Содержание к диссертации
Введение
1 Надежность изоляции обмоток тяговых электродвигателей электровозов 12
1.1 Анализ надежности тяговых электродвигателей электровозов 12
1.2 Обзор статистических данных по надежности ТЭД электровозов 24
1.3 Надежность изоляции ТЭД подталкивающих электровозов 42
1.4 Цель и задачи исследований 53
2 Экспериментально-статистическое исследование надежности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов 54
2.1 Исследование эксплуатационной надёжности изоляции тяговых двигателей подталкивающих электровозов 54
2.2 Экспериментально-теоретическое исследование надёжности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов 72
2.3 Влияние увлажнения изоляции на надежность ТЭД 84
2.4 Выводы по главе 2 91
3 Математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД 92
3.1 Основные понятия и закономерности тепло и массопереноса 92
3.2 Влагоперенос в изоляции обмоток ТЭД 98
3.3 Алгоритм расчета увлажненной изоляции обмоток ТЭД 109
3.3 Выводы по главе 3 113
4 Анализ путей повышения надежности ТЭД 114
4.1 Косвенные измерения температуры обмоток якорей ТЭД 117
4.2 Изоляция электродвигателей 124
4.3 Система температурного контроля ТЭД подталкивающего электровоза ВЛ80Р 127
4.4 Устройство для автоматического регулирования температурно- влажностными режимами обмоток тяговой электрической машины постоянного тока 135
4.5 Подсистема, обеспечивающая необходимое увлажнение изоляции ТЭД 142
4.6 Выводы по главе 4 144
5 Экономический эффект от внедрения системы мониторинга температуры тяговых электродвигателей ... 145
5.1 Выводы по главе 5 152
Основные результаты и выводы 153
Приложения 155
Библиографический список 172
- Обзор статистических данных по надежности ТЭД электровозов
- Экспериментально-теоретическое исследование надёжности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов
- Влагоперенос в изоляции обмоток ТЭД
- Система температурного контроля ТЭД подталкивающего электровоза ВЛ80Р
Введение к работе
Процессы развития научно-технического прогресса являются решающим фактором повышения эффективности железнодорожного транспорта и, в частности, электроподвижного состава в современных условиях, что имеет ряд особенностей, связанных с новыми экономическими отношениями в стране, с изменяющимися объемами перевозок, особенно грузовых. Резко обострилась проблема снижения эксплуатационных расходов, в том числе уменьшения затрат на неплановые ремонты тягового подвижного состава, экономии электроэнергии. На первый план выдвигаются задачи по внедрению ресурсосберегающих технологий и технических средств, что получило отражение в реализации финансируемой инвестиционной программы ресурсосбережения, которая является составной частью раздела о железнодорожном транспорте Федеральной целевой программы Правительства Российской Федерации «Модернизация транспортной системы России (2002-2010 гг.)» [1]. В локомотивном хозяйстве и, в частности, при эксплуатации электроподвижного состава имеются значительные резервы в ресурсосбережении.
Анализ надежности тяговых электродвигателей Восточного региона показывает, что на долю тяговых электродвигателей (ТЭД) приходится более одной пятой отказов. На основании исследований установлено, что 75...85% тяговых электродвигателей выходит из строя по пробою изоляции в осенне-зимне-весенний период времени, т.е. в период времени, когда происходит интенсивное увлажнение изоляции обмоток ТЭД и снижение ее диэлектрической прочности.
Наблюдается рост повреждений ТЭД по мере увеличения срока эксплуатации. Использование электровозов с вышедшим из строя хотя бы одного тягового электродвигателя запрещается. Средняя стоимость устранения отказа ТЭД в несколько раз превышает стоимость устранения повреждений других видов оборудования. Велик ущерб от задержек поездов
при повреждениях ТЭД. Две трети неисправностей ТЭД вызваны пробоями изоляции обмоток. Испытания показали, что нередко это обусловлено чрезмерным превышением их температуры из-за значительной неравномерности нагрузки оборудования, а также снижением расхода охлаждающего воздуха существенно меньше допустимых значений. Тепловое и термомеханическое старение изоляции тяговых электродвигателей электровозов Восточного региона ускоряется из-за значительных колебаний нагрузки при следовании по горно-холмистому профилю дороги, с частыми подъемами и спусками [2].
