Совершенствование диагностирования увлажнения изоляции асинхронных двигателей в сельском хозяйстве за счет контроля ее емкостного сопротивления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Совершенствование диагностирования увлажнения изоляции асинхронных двигателей в сельском хозяйстве за счет контроля ее емкостного сопротивления

Общая характеристика работа

Актуальность темы

Электрификация сельского хозяйства привела к прогрессивным структурным изменениям орудий и средств труда. Основой эффективного использования новой техники является высокая надежность ее элементов и в первую очередь электрооборудования. В случае его выхода из строя действие электрифицированных машин нельзя равноэффективно заменить ни за счет применения другой техники, ни за счет ручного труда. Это сопровождается значительным технологическим ущербом.

Среди мер по поддержанию высокой надежности важную роль имеет организация системы технического обслуживания. Для некоторых объектов применима система планово - предупредительного обслуживания, а для большинства электроустановок, отказы которых приводят к громадному ущербу, необходимо диагностическое обслуживание. Однако внедрение такого обслуживания сдерживается недостаточной изученностью закономерностей появления отказов электрооборудования из - за его сложности. Поэтому электротехнические службы не обеспечены средствами диагностирования.

Известно, что самым ответственным и малонадежным элементом электрических двигателей является их изоляция. Среди причин отказов на первом месте находится ее увлажнение. Попытки защиты от увлажнения дополнительными средствами не нашли положительного эффекта. Решение этой проблемы возможно за счет своевременного диагностирования степени увлажнения изоляции. Для этого разработано несколько способов, но они реализованы на основе устаревших элементов, громоздки и требуют больших трудозатрат на проведение измерений. Кроме того выпуск таких приборов прекращен, хотя потребность в них составляет около 25000 шт. для сельского хозяйства Российской Федерации.

Теоретические вопросы, посвященные увлажнению изоляции и ее защиты рассматривали в своих работах российские ученые: Прищеп Л.Г., Бородин И.Ф., Ерошенко Г.П., Пястолов А.А., Сырых Н.Н., Таранов М.А., Оськин С.В., Немировский А.А., Казимир А.П. и др.; и зарубежные ученые Мартыненко И.И., Калыков Б.Р., Грундулис А. О и др.

Изучение особенностей процесса увлажнения изоляции с целью создания нового портативного прибора на основе цифровой техники является актуальной научно - технической задачей. Работа входит в координационный план Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова по теме №6 «Повышение эффективности энергетического обеспечения систем АПК».

Цель работы: снижение интенсивности отказов из - за увлажнения изоляции асинхронных двигателей в сельском хозяйстве за счет совершенствования ее диагностирования.

Объектом исследования служит изоляция асинхронного двигателя и портативный прибор контроля влажности изоляции асинхронных двигателей.

Предмет исследования: закономерности изменения диагностического параметра степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей от характера электрического воздействия, вида оборудования и окружающей среды.

Задачи исследования:

1. Провести анализ условий эксплуатации и причин отказов асинхронных двигателей. Выполнить обзор существующих способов диагностирования увлажнения изоляции;

2. теоретически обосновать выбор главного диагностического параметра степени увлажнения изоляции (ОПНИ) и схемы его измерения;

3. обосновать контрольное значение диагностического параметра, позволяющее достоверно определить потребность асинхронного двигателя в сушке;

4. разработать техническое обеспечение способа диагностирования увлажнения изоляции по контролю ее емкостного сопротивления;

5. выполнить лабораторные и производственные исследования для проверки достоверности теоретических результатов и определения экономической эффективности разработанного способа диагностирования степени увлажнения изоляции.

Методика исследования. В работе использованы аналитические и экспериментальные методы исследования. Основой базы исследования приняты процессы, происходящие в диэлектрике под воздействием переменного электрического поля. В экспериментальных исследованиях использовались современные средства измерительной техники.

Научную новизну составляют:

- закономерность изменения главного диагностического параметра в зависимости от степени увлажнения изоляции с учетом сопротивления сквозному току утечки;

- способ диагностирования степени увлажнения изоляции основанный на определении отношения падений напряжений на изоляции асинхронного двигателя при частотах 2 и 50 Гц;

- схема измерения диагностического параметра, состоящая из последовательно включенных балластной емкости, изоляции асинхронного двигателя и портативного прибора;

- контрольное значение диагностического параметра, позволяющее достоверно определять состояние увлажнения изоляции асинхронного двигателя, в условиях эксплуатации.

