Содержание к диссертации
Введение
1 Особенности эксплуатации сезонно используемых асинхронных электродвигателей в условиях сельскохозяйственного производства и анализ способов повышения их надёжности 10
1.1 Классификация электрооборудования по условиям сезонности 11
1.2 Анализ условий эксплуатации и хранения электрооборудования, используемого сезонно 23
1.3 Анализ технического состояния электродвигателей сезонно используемого оборудования 26
1.4 Анализ способов и пути повышения надёжности сезонно используемых асинхронных электродвигателей 36
1.5 Заключения и выводы 39
2 Моделирование состояния изоляции обмоток электродвигателей 41
2.1 Модели обмоток электрических машин в виде цепей с распределёнными параметрами 44
2.2 Исследование закономерностей изменения состояния изоляции и расчёт параметров схемы замещения обмоток электрических машин на основе их математических моделей 51
2.3 Теоретические исследования и математическое моделирование состояния изоляции обмоток электродвигателей на основе показателей волнового переходного процесса 64
2.4 Выводы 78
3 Экспериментальные исследования состояния изоляции асинхронных электродвигателей сезонно эксплуатируемого оборудования 80
3.1 Исследование процессов изменения состояния изоляции электродвигателей сезонно эксплуатируемого оборудования в сельскохозяйственном производстве 80
3.2 Определение параметров изоляции обмоток с учётом особенностей конструкции электродвигателей 85
3.3 Разработка устройства сбора диагностической информации с использованием персонального компьютера 93
3.4 Разработка методики контроля и диагностики изоляции сезонно используемого электрооборудования в зависимости от условий эксплуатации и хранения 101
3.5 Выводы 105
4 Расчёт экономической эффективности внедрения методики предэксплуатационной диагностики 107
Выводы и основные результаты исследований 112
Литература
- Анализ технического состояния электродвигателей сезонно используемого оборудования
- Исследование закономерностей изменения состояния изоляции и расчёт параметров схемы замещения обмоток электрических машин на основе их математических моделей
- Определение параметров изоляции обмоток с учётом особенностей конструкции электродвигателей
- Разработка методики контроля и диагностики изоляции сезонно используемого электрооборудования в зависимости от условий эксплуатации и хранения
Введение к работе
Актуальность темы. Использование электрооборудования в современном аграрно-промышленном комплексе (АПК) - это основной фактор, способствующий повышению темпов развития отрасли в целом, а также повышению производительности труда и качества продукции. В настоящее время асинхронный двигатель (АД), как основной преобразователь электрической энергии в механическую, является основным элементом большинства технологических машин и механизмов, используемых в сельском хозяйстве [1-5].
Низковольтные (на напряжение 380 В) АД общего назначения мощностью от 0,5 до 75 кВт в сельском хозяйстве получили наибольшее распространение [2, 5-8]. Они способны автоматически изменять момент вращения в соответствии с изменением момента сопротивления на валу, относительно просты в конструкции и имеют низкую стоимость по сравнению с другими видами электродвигателей [5, 7, 9]. Однако тяжёлые условия и специфика эксплуатации электродвигателей (ЭД) в сельском хозяйстве неизбежно ведут к снижению их надёжности и долговечности. Микроклимат производственных помещений в сельском хозяйстве характеризуется высокой влажностью, непостоянством и резкими перепадами температуры [3, 10-12]. Имеют свои особенности и режимы работы ЭД [3, 10, 13, 14]. Как правило, АД используются сезонно, а условия их хранения в период эксплуатационной паузы не всегда удовлетворительны, что также снижает уровень надёжности [15, 16]. Кроме того, ЭД определённой части сельскохозяйственного оборудования часто работают с недогрузкой по мощности, а качество питающего напряжения не всегда соответствует установленным нормам [3, 8, 17, 18]. Существуют и другие причины, влияющие на эксплуатационную надёжность АД в АПК, такие как, например, использование двигателей старых серий и частые капитальные ремонты, качество которых, как правило, недостаточно высокое [8]. Из-за использования в качестве средств защиты АД плавких предохранителей, автоматических выключателей и тепловых реле, даже незначительные нарушения режимов работы приводят к отказам [19, 20]. К этому следует добавить и тот факт, что предприятия АПК испытывают острый недостаток (а иногда и полное отсутствие) технических средств диагностики и контроля. Нет также и специалистов, способных
профессионально обслуживать электрооборудование. Особенно остро с этой проблемой сталкиваются множество небольших крестьянских и фермерских хозяйств, потери и недовыпуск продукции в которых из-за остановки оборудования может привести к полному разорению хозяйства.