Исследованиями установлено, что выход из строя тяговых электродвигателей по повреждениям, преимущественно по пробою изоляции вследствие ее недопустимого увлажнения, одна из важнейших проблем эксплуатации электроподвижного состава в условиях ВСЖД. Необходимо продолжить теоретические и экспериментальные исследования по внедрению новых способов и средств мониторинга и управление качеством эксплуатации ТЭД. Имеющиеся в настоящее время, в распоряжении эксплуатационного персонала методы и средства диагностики состояния изоляции тяговых электрических машин основаны на применении мегомметра не удовлетворяют современным требования, особенно в условиях перехода от системы планово-предупредительного ремонта к обслуживанию и ремонту по фактическому состоянию. Появившиеся на отечественном рынке современные методы и средства контроля состояния электроизоляции позволяют диагностировать несколько параметров, в том числе и степень увлажнения изоляции обмоток тяговых электрических машин. А это в свою очередь позволяет устанавливать предельно допустимые значения по степени увлажнения изоляции, при которых возможен ее пробой.
На сети железных дорог, электрифицированных по системе переменного тока, составляющей около половины электрифицированных дорог страны, эксплуатируются несколько типов грузовых электровозов — ВЛ60К, ВЛ80К,
ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р, ВЛ85 [3]. Срок эксплуатации их составляет от 12 до 35 и более лет. Выпуск новых грузовых электровозов прекращен и в ближайшие 10-15 лет предполагается эксплуатация имеющегося в настоящее время парка электровозов без пополнения новыми локомотивами. Это в наибольшей мере касается Восточно-Сибирской железной дороги (ВСЖД). Почти полностью электрифицированной по системе переменного тока, электровозы которой, работая на крутых (17%о и более) и протяженных расчетных подъемах, нередко имеют нагрузку в полтора раза превышающую номинальную.
В связи с этим возникает потребность ввода в технологические процессы различных способов, принципов и средств повышения надежности изоляции обмоток ТЭД.
Цель диссертационной работы - повышение надежности изоляции тяговых электродвигателей подталкивающих электровозов путем мониторинга и управления качеством их эксплуатации.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
проведен анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей подталкивающих электровозов переменного тока ВСЖД;
созданы математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД и «Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения изоляции обмоток ТЭД»;
определены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока;
уточнен процесс изменения надежности изоляции в зависимости от эксплуатационных воздействий - изменения свойств изоляции под действием повышенных температуры и влажности;
разработаны методики и средства поддержания требуемого температурно-влажностного режима изоляции ТЭД подталкивающих электровозов с применением современной техники.
Методы исследования. В теоретической части работы использованы методы теории нагревания и охлаждения твердого тела, электродвигателей постоянного и пульсирующего тока, автоматического управления технологическими процессами. Экспериментальные исследования проводились на оборудовании подталкивающих электровозов серии ВЛ80Р и заключались в измерении параметров, характеризующих режим работы и состояние ТЭД при тягово-эксплуатационных испытаниях, текущем ремонте, техническом обслуживании и нахождении электровозов в ожидании работы. Исследования осуществлялись в соответствии с методами планирования эксперимента. Обработка и анализ опытных данных велись с использованием теорий и методов математической статистики: теории проверки гипотез и оценивания; корреляционного и регрессионного анализа.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД, позволяющая установить влияние всех стадий эксплуатации электровоза (работа под нагрузкой, выбег, нахождение в ожидании работы) на состояние его изоляции;
установлены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов переменного тока ВСЖД;
уточнен процесс изменения надежности изоляции в зависимости от эксплуатационных воздействий;
разработаны методы и средства мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД подталкивающих электровозов с применением современной техники.
Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными не превышает пяти процентов.
