Введение к работе
Актуальность темы. Частота отказов асинхронных двигателей (АД) в электроприводах (ЭП) агропромышленного комплекса (АПК) достигает от 30 до 7? в год. Срок службы изоляции АД составляет от 2.2 до 5.6 лет, что значительно хуже нормативных показателей. Основной причиной отказов является низкая надежность изоляции двигателей ЭП АПК. Около 85-95% отказов в АД связаны с повреждениями их обмоток. Высокая интенсивность отказов изоляции ведет не только к материальным ущербам, но и к электротравматизму. В целом по стране Й4.2% электротравм связаны с повреждениями изоляции, причем в сельском хозяйстве число электротравм в 1.3 раза выше, чем в целом по народному хозяйству.
Существующие защиты АД с действием на отключение не предотвращают внезапности отказа. Внезапность аварийных отключений является причиной простоев оборудования, нарушений технологических процессов, дополнительных затрат на аварийные ремонты, ведет к материальным ущербам и появлению опасных потенциалов на корпусах зануленного оборудования мобильных электроустановок. Действие существующих защит от утечек на корпус типов РУД, ЗОУП, ИЭ9800, М3011 л им подобных на сигнал при снижении сопротивления изоляции в пределах .установленных норм невозможно, так как эти защиты не обладают достаточной чувствительностью. Это не позволяет заблаговременно подготовиться к внеплановому ремонту и провести его в удобное время.
В связи с этим становятся актуальными разработки новых, более чувствительных устройств контроля (УКИ), реагирующих на сопротивление изоляции с действием на сигнал, анализ их помехозащищенности, и научное обоснование области их использования. Решение этих задач позволит существенно улучшить показатели надежности и электробезопасности электроприводов на предприятиях АПК. Эти задачи особенно актуальны для мобильных сельскохозяйственных машин, имеющих наиболее тяжелые условия эксплуатации и низкие показатели надежности электроприводов.
Целью работы является разработка новых, более чувствительных устройств контроля, реагирующих на сопротивление изоляции, для электроприводов мобильных машин на предприятиях агропромышленного комплекса.
Методика исследований. На первом этапе проведено исследование токов в цепи зануления электроустановок предприятий АПК напряжением до 1000 В и синтезирована функциональная схема устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции повышенной чувствительности с автоматической компенсацией погрешностей контроля от влияния параметров сети. На втором этапе выявлена рациональная область применения устройств контроля изоляции в виде ограничений по влияющим параметрам сети. В зависимости от ограничений рациональной области применения УКИ; экономических, технологических и надежностных особенностей различных групп электроприводов обоснованы модификации структурных и принципиальных схем УКЙ и области их эффективного использования.
В процессе решения использовались методы анализа и синтеза электрических цепей, технической диагностики непрерывных объектов, математического анализа многомерных функций, элементы планирования активных экспериментов и статистического моделирования (Монте-Карло), в том числе - преобразований и оптимизации с использованием Шс - последовательностей.
Теоретические расчеты и обработка результатов экспериментов выполнялись на ЭВМ. Основные теоретические результаты проверены экспериментально на физической модели сети и в производственных условиях.
Научная новизна. Теоретически обоснован и экспериментально проверен принцип построения измерительного органа повышенной чувствительности по току, содержащего в цепи зануления ЭП высокоомный шунт и два силовых вентиля, включенных встречно-параллельно, что позволяет измерять малые токи утечки в цепях зануления. На указанном принципе разработано новое УКИ с повышенной чувствительностью. Новизна устройства подтверждена авторским свидетельством N1223172 СССР, МКЛ G01R12/32.
Получены аналитическое описание рабочего процесса и выражения для анализа методической составляющей ложных сраба-
- 5 -тываний УКИ при групповом контроле злектроприемников и погрешности измерительного органа УКИ от влияния параметров сети.
На основе анализа методической составляющей ложных срабатываний идеализированных устройств контроля сопротивления изоляции показано, что при групповом контроле число злектроприемников не должно превышать 6-8.
