УДК 621.313.13
А.И.Сысоев
Научный руководитель – к.т.н., доцент М.М.Украинцев
Азово-Черноморский
инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ,
г. Зерноград
Способы
защитыасинхронного электродвигателя
от
увлажнения
Аннотация.В статье
рассмотрен вопрос влияния факторов окружающей среды на изоляцию обмоток
электродвигателя. Проанализированы способы защиты от увлажнения, нашедшие
широкое применение в различных отраслях.
Ключевые слова:
увлажнение изоляции, электродвигатель, предохранительный подогрев, лакировка.
На предприятиях АПК страны ежегодно выходит из строя
большое количество электродвигателей, что наносит народному хозяйству
финансовый ущерб. Согласно статистике отказов, около 25–30% всех аварий
происходит по причине увлажнения изоляции обмоток двигателей [1]. В
значительной мере это объясняется отсутствием в эксплуатации малозатратных
эффективных методов и средств защиты изоляции от увлажнения.
В условиях производства на изоляцию
асинхронного электродвигателя максимально воздействуют внешние неблагоприятные
факторы: частая перегрузка, неудовлетворительное качество электроэнергии,
заклинивание, повышенная влажность, агрессивность окружающей среды. Протекание тока по обмотке электродвигателя
сопровождается выделением тепла. Перегрев изменяет структуру изоляции и резко ухудшает ее характеристики. Этот процесс именуетсястарением. Изоляция становится хрупкой, ее электрическая прочность
снижается. На поверхности появляются микротрещины, в которые проникает влага. В
результате этого происходит электрический пробой и выгорание обмотки.
В
том случае, если режим работы электродвигателя таков, что за период паузы
изоляция обмоток увлажняется менее критической величины, то за период рабочего
режима величина сопротивления изоляции возрастает, и пагубное влияние
окружающей среды на его обмотке не сказывается. Качественная картина изменения
сопротивления изоляции может быть представлена рисунком [2].
График
изменения сопротивления изоляции обмоток
в среде с
повышенной влажностью в зависимости от режима работы
Если
величина сопротивления изоляции снизится за период паузы ниже критической
величины, то при включении электродвигателя может произойти пробой.
На износ
изоляции также влияет пыль, содержащаяся в воздухе.
Твердые частички пыли разрушают поверхность и, оседая, загрязняют ее, чем также
понижают электрическую прочность. В воздухе производственных помещений
находятся примеси химически активных веществ (углекислый газ, сероводород,
аммиак и др.). В химических средах изоляция стремительно теряет свои
изоляционные характеристики и разрушается.
Оба этих фактора, дополняя друг друга, существенно ускоряют процесс
разрушения изоляции [3]. В результате наблюдается её ускоренный износ, ухудшение диэлектрических
свойств, и в конечном итоге – аварийный пробой задолго до выработки
конструкционного ресурса электрической машины.
Влага в изоляционных
материалах может находиться в виде растворов, коллоидов, абсорбционного слоя на
поверхности изоляции и т.д.Для упрощения, при рассмотрении физики процесса
влагообмена, влагу, которая находится в изоляции, делят на два вида: свободную
и связанную.
В электродвигателях
закрытого типа свободная влага отсутствует, так как непосредственного
соприкосновения изоляции с водой нет. Связанная влага есть в гигроскопичных
изоляционных материалах (влага макро- и микрокапилляров, влага в крупных порах
и пустотах, влага смачивания).
Влага, скопившаяся вблизи обмоток электродвигателя силами
термодиффузии, расширяясь, заполняет весь объём сквозных трещин и повреждений
изоляции. Тем самым в диэлектрике образуются жидкие каналы проводимости,
являющиеся одной из причин уменьшения её объёмного сопротивления. Кроме того,
через сквозные дефекты протекают частичные разряды, первоначально обратимые, но
способные со временем переходить в фазу окончательного разрушения обмотки. Между изоляцией электродвигателя и
окружающей средой практически постоянно происходит влагообмен. Способность
поглощать или отдавать влагу зависит от конструкции электродвигателя, его
состояния (под нагрузкой, холостой ход, нерабочая пауза), структуры и состава
изоляции.
