несоответствия конструкции их изоляции условиям влажного климата, то есть вследствие пере увлажнения изоляции. Как известно, процесс увлажнения носит диффузионный характер. Во влажных климата, где давление водяных паров несколько выше, чем в нормальных условиях, диффузия происходит быстрее. Процесс также ускоряется вследствие увеличения влаг о проницаемости лаковой пленки, которая растет пропорционально квадрату температуры (67.96). В настоящее время только 30% эксплуатируемых электродвигателей в сельскохозяйственном производстве снабжены автоматами и магнитными пускателями. Кроме того, в связи с особенностями электроснабжения, применяющей однофазные трансформаторы и распределительных сетях низкого напряжения, и применением для их защиты плавких предохранителей вероятность возникновения неполно фазных режимов увеличивается. Неполно фазные режимы могут возникать и по причине грозовых разрядов: среднегодовое количество гроз составляет 1-40. Ежегодно около 20% электродвигателей выходит из строя из-за отсутствия надежной защиты отсутствия надежной защиты о аварийных режимов. Третья причина заключается в отсутствии системы планово-предупредительных ремонтов и технического обслуживания электрооборудования и пускозащитной аппаратуры, которая гарантировала бы их безотказную работу, а также в неполном укомплектовании штата электротехнической службы (см. таблицу 1.3.). Таблица 1.3. Влияние укомплектования штата электротехнической службы на выход электрооборудования из строя
Отсутствует всякая техническая документация, статистическая и оперативная отчетность. Качество ремонта находится на низком уровне, и послеремонтные контрольные испытания не реализуются. Установлено (118), что вследствие неудовлетворительной эксплуатации до 20% электродвигателей ежегодно выходит из строя. 1.4. Анализ существующих методов защиты электродвигателей массового применения, их преимущества и недостатки. Важнейшим фактором, от которого зависит надежность работы электрооборудования, является его защита. Роль защиты заключается в том, чтобы предотвратить выход электродвигателей из строя, своевременно отключив его. Это позволяет значительно сократить время восстановления работоспособности электрооборудования. На устранение причин, вызвавших аварийный режим, требуется меньше времени, чем на ремонт или замену вышедшего из строя электродвигателя. В сельскохозяйственном производстве для защиты электродвигателей от аварийных режимов работы в основном используются предохранители, тепловые реле, устанавливаемые в магнитных пускателях или станциях управления, тепловые, электромагнитные и комбинированные расцепители в автоматических выключателях, устройства встроенной температурной защиты и фазочувствительные устройства защиты. Предохранители являются наиболее простым способом защиты электрооборудования. Недостатком предохранителей является невозможность их использования для защиты трехфазных электродвигателей, работающих на оборудовании, простой которого из-за отказа электродвигателей приводит к значительным ущербам. Как правило, при работе электродвигателя, перегорает только один предохранитель, что приводит к неполнофазному режиму работы и в большинстве случаев к выходу электродвигателя из строя. Кроме того, предохранители при перегрузках не обеспечивают надежную защиту электродвигателя. Это вытекает из того, что плавкая вставка расплавляется при токе, превышающем номинальное значение только на 30-60% (24). При этом электродвигатель длительное время может работать при значительных перегрузках, которые могут привести к нарушению его изоляции и выходу из стоя. Она не защищают надёжно электродвигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме с перегрузкой. (111). Нужно иметь ввиду и значительный разбор с характеристики из -за неодинаковой площади сечения вставки, неоднородности материала и других факторов (изменение условий охлаждения, окисление поверхностей, и т.п.). Эти факторы не поддаются учету при выборе защиты. Следует также отметить, что плавкие вставки приходится выбрать по току. В 2-3 раза превышающему номинальный ток двигателя. Таким образом, предохранители целесообразно использовать как средство защиты от короткого замыкания, то есть для защиты маломощных электродвигателей, работающих без перегрузки, а также осветительных и нагревательных установок. (99). Для защиты трехфазных асинхронных двигателей от перегрузок применяются тепловые реле, встраиваемые в магнитные пускатели. Тепловое реле должно защищать электродвигатель от любых перегрузок, в том числе при неполно фазных режимах и не запуске. Но этого очень часто не происходит. Условия работы чувствительного элемента теплового реле и обмоток электродвигателя существенно отличаются. В связи с этим и различаются их характеристики. Наибольшее влияние на сдвиг характеристик оказывает тепловое состояние биметаллической пластинки. Если до возникновения перегрузки она была в холодном состоянии, то время действия защиты значительно больше, чем в случае возникновения перегрузки после подогрева пластинки. Кроме того, на время срабатывания влияют другие факторы, действие которых носит случайный характер (трение в механизме, различные чувствительности биметаллических пластины и т.