общий+2011. Повышение эксплуатационной надежности электродвигателей находящиеся в эксплуатации агрофирмы кибрай диссертация магистра на получение степени магистра по

• Название: Повышение эксплуатационной надежности электродвигателей находящиеся в эксплуатации агрофирмы кибрай диссертация магистра на получение степени магистра по
• Дата: 29.05.2022
• Размер: 4.01 Mb.
• Имя файла: общий+2011.doc
• Тип: Диссертация; #556005
• страница: 4 из 6

ГЛАВА III. ЭКСПЕРИМЕНТЕЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ УВЛАЖНЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ВОССТАНАВЛЕНИЮ ЕЕ ПОД ДЕЙСТИВИЕМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
3.1. Методика проведения экспериментов.
Экспериментальные исследования осуществлялись в лабораторных условиях в три этапа. На первом этапе были проведены эксперименты с наложением электростатического поля высокого напряжения. Три одинаковых электродвигателя (ЭД) серийного производства типа АОЛ 22/4 мощностью 0,4 кВт с изоляцией класса «В», состоящей из электрокартона на полиэтилентерефталатной пленке, помещались в камеру искусственного климата, где с помощью контактного термометра и психрометра контролировались значения температуры и относительной влажности воздуха в переделах, нормированных ГОСТом 15-151-60 «машины, приборы и другие технические изделия для районов с тропическим климатом», т.е. 352⁰С и 953% соответственно. К токоведущим частям у одного электродвигателя подключался отрицательный, а у другого – положительный полюс источника высокого напряжения. Средняя точка источника питания соединялась и изолированной от корпусов электродвигателей металлической пластиной. Третий электродвигатель был контрольным.

Опыты повторялись при разных значениях приложенного напряжения: 5; 2,5; 1; 0,75; 0,5 кВ.

Схема и основные узлы устройства, используемого для опытов, приведены на рисунке 3.1.

В качестве источника напряжения использовались: прибор ИВН –1 с плавной регулировкой выходного постоянного напряжения от 0,5 – 6 кВ или газоразрядный трансформатор типа ТГ-1020 напряжением 0,22/6,4 кВ (рис. 3.2). Последовательно со вторичной обмоткой трансформатора были включены ограничительные сопротивления и выпрямительный диод (столбик). Конденсаторы С₁ и С₂ использовались с целью сглаживания напряжения и получения средней точки. Для плавной регулировки напряжения в переделах от 0,5 до 5 кВ на входе трансформатора был включен блок питания ВС-24 М. В связи с тем, что после отключения установки конденсаторы остаются заряженными, для их разрядки после окончания опыта параллельно с ними был подключен резистор, коммутируемый с помощью переключателя.

Второй экспериментальный этап существенно отличался от первого. В этом случае потенциал был подан между корпусом и обмотками электродвигателя (см. рис.3.3), и во избежание пробоя изоляции величина напряжения источника питания была уменьшена. Опыты проводились при значениях напряжения в переделах от 0,04 до 0,5 кВ.

В этом варианте использовались два электродвигатель типа А02/4, мощностью 0,4 кВт и класса изоляции «В».



Рис. 3.1. Схема и основные узлы эксплуатационной установки (I способ).

ВД / блок питания

МП – металлическая пластинка

П.О.С. – пластинка органического стекла

К.К. – климокамера

Рис. 3.2. Источники питания высокого напряжения



Рис. 3.3. Схема и основные узлы экспериментальной установки (II способ).

На третьем заключительном этапе был проделан опыт на серийных, выпускаемых промышленностью электродвигателях типа 4АМ7134УЗ мощностью 0,75 кВт, имевших изоляцию из полиэтилентерефталатной пленки (ПЭТФ) класса «В». Три частично разобранных электродвигатель (частичная разборка заключается в снятии одного подшипникового щита со стороны вала) помещались в климокамеру. На один из них было подано между обмотками и корпусом пульсирующее поле отрицательной полярности, а на обмотки другого – вращающееся поле такой же полярности. Причем его корпус был заземлен. А третий Э.Д. являлся контрольным (см. рис.3.4.)