Процесс увлажнения изоляции сопровождается
уменьшением активного сопротивления и увеличением так называемой
абсорбционной ёмкости. Однако степень
изменения этих параметров различна: уменьшение активной составляющей может
достигать одного-двух порядков, рост же абсорбционной ёмкости, весьма
значительный на постоянном токе, на переменном токе 50 Гц не превышает полутора-двух
раз.
Задача недопущения увлажнения изоляции относится к
одной из наиболее ответственных и важных в условиях современного
электрифицированного АПК. С одной стороны, это связано с вопросами
электробезопасности, так как её ослабление ведёт к появлению на внешних,
доступных для прикосновения, поверхностях машины опасного напряжения, с другой
– она является наиболее слабым звеном с точки зрения надёжности асинхронных
двигателей.
На сегодняшний день существует ряд способов защиты
от увлажнения обмотки асинхронного электродвигателя, которые нашли широкое
применение в таких отраслях, как растениеводство, животноводство, металлургия,
лёгкая и тяжелая промышленность. К таким способам защиты электрической машины
от попадания влаги можно отнести предохранительный подогрев, лакировку обмоток
электродвигателя и другие.
Предохранительный подогрев обеспечивается за счет
незначительного подогрева обмоток электродвигателя, при протекании тока в 17–20%
от номинального в период технологической паузы. Таким образом, величина
сопротивления изоляции поддерживается на безопасном уровне. Предохранительный
подогрев реализуется при помощи схем с использованием конденсаторов,
тиристоров, симисторов и др.
Лакировка обмоток
электродвигателя позволяет улучшить следующие свойства электрической изоляции:
повысить нагревостойкость и влагостойкость изоляции, особенно волокнистой,
из-за уменьшения гигроскопичности в результате заполнения пор и создания
лаковой пленки, препятствующей проникновению влаги внутрь обмотки. Повышается электрическая
прочность изоляции, так как электрическая прочность пропиточных материалов выше
электрической прочности воздуха, находящегося между волокнами непропитанных
материалов. Улучшается теплопроводность обмоток за счет уменьшения воздушных
прослоек между проводниками и стенками паза сердечника, повышается механическая
прочность изоляции, так как пропитанная обмотка имеет хорошо сцементированные
витки, плотно и прочно сидящие в пазах сердечников. Благодаря этому
предотвращается перемещение проводников в результате вибрации и связанное с
этим повреждение изоляции от истирания [1].
Следует отметить и
то, что при лакировке
обмоток электродвигателя, от паров лакокрасочных материалов, помещение, в
котором проводится пропитка, становится взрыво- и пожароопасным, а воздух – вредным
для здоровья персонала, поскольку длительность всего процесса может составлять
до 15 часов.
При использовании предохранительно подогрева
потребитель сталкивается с такими отрицательными качествами, как
нетехнологичность, отсутствие автоматического контроля за процессом, подвод
электроэнергии в период технологической паузы и, как следствие, – перерасход
электроэнергии.
Недостатки предложенных способов заставляют
задуматься о поиске нового, менее затратного и эффективного способа сохранения
изоляционного ресурса электродвигателя.
Литература
1. Ерошенко, Г.П. Эксплуатация
энергооборудования сельскохозяйственных предприятий: учебник для вузов по
специальности 110302.65 «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»;
140106.65 «Электроснабжение» и 1402111 «Энергообеспечение предприятий» / Г.П.
Ерошенко, Ю.А. Медведько, М.А. Таранов. – Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2006. –
592с.
2. Медведько, Ю.А. Конспект лекций по дисциплине «Эксплуатация электрооборудования»
/ Ю.А. Медведько, М.А. Таранов. – Зерноград: АЧГАА, 1996.
3. Онлайн журнал электрика. Провода и изоляция в электродвигателях.–Режим доступа URL:http://elektrica.info/provoda-i-izolyatsiya-v-elektrodvigatelyah.
Сведения об авторах:
Сысоев Александр Иванович – магистрант
Факультет
«Энергетический», группа АЭм-21
Направление
подготовки 35.04.06 – Агроинженерия
Украинцев Максим Михайлович – научный руководитель, к.т.н., доцент
E-mail: rostmax@rambler.ru
Азово-Черноморский инженерный институт ФГБОУ ВО Донской ГАУ,
г. Зерноград