Практическая ценность диссертации заключается в разработке следующих методик и средств:
комплексного мониторинга и управления вентиляцией силового электрооборудования подталкивающего электровоза переменного тока по величине активной мощности приводных электродвигателей, что позволяет проводить регулярную объективную проверку и регулировку вентиляции при проведении технического обслуживания и текущего ремонта и обеспечивать существенное повышение надежности электровозов без увеличения времени их простоя;
экспресс-оценки режима работы ТЭД при прохождении технических обслуживании, текущих ремонтов и нахождении электровоза в ожидании работы, устанавливающей влияние эксплуатационных воздействий на температурно-влажностное состояние изоляции и исключающей ее интенсивное тепловое старение и переувлажнение у отдельных двигателей;
контроля ТЭД эксплуатируемого парка подталкивающих электровозов депо, позволяющего определять температурно-влажностное состояние изоляции и планировать мероприятия по обеспечению необходимого уровня ее диэлектрической прочности;
мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД, обеспечивающей непрерывный контроль и регулирование температурно-влажностного режима ТЭД при ведении поезда на участке железной дороги.
Предложена математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД, которая позволяет создать «Бортовой программный комплекс расчета увлажненной изоляции обмоток ТЭД».
Реализация результатов работы. Полученные автором результаты работы приняты к внедрению Улан-Удэнским локомотивовагоноремонтным заводом (УУЛВРЗ), выполняющим средний и капитальный ремонт подталкивающих электровозов переменного тока, и локомотивными депо Иркутск-Сорти-ровочный и Северобайкальск ВСЖД, эксплуатирующими эти электровозы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II международной науч.-техн. конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Тобольск, 2004); всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука - третье тысячелетие» (Красноярск, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Проблемы и перспективы развития транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции «Актуальные вопросы охраны интеллектуальной собственности» (Иркутск, 2006); IV Байкальском международном экономическом форуме «Европа — Россия — Азиатско-Тихоокеанский регион: пути интеграции и сотрудничества» (Иркутск, 2006); всероссийской науч.-практ. конференции «Транспорт 2007» (Ростов-на-Дону, 2007); III международной науч.-техн. конференции «Энергетика, экология, электроснабжение, транспорт» (Омск, 2007); заседаниях кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС (Иркутск, 2004 - 2008); совместном заседании кафедр «Подвижной состав электрических железных дорог, электрические машины и общая электротехника» ОмГУПС (Омск, 2006 -2008); заседании кафедры «Электроподвижной состав» ДвГУПСа (Хабаровск, 2007).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, приложения, библиографического списка из 98 наименований и содержит 182 страницы основного текста, 25 таблиц и 63 рисунка.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 17 научных работ - 16 статей (из них одна — в издании, определенном ВАКом) и один патент на изобретение.
В первой главе выполнен анализ надежности изоляции тяговых электродвигателей электровозов восточного региона. Установлено существенное влияние температуры на процесс старения изоляционных
конструкций ТЭД. На основе выполненного анализа делается вывод о необходимости внедрения системы мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД подталкивающих электровозов для обеспечения высокой надежности перегонов восточного региона.
Во второй главе приведены экспериментально-статистические исследования надежности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов. Определены степень и характер влияния эксплуатационных факторов на развитие процессов повреждения изоляции ТЭД подталкивающих электровозов постоянного и переменного тока. Установлено, что в значительной мере надежность ТЭД зависит от эксплуатационных факторов, формирующих температурно-влажностный режим изоляции двигателя. Приведены экспериментально-теоретические исследования надёжности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов. Проведена методика расчета теплового старения изоляции якоря ТЭД подталкивающего электровоза, а так же определено влияние увлажнения изоляции на надежность ТЭД.
В третьей главе разработана математическая модель температурно-влажностного процесса ТЭД. Предложенная математическая модель позволяет определить влияние режимов работы электровоза на его температурно-влажностное состояние и позволяет создать «Бортовой программный комплекс расчета увлажненной изоляции обмоток ТЭД»;
В четвертой главе проведен анализ путей повышения надежности ТЭД. Разработаны методы и средства мониторинга и управления качеством эксплуатации ТЭД подталкивающих электровозов с применением современной техники.