Эксплуатационная надёжность любых ЭД в значительной степени зависит от качества электрической изоляции. Изоляцию обмотки статора АД можно разделить на три составляющие: изоляцию обмотки относительно корпуса, отделяющую токоведущие части обмотки от железа статора; междуфазную изоляцию, отъединяющую фазные обмотки друг от друга; междувитковую изоляцию, отделяющую витки обмотки друг от друга. Электрическая прочность междувитковой и междуфазной изоляции значительно ниже, чем корпусной, что связано с использованием разных по свойствам и назначению электроизоляционных материалов, а также конструкцией обмоток низковольтных АД. Поэтому до 90% от общего числа отказов электродвигателей происходит из-за межвитковых замыканий в обмотке статора, а в общем случае из-за повреждения изоляции прекращают свою работу около 85% электродвигателей [8]. При этом широко известно, что определить состояние междувитковой изоляции без использования разрушающих методов диагностики намного сложнее, чем, к примеру, междуфазной или корпусной.
Для обеспечения длительной и безотказной работы АД на предприятиях, как правило, следят за состоянием изоляции на протяжении всего срока службы ЭД, используя простейшие методы диагностики и контроля, а также простые технические средства. На некоторых предприятиях плановый предупредительный ремонт осуществляется вне зависимости от состояния изоляции, так как для её оценки часто нет ни необходимых приборов, ни специалистов, а иногда и просто нет времени. Сказанное выше относится в первую очередь к сезонно эксплуатируемому электрооборудованию. Если в процессе эксплуатации повысить надёжность электропривода можно за счёт уменьшения времени между профилактическими осмотрами, то невыполнение предэксплуатационного ремонта, пусть даже электродвигатель будет абсолютно новым, может привести к отказу в% первые минуты и даже секунды работы. Вполне очевидьо, что проведение диагностирования сезонно используемого оборудования в период,
предшествующий эксплуатации, позволит поддерживать его надёжность на высоком уровне. По крайней мере, при правильной эксплуатации эксплуатационщики могут быть уверены, что неожиданных отказов в самый ответственный момент работы не будет. Следуя по такому пути решения проблемы обеспечения эксплуатационной надёжности ЭД необходимо учитывать, что основу диагностического аспекта надёжности составляет совокупность принципов и методов оценки технического состояния объектов. Поэтому немалая роль отводится средствам обнаружения и поиска дефектов в изоляции. В этой части можно констатировать тот факт, что на сегодняшний день уже разработаны, созданы и с успехом внедряются эффективные средства диагностики изоляции АД, позволяющие осуществлять оценку состояния междувитковой изоляции по определённой методике диагностирования. Таким образом, для поддержания АД сезонно используемого оборудования в исправном состоянии в течение всего времени эксплуатации, от первого включения до постановки на хранение, необходимо проводить техническое обслуживание, включающее проведение планово-предупредительных ремонтов и профилактических осмотров не только в процессе эксплуатации, но и в предэксплуатационный период. Эффективность указанных мероприятий во многом будет зависеть от того, какие методы оценки состояния изоляции АД, а также технические средства будут при этом использоваться. Помимо этого необходимо использование новых методик диагностики, которые позволили бы получать достоверную информацию о техническом состоянии АД, вводимых в эксплуатацию после длительного хранения.
В соответствии с изложенным в работе была сформулирована проблемная ситуация, заключающаяся в противоречии между необходимостью обеспечения надёжности изоляции электродвигателей оборудования длительного хранения при отсутствии методики предэксплуатационной диагностики.
Целью диссертационной работы является создание научно обоснованной методики предэксплуатационной диагностики изоляции электрических машин.