Практическая ценность работы: разработан портативный прибор контроля влажности изоляции асинхронных двигателей для энергетических служб сельскохозяйственных предприятий позволяющий оперативно и достоверно оценить степень увлажнения изоляции на месте установки оборудования с помощью отношения падения напряжения на изоляции (ОПНИ). Трудозатраты на диагностирование сокращаются в 5 раз.

Публикация результатов исследования: По материалам диссертации опубликовано 6 работ, в том числе одна работа в периодических научных и научно - технических изданиях рекомендованных ВАК. Общий объем публикаций составил 1,1 п.л, из них 0,64 п.л. принадлежит соискателю.

На защиту выносятся:

- обоснование рациональной методики контроля степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей;

- выбор главного диагностического параметра степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей;

- разработка способа диагностирования степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей;

- обоснование контрольных значений диагностического параметра степени увлажнения изоляции;

- результаты экспериментальных исследований в лабораторных и производственных условиях;

- оценка экономической эффективности внедрения способа.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 35 рисунка, 7 приложений. Список использованной литературы включает 137 наименований, из них 11 на иностранных языках.

Содержание работы

асинхронный двигатель изоляция сопротивление

Во введении изложена актуальность проблемы, цель, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе «Постановка задач исследования» проведен обзор условий эксплуатации и структуры парка асинхронных двигателей в сельском хозяйстве, основных причин их отказов. Рассмотрены методы диагностирования изоляции асинхронных двигателей, а также технические средства их реализующие.

В результате проведенного анализа выявлено, что наиболее слабый элемент асинхронного двигателя - обмотка, на долю которой приходится свыше 80% отказов от их общего числа, из них по вине увлажнения изоляции - 38%. Попытки защиты от увлажнения дополнительными средствами не нашли положительного эффекта. Решение этой проблемы возможно за счет своевременного диагностирования степени увлажнения изоляции и ее сушки. Однако, несмотря на то, что существуют различные методы контроля степени увлажнения изоляции (измерение сопротивления изоляции, измерение коэффициента абсорбции; методы емкость - частота, емкость - время, емкость - температура; измерение тангенса угла диэлектрических потерь), этот вид диагностирования не находит широкого применения из - за устаревших технических средств, требующих больших трудозатрат на проведение измерения и из - за сложности диагностирования асинхронных двигателей на месте размещения.

В связи с этим настоящая работа имеет цель снижение интенсивности отказов из - за увлажнения изоляции асинхронных двигателей в сельском хозяйстве за счет совершенствования ее диагностирования.

Во второй главе «Теоретическое обоснование диагностического параметра степени увлажнения изоляции» проведен качественный и количественный анализ поведения изоляции при ее увлажнении на разных частотах приложенного электрического поля. Обоснован способ диагностирования степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей по отношению падений напряжений на изоляции (ОПНИ). На основании проведенного анализа было выведено уравнение диагностического параметра.

Изоляция электрической машины представляет собой сложную систему, состоящую из разнородных электроизоляционных материалов имеющих разные диэлектрические свойства. В систему входят изоляция проводника, изоляция витка, прокладка между витками, прокладка между рядами проводников. Так как каждый элемент изоляции является диэлектриком, то при приложении электрического поля в изоляции возникает явление поляризации. Элементы изоляции сделаны из разных электроизоляционных материалов, поэтому процесс поляризации для каждого из них проходит по-разному. При приложении электрического поля одновременно подвергаются поляризации все элементы изоляции, соответственно имеют место разные виды поляризации: ускоренная и замедленная. К первой относятся: электронная, ионная, дипольная. Время установления этих видов поляризации отличаются друг от друга на 2…3 порядка, и не превышает 10^-5с.

При увлажнении изоляции влага проникает в поры и трещины изоляции, между изолированными витками и элементами изоляции, что приводит к образованию двухслойного диэлектрика. Вода и материалы, из которых состоят элементы изоляции, обладают различной проводимостью. Поэтому при приложении электрического поля во влажной изоляции имеет место поверхностная поляризация, время установления которой намного больше, чем у перечисленных выше видов поляризации. Следовательно, при воздействии на изоляцию электрического поля, частота которого изменяется от нуля до бесконечности, процесс его поляризации будет иметь сложный характер. Так как поверхностная поляризация определяющая влажность изоляции происходит на сверхнизких частотах, в то время как остальные виды поляризации на высоких и сверхвысоких частотах, то схему замещения изоляции можно представить в упрощенном виде (рис. 1).