д.). К недостаткам тепловых реле также следует, относит недостаточную стабильность их характеристик во времени, поэтому тепловые реле необходимо периодически настраивать. Если исключить периодическую настройку тепловых реле, то их защитные свойства со временем существенно ухудшатся. Вместе с тем тепловые реле недостаточно четко работают при перегрузках менее 20%, встречающихся довольно часто. Из-за разброса характеристик невозможно гарантировать надежную работу защиты в этих случаях. (37). Тепловое реле надежно защищает электродвигатель от обрыва фазы при пуске. При потере одной из фаз ток одном реле превысит ток установки в 5 раз. Этого достаточно, чтобы оно надежно отключило двигатель. Но при обрыве фазы после включения двигателя в работу, величина тока повышается на 30-40% по сравнению с номинальным током электродвигателя, при этом его обмотки нагревается до допустимых значение. Для того чтобы защита сработала надежно, нужно точно отрегулировать. Не рекомендуется использовать тепловые реле для защиты электродвигателей, работающих со случайной резко-переменной нагрузкой и не симметрией напряжения, а также двигателей, обмотки которых единены в треугольник. В неблагоприятных условиях оказывается защита при однофазном режиме. Так как ток в наиболее нагруженной фазе возрастает быстрее, чем в линейном проводе. В этом случае вероятность выхода электродвигателей из строя очень высока. Исследования показали, что только 67% тепловых реле отключают электродвигатели при токе нагрузкой не более 1,2 номинального значения уставки. Испытания показали, что при потере фазы только в 21% случаев тепловые реле надежно защищают электродвигатели при таких аварийных режимах. Однако несмотря на недостатки, тепловые реле остаются основным средством защиты асинхронных электродвигателей малой мощности. Обследования находящихся в эксплуатации электроустановок показывают, что основной причиной большого процента выхода из строя электродвигателей является не принцип действия теплового реле, а недостатки их конструкции и неправильное их использование. Для нечастых пусков и защиты электродвигателей используют автоматические выключатели (автоматы) серии АП-50, А-3100, АК-50, АЕ-2000 и др. Электромагнитные или комбинированные расцепители, устанавливаемые и автоматических выключателях, обеспечивают защиту электрооборудования от коротких замыканий, а комбинированные расцепители -также от перегрузок. В отношении достоинств и недостатков тепловых расцепители автоматов остаются в силе все замечания, сделанные в отношении тепловых реле. При коротком замыкании электромагнитные расцепители мгновенно размыкают все три фазы, исключая неполнофазный режим. Это дает автоматом значительное преимущество по сравнению с плавкими предохранителями. Автоматические выключатели целесообразно использовать для защиты ответственных электроприводов. Если контролировать температура статорной обмотки и при опасном ее нагреве электродвигатель автоматически отключал, то он будет защищен от всех основных аварийных режимов (обрыв фазы, заклинивание, не запускание и перегрузки). За последние годы разработаны и внедряются новые типы защиты - встроенная температурная защита, реагирующая на температуру обмоток двигателя. В качестве датчика температуры используют терморезисторы и позисторы, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры. Термодатчики встраивают в статорные обмотки. Одним из главных достоинств встроенной температурной защиты явлаеся то, что она реагирует на температуру обмоток двигателя независимо от причины вызвавшей нагрев. Кроме того, встроенная температурная защита может применяться для защиты двигателей любой мощности. Особенно эффективно она работает в условиях нарушения охлаждения двигателя, при его частых пусках или реверсах, регулировке оборотов и т.п. Однако более высокая стоимость этого устройства и необходимость прокладки дополнительных проводов для соединения датчиков с пускозащитной аппаратурой ограничивают сферу его применения. Другими недостатками являются температурная инерция датчиков, что приводит к динамическому опаздыванию срабатывания при быстром нарастании температуры (при заклинивании ротора или не запускании на двух фазах) до опасного перегрева изоляции статорной обмотки, что вызывает интенсивное ее старение, а в некоторых случаях и сгорание. Защита по температуре статорной обмотки реагирует не на причину, а на следствие аварийного режима. Сравнительные испытания показали, что при некоторых аварийных режимах (длительная перегрузка, однофазный режим работы, заторможенный ротор) отрегулированные тепловые реле защищают электродвигатели не менее надежно, чем встроенная температурная защита. При других аварийных режимах (повторяющиеся перегрузки, частые пуски, повторно-кратковременный режим) лучшие результаты дает встроенная температурная защита. Кроме того, встроенную температурную защиту целесообразно применять в установках, требующих повышенной надежности, аварии которых сопровождаются большим технологическим ущербом. Разработаны фазочувствительные устройства защиты электродвигателей