В процессе исследований были решены следующие задачи:
обоснование необходимости проведения предэксплуатационной диагностики;
- проведение теоретических исследований, направленных на получение
зависимостей изменения значений параметров волнового затухающего
колебательного процесса от значений параметров конструкции, условий
эксплуатации и содержания при длительном простое;
разработка системы сбора диагностической информации;
проведение комплекса экспериментальных исследований с использованием разработанной системы сбора диагностической информации;
- разработка методики предэксплуатационной диагностики изоляции АД
сезонно используемого оборудования.
Объектом исследования являются процессы изменения свойств изоляции во время длительного простоя и после ввода в эксплуатацию АД.
Предмет исследования заключается в получении зависимостей свойств изоляции электродвигателей от условий содержания и продолжительности нерабочей паузы.
Методы исследования. При выполнении работы применялись и теоретические, и экспериментальные методы исследования, которые могли способствовать решению поставленных задач: методы математического моделирования, численного решения дифференциальных уравнений; математической статистики; планирования экспериментов.
Научная новизна заключается в том, что:
обоснована целесообразность предэксплуатационной диагностики и разработана соответствующая методика диагностики;
построена математическая модель, позволяющая производить расчёт значений параметров схемы замещения для каждого конкретного типа асинхронных двигателей;
построена математическая модель, дающая возможность на основе использования данных, полученных в результате диагностики, оценивать техническое состояние изоляции асинхронных двигателей и определять их готовность к эксплуатации;
разработано устройство сбора диагностической информации на основе персонального компьютера.
Практическая ценность работы. Использование полученной математической модели позволило с высокой степенью достоверности выполнять расчёт значений параметров схемы замещения и моделировать состояние изоляции обмотки АД в зависимости от множества факторов, воздействующих в процессе эксплуатации на сезонно используемое электрооборудование. Полученные расчётным путём значения диагностических параметров позволяют достаточно оперативно производить качественную оценку состояния межвитковой изоляции и изоляции обмотки относительно корпуса электрических машин в предэксплуатационный период. При этом не требуются сложные средства вычислительной техники и высококвалифицированные специалисты.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований использованы и внедрены на сельскохозяйственных предприятиях Калманского и Поспелихинского районов Алтайского края. Разработанная методика диагностики изоляции асинхронных двигателей рекомендована к внедрению на сельскохозяйственных объектах союзом крестьянских и фермерских хозяйств Алтая и утверждена Главным управлением сельского хозяйства и продовольствия Алтайского края.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на энергетическом факультете Алтайского государственного технического университета имени И.И. Ползунова (АлтГТУ) в курсе «Учебная научно-исследовательская работа студентов» специальности 10.04.01, в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнена в АлтГТУ в
1998-2003 годах в соответствии с научным направлением «Повышение эксплуатационной надёжности электрооборудования в сельскохозяйственном производстве». Основные положения работы были доложены, обсуждены и одобрены на IV Всероссийской конференции «Информационные технологии в науке, технике, производстве» (Нижний Новгород, 2002 г.), IV Всероссийской конференции «Информационные технологии в науке, технике, производстве» (Нижний Новгород, 2002 г.), Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Наука. Техника. Инновации» (Новосибирск, 2002 г.), Третьей научно-практической конференции «Современные средства и системы автоматиза-
-9-ции» (Томск, 2002 г.), Четвертой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2003 г.) и ежегодных научно-технических конференциях АлтГТУ.
В полном объёме диссертационная работа докладывалась на совместном заседании кафедр «Электроснабжение промышленных предприятий», «Общая электротехника» и «Электрификация и теоретические основы электротехники» в 2001 и 2002 гг., была обсуждена и одобрена на заседании научно-исследовательской лаборатории кафедры «Информационные технологии» АлтГТУ в 2002 году.
На защиту выносятся:
математическая модель параметров схемы замещения обмотки асинхронного электродвигателя;
- методика предэксплуатационной диагностики изоляции асинхронных
двигателей;
- разработанное устройство сбора диагностической информации.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 13
печатных работ.
Структура и объём диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы, включающего 156 наименований, и трёх приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 7 таблиц .
Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н., доценту Сташко В.И., к.т.н., старшему преподавателю Грибанову А.А. за помощь в работе над диссертацией, ценные советы и замечания, которые позволили существенно улучшить содержание работы.
Анализ технического состояния электродвигателей сезонно используемого оборудования
Если на протяжении последнего десятилетия внедрение в сельскохозяйственное производство новой техники, в том числе и электрооборудования, сдерживалось рядом экономических факторов, то в настоящее время можно отметить резкое изменение ситуации. Особенно высокими темпами внедрение новых технологий, новой техники и оборудования идёт на предприятиях, занятых в переработке продукции растениеводства. Большие и малые зерноперерабатывающие комплексы модернизируются или строятся вновь, приобретая новое, современное, зачастую импортное, технологическое оборудование.
Несколько иная картина наблюдается в хозяйствах, являющихся основой АПК и специализирующихся непосредственно на производстве зерновых, мяса, молока и другой продукции, то есть у поставщиков сырья для перерабатывающих предприятий и фирм. Здесь, в производстве, различное электрооборудование хотя и используется как вспомогательное, но благодаря ему достигаются такие показатели как высокое качество конечного продукта, высокая производительность труда, минимальные потери и другие.
Вместе со всем технологическим оборудованием обновляется и парк АД. Постепенно парк старых серий АО и А02 сокращается и хозяйства комплектуются АД последних серий 4А, АИР, РА. Кроме того, в случае закупки импортного оборудования в эксплуатацию вводятся электродвигатели иностранного производства.
Одной из наблюдаемых тенденций является выведение из эксплуатации по экономическим причинам АД специализированного исполнения для сельского хозяйства серий А02...СХ и 4А...СХ. Поэтому вопросы надёжности электродвигателей в последнее время приобрели особую актуальность.
Надёжность любого электродвигателя, заложенная в него при проектировании и изготовлении, «убывает» с того момента, когда его начали эксплуатировать. В общем случае средний срок службы АД составляет 20 000 часов (5 лет) и колеблется в зависимости от области применения [52]. Однако всё это справедливо лишь в том случае, если в начальный момент эксплуатации все технические параметры АД, в том числе и параметры изоляции, соответствуют параметрам, заданным при проектировании или изготовлении (ремонте) этого типа электродвигателя. Изначально (при проектировании) заданные параметры (ЗПЭД) и параметры того же двигателя в доэксплуатационный период, то есть перед первым включением, могут быть различными. Если говорить о наиболее уязвимом месте АД - изоляции обмотки, то это может быть обусловлено несколькими причинами: 1. Технологические дефекты, допущенные при изготовлении электродвигателя на заводе-изготовителе; 2. Низкое качество или скрытые дефекты в электроизоляционных материалах; 3. Влияние на изоляцию различных негативных факторов при транспортировке АД к месту эксплуатации; 4. Длительное хранение под открытым небом, в неотапливаемых сырых помещениях или в помещениях с повышенным содержанием влаги и агрессивных газов.
Технологические дефекты, допущенные при изготовлении АД, и низкое качество (скрытые дефекты) в электроизоляционных материалах обнаружить, не применив разрушающие методы диагностики, практически невозможно. Однако, в [53] указывается, что АД, как и любая другая электрическая машина, может иметь период приработки. В этот период отказ в работе наиболее вероятен, но сам период, по времени, является очень коротким и, как показывает практика, процент выхода АД из строя по указанным причинам равен десятым или даже сотым долям. В то же время аналогичные причины отказов у АД, прошедших капитальный ремонт, на порядок выше, что свидетельствует о низком качестве ремонта. Таким образом, можно предположить, что пп. 1 и 2 не оказывают существенного влияния на надёжность АД при любом характере эксплуатации.