Источником питания здесь служила трехфазная сеть переменного тока промышленной частоты. Пульсирующее напряжение отрицательной и положительной полярности было получено с помощью выпрямительных диодов (рис.3.4.).


Рис. 3.4. Схема и основные узлы экспериментальной установки (III способ).

Методика проведения эксперимента по сушке изоляции на первом и втором этапах была идентична: полностью разобранные электродвигатель со снятыми подшипниковыми щитами и ротором увлажнялись в камере искусственного климата при температуре 352⁰С и влажностью 100%, т.е. с конденсацией влаги. Сопротивление межфазовых частей изоляции доводили до 100 кОм, а корпусной изоляции – до 150 кОм. Затем электродвигатель извлекали из камеры и в естественных условиях обмотки испытуемых электродвигатель ставились под действие электрического поля, а контрольный электродвигатель оставался без напряжения.

Характер изменения сопротивления изоляции обмоток электродвигатель по отношению к корпусу и между обмотками при опытах регистрировался, мегометором М 4100/3 на 500 В. Замеры сопротивления изоляции производились через равные промежутки времени.

Для статистической достоверности опыты повторялись 3-х кратно с чередованием используемых в них электродвигатель.

В качестве меры безопасности для защиты людей в случае прикосновения к электродам или металлическим частям оборудования применялось ограничительное сопротивление, включенное последовательно с электродами (см. рис. 3.1), Это сопротивление ограничивает ток, проходящий через тело человека до безопасного для него значения (I0,005 А). Величина ограничительного сопротивления определяется по формуле.

(3.1.)

где : R₄ - сопротивление тела человека , принимаемое равным 1000 Ом;

U - выпрямленное высокого напряжение источника питания.

Как дополнительная мера безопасности использовалось специальное реле, которое срабатывает и отключает установку при увеличении тока утечки в случае приближения к ней заземленного предмета.

Общая схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Общий вид экспериментальной установки.

3.2. Экспериментальные исследования поведения сопротивления изоляции при подаче электростатического поля высокого напряжения. Выбор напряжения и полярностей (при хранении электродвигателей).
Результаты экспериментального исследования поведения сопротивления изоляции (R_из) при наложении электростатического поля высокого напряжения на предмет предотвращения увлажнения изоляции обмоток электрических двигателей, находящихся на стадии хранения, отражены зависимостями, приведенными на рис. 3.6, 3.7, и 3.8. Здесь показан ход изменения R_из фаз относительно корпуса и между фазами при разных значениях приложенного напряжения и полярности.

Из рис. 3.6. (а, б, г, д, е) видно, что значение R_из электродвигатель, не обмотки которых был подан отрицательный потенциал, после 16 часов нахождения в камере искусственного климата искусственного климата сохранялось на уровне, обеспечивающим очередной безопасный пуск электродвигателя, т.е. R_из0,5 мОм. При подаче электростатического поя обратной полярности положительный эффект не наблюдался. Более низкое значение сопротивления изоляции по сравнению с контрольными электродвигатель является фактором, свидетельствующим об ускорении процесса поглощения изоляцией влаги при подаче на обмотку Э.Д. положительного потенциала. Теоретические исследования подтверждают полученные экспериментальные результаты. Кроме того, при подаче обратной полярности обнаружились признаки гидролитического разложения изоляции и окисления отметочного провода. Это связано с процессом электролиза, возникающим между катодом – обмотки и анодом – пластинки с осаждением на обмотки гидроксильных ионов ОН, несущих отрицательный заряд.

