ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА (1219538), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Электрический пробой изоляции наступает, когда она теряет свои диэлектрические свойства, при этом происходит короткое замыкание между проводником тока и корпусом, между витками катушки и между двумя изолированными проводниками тока (межвитковое замыкание).

На коллекторах тяговых двигателей может возникать чередующееся потемнение коллекторных пластин – три светлых и одна темная, что вызывается неравномерной нагрузкой параллельных ветвей обмотки якоря. Распайка петушков коллектора возникает во время чрезмерного перегрева машины (длительные перегрузки) или в следствие перекрытия электрической дугой.

3.5 Влияние физических параметров окружающей среды

Анализ повреждений тяговых двигателей тепловозов на дальневосточном регионе свидетельствуют о значительном увеличении числа их отказов в зимний и межсезонные периоды эксплуатации. При этом наиболее тяжелыми и часто встречаемыми отказами является пробой изоляции обмоток якорей и полюсов.

Практика подтверждает сезонный характер выходов из строя изоляции обмоток ТЭД. Основной причиной является вредное влияние климатических факторов, а именно температуру и влажность наружного воздуха, от воздействия, которых существующие системы охлаждения электрических машин не способны защитить тяговые машины из-за своего несовершенства.

Применяющие на тепловозах системы охлаждения ТЭД созданы для интенсивного отвода тепла, выделяющегося в них на режимах тяги, с целью предотвращения перегрева важнейших частей машины. Постоянные изменение тепловой нагрузки в эксплуатации, а также большие суточные колебания температуры наружного воздуха в зимний и межсезонный периоды приводят к несоответствию тепловыделения внутри ТЭД расчетному охлаждения, что способствует появлению многократных деформаций обмоток ТЭД, активизирует влагообменные процессы между изоляцией и вентилирующим воздухом и, в конечном итоге, ускоряет старение изоляции, снижает ее электрическую прочность.

Наиболее неблагоприятные условия создаются при отстое тепловозов в горячем резерве, а также во время стоянок и выбегов, составляющих более 50% эксплуатационного времени работы тепловозов. В таких режимах быстро остывающая изоляция тяговых двигателей насыщается влагой, поступающего в систему охлаждения вместе с воздухом и через неплотности воздушных каналов, в результате чего происходит пробой изоляции.

Сотрудниками кафедры “Локомотивы” провели исследование с целью оценки влияния колебательных температур и влажности воздуха в системе охлаждения электрических машин на физические параметры изоляции ТЭД при отстое тепловозов. Работы проводили на тепловозах серии ТЭ10. [9]

В процессе исследования на тепловозе, находящихся в горячем и холодном отстое, замеряли сопротивление изоляции обмоток якоря и дополнительных полюсов при различных температурах и влажности окружающего воздуха. Кроме того, фиксировали изменение сопротивления изоляции ТЭД при постановке тепловозов в отапливаемый цех с предварительным и без предварительного прогрева.

Представленные зависимости на рисунке 3.4 свидетельствуют о существенном влиянии относительной влажности воздуха на сопротивлении изоляции. Так при изменении относительной влажности с 72-82% и температуре наружного воздуха = в течении 1,5 часов сопротивлении изоляции ТЭД уменьшилось 2-5 раз по сравнению с первоначальным значением.

При дальнейшем увеличении влажности воздуха до 100% и повышении температуры до -5 за 12 часов сопротивление изоляции уменьшилось 9-50 раз.

При постоянной относительной влажности воздуха = 100% любое повышение температуры окружающей среды приводит к повышению интенсивности образования инея на коллекторе и других внутренних поверхностях тяговых машин, что вызывает понижение сопротивления изоляции до 0,1-0,2 Ом, особенно при резких повышениях температуры.

Рисунок 3.4 – Изменение сопротивления изоляции обмоток якоря и дополнительных полюсов во время холодного отстоя под депо

Когда тепловоз находится в горячем отстое, наблюдается нестабильное и существенное изменение сопротивления изоляции в сравнительно короткое временные интервалы в зависимости от свойств воздуха в системе охлаждения ТЭД. Сопротивление изоляции изменялось в течении трех суток как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения в диапазоне 50-0,5 мОм. Следует отметить, что сопротивление изоляции обмоток в холодном состоянии должно быть не менее 20 мОм.

При постановке тепловозов в отапливаемый цех сопротивление изоляции уменьшается вследствие ее увлажнения, причем наиболее увлажнение происходит у локомотивов после холодного отстоя под депо. В этих случаях через 30 минут простоя в цехе сопротивления изоляции большинства ТЭД снижается ниже 0,5мОм (т.е. практически до нуля).

С постановкой тепловоза в цех после горячего отстоя наблюдается менее интенсивное уменьшение сопротивления изоляции ТЭД. При этом установлено, что падение сопротивления ниже 0,5мОм происходит только через 4 часа простоя машины в цехе (рисунок 3.5). К тому же конденсат на внутренних поверхностях не образуется.

На тепловозах с предварительно прогретыми ТЭД после постановке в цех также наблюдается понижение сопротивления изоляции двигателей и тоже без конденсата влаги (рисунок 3.6).