При более общем рассмотрении статистики отказов, наступивших из-за влияния негативных факторов при транспортировке и длительном хранении под открытым небом, в неотапливаемых сырых помещениях или в непредназначенных для этого помещениях, можно констатировать тот факт, что отказы по этим причинам на сельхозпредприятиях Алтайского края, явление достаточно редкое. Это связано в первую очередь с тем, что, как правило, любое приобретенное (новое) оборудование вне зависимости от его реального состояния проходит предупредительный ремонт, то есть выполняются все необходимые профилактические работы, технические осмотры, испытания на работоспособность, настройка и т.д. Вышесказанное в равной степени относится ко всем типам электрооборудования, в том числе и используемому сезонно.
При эксплуатации электрооборудования в течение нескольких лет (не менее 2-х сезонов) число внезапных отказов в работе АД постепенно увеличивается. Анализ причин этих отказов позволил сделать вывод о том, что на уровень работоспособности электродвигателей сезонно используемого электрооборудования кроме всех прочих факторов влияет ещё и то, в каких условиях хранится оборудование в период длительной технологической паузы.
Исследование закономерностей изменения состояния изоляции и расчёт параметров схемы замещения обмоток электрических машин на основе их математических моделей
При расчете магнитных волновых параметров ЭД со всыпной обмоткой приняты следующие допущения [155]: 1) полузакрытый паз сложной овальной формы заменяется круглым закрытым пазом равной площади на рисунке 2.7. 2) случайное расположение проводников в пазу при всыпной обмотке заменяется регулярным. 3) материалы проводников, изоляции и сердечников принимаются соответственно однородными. Указанные допущения справедливы до частот порядка 300 кГц. Комплексный параметр, имеющий размерность индуктивности, для отдельной катушки равен [155] К - продольная емкость катушки, т.е. частичная емкость между ее первыми и последними витками вдоль обмотки; C - поперечная емкость катушки, т.е. частичная емкость ее проводников относительно корпуса (земли); G - активная проводимость, эквивалентная диэлектрическим потерям в корпусной изоляции; U=U(x, t) - искомая функция, представляющая собой распределение мгновенных значений напряжения в обмотке при подаче на ее начало тестового сигнала.
Для решения уравнения (2.41) задаются начальные и граничные условия, обусловленные режимом конца обмотки, параметрами и формой тестового сигнала. В данном случае рассматривается режим изолированного конца фазовой обмотки и реальный импульс напряжения - падающая волна с фронтом нарастания напряжения по экспоненте.
Будем считать напряжение в любой точке обмотки в произвольный момент времени функцией двух независимых переменных - расстояния вдоль обмотки X и времени t Условимся понимать под положительным направление координаты х, противоположное движению падающей волны, т.е. от конца к началу. В конце обмотки положим х = 0, а вначале обмотки х = 1, где 1 - длина фазовой обмотки в метрах. Для рассматриваемого случая имеем следующие начальные условия: Kd u(x,o)=cduu,o) (242) dx2dt dt
Данное условие связано с распределением напряжения в начальный момент времени, когда схема замещения обмотки вырождается в емкостную цепочку [146]. Условие (2.43) вытекает из начального условия (2.42) и граничных условий (2.45) и (2.46). (2.43) dU(x, 0) _ dU(l, 0) chjyx) dt dt ch(]4) где т С/К.
В начальный момент времени обмотка незаряжена, это обстоятельство и определяет условие (2.44). -67 U(x, 0) = 0. (2.44) Граничные условия имеются следующие: Ш1 = 0. (2.45) dx Граничное условие (2.45) определяется режимом конца обмотки при тестировании. В данном случае согласно схемы диагностирования конец обмотки изолирован. U(/,0 = U0(t), (2.46) где U(0) - одна из двух функций: - для идеального импульса 0приt\ t t2 UQ(/) = Umnpnt2 t t3 , (2.47) 0приt3 t t4 - для реального импульса Um (ехр(-# /) - ехр(-/? /)) при t\ t t2 UQ(t) = Umnput2 t t3 , (2.48) Um (exp(« t) - exp(- /)) при /3 t /4 где Um - амплитуда импульса напряжения; a, P - параметры импульса напряжения, зависящие от его формы: фронта и среза сигнала; ґє [/;, t2] - длительность фронта импульса; te [t2, t3] - длительность импульса с установившейся амплитудой Um; te [t3, t4] - длительность среза импульса;
Граничное условие (2.46) обусловлено формой тестового сигнала. Так как реальный прямоугольный импульс напряжения, вырабатываемый генератором тестовых сигналов, далек от идеального (2.47) и характеризуется определенной длительностью фронта и среза импульса, а нарастание и спад напряжения от нуля до установившегося амплитудного значения напряжения Um и наоборот во времени близки к экспоненте, то тестовый сигнал с высокой точностью можно аппроксимировать выражением (2.48).