На рис. 3.7. (а, б, в, г) показан изменение R_из электродвигатель которые находились под напряжением 0,75 и 0,5 кВ. Оценивая полученный результат, можно отметить, что при значении приложенного потенциала равного или меньше 0,75 кВ, данный способ защиты изоляции обмоток электродвигатель от увлажнения величины подаваемого напряжения воздействие электростатического поля на молекулы влаги существенно ослабляется в связи со снижением его напряженности, вследствие чего процесс влагопереноса замедляется.

Восстановление изоляции электродвигатель при наложении электрического поля (напряжение «сушки» –1 кВ) иллюстрируется на рис. 3.8. (а, б, и в). За 10 часов воздействия поля R_из между обмотками практически не изменилось. Однако R_из обмоток относительно корпуса восстанавливается достаточно эффективно. Оно увеличивалось в среднем до 4 мОм. Причиной этого результата является то, что значение напряженности, действующей на изоляцию лобовых частей, в связи с ее расположением относительно корпуса электродвигатель меньше, чем в пазовой части, что значительно влияет на процесс вытеснения влаги с этой части обмоток.


Рис 3.6а. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции между фазами, при

U = 5 кВ.



- - - - - - - «минус» подан на обмотку, «плюс» - на корпус

___.____ подана обратная полярность.

________ без напряжения.

Рис. 3.6.б. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, при U = 5 кВ.


Рис. 3.6 в. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции между фазами, при U = 2,5 кВ.



Рис. 3.6 г. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, при U = 2,5 кВ.



Рис. 3.6 д. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции между фазами, при U = 1 кВ.


Рис. 3.6 е. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, при U = 1 кВ.


Рис. 3.7 а. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции между фазами, при U = 0,75 кВ.



Рис. 3.7 б. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, при U = 0,75 кВ.



Рис. 3.7 в. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции между фазами, при U = 0,5 кВ.


Рис. 3.7 г. Характер изменения среднего значения сопротивления изоляции фаз относительно корпуса, при U = 0,5 кВ.



Рис 3.8. Ход изменения среднего значения сопротивления изоляции при её восстановлении (напряжение «сушки» - 1 кВ.)
Схема замещения эксперимента представлена на рис 3.9. Она включает сопротивления изоляции между обмотками и сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса. Другими словами, схемой учтены токи связной и поверхностной проводимости, зарядные токи геометрической абсорбционной емкости диэлектрика, а также сопротивления, обуславливающие активные потери связанные с поляризацией в диэлектрике и изолирующей пластине (R_п и С _п).



Рис 3.9. Схема замещения эксперимента (I способ)

А – корпус ЭД

Е – источник напряжения
Достоинствами данного способа предупреждения увлажнения изоляции и ее восстановления являются:

-минимальные энергозатраты;

-отсутствие необходимости разборки электродвигатель,;

-исключение теплового старения изоляции, имеющего место при сущке нагревом.

Основные недостатки метода:

-наличие проблем техники безопасности, связанных с подачей высокого напряжения;

-возможность пробоя сильно увлажненной изоляции.

Согласно полученным результатам можно прийти к следующим выводам:

-интенсивность процессов предотвращения увлажнения изоляции зависит от значения подаваемого напряжения;

-способ может быть использован на практике не только с целью предупреждения увлажнения изоляции электродвигатель, находящихся на стадии хранения, но и при защите изоляции от разных вредителей (бактерии, плесень и т.д.), приводящих к ее порче.

Избежать вышеупомянутые недостатки можно уменьшением значения приложенного напряжения. При этом требуемая для переноса влаги напряженность электростатического поля обеспечивается также уменьшением расстояния между электродами. С этой целью отрицательный и положительный полюса источника напряжения было решено подключить непосредственно между обмотками и корпусом Э.Д.
3.3. Экспериментальное исследование поведения сопротивления изоляции при наложении электростатического поля между корпусом и обмотками электродвигателя.
Исследование явления влагопереноса, возникающего при подаче напряжения между токоведущими частями электродвигатель, (обмотками) и его корпусом, проводились при значении приложенного напряжения, равно 0,5 ; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1; 0,05; 0,04 кВ.