В пятой главе выполнен расчет экономической эффективности от внедрения системы мониторинга температуры тяговых электродвигателей.
Прибыль от внедрения предлагаемой системы складывается из снижения числа отказов ТЭД по причине уменьшения отказов изоляции и числа повреждений моторно-якорных подшипников (МЯЛ), устраняемых лишь на капитальном ремонте и из уменьшения количества пожаров
оборудования. Годовой экономический эффект от внедрения системы мониторинга температуры ТЭД на одном электровозе ВЛ80Р составляет 51594 руб.
В заключении диссертации сформулированы основные результаты и выводы по работе.
В приложении 1 представлены акты внедрения НИР и документы подтверждающие актуальность применения системы на производстве.
В приложении 2 представлен патент на изобретение №2291544 «Устройство для автоматического регулирования температурно-влажно-стным режимом тяговой электрической машины постоянного тока».
В приложении 3 представлен «Бортовой программный комплекс расчета степени увлажнения изоляции обмоток ТЭД».
Обзор статистических данных по надежности ТЭД электровозов
Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: 1. Параметр потока отказов изоляции обмотки якоря тяговых двигателей зависит, прежде всего, от степени использования электровоза, увеличение которого вызывает рост первого. 2. Кроме того, параметр потока отказов зависит от температуры окружающей среды, влияние которой выражается и непосредственно и косвенно. Непосредственное влияние обусловлено увлажнением изоляции при больших перепадах температур, характерных для зимнего времени. Косвенное - увеличением степени использования электровозов при понижении температуры. Длительное наблюдение за работой тяговых двигателей НБ-406 [6] показало, что параметр потока их отказов по пробою изоляции, на одних участках работы электровозов больше, на других - меньше, особенно в зимний период.
Для определения количественных и качественных значений отобранных факторов (х)? х2, х3, х4) проведены опытные поездки с динамометрическим вагоном на четырех характерных участках работы электровозов Западно-Сибирской железной дороги.
Для нахождения тесноты связи между параметром потока отказов ТЭД по пробою изоляции У и изучаемыми факторами хь х2, х3, х4 были вычислены коэффициенты корреляции, которые оказались равными 0,790-0,933 при показателе достоверности t 3. Таким образом, можно считать, что между признаком У и отобранными факторами существует тесная связь.
Для установления количественных и причинных связей отказов ТЭД по пробою изоляции необходимо найти аналитическое выражение этого явления, т. е. функцию У = ф( Xi, х2,... Xk-ь хк), раскрыть ее характер и степень влияния аргументов на эту функцию.
Множественное корреляционное отношение г = 0,974, что указывает на высокую степень связи. Квадрат множественного корреляционного отношения г" = 0,946 показывает, что удельный вес влияния отобранных факторов на параметр потока отказов ТЭД по пробою изоляции составляет 94,6%. Ошибка аппроксимации є = 3,62% свидетельствует, что модель достаточно точно воспроизводит изучаемый процесс.
По коэффициентам модели, имеющим различный физический смысл и единицы измерения, нельзя определить, какие факторы оказывают наибольшее влияние на увеличение или уменьшение количества отказов ТЭД по пробою изоляции и в каких из них заложены резервы. Чтобы устранить различия физического смысла в единицах измерения, использованы так называемые частные коэффициенты эластичности, позволяющие измерить в процентах изменение параметра потока отказов ТЭД по пробою изоляции при изменении каждого фактора на одну и ту же относительную величину -на 1%.
Расчет и анализ частных коэффициентов эластичности показывают, что наибольшее влияние на пробой изоляции ТЭД оказывает степень нагрузки х\. Прирост нагрузки на 1% увеличивает количество отказов на 0,56%). Остальные факторы соответственно на 0,015; 0,062 и 0,018%).