Формальная постановка математической задачи заключается в том, что требуется найти решение телеграфного уравнения (2.41) на заданном интервале времени te [О, Т], построить график переходного процесса 7(0, ), регистрируемого на конце обмотке, и определить параметры данного процесса.
Расчет волновых процессов в обмотках электродвигателей производится с помощью решения дифференциального уравнения.
Дифференциальные уравнения можно решить различными методами: аналитическими (разделения переменных - методом Фурье) и численными.
Рассмотрим решение дифференциального уравнения (2.41) для незаряженной обмотки двигателя и схемы замещения по рисунку 2.11 для изолированного конца фазной обмотки.
При этом полагаем, что на начало незаряженной обмотки подается импульс напряжения с фронтом U0 (t) = Um (ехр(—а t) - ехр(—/3 t).
Тогда решение дифференциального уравнения /(0, t) будет представлять собой сумму двух составляющих: 1) конечного распределения напряжения, создаваемого импульсом напряжения; 2) бесконечного ряда свободных колебаний. где Vn (/) - амплитуда n-Pi гармоники, зависящая от параметра t; Vn =Л п/21 - обобщённый номер гармоники; (2.50)(5.10) п = 1, 3, 5, ... - номер гармоники; / - длина обмотки.
Определение параметров изоляции обмоток с учётом особенностей конструкции электродвигателей
Для выявления закономерностей, связывающих параметры конструкции электродвигателей и параметры схемы замещения обмотки, а также параметры конструкции и диагностические параметры, можно пользоваться экспериментальным и расчётным путём. При этом сопоставление результатов полученных с помощью каждого из этих путей позволяет сделать вывод о достоверности разработанных математических моделей.
В ходе проведения экспериментов измерению подлежали значения следующих параметров: активного сопротивления обмотки, индуктивности, продольной ёмкости, поперечной ёмкости обмотки, проводимости корпусной изоляции, ОДП. Измерения сопротивления и индуктивности обмотки проводились при помощи цифрового измерителя LCR-814, а продольной и поперечной ёмкости - измерителей Е7-11, Е7-9. При измерении проводимости корпусной изоляции использовался мегомметр М4100/4. Для определения значений ОДП использовались осциллографы и специальные регистраторы волновых затухающих колебаний «Омега ЗК-01» и «Омега ВП-02».
Обработку экспериментальной информации проводилась с использованием следующих характеристик: среднее значение среднеквадратичное отклонение Х = М (з.З) где х, - i-e значение измеряемой величины; п - число измерений.
Обработка экспериментальной информации осуществлялась с использованием стандартных пакетов прикладных программ Excel и MathCad. Коэффициент корреляции между результатами, полученными экспериментальным и теоретическим путём, равен 0,814-0,883.
На рисунках 3.3 - 3.13 представлены результаты проведения комплекса натурных и расчётных экспериментов.
Анализируя графики значений сопротивлений обмотки, представленные на рисунке 3.3, можно заметить, что указанный параметр имеет тенденцию к снижению своего значения с ростом мощности электродвигателей исследуемой выборки. Такую зависимость можно объяснить тем, что при увеличении типоразмера электродвигателя происходит рост диаметра применяемого обмоточного провода. Незначительное увеличение значений Ro6 двигателей с синхронной частотой вращения 1000 об/м в диапазоне мощности 7,5-18,5 кВт вызвано возрастанием количества витков обмотки.
Как и в предыдущем случае, изменение значений индуктивности обмотки, приведённые на рисунке 3.4, с ростом мощности электродвигателей наблюдается в сторону снижения, что объясняется снижением числа витков обмотки. Резкое увеличение значений L и последующее их постепенное уменьшение, наблюдаемое для электродвигателей с синхронной частотой вращения 1000 и 1500 об/мин начиная с мощности 11 кВт, вызвано намоткой обмотки с использованием параллельных проводников.