На рисунке 1 обозначено С_аб - емкость абсорбции, характеризующая наличие влаги в изоляции, R_аб - эквивалентное сопротивление потерь при поверхностной дипольной поляризации; С_см - емкость смещения (геометрическая емкость), включающая в себя высокочастотные виды поляризации; R_У - сопротивление току утечки i_У; i_СМ - ток смещения, обусловленный смещением электронных оболочек; i_аб - ток абсорбции обусловленный дипольной поляризации; U_из - падение напряжения на изоляции.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема замещения изоляции

В общем виде зависимость диэлектрической проницаемости изоляции от частоты приложенного электрического поля выражаются уравнением Дебая:

(1)

где е(щ) - комплексная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, изменяющаяся в зависимости от частоты электрического поля; е_S - статическая диэлектрическая проницаемость диэлектрика соответствующая малым частотам или статическому электрическому полю; е_? - оптическая диэлектрическая проницаемость диэлектрика, соответствующая бесконечно большим частотам; щ - круговая частота электрического поля; ф - постоянная времени поляризации.

Действительная составляющая представляет собой относительную диэлектрическую проницаемость материала. Она позволяет сделать количественную оценку способности изоляции к поляризации.

Мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости характеризует поглощение энергии при поляризации изоляции.

Графическое выражение способности изоляции к поляризации при разной степени увлажнения изоляции приведено на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость диэлектрической проницаемости изоляции от частоты приложенного электрического поля

На основе приведенного уравнения зависимость общей емкости изоляции (С_аб+ С_см) от частоты приложенного электрического поля будет выражаться уравнением:

(2)

Таким образом, емкость влажной изоляции (С_аб>0) зависит от частоты приложенного электрического поля, с увеличением которой С_из>С_см.

Следовательно, можно сделать вывод, что поведение изоляции в переменном электрическом поле зависит от её увлажненности, закономерности изменения емкости при изменении частоты имеют устойчивый характер, что является основой для диагностирования степени увлажнения изоляции.

В настоящее время основной способ диагностирования степени увлажнения изоляции по методу емкость - частота реализован в приборах ПКВ. Они работают по принципу «заряд - разряд». Однако этот принцип не пригоден для диагностирования асинхронных двигателей малых мощностей из - за малой геометрической емкости их изоляции. Также он не учитывает сопротивление сквозному току проводимости. Все это ведет к большим погрешностям. Для устранения этих недостатков предлагается использовать схемы, представленные на рисунке 3. На этих схемах последовательно с емкостью изоляции включается а) балластное сопротивление; б) балластная емкость.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 3. Схемы для измерения падения напряжения на изоляции: а - с балластным резистором; б - с балластным конденсатором

На схемах обозначено: R_б - балластный резистор, С_из - емкость изоляции; С_б - балластный конденсатор; R_у - сопротивление сквозному току утечки.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем: на схему, состоящую из последовательно соединенных балластного элемента (резистора или конденсатора) и емкости изоляции дважды подается напряжение частотой 2 и 50 Гц. На элементах схемы возникают падения напряжений. Их величина будет зависеть от емкости изоляции, сопротивления сквозному току утечки, номинального значения и характера балластного элемента. Падения напряжений измеряются на изоляции при частотах 2 и 50 Гц и по их отношению делается вывод об увлажненности изоляции.

Для анализа схем измерения рассмотрены векторные диаграммы напряжений. Диаграммы приведены для случаев: R_у= 500 МОм, степень увлажнения изоляции С₂ /С₅₀=1; R_у= 9,7 МОм, степень увлажнения изоляции С₂ /С₅₀=1,3. При этом значение балластного сопротивления R_б=16 МОм, а балластный конденсатор принимается равным значению геометрической емкости С_б= 1000 пФ. Диаграммы построены в масштабе 1:1 (рис 4).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

в) г)

Рис. 4. Векторные диаграммы напряжений схем измерения рис. 3а сухой (а) и влажной (б) изоляции и для схем рис. 3б сухой (в) и влажной (г)

Из анализа векторных диаграмм видно, что при измерении по схеме (а) соотношение векторов U_{из 50} и U_{из 2} мало отличаются друг от друга при изменении степени увлажнения изоляции. ОПНИ изменится на 1,3% при изменении С₂ /С₅₀ от 1 до 1,3.