Для сравнения факторов, в которых заложены резервы по уменьшению отказов ТЭД от пробоя изоляции, можно использовать коэффициенты вариации. Из табл. 1.6 видно, что колебание пульсации нагрева обмоток хз почти в три раза выше, чем степень нагрузки Хі. Поэтому по фактору х3 может быть намечено больше мер по уменьшению количества случаев пробоя изоляции, хотя степень нагрузки X] и оказывает наибольшее влияние на прирост отказов. Таким образом, за счет выключения вентиляторов в зимний период во время стоянок электровоза с поездом на промежуточных станциях и при следовании на выбеге уменьшится пульсация нагрева изоляции ТЭД, так как охлаждение ее будет происходить медленнее за счет естественной конвекции. Следовательно, с уменьшением пульсации количество отказов ТЭД по пробою изоляции сократится.
В исследовании работоспособности изоляции тяговых электродвигателей с применением диагностических моделей, выполненном сотрудниками МГУПС, обосновываются методы контроля старения изоляционных конструкций, и исследуется их работоспособность при работе ТЭД на диагностических моделях, реализующих выбранные режимы диагностических воздействий. Для решения первой части задачи принципиально возможно применение любых известных методов и тестов. Однако диагностические процедуры, цель которых заключается в определении ресурса изоляционных конструкций ТЭД, выделяются по значимости от остальных, поскольку предполагают, определение наиболее существенных свойств и поэтому требуют специальных тестов. Этому условию удовлетворяют диагностические тесты изоляции, основанные на определении токов утечки, что было подтверждено экспериментами. Чтобы характеризовать состояние изоляции с помощью токов утечки диагностические тесты необходимо проводить в виде снятия вольтамперной характеристики (ВАХ). Многочисленные эксперименты, проведенные в процессе эксплуатационного диагностирования ТЭД на моделях и в условиях эксплуатации, применительно к изоляционным конструкциям различного класса нагревостойкости, показали, что одним из факторов, определяющим крутизну ВАХ, является пробивное напряжение - U„p. ВАХ изоляции имеют линейную зону при уровнях испытательного напряжения U 0,4 U„p, предпробивную зону при 0,4 имр U 0,9 U„p и зону пробоя при U 0,9 U„p.
Экспериментально-теоретическое исследование надёжности изоляции ТЭД подталкивающих электровозов
Статистические данные по надежности узлов и деталей оборудования электровозов показывают, что большая доля отказов приходится на тяговые электрические машины. Системный анализ причин отказов тяговых двигателей электровозов железных дорог Восточного региона указывает на совокупность принципов, отражающих снижение надежности, обусловленных в основном перегревом их обмоток и отсутствием систем мониторинга температурного контроля. Состояние изоляции ТЭД определяет тепловое старение, которое способствует накоплению, росту микропустот и микротрещин в изоляции. Поэтому интенсивное увлажнение состарившейся изоляции в зимний период эксплуатации вызывает частый выход из строя ТЭД по причине ее пробоя. Температура двигателя и интенсивность теплового старения изоляции возрастают при уменьшении расхода охлаждающего воздуха [26-30].
Анализ статистических данных о надежности электровозов, наблюдения за работой их электрического оборудования при проведении эксплуатационных испытаний показывают, что нередко причиной выхода из строя перечисленного выше оборудования является неудовлетворительная вентиляция.
Результаты вентиляционных испытаний тяговых двигателей электровозов ВЛ85 №023, №091, №134, №211 и ВЛ80Т №854 ВСЖД, приведены на рис. 2.14. (На рис. 2.14.: ш{ - частость распределения; Qi? Q„ -соответственно фактический и номинальный расход воздуха).
При рассмотрении гистограммы, приведенной на рис.2.14, можно отметить, что среднее значение расхода охлаждающего воздуха ТЭД на 25-30% ниже номинального значения. Имеются двигатели, у которых расход воздуха может уменьшаться до 25% и менее. Таким образом, среди различных факторов, определяющих срок службы изоляции электрических машин, одним из основных является тепловое старение.
При анализе эксплуатационных режимов особое значение приобретают методы расчета скорости теплового старения электрической изоляции и определение срока ее службы [31, 87].