Приведенные выше исследования показывают о существенном влиянии колебаний температуры и влажности воздуха в системах охлаждении ТЭД на физические параметры их изоляции при отсутствии тепловыделения внутри тяговых двигателей. Предъявляемые в настоящие время технические требования к системам охлаждения ТЭД не в полной мере учитывают условия

Рисунок 3.5 – Изменение сопротивления изоляции обмоток якоря и дополнительных полюсов при постановке тепловоза в цех после горячего отстоя

их эксплуатации и ориентируют на создание конструкций с весьма ограниченной способностью защиты от отрицательного воздействия внешних климатических факторов.

Существующие системы охлаждения не способны обеспечить постоянство физических параметров охлаждающего воздуха, оказывающих существенное влияние на изоляцию обмоток, а следовательно, на надежность ТЭД. Повышение надежности в зимний и межсезонные периоды эксплуатации может быть достигнуто путем стабилизации физических параметров воздуха в системе охлаждения электрических машин. [10]

Рисунок 3.6 – Изменение сопротивления изоляции обмоток якоря и дополнительных полюсов при постановке тепловоза в цех с предварительно прогретыми тяговыми двигателями

3.6 Расчет теплового состояния ЭД-118

При работе тягового двигателя неизбежно возникают потери энергии, вызывающие нагрев его частей. Нагревание ТЭД зависит от потерь мощности, продолжительности нагрева и интенсивности охлаждения. Нагревание тяговой электрической машины локомотива зависит от величины тока, проходящего через её обмотки. Чем больший ток проходит через ее обмотки, тем сильнее нагреваются ее части. При малом нагреве изоляции ее изоляционные свойства сохраняются долго, а при высоких температурах происходит интенсивный процесс старения и потери изоляционных свойств.

При рассмотрении процессов нагревания тяговых электрических машин используется не температура этой машины, а превышение её температуры над температурой окружающего воздуха. На ЭД-118 применена изоляция класса F для главных и добавочных полюсов превышение температуры нагрева над температурой окружающего воздуха (155 °С), обмотки якоря (140 °С) и коллектора (95 °С). Расчетная температура наружного воздуха t_нв определяется по данным метеорологических станций как средняя многолетняя (не менее чем за 5 лет). Тяговый двигатель ЭД-118 обладает принудительной вентиляцией. Расход охлаждаемого воздуха составляет 1,33 м³/с. На рисунке 3.7 изображены кривые нагревания и охлаждения тягового двигателя ЭД-118. [3]

При анализе кривых видно, что чем больше токовая нагрузка, тем плавнее кривая охлаждения. Кривые нагревания и охлаждения стремятся к установившемуся превышению температуры. Это объясняется тем, что при превышении температуры обмоток над температурой воздуха, все выделяемое в тяговом двигателе тепло отдается в окружающую среду.

Рисунок 3.7 – Кривые нагревания и охлаждения ЭД-118.

Расчет на нагрев тягового электродвигателя ЭД-118 ведется на наиболее тяжелом участке Откосная – Кузнецовский. Расчет ведется аналитическим методом. Целью данного расчета является проверка допустимого превышения температуры нагрева ЭД-118. В таблице 5.1 сведены данные о превышении температур обмоток ТЭД. [10]

Таблица 5.1 - Допускаемое превышение температуры обмоток тяговых электрических машин над температурой окружающего воздуха

Исходные данные: Рассчитаем температуру перегрева обмотки якоря ТЭД ЭД-118 на тепловозе 3ТЭ10М, используя кривые тока и времени, а также значения тока генератора. Проверка на нагревание выполняется на основании кривых тока I_Д=f(S) и кривой времени t = f(v) по формуле

, (3.1)

где – начальное превышение температуры для промежутка времени;

- установившаяся температура ^оС;

- время, в течение которого протекает неизменный ток, мин;

- тепловая постоянная, мин.

и определяются в зависимости от тока тягового электродвигателя по тепловой характеристике, представленной на рисунке 5.1.

Значения среднего тока тягового генератора в интервале t определяются по формулам:

I_Гср = (I_Гн + I_Гк ) / 2; (3.2)

(3.3)

где а – число параллельных цепей соединения ТЭД.

Полученные значения перегрева для каждого отрезка кривой тока будут являться начальным перегревом для следующего отрезка.

Полученная в результате расчета наибольшая на заданном участке температура перегрева не должна превышать величины:

; (3.4)

Кривая тока разбивается на рисунке 5.3 на отрезки, в которых выполняется условие . Находится среднее значение тока генератора на каждом отрезке. Определяется значение тока ТЭД для каждого отрезка.

В расчете принимается, что начальное превышение температуры ТЭД равно 50 °С. Температура окружающего воздуха равна 15 °С. Коллектор тягового двигателя ЭД-118 имеет наименьшее ограничение превышения температуры по нагреву (95 °С). Результаты расчета сводятся в таблицу 3.1.

По формуле (5.4) определяется максимально допустимая температура нагрева коллектора ЭД-118 для класса изоляции F:

На участке Откосная – Кузнецовский наибольшая температура нагрева коллектора ЭД-118 составила 69 °С. Следовательно, на данном участке температура коллектора ЭД-118 не была превышена. Следует отметить, что в расчете использовались значения силы тяги тепловоза 3ТЭ10М на максимальной позиции контроллера машиниста. [11]

Таблица 3.1 – Расчет температуры перегрева коллектора ЭД-118

По рисунку 3.8 определяются тепловые характеристики Т и для каждого отрезка пути.

Характеристики

Список файлов ВКР