При измерении падения напряжения по схеме (б) векторы U_{из 50} и U_{из 2} находятся на границе окружности с радиусом, который определяется значением балластной емкости. При разной степени увлажненности вектор U_{из 50} практически не изменяется, в то время как вектор U_{из 2} изменяется от значения равного вектору U_{из 50} и стремится к 0. Таким образом, отношение падений напряжений на изоляции (ОПНИ) изменяется от 0 до 1, при любых значениях балластной емкости.

Таким образом, при измерении ОПНИ схема (б) обладает наибольшей чувствительностью и стабильностью и позволяет наиболее достоверно оценивать степень увлажнения изоляции.

Для вывода уравнения диагностического параметра необходимо рассмотреть схему измерения более подробно (рис. 5).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Измерительная схема для измерения падения напряжения на изоляции

При этом необходимо учесть, что при увеличении степени увлажнения изоляции сопротивление сквозному току проводимости не может оставаться постоянной величиной. Соответственно при увеличении влагосодержания в изоляции ее сопротивление будет резко снижаться. Зависимость сопротивления утечки от влагосодержания б в общем виде может быть выражена степенной эмпирической функцией:

, (3)

где А и К - положительные постоянные, зависящие от исследуемого материала и условий измерения.

Тогда с учетом уравнения падение напряжения на изоляции будет выражаться формулой:

(4)

Зависимость падения напряжения на изоляции от частоты приложенного напряжения при разном значении балластных емкостей показано на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость напряжения на изоляции электрооборудования от частоты приложенного электрического поля с использованием балластной емкость при R_У??

Все три представленные на рисунке 6 семейства принципиально ничем друг от друга не отличаются. Характер изменения напряжения на изоляции при разной увлажненности остается одинаковым во всех трех случаях, однако при снижении значения балластной емкости относительно геометрической емкости двигателя семейство спускается ниже по оси абсцисс, а характеристики становятся более пологими. Следовательно, при уменьшении значения балластной емкости, измерение может давать погрешность. Это необходимо учитывать при выборе значения балластной емкости.

Исходя из выражения (4) уравнение диагностического параметра (ОПНИ) примет вид

(5)

Из уравнения следует, что в сухой изоляции при изменении частоты измерительного напряжения падение напряжения на изоляции не изменится, т.к. в сухой изоляции емкость абсорбции С_АБ близка к нулю, а сопротивление изоляции настолько велико, что не оказывает влияния на результаты измерения. Следовательно, отношение U_щ1/ U_щ2 в сухой изоляции будет приблизительно равно 1. В увлажненной изоляции С_АБ возрастает, а R_U резко снижается настолько, что оказывает сильное влияние на результаты измерений. И чем сильнее изменяются эти параметры, тем больше U_щ1/U_щ2 будет отличаться от единицы. Таким образом, сравнивая падения напряжения на диагностируемом объекте при разных частотах можно судить об увлажненности изоляции.

Для выбора контрольного значения диагностического параметра рассмотрим графическую зависимость U_щ1/U_щ2 (б) для частот 2 и 50 Гц приведенную на рисунке 6. Из рисунка видно, что все четыре характеристики семейства мало отличаются друг от друга. На начальном и конечном участке они практически сливаются в одну линию и разделяются лишь на среднем участке, где наблюдается максимальное изменение диагностического параметра при малом изменении увлажненности.

Для измерения отношения падений напряжения на изоляции (в дальнейшем ОПНИ) примем значение балластной емкости равной геометрической емкости двигателя, изоляцию которого измеряют на увлажнение. Тогда исходя из рисунка 7 можно определить предельное значение диагностического параметра и определить когда изоляция будет считаться сухой, а когда влажной и требующей сушки. Установлено если ОПНИ находится в пределах от 0,54 до 1 то, изоляция считается сухой; если же значение ОПНИ ниже 0,54 то изоляция считается увлажненной.

Рис. 7. Зависимость диагностического параметра от увлажненности изоляции

Для достоверного определения степени увлажнения изоляции асинхронных двигателей необходимо учесть влияние параметров измерительной цепи на ОПНИ. На основе векторного анализа получено, при отклонении частоты испытательного напряжения от 2 Гц на ±5% отклонение ОПНИ от заданного значения составит 5,6%, от 50 Гц на ±5% отклонение составит 0,1%.