Первые работы в этом направлении имели преимущественно экспериментальный характер и относились главным образом к изоляции класса А. В результате было сформулировано так называемое правило «восьми градусов», в соответствии с которым повышение температуры изоляции на каждые восемь градусов сокращает срок ее службы вдвое. Аналитически это правило выражается в виде уравнения [32]
Правило «восьми градусов» вследствие своей простоты находит широкое применение и позволяет производить ориентировочные расчеты в тех случаях, когда они относятся к сравнительно небольшим диапазонам изменения температуры. Недостатком уравнения (2.1) является его эмпирический и формальный характер, что вносит неопределенность в значения числовых постоянных и не позволяет рассчитывать на получение этим методом достаточно надежных результатов.
Якорь тягового электродвигателя с точки зрения его нагрева с достаточной степенью точности может рассматриваться как система двух тел - обмотки и стали (рис. 2.15). Тела 1 и 2 (обмотка и сталь) обладают теплоємкостями С и Сг и связаны между собой тепловой проводимостью Л12, а с окружающей средой тепловыми проводимостями Лі и Л2 . В теле 1 выделяются потери Р], в теле 2 - потери Р2.
Предполагается, что теплоемкости и тепловые проводимости не зависят от температуры, теплоемкость окружающей среды Сср равна бесконечности, температура окружающей среды Scp постоянна [32]. В формуле (2.33) неизвестными величинами являются ki2 и Л\. Введем новую величину — превышение температуры обмотки в опыте короткого замыкания xlk, которая может быть определена экспериментальным путем из опыта короткого замыкания, условиями проведения которого являются равенство нулю потерь в стали (Р2 = 0) и равенство тока двигателя номинальному (I = 1н) при номинальной частоте вращения ТЭД (со = юн).
Единственной величиной, требующей экспериментального определения, является превышение температуры в опыте короткого замыкания т]к (в дальнейшем будем называть превышением температуры короткого замыкания).
Влагоперенос в изоляции обмоток ТЭД
Перенос тепла и влаги в обмотках тяговых электродвигателей (ТЭД) происходит постоянно. При любом изменении режимов работы ТЭД и параметров окружающей среды термодинамическое равновесие нарушается, и изоляция обмоток ТЭД переходит к новому равновесному состоянию, обмениваясь с атмосферой влагой и теплом. Наиболее перспективными методами управления температурно-влажностными процессами на электровозе следует считать такие, которые будут адаптироваться к микроклиматическим условиям эксплуатации ТЭД, режимам его нагрузки и конструктивным особенностям ТЭД.
Электрическая изоляция обмоток ТЭД представляет капиллярно-пористую коллоидную систему, реагирующую на малейшие изменения влажности и температуры атмосферы посредством ответного изменения комплекса своих свойств. Эти изменения пропорциональны приложенному воздействию, т.е. степени изменения параметров нагрузки и изменения параметров внешней среды. Более значительное влияние на величину изменения свойств изоляции обмоток оказывает интенсивность процессов переноса тепла и влаги в изоляции. Диэлектрические свойства существенно понижаются при повышении интенсивности переноса тепла и влаги.
Исследование гигротермического равновесного состояния различных тел широко освещено в трудах [49, 50, 51, 52, 53, 54, 55]. Установлено, что в состоянии равновесия с окружающим влажным воздухом температура тела равна температуре воздуха, а давление пара воды в материале равно парциальному давлению водяного пара в воздухе (молекулярное равновесие). Влагосодержание коллоидного капиллярно-пористого тела приобретает некоторое постоянное значение, называемое равновесным удельным влагосодержанием или равновесной влажностью. Равновесная влажность материала зависит от температуры, влажности окружающего воздуха и от метода достижения равновесия. Если материал в процессе установления равновесия отдавал влагу, то равновесие было достигнуто путем десорбции или сушки, если же поглощал влагу, то равновесное состояние наступило путем сорбции или увлажнения. Капиллярно-пористые тела, обладающие внутренней поверхностью, в большом количестве могут сорбировать вещества, находящиеся в воздухе, в частности водяной пар.
Вторая группа это коллоидные тела. Влага в материале связана главным образом осмотически или структурно. При удалении жидкости эти тела значительно изменяют свои размеры (сжимаются), сохраняя свои эластические свойства. Название «коллоидное тело», носит условный характер, А. В. Лыков предлагает, коллоидные тела называть квази капиллярно-пористыми телами, у которых радиусы капилляров сравнимы с размерами молекул.