сельскохозяйственного назначения (ФУЗ). Принципы действия ФУЗ основан на контроле изменения угла сдвига фаз между токами нагрузки электродвигателя. ФУЗ защищает электродвигатели от неполнофазных режимов, незапускания (заторможение ротора) и срабатывает при коротких замыканиях в электрических цепях. К недостаткам простейшей схемы ФУЗ можно отнести отсутствие инерционного срабатывания, при этом ФУЗ реагирует на пусковые токи электродвигателя, а также не реагируют на большие длительные перегрузки. Эти недостатки устраняются в других модификациях фазочувствительных устройств защиты (модернизированные ФУЗ-М). ФУЗ-М защищает электродвигатель от неполнофазового режима, заклинивания (незапускания), отлюбых перегрузок с выдержкой времени, то есть от прямых аварийных режимов, но они не реагируют на некоторые косвенные аварийные режимы, например, неудовлетворительный теплообмен с окружающей средой (вследствие высокой температуры и влажности или запыленности окружающего воздуха), частые пуски или реверсы электродвигателя, приводящие к перегреву статорной обмотки. Также не реагируют на понижение сопротивления изоляции обмоток и перегрев подшипников качения. Разработано универсальное устройство защиты (ФУЗ-У), которое надежно защищает электродвигатели от всех основных аварийных режимов: обрыва фаз, перегрузок, не запускания (заклинивания) и перегрева статорной обмотки или подшипников. В ФУЗ-У применен элемент контроля токов утечки, обеспечивающий моментальное отключение электродвигателя при уменьшении сопротивления изоляции ниже допустимых пределов. Основным достоинством ФУЗ-У является то, что ФУЗ-У быстро реагирует на аварийные режимы, такие как обрыв фаз, не запускание (заторможение ротора) электродвигателя, не вызывая перегрева статорной обмотки и старения изоляции. Кроме того, не требуется установка позисторов в статорную обмотку электродвигателя, как это делается в устройствах встроенной температурной защиты (УВТЗ), а достаточно установить один позистор в его корпусе. Например, на место ремболта можно установить температурный датчик после монтажа электродвигателя. Явным недостатком ФУЗ-У является то, что для соединения датчика температуры с пускозащитной аппаратурой необходимо использовать дополнительный провод. Вместе с тем, при нарушении охлаждения электродвигателя инерционность срабатывания по сравнению с УВТЗ больше, допуская перегрев статорной обмотки и более интенсивное старение изоляции обмоток. Общий недостаток фазоучувствительных устройств защиты заключается в том, что в зависимости от мощности электродвигателей и диапазона рабочих токов применяются разные устройства и модификации ФУЗ. Кроме рассмотренных устройств, широко применяемых для защиты асинхронных электродвигателей, некоторые авторы рекомендуют использовать различные специальные виды защиты (защита напряжению нулевой последовательности, по минимальному напряжению, защита с применением реле тока, и.т.д.) в дополнение к основной. Однако, правилами устройства электроустановок (ПУЭ) определено, что применение специальной защиты допускается лишь в порядке исключения для двигателей, защищенных предохранителями и не имеющих защиты от перегрузки и других аварийных режимов, выход из строя которых может полностью нарушить технологический процесс и нанести большой ущерб хозяйству. Правильное решение вопроса выбора пускозащитной аппаратуры и определения наиболее целесообразной области применения того или иного устройства защиты достигается на основе технико- экономический расчета. При этом необходимо принять во внимание требуемый уровень надежности, режим работы электродвигателя, вероятность неправильного действия защиты и величину технологического ущерба из-за простоя электрооборудования. 1.5. Условия работы электродвигателей и оценка возможных мер по предупреждению отсырения изоляции их обмоток Технологический процесс в сельскохозяйственном производстве характеризуется низкой степенью использования установленного электрооборудования как в течение суток, так и на протяжении года (см. таблицу. 1.4). Например, на фермах крупного рогатого скота электродвигатели на дойке работают в течение суток по 4,5 часа с интервалом 8 часов, на охлаждении молоко – по 9 часов с интервалом 10 часов, на мойке и дезинфекции коров – 4 раза в течение месяца по 2 часа. Электродвигатели навозоуборочных машин работают в сутки о нескольких минут до 4 часов и простаивают до 10 дней. Таблица 1.4. Распределение электродвигателей, используемых в сельском хозяйстве, по продолжительности работы в течение года