Таким образом, при отклонении частот питающего напряжения на 5% предельное значение диагностического параметра ОПНИ может изменяться от 0,51 до 0,57. Следовательно, при значении ОПНИ > 0,57 изоляция будет считаться сухой, а при значении ОПНИ ? 0,57 изоляция будет считаться увлажненной и требующей сушки. Сушку рекомендуется производить на месте размещения асинхронного двигателя с помощью последовательного включения в обмотку статора батареи конденсаторов.

В третьей главе «Экспериментальные исследования» экспериментально определены коэффициенты и постоянные величины для предложенной теоретической зависимости диагностического параметра, а также контрольное значение диагностического параметра для двигателей различных серий и мощностей при различных значениях балластной емкости, путем сравнения с показаниями эталонного прибора.

Для решения поставленных задач была разработана экспериментальная установка, представленная на рис. 8.

Рис. 8. Схема экспериментальной установки

Принцип действия экспериментальной установки заключается в следующем. Асинхронный двигатель устанавливается на решётку, сквозь которую свободно могут проходить водяные пары. Под решёткой находится ёмкость с водой. В воду помещается электронагреватель, работающий от сети переменного напряжения 220 В. Для соблюдения электро- и пожаробезопасности в цепь нагревателя включен предохранитель Р, а корпус нагревателя заземлен.

Электронагреватель нагревает воду до кипения, и её пары проходят сквозь решётку. Чтобы повысить концентрацию паров в пространстве вокруг асинхронного двигателя он накрывается куполом, выполненным из оргстекла. Для контроля температуры и влажности среды под стеклянным куполом установлены термометр и психрометр. Водяные пары под куполом начинают интенсивно увлажнять изоляцию асинхронного двигателя. Сопротивление изоляции измеряется с помощью мегомметра. В качестве эталонного способа контроля влажности изоляции используется схема реализующая способ «заряд - разряд».

Функциональная схема портативного прибора контроля влажности изоляции асинхронных двигателей приведена на рис. 9.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Функциональная схема прибора контроля влажности изоляции: На схеме обозначены: А1 - узел повышающий входное сопротивление измерителя; U1 - активный выпрямитель; Z1 - фильтр низких частот; М - исследуемый асинхронный двигатель

Встроенный источник питания на выходе выдает стабильное постоянное напряжение (+12В, -12В и +5В), необходимое для питания всех узлов прибора. Генератор низкочастотных синусоидальных колебаний преобразует постоянное напряжение источника питания в переменное синусоидальное. С помощью тумблера (на схеме не показан) изменяется частота синусоидальных колебаний. Возможны два состояния: первое - генератор вырабатывает переменное напряжение частотой 2 Гц, второе - 50 Гц.

а б

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

в

Рис. 10. Портативный прибор контроля влажности изоляции: а) отдельно, б) с устройством емкостной сушки, в) в сопоставлении с ПКВ

Напряжение с генератора подается на измерительную цепь, состоящую из последовательно соединенных балластной емкости С_б и изоляции асинхронного двигателя. Чтобы расширить диапазон мощностей диагностируемых двигателей предусмотрены три переключателя (К₁, К₂, К₃), с помощью которых можно изменять величину балластной емкости (С_б1, С_б2, С_б3).

Как было отмечено ранее, диагностическим параметром степени увлажнения изоляции является ОПНИ (отношение падений напряжений снимаемых с изоляции). Для измерения падений напряжения параллельно изоляции подключается измеритель напряжения. Чтобы измеритель напряжения не вносил погрешность на результат измерения, в схеме предусмотрен узел, повышающий входное сопротивление измерителя. Напряжение с этого узла подается на активный выпрямитель, а с него через фильтр высоких частот на выводы микроконтроллера который показывает результат.

Для определения постоянных коэффициентов в уравнении диагностического параметра проводится исследования на экспериментальной установке, приведенной на рисунке 8. Произведено по 11 замеров сопротивления изоляции для двигателей трех разных мощностей 1,1; 3; 4 кВт при разной степени увлажнения изоляции. По полученным результатам исследования определяется значение коэффициента К для каждого измерения по выражению:

К=log_б(А/R_Уср). (6)

Из полученного ряда значений находим среднее значение К = 15,6. Статистический анализ полученных экспериментальных данных подтвердил что полученное среднее значение коэффициента справедливо для двигателей всех трех мощностей. По полученным экспериментальным данным строим кривые зависимости сопротивления изоляции от степени ее увлажнения и сравниваем ее с теоретической зависимостью.