Результаты изменений среднего значения сопротивления изоляции фаз по отношению к корпусу м между самими фазами представлены в виде кривых на рис. 3.10. Анализ кривых показывает, что в течение 16 часов увлажнения электродвигатель, в климокамере сопротивление изоляции при подаче отрицательной полярности (“минус” на обмотку, а “плюс” на корпус) держалось выше предельного значения (0,5 мОм). В то же самое время увлажнялась изоляция контрольных электродвигатель. При этом их R_из уменьшалось до недопустимых значений. Как видно из рис. 3.10 в первые четыре часа процесс увлажнения изоляции протекает наиболее интенсивно (как в электродвигатель, находящихся под напряжением, так и в контрольных), а примерно через 15 часов практически заканчивается. Это связано с процессом постеленного насыщения изоляции влагой, динамика которого значительно меняется под воздействием электрического поля в зависимости от полярности (см. 2.4., 2.5. и 2.6.). А именно при подаче отрицательной полярности процесс замедляется.

В опытах при напряжениях 0,5 и 0,4 кВ и продолжительности, равной 10 .16 часов, иногда наблюдались пробои изоляции, особенно в последние часы процесса, т.е. когда изоляции максимально увлажнена. Следовательно, в эти часы целесообразно использовать более низкое значение приложенного напряжения или постепенно его уменьшать по мере уменьшения R_из. Но при этом следует иметь ввиду, что при разности потенциалов меньше 50 В положительный результат не получился (см.рис. 3.10 ж)

1. 
   «минус» подан на обмотку, а «плюс» - на корпус
   

2. без напряжения
Рис. 3.10 а. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 500 В.



1. «минус» подан на обмотку, а «плюс» - на корпус

2. без напряжения
Рис. 3.10 б. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 400 В.



1. «минус» подан на обмотку, а «плюс» - на корпус

2. без напряжения

Рис. 3.10 в. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 300 В.



Рис. 3.10 г. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 200 В.



Рис. 3.10 д. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 100 В.




Рис. 3.10 е. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 50 В.


Рис. 3.10 ж. Характер изменения среднего значения сопротивления при U = 40 В.


Рис 3.11. Ход изменения среднего значения сопротивления изоляции при её восстановлении.

1. 
   без U;
   
2. 
   при U = 100 В;
   
3. 
   при U = 300 В; U = 500 В
   

На рис. 3.11 показаны кривые изменения R_из, межфазовых частей и фазы относительно корпуса при восстановлении R_из (напряжение “сушки” – 500, 300 и 100 В). Анализируя опытные зависимости, можно отметить, что сопротивление корпусной изоляции за 10 часов опыта увеличивалось в каждом случае в соответствии с величиной приложенного потенциала. А именно, при 500 В-1,2 мОм, 300- В- 0,9 мОм и 100 В – 0,7 мОм. Вместе с тем процесс обезвлаживания изоляции межфазовых частей происходил медленнее из-за более низкого значения напряженности электрического поля в этой части обмоток, вследствие этого ее сопротивление восстанавливалось менее интенсивно, а при – 100 В его значение не превысило 0,5 мОм.

Преимущество этого способа по сравнению с предыдущим, рассмотренным в 3.2, следующее:

- изоляция не подвергается угрозе пробоя, т.к. предотвращения ее увлажнения можно достичь даже при напряжении равном 50 В;

- с точки зрения техники безопасности этот вариант является более приемлемым.

Основным недостатком является относительно большая продолжительность процесса восстановления изоляции.

Схема замещение эксперимента представлена на рис. 3.12.

В заключение отметим, что данный способ может быть применен на практике для восстановления (сушки) и защиты от увлажнения изоляции электрических машин.



Рис. 3.12. Схема замещения эксперимента (II способ)

R – корпус ЭД

Е – источник напряжения.