Значения поперечной ёмкости изоляции, приведённые на рисунке 3.5, при росте мощности электродвигателей от 0,75 до 5,5 кВт несколько уменьшаются, что связано с уменьшением числа проводников, прилегающих к стенкам паза. У АД начиная с мощности 11 кВт происходит резкий рост рассматриваемого параметра за счёт увеличения количества проводников, прилегающих к стенкам паза, что вызвано использованием для намотки обмотки параллельных проводников меньшего сечения.
Приведённые на рисунке 3.6 значения продольной ёмкости фазы имеют тенденцию возрастания с ростом мощности электродвигателей, что вызвано увеличением диаметра обмоточного провода и ростом средней длины витка.
С ростом мощности электродвигателей до 5,5-7,5 кВт наблюдается снижение значений проводимости фазы G, представленных на рисунке 3.7. Это можно объяснить сокращением числа проводников, прилегающих к стенкам паза и, как следствие, уменьшением поверхности утечки тока фазы. Увеличение значений G при увеличении мощности АД начиная с 5,5-7,5 кВт вызван возрастанием значений ряда параметров конструкции: площади поверхности паза статора, длины статора, количества проводников, прилегающих к стенкам паза, диаметра обмоточного провода.
Совместный анализ графиков изменения амплитуд первого и второго положительных полупериодов и периода волновых затухающих колебаний, представленных на рисунках 3.8 - 3.10, показал, что характер изменения этих параметров совпадает. Это говорит о том, что все три параметра волнового затухающего процесса тесно связаны между собой. Поэтому можно предположить, что в качестве диагностического параметра можно использовать и каждый из этих показателей. Следует заметить, что начиная с мощности 7,5 кВт имеет место следующая зависимость: самые большие значения указанные параметры имеют у электродвигателей с числом полюсов 2р=6, а самые наименьшие - 2р=2.
Изменение приведённых значений Fu3 для электродвигателей серии 4А на рисунке 3.11 объяснить сложно, как и изменение альтернативных диагностических параметров DU3 и Пиз, значения которых приведены на рисунке 3.12 и 3.13. Однако, для электродвигателей мощностью 7,5 кВт и выше для диагностических параметров Dm и Пиз справедлива та же зависимость, что и для параметров Л\, Л2н Т. Для параметра FU3 в указанном диапазоне мощности электродвигателей характерна зависимость, обратная характерной для альтернативных диагностических параметров.
Разработка методики контроля и диагностики изоляции сезонно используемого электрооборудования в зависимости от условий эксплуатации и хранения
В результате проведенных экспериментальных исследований и подконтрольной эксплуатации сезонного электрооборудования были затронуты практически все периоды эксплуатации оборудования во всех сферах сельскохозяйственного производства. Это позволило увидеть полную картину, складывающуюся в настоящее время в сельском хозяйстве в разрезе сезонно используемого электрооборудования. Разработанное программное обеспечение позволяет облегчить процесс контроля, диагностики и анализа состояния изоляции сезонно эксплуатируемого электрооборудования в сельском хозяйстве. На основе выше сказанного была разработана методика контроля и диагностики изоляции электропривода сезонно используемого оборудования.