Полученные экспериментальные кривые практически совпадают с теоретической кривой. Отклонение составляет 2,5%. Поэтому коэффициент К можно принять равным 15,6 для двигателей любых мощностей.

Для экспериментальной проверки портативного прибора контроля влажности использовалась та же схема экспериментальной установки (рис. 8). Для исследования использовались двигатели мощностью 1,10; 3,0; и 4,0 кВт.



Рис. 11. Экспериментальные и теоретическая зависимость сопротивления изоляции от степени увлажнения для двигателей разной мощности

Рис. 12. Зависимость ОПНИ от степени увлажнения изоляции для двигателей разных мощностей

асинхронный двигатель изоляция сопротивление

Влажность под куполом поддерживалась 87% при температуре 45 єС. В процессе увлажнения измеряются б=С₂/С₅₀ с помощью схемы «заряд разряд» и ОПНИ=U₂/U₅₀. В процессе проведения эксперимента сделано по 11 замеров для каждого двигателя при разной степени увлажнения изоляции. Каждый замер проводился по 3 раза. По полученным усредненным данным были построены графики зависимости ОПНИ от степени увлажнения изоляции б. В той же плоскости строится теоретическая кривая.

На графике видно что экспериментальные и теоретическая кривые совпадают. Во всех трех случаях контрольное значение диагностического параметра находится в пределах допустимой погрешности описанной во второй главе, несмотря на то, что геометрические емкости двигателей значительно различаются между собой. Таким образом, опираясь на представленные во второй главе теоретические зависимости и полученные экспериментальны данные, в диссертации предложены рекомендации по выбору номинальных значений балластных конденсаторов для диагностирования двигателей разных мощностей.

Производственные испытания портативный прибор контроля влажности прошел в колхозно - фермерском хозяйстве «Парус» Марксовского района Саратовской области.

Диагностирование проводилось тремя способами: по значению ОПНИ, по методу коэффициента абсорбции с помощью мегомметра, и в лабораторных условиях на приборе ПКВ-7. Затем проводилось сопоставление результатов, которые представлены в приложении 5 - 7.

Производственные испытания показали, что результаты измерений ОПНИ полностью характеризуют степень увлажнения изоляции. Прибор диагностирования удобен в эксплуатации для определения степени увлажнения изоляции, может быть использован при техническом и оперативном обслуживании, а благодаря цифровой элементной базе ППКВ может быть использован в автоматизированном рабочем месте инженера электрика. При применении прибора прогнозируется снижение отказов по вине увлажнения изоляции с 36% до 26%.

В четвертой главе «Оценка экономической эффективности применения портативного прибора контроля влажности» рассмотрена эффективность применения портативного прибора контроля влажности изоляции. Результаты расчетов показали, что экономический эффект от применения портативного прибора контроля влажности изоляции достигается за счет снижения трудозатрат на диагностирование, что свидетельствует о том, что замена прибора ПКВ - 7 на портативный прибор контроля влажности экономически выгодна. Годовой экономический эффект по приведенным затратам составляет 1987 руб. на 150 асинхронных двигателей. Срок окупаемости составляет 1,01 года.

Общие выводы по работе

1. Анализ условий эксплуатации и причин отказов асинхронных двигателей показал, что наиболее слабым элементом асинхронного двигателя является его обмотка, на долю которой приходится до 80% отказов. Из них более 30% отказов происходит по вине увлажнения. Попытки защиты изоляции от увлажнения дополнительными средствами не нашли положительного результата. Выходом из положения может стать применение послеосмотровой системы диагностирования. Однако этот процесс сдерживается за счет недостатка средств диагностирования. Разработанные способы диагностирования реализованы на основе устаревших элементов, они громоздки и требуют больших трудозатрат на проведение измерений. Эта задача может быть решена за счет разработки новых способов и средств диагностирования на цифровой элементной базе.