Третья группа это капиллярно-пористые коллоидные тела. К этой группе относятся тела, содержащие жидкость, связанную осмотически и капиллярно, т. е. обладающие свойствами тел первых двух групп. Стенки капилляров этих тел эластичны и при поглощении влаги набухают. Деление всех материалов на три указанные группы носит условный характер и не определяется какой-либо одной формой связи влаги с материалом. А. В. Лыков предлагает еще одну группу тел — пористые, когда капиллярный потенциал сравним с потенциалом поля тяжести.
Следует отметить, что до сих пор не существует единых терминологии и обозначений в теории тепло- и массопереноса, включая и классификацию распределения материалов на группы и на формы связи влаги с материалом [6]. В зависимости от преобладания формы связи могут резко меняться и электрофизические характеристики увлажненного материала. Влага в виде монослоя влияет на диэлектрическую проницаемость только за счет электронной и атомной поляризации. Все рассматриваемые электроизоляционные материалы можно распределить по классификации, предложенной М. М. Михайловым. Рассмотрим некоторые группы электроизоляционных материалов с этой точки зрения. Слоистые пластики и лакоткани — в основном капиллярно-пористые тела, для которых характерна преимущественно физико-механическая связь влаги в макро- и микрокапиллярах. По классификации М. М. Михайлова материалы такого типа можно отнести к материалам, для которых характерна неактивированная сорбция в процессе термовлагостарения.
Эластомеры - в основном коллоидные тела (или квазикапиллярно-пористые), для которых характерна физико-химическая осмотическая связь влаги с материалом. Эластомеры также следует отнести к материалам, для которых характерна осмотическая сорбция, не подчиняющаяся закону Генри.
Синтетические полимеры (термопласты) следует по классификации П.А. Ребиндера и А.В. Лыкова отнести к капиллярно-пористым капиллярным телам, для которых характерна физико-химическая адсорбционная форма связи и физико-механическая связь смачивания. Синтетические полимеры в основном характеризуются сорбционной формой связи, подчиняющейся закону Генри, или водородной формой связи, близкой к химической форме. Знание форм и видов связи влаги с электрической изоляцией помогает объяснять многие явления, связанные с увлажнением электроизоляционных материалов.
Система температурного контроля ТЭД подталкивающего электровоза ВЛ80Р
Схема СТК электровоза ВЛ80Р (рис.4.2) получает питание от стабилизированных источников переменного напряжения СН (автотрансформаторы АТ-1) цепей управления ВИЛ через разделительные трансформаторы Т40, Т41, которые запитывают стабилизированным напряжением 220 В устройства температурного контроля УТК1...УТК4. С понижающих обмоток напряжение 13,5 В подается на мостовые однофазные выпрямители U97, U98. После выпрямления напряжение подается в цепи сигнализации перегрева оборудования (светодиоды VD1...VD8, типа АЛ 307). Для ограничения тока светодиодов используются ограничивающие сопротивления R1 и R2. Каждое УТК обеспечивает контроль температуры одного силового блока СБ ( два тяговых двигателя ТЭД). Температура ТЭД контролируется позисторами СТ14-2А-160 с квалификационной температурой 160 С.
Усилитель выполнен на транзисторах VT1 ... VT4 и служит для усиления сигнала датчиков, подключаемых к клеммам 5 и 6. С коллектора транзистора VT4 сигнал поступает на управляющий электрод тиристора VS1 для управления выходным исполнительным элементом KV1.
Если температура защищающего объекта ниже предельно допустимого значения, то сигнал, поступающий с датчика, обеспечивает режим, при котором транзистор VT4 открыт, транзистор VT4 закрыт, следовательно закрыт тиристор VS1 и контакт KVI замкнут.