Синтезирована функциональная схема измерительного органа УКИ с автоматической компенсацией погрешностей от влияния параметров сети.
Разработана методика поиска рациональной области применения УКИ в пространстве параметров сетей предприятий АПК с учетом ограничений на погрешность измерительного органа разработанных УКИ. Методика позволяет объективно сравнивать существующие и вновь разрабатываемые УКИ, анализировать целесообразность введения блоков автоматической компенсации погрешностей измерительных органов.
На основе анализа полученной рациональной области применения УКИ, особенностей конструкций схем зануления различных групп ЗП АПК, требований злекгробезопасности и экономических ограничений выявлена область эффективного применения УКИ. Показано, что наибольшую эффективность разработанные УКИ обеспечивают при применении в ЭП мобильных машин на предприятиях АПК.
Практическая значимость и реализация результатов исследования . Разработаны принципиальные схемы основных модификаций УКИ: с функцией контроля изоляции ЭП, подключенных к одной (УКМ-iJ и четырем (УКИ-4) отходящим линиям, с функцией устройств защитного отключения (УЗО) и совмещением указанных Функций (УКЗ-1).
Установлено, что наименьшие вероятности ложных срабатываний достигаются при применении разработанных УКИ в трехфазных ЭП с:
длиной кабельного ответвления до 100-5-430 м в зависимости от сечения;
напряжением нулевой последовательности в сети до 10 В;
сопротивлением естественного заземления нулевых проводников контролируемой зоны более 8.5 КОМ.
В однофазной сети независимо от длины кабельных линий в зоне контроля, или в трехфазной сети с длиной кабельного ответвления более 100-5-430 м или напряжением нулевой последовательности более 10 В измерительный орган УКИ должен быть оборудован блоком автоматической компенсации емкости сети. Ограничение на сопротивление естественного заземления нулевых проводников контролируемой зоны почти всегда выполняется при отсутствии устройств выравнивания потенциалов в установках с радиальными схемами зануления.
Выполнен анализ технико-экономической эффективности применения разработанных УКИ.
Изготовлены и внедрены опытно-промышленные образцы УКЗ-1 для ЭП мобильных электроустановок АПК. Использование разработанных устройств в производственных условиях в течение более 2 лет подтвердило их высокую эффективность, отсутствие ложных срабатываний, надежность и удобство в эксплуатации.
Годовой экономический эффект от внедрения УКЗ-1 на Саратовском комбинате хлебопродуктов в схеме беваккумуляторно-го электропогрузчика составил четырнадцать миллионов двести семьдесят три тыс. руб. в ценах на июль 1994 г., на питающей линии передвижного электрифицированного кормораздатчика типа КС-1,5 свиноводческого комплекса колхоза "Дружба" Базарно- Карабулакского района, Саратовской области - двести восемьдесят тыс. руб. в ценах на март 1995 г.
Апробация работы. Работа выполнена в соответствии с планами госбюджетных НИР кафедры ЭПП СГТУ за 1985-1990 годы по теме "Разработка и исследование устройств надежности, экономичности и электробезопасности электроустановок" (шифр темы 1.12.073), за 1991-1995 годы по теме "Повышение надежности и экономичности электроустановок предприятий" (шифр темы 04В.01).
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались в 1984 г. на Всесоюзном научном семинаре АН СССР в г.Новочеркасске, в 1982 г. - на научно-практическом совещании работников Саратовэнерго, в 1994 г. - на межкафедральном семинаре в Саратовском институте механизации сельского хозяйства и с 1981 по 1995 г. - на Декадах науки в Са-
- 7 -ратовском государственном техническом университете.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 работ, в том числе авторское свидетельство N1223172, МКИ G01R12/32.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем 258 страниц, из них 190 страниц текста, 69 рис., 7 таблиц и 10 приложений. Список литературы составляет 152 наименования.