2. В качестве диагностического параметра увлажнения изоляции выбрано отношение падений напряжений на изоляции (ОПНИ), измеренных на различных частотах на основании теории поляризации влажного диэлектрика и учета токов утечки. Найденная теоретическая зависимость, описывающая закономерность изменения ОПНИ от степени увлажнения изоляции показывает, что в сухой изоляции ОПНИ стремится к 1, а с увеличением степени увлажнения изоляции уменьшается и стремиться к нулю. При этом удалось учесть влияние сквозного тока проводимости на основе эмпирической зависимости сопротивления диэлектрика от степени его увлажненности.

3. Измерение производится на двух частотах по схеме, в которой последовательно с емкостью изоляции включен балластный конденсатор. Доказано, что применение конденсатора повышает в 1,7 раза чувствительность схемы по сравнению с применением балластного активного сопротивления.

4. Состояние увлажнения изоляции оценивается по принципу функционального диагностирования (исправен - неисправен). Контрольное значение ОПНИ проверено в лабораторных и производственных условиях. Установлено, что для сухой изоляции ОПНИ > 0,57. Для влажной ОПНИ ? 0,57.

5. Разработан портативный цифровой прибор диагностирования степени увлажнения изоляции, состоящий из генератора измерительного напряжения, узла согласования входного сопротивления, активного выпрямителя, фильтра низкой частоты, жидкокристаллического индикатора и микроконтроллера, содержащего АЦП. Данный прибор обеспечивает измерение ОПНИ от 0 до 1 на частотах 2 и 50 Гц. Класс точности прибора - 1,5.

6. Проведенные лабораторные и производственные испытания портативного прибора контроля влажности изоляции показали что 95 - 100% результатов измерений ОПНИ достоверно характеризуют степень увлажнения изоляции. Продолжительность измерения и трудозатраты снижены в 4 раза по сравнению с прибором ПКВ - 7. ППКВ удобен в эксплуатации для определения степени увлажнения изоляции. В дальнейшем рекомендуется использование разработанного прибора в автоматизированном рабочем месте инженера энергетика. Применение прибора обеспечивает своевременную сушку изоляции, что снижает интенсивность ее отказов по вине увлажнения с 36% до 26%.

7. Экономический эффект от применения портативного прибора контроля влажности изоляции достигается за счет снижения трудозатрат на диагностирование. Годовой экономический эффект за счет замены прибора ПКВ - 7 по приведенным затратам составляет 1987 руб. на одно предприятие использующее 150 асинхронных двигателей. Срок окупаемости составляет около года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Худяков Д.А. Обоснование нового способа контроля степени увлажнения изоляции / Г.П. Ерошенко, Д.А. Худяков // Труды Кубанского государственного аграрного университета. Серия: АГРОИНЖЕНЕР №1; 2008 г. - С. 62 - 64. (0,25/0,15 п. л.).

2. Худяков Д.А. Классификация отказов асинхронных двигателей / Ю.В. Иванкина, Д.А. Худяков // Вавиловские чтения - 2004: материалы конференции посвященной 117-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. Секция «Механизация и электрификация сельского хозяйства»/ ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2004. - Ч. 2. - С. 39 - 42 (0,15/0,06 п. л.).

3. Худяков Д.А. Сравнение способов контроля влажности изоляции / Г.П. Ерошенко, И.Ю. Лошкарев, Д.А. Худяков // Вавиловские чтения - 2005: материалы конференции посвященной 118- й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. Секция «Механизация и электрификация сельского хозяйства»/ ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2005. - С. 30 - 32. (0,15/0,05 п. л.).

4. Худяков Д.А. Использование информационных технологий в эксплуатационной энергетической службе предприятия / В.В. Мараев, Д.А. Худяков // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. / СГТУ. - Саратов 2006. - С. 161 - 164. (0,15/0,07 п. л.).

5. Худяков Д.А. Поляризация идеальной изоляции электродвигателей под воздействием электрического поля / Д.А. Худяков // Вавиловские чтения - 2006: материалы конференции посвященной 119-й годовщине со дня рождения академика Николая Ивановича Вавилова. Секция «Механизация и электрификация сельского хозяйства» / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов 2006. - Ч. 2. - С. 85 - 88. (0,15 п. л.).

6. Худяков Д.А. Вывод уравнения диагностического параметра для нового способа контроля степени увлажнения изоляции электродвигателей/ Д.А. Худяков, Ю.В. Иванкина // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. / СГТУ. - Саратов 2007. - С. 137 - 141. (0,2/0,15 п. л.).

Размещено на Allbest.ru

...