Длительные простои электродвигателей, эксплуатируемых в местах с повышенными влажностью и температурной приводят к увлажнению изоляции обмоток, снижению её сопротивления, а в конечном итоге – к выходу их из строя из-за пробоя изоляции после очередного включения. Стоимость ремонта электродвигателя равноценна стоимости изготовления нового двигателя. Кроме того, после ремонта, как правило, уменьшается средняя наработка электродвигателя на отказ. Для обеспечения надежного пуска электродвигателей, требуемого, правилами устройства электроустановок могут применяться следующие способы защиты изоляции их обмоток от увлажнения: 1. Полная герметизация электрических машин; 2. Капсулирование обмоток электродвигателя; 3. Размещение электродвигателей в сухих помещениях; 4. Периодическое включение механизмов вхолостую или под нагрузкой по специально составленному графику; 5. Покрытие изоляции специальными влагостойкими лаками использование электроизоляционных материалов более высокого качества; 6. Периодическая плановая сушка; 7. Профилактический нагрев электродвигателя в технологической паузе работы оборудования. Защита первым способом является не полной. После отключения и при охлаждении электродвигателя закрытого исполнения до температуры окружающей среды, внутринего создастся попеременно избыточное давление и разрежение по отношению к окружающей среде, что вызывает приток влажного воздуха внутрь двигателя через сальниковые уплотнения подшипников, а также отверстия вводных клемм. Таким образом, изоляция обмоток увлажняются и её сопротивление снижается до недопустимых, опасных пределов. Этот способ, однако, находит эффективное применение при защите электродвигателей погрузных насосов. При использовании способа капсулирования для защиты изоляции обмоток явным недостатком является снижение ремонтпригодности электродвигателей. Это связано с тем, что при выжигании капсулированного статора значительная часть проводникового материала портится и для последующего изготовления обмоток он не пригоден. При выжигании из обмоток компаунда выделяются ядовитые газы, вредные для обслуживающего персонала. Для обеспечения их нормальных принимать дополнительные меры защиты. Кроме того, на получение компаунда и проведение самого капсулирования значительно увеличиваются затраты. Таким образом, с экономической точки зрения данный способ защиты изоляции обмоток электродвигателей от увлажнения применять не целесообразно. Им можно воспользоваться только в отдельных случаях, где это оправдано. В условиях эксплуатации не всегда возможно использование 3-го и 4-го способов защиты электродвигателей от увлажнения изоляции и требуются дополнительные затраты на обслуживание и расход электроэнергии. Пятый способ защиты связан с применением дорогостоящих электроизоляционных материалов, лаков, компаундов и красок. Кроме того, сам процесс пропитки изоляции обмоток электродвигателей трудоемкий и требует квалифицированного обслуживающего персонала. Данный способ эффективен на стадии проектирования и изготовления электродвигателей, предназначенных для работы в странах с тяжелыми климатическими условиями. Периодическая плановая сушка является традиционным способом рассматриваемой защиты. Сушка изоляции обмоток электродвигателей осуществляется одним из следующих методов: конвективный, вакуумный, радиационный, индуктивный и токовый метод. Все они связаны с разборкой и демонтажном двигателе с места установки, что приводит в условиях современного сельскохозяйственного производства к большим затратам и потерям продукции в связи с нарушением технологического процесса. Однако, для хозяйств, имеющих соответствующий резерв электрооборудования, этот способ оказывается приемлемым. Более эффективным и надёжным является седьмой способ, при котором нагрев осуществляется пропусканием через обмотку тока не превышающего номинального значения тока электродвигателя. Это позволяет поддержать температура его обмоток на 3-100С выше температуры окружающей среде, что препятствует оседанию влаги на наружных поверхностях изоляции обмоток и других частях электрической машины. Демонтаж и разработка электродвигателя при данном способе не требуется. Недостатком тепловых способов удаления влаги для повышения электрического сопротивления изоляции электрических машин является их отрицательное воздействие на все элементы изоляции, заключающееся в изменении её физико-химической структуры и проводящие к снижению электрической и механической прочности изоляционного материала, в результате чего происходит старение изоляции, а следовательно значительное сокращение срока ее службы. Кроме того, к недостаткам этих способов можно отнести относительно большое потребление электроэнергии и ограниченная область применения. Явление электроосмоса довольно широко используется в технике для «холодной» электрической сушки пористых и волокнистых веществ, осушения грунтов, электромеханической обработки глинистых грунтов в основаниях сооружений и др. При использовании его для сушки изоляции обмоток электродвигателей рост сопротивления (при подачи положительного потенциала низкого напряжения на обмотку) обусловлен возникновением в изоляции электроосмотических процессов. Одинока, в работах указано, что возникновение электроосмотических явлений возможно, главным образом, в пористых изоляционных материалах. Таким образом, отмеченный рост сопротивления изоляции различного оборудования с монолитной изоляцией может быть объяснён скорее образованным на токоведущих частях плохо проводящего оксидного слоя, чем происходит процесс гидролитического разрушения и расслоения изоляция и окисления обмоточного провода. Изложение выше особенности эксплуатации электроустановок в условиях влажного климата требуют поиска путей повышения надежности их работы. |