Методика контроля и диагностики изоляции электропривода сезонно используемого оборудования представлена в таблицах 3.2-3.4. Для удобства использования данная методика была специально сведена в таблицу. В таблице отражены условия окружающей среды, в которых используется оборудование, типы и назначение помещений, а также перечень оборудования, устанавливаемого в данных помещениях. Список оборудования может быть расширен, так как в помещениях с указанными параметрами окружающей среды, может быть установлено различное оборудование, что зависит от местных условий. В таблице также приводятся и другие параметры, такие как вид климатического исполнения электродвигателей, степень защиты оболочек, а также основные типы электродвигателей, которые рекомендуется использовать в тех или иных условиях эксплуатации. Также указаны периодичность технического обслуживания и текущих ремонтов электродвигателей для данных типов помещений. В нижней части таблицы приведен перечень мероприятий, которые необходимо производить для долгосрочного и безаварийного функционирования электропривода сезонно используемого оборудования. Перечень необходимых мероприятий включает в себя диагностику изоляции сезонно используемых электродвигателей различными видами оборудования. Необходимость использования разных типов диагностического оборудования обуславливается тем, что для различных типов установленного оборудования, в зависимости от места их установки и хранения, нужно знать параметры изоляции для применения комплекса мер, которые могут позволить улучшить состояние изоляции электрической машины. Также это зависит от важности и степени необходимости того или иного оборудования в ближайшее время. При разработке методики, в разрезе применяемого диагностического оборудования, учитывалась и экономическая составляющая эффективности применения такого оборудования.
Для примера рассмотрим комплекс мероприятий, который необходимо произвести с электроприводом транспортеров навозоудаления, согласно разработанной методики. Из таблицы видно, что существует два типа такого оборудования - это эксплуатируемое в летний и, соответственно, зимний периоды. От этого и зависит тот комплекс мер, который будет применяться с данным типом оборудования, ведь оборудование которое используется в зимний период - летом остается на месте, а оборудование эксплуатируемое в летний период -зимой демонтируется и перевозится на места хранения. Так, оборудование зимней эксплуатации необходимо диагностировать с помощью средств диагностики типа Омега ЗК 01, мультиметрами и т.п., в начале октября. Это необходимо в связи с тем, что в середине месяца начнётся его интенсивная эксплуатация, а как показали проведенные исследования, наибольшее количество вышедшего из строя оборудования приходится на начальный период эксплуатации. Затем далее в период использования необходимо проводить периодические замеры качества состояния изоляции с той целью, чтобы предвосхитить возможный выход из строя оборудования. В таких тяжелых условиях эксплуатации, как зима, диагностирование необходимо выполнять в середине декабря и февраля. Затем перед консервацией оборудования на летний период необходимо произвести контрольный замер состояния изоляции в начале мая. Перечисленные замеры состояния изоляции целесообразнее производить обычным мегомметром, это позволяет снизить затраты времени и средств, одновременно позволяя видеть общую картину состояния сопротивления изоляции.
Расчет выполнен с использованием MathCad 8.0 по следующей формуле: ЕЕ=А1-А2+(У1-У2), (4.1) где ЕЕ - годовой эффект от внедрения; Al, А2 - приведённые затраты до и после внедрения метода и прибора диагностики; У1, У2 ущерб от простоя оборудования определяемый по недоотпуску электроэнергии.
Транспортные расходы С14 и С24 определяются удалённостью хозяйств от ремонтных заводов, а также габаритами ремонтируемых АД. Учтён коэффициент увеличения затрат на ремонт за счёт транспортных расходов mS - 0,3.
Затраты на сушку изоляции АД, которая была оценена как увлажнённая, определяются расходом электроэнергии (кВт/ч).
Величина амортизационных отчислений С26 зависит от стоимости приобретённого диагностического прибора. Стоимость прибора (С5) "Омега ВП-02" составляет 2140 рублей, что значительно меньше, чем стоимость прибора "Омега ВП-03" (6500 рублей). Последний рекомендуется использовать на предприятиях, имеющих парк электродвигатель более 50 единиц, а также компьютер с программным обеспечением, результате капитальные затраты до внедрения К1 = 0 руб., а после внедрения К2 = 2140руб.
Средняя заработная плата обслуживающего персонала С21 равна 1600 рублей в месяц, то есть 10 рублей в час при восьмичасовом рабочем дне. ч Ущерб за недоотпущенный кВт/ч У0 = 0,92 при среднем времени работы АД в сутки (t3) равном 8 часов. Среднее время простоя оборудования N = 360 часов в год. Годовой экономический эффект (ЕЕ) от внедрения методики предэксплуатационной диагностики изоляции АД с помощью прибора "Омега ВП-02" составляет 12160 рублей. Таким образом, годовой эффект в расчёте на один электродвигатель (ЕЕ1) составляет 856 рублей 24 копейки.