При увеличении температуры защищаемого объекта сверх предельно допустимой сопротивление датчика резко возрастает, в результате чего транзистор VT4 закрывается, транзистор VT1 и тиристор VS1 открываются. При этом происходит шунтирование тиристором цепи питания выходного исполнительного элемента KV1 и усилителя, в результате чего контакт KV1 размыкается, что приводит к отключению защищаемого объекта.
При монтаже СТК на электровозе ВЛ80р, вблизи подводящих шин и на компенсационной обмотке ТЭД - в наиболее нагретой ее части - на выходе воздуха из двигателя. На каждый ТЭД с использованием клея К-300 устанавливается один позистор. Для изоляции силовых цепей от контрольных позисторов применяется лента из фторопласта Ф-4 модификации ЭО толщиной 0,1 мм, шириной 100 мм, с рабочей температурой -269...+260 С. Электрическая прочность пленки 160 кВ/мм. С целью обеспечения срабатывания системы контроля при предельной для данного оборудования температуре (РС-53 - 170 С, НБ-418К6 - 180 С) и использовании позисторов с квалификационной температурой и 160 С (ТЭД) применяются регулировочные прокладки из фторопластовой ленты Ф-4 модификации ПН толщиной 0,2; 0,5 и 1 мм, которые обеспечивают необходимый перепад температуры.
Монтаж от термодатчиков RK к соединительным клеммам ТЭД выполнен теплостойким проводом типа ПТЛ-200 сечением 1,5 мм , от соединительных клемм RK тяговых двигателей к соединительным клеммам сглаживающих реакторов проводом типа ППРСМ1 - 3000, сечением 1,5 мм2. Провода от соединительных клемм RK сглаживающих реакторов к клеммам УТК типа ППРСМО - 3000, сечением 1,5 мм". Провода от источников стабилизированного напряжения СН к клеммам разделительных трансформаторов Т40, Т41 и от последних к выпрямителям U97, U98 цепи питания 220 В УТК и сигнализация перегрева оборудования 12 В — типа ППСРМО-3000 сечением 1,5 мм2.
По окончанию монтажа СТК проверить сопротивление изоляции датчиков RK ТЭД с использованием мегаомметра на 2,5 кВ. Сопротивление изоляции должно быть не менее 5 МОм. Сопротивление изоляции цепей питания УТК 220 В, проверенное мегаомметром на 1 кВ должно быть не менее 1 МОм. Сопротивление сигнальных цепей напряжением 12 В должно быть не менее 0,5 МОм (проверка выполняется мегаомметром на 0,5 кВ).
При приемке электровоза локомотивная бригада проверяет состояние СТК. При нормальной работе СТК зелёным цветом светятся светодиоды в кабинах машиниста и в проходных коридорах секции против каждого ВИП. В процессе движения локомотивная бригада наблюдает за состоянием СТК по свечению светодиодов в кабинах. Если по какой-либо причине температура ТЭД достигает предельно допустимого значения, срабатывает УТК, контролирующее перегретый ТЭД. Это вызывает разрыв цепи сигнализации и погасание светодиодов VD1, VD8 (VD2, VD7) в кабинах машиниста и VD3, VD4 (VD5, VD6) в ВВК. При этом помощник по указанию машиниста поочерёдным включением выключателей с самовозвратом SI, S2 (S3, S4), установленных в коридоре секции электровоза, определяет силовой блок СБ (силовой блок состоит из двух ТЭД) с перегретым двигателем. (При включении выключателя светодиод, контролирующий СБ с перегретым ТЭД, начинает светиться). После предупреждения машинистов головного и подталкивающего локомотивов о перегреве двигателя СБ, при нагрузке ТЭД не более 1000 А, помощник производит отключение СБ одной из кнопок МВЗ, МВ4 на щитке параллельной работы секции с перегретым ТЭД. При нагрузке двигателя 1050 А и более отключение СБ не производиться, но бригада бдительно наблюдает за его состоянием из окон кабин и в ВВК. При снижении тока нагрузки ниже 1000 А СБ отключается рассмотренным выше способом. В случае появлении дыма, или запаха гари в районе подозрительного силового блока последний отключается независимо от величины нагрузки, после предварительного предупреждения бригады подталкивающего локомотива.
