ПЗ (Кукуренчук Д. А.) (1231325), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Общий вид поста контроля КСК-ЭМЦ представлен на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Общий вид поста контроля КСК-ЭМЦ
3.2 Методы применяемые на трансформаторах, производственных и транспортных электрических машинах
Для выявления возникающих в изоляции дефектов разработаны и применяются следующие методы неразрушающих испытаний изоляции:
- измерение тангенса диэлектрических потерь tg δ;
- измерение частичных разрядов в изоляции;
- измерение сопротивления изоляции;
- измерение коэффициента абсорбции;
- измерение составляющей постоянного тока утечки при питании переменным током;
- измерение возвратного напряжения;
- акустический метод и др.
Старение изоляции приводит к росту диэлектрических потерь за счет увеличения активной составляющей тока, протекающего в ней
(3.2)
где 
- реактивная составляющая тока, tg δ - тангенс угла диэлектрических потерь
Угол диэлектрических потерь δ является в первую очередь показателем наличия в изоляции посторонних включений, в частности увлажнения изоляции. Характер изменения tg δ при периодических измерениях позволяет судить об ухудшении свойств изоляции. Измерение tg δ изоляции осуществляется приборами, в основе которых лежит принцип высоковольтного моста Шеринга [12].
Недостатком этого метода является низкая помехозащищенность и сложность автоматизации процесса измерения.
Степень увлажнения изоляции по параметрам tg δ можно определять с помощью прибора «Тангенс-2000» и «Вектор-2.0М».
Измерение частичных разрядов, являющихся основной причиной электрического старения внутренней изоляции, дает более объективную информа- цию о состоянии изоляции, но такие измерения очень сложны и имеют малую помехозащищенность. Поэтому они в основном применимы лишь в лаборато- риях и мало пригодны для условий депо. Наиболее просто измерение интенсивности частичных разрядов можно произвести с использованием термосопротивлений заложенных в обмотку статора. Для использования этих сопротивлений в качестве антенн регистрации частичных разрядов используются соответствующие датчики, которые включаются в разрыв соединительной цепи и между сопротивлением и непосредственно прибором измерения температуры. Конструкция датчика такова, что он выделяет из измерительной цепи только высокочастотные импульсы частичных разрядов. Известно, что процесс частичных разрядов описывается комплексом характеристик к которому относятся: максимальное значение кажущегося заряда q, средний ток I, квадратичный параметр D, распределение числа разрядов N и единицу времени по их заряду N(q), распределение максимального значения кажущихся зарядов q по фазе φ, воздействующего на изоляцию переменного напряжения N(φ).
В тоже время в международных стандартах в качестве характеристики частичных разрядов для оценки качества изоляции принята только одна характеристика – максимальное значение кажущегося заряда q. В данном случае критерием качества изоляции является отсутствие сигналов частичных разрядов, превышающих определенную для каждого типа оборудования величину(кажущийся заряд). Для различных типов оборудования эта величина колеблется от 5 до 50 пКф. Частичный разряд – это искровой разряд очень малой мощности, который образуется внутри изоляции или на ее поверхности, в оборудовании среднего и высокого напряжения. С течением времени периодически повторяющиеся частичные разряды разрушают изоляцию, приводя в конечном итоге к ее пробою. Обычно разрушение изоляции под действием частичных разрядов происходит в течении многих месяцев, и даже лет [12].
На первый план выходят методы контроля состояния оборудования на месте его установки под рабочим напряжением. Поэтому измерение сигналов от частичных разрядов является одним из наиболее перспективных методов контроля состояния высоковольтной изоляции. Но для машин постоянного и пульсирующего тока применение этого метода маловероятно, так как на прибор, который будет фиксировать высокочастотные всплески частичных разрядов будут оказывать в значительной степени влияние коммутационные процессы и искрение в щеточно-коллекторном узле.
Другим видом способа оценки состояния изоляции является импульсный метод. Принцип действия заключается в зондировании обмотки импульсами, вырабатываемыми генератором, и работает по принципу заряд-разряд высоковольтного конденсатора. Конденсатор заряжается от напряжения высоковольтного трансформатора и разряжается либо на испытуемую обмотку, либо на обмотку повышающего трансформатора.
О старении изоляции без ее разрушения, как показали исследования, можно судить по характеру процессов поляризации, а именно по величине возвратного напряжения, как ни по одному другому параметру. С увеличением пробега изоляция изнашивается, ее электрическая прочность снижается. С ростом пробега уменьшается и возвратное напряжение, которое может характеризовать состояние изоляции даже лучше чем пробивное напряжение. Дело в том, что пробивное напряжение характеризует лишь кратковременную прочность изоляции и в ряде случаев она может быть достаточно высокой. Однако электрическая прочность при длительном воздействии напряжения оказывается недостаточной из-за ухудшившихся электрических характеристик изоляции. В частности в процессе старения изоляции увеличиваются диэлектрические потери, которые могут привести к тепловому пробою изоляции при длительном приложении напряжения [12].
Для каждого вида изоляции существует внутренний ресурс, который характеризуется способностью изоляции в течении определенного времени выдерживать приложенное напряжение и противостоять разрушающему воздействию процессов, протекающих при этом напряжении. Внутренний ресурс определяется количеством вещества, которое должно быть разрушено для того, чтобы привести к резкому снижению электрических параметров, которое затем переходит в один из видов пробоя.
Акустическая диагностика изоляции электрических машин. В основе всех средств измерения и анализа сигналов вибрации и шума лежат три типа устройств, выполняющие разные операции. Первый – датчик вибрации, микрофон или какой-либо другой преобразователь, например, пьезоэлемент, преобразующий механические колебания в электрический сигнал. Второй – фильтр, выделяющий компоненты сигнала в необходимой области частот. Третий - детектор, служащий для оценки амплитуды (мощности) выделенных компонентов. Далеко не всегда фильтр подключается к выходу датчика и выполняется в виде электронного устройства. Он может быть акустическим, как, например, резонатор или механическим, как, например, упругая прокладка и устанавливаться перед датчиком [12].
Наиболее простейшими являются измеритель общего уровня вибрации и прибор для измерения пикфактора сигнала вибрации, т.е. регистратор ударных импульсов показанный на рисунке 3.4 и 3.5 . В измерители общего уровня фильтр может отсутствовать, если нет специальных требований к полосе частот измеряемого сигнала. При измерении шума на повышенных частотах необходимо использование фильтров для подавления низкочастотных составляющих. В простейших недорогих устройствах обычно используется аналоговая фильтрация. В более сложных устройствах эти функции выполняет персональный компьютер, используя соответствующие алгоритмы. В измерителе пикфактора для простоты реализации обычно используют механический резонатор в виде металлического стержня с резонансом на частотах выше 25–40 кГц. Это позволяет получить более высокую величину пикфактора за счет того, что на высоких частотах стабильная во времени вибрация, являющаяся помехой и возбуждаемая силами трения в контролируемых узлах машины, минимальна и при этом габариты резонатора минимальны.
Датчик шума
Широкополосный фильтр
Индикатор общего уровня
Детектор СКЗ
Рисунок 3.4 – Структура устройств для измерения и анализа сигналов вибрации и шума
Детектор СКЗ
Резонирующее устройство
Датчик
Пиковый
детектор
Индикатор пикфактора
Рисунок 3.5 – Структура основных видов приборов для измерения и анализа сигналов вибрации и шума
Многообещающим методом диагностики изоляции электромоторов является метод, использующий эффект акустической эмиссии. Суть этого явления заключатся в возникновении звуковых волн при растрескивании полимерного материала. В общем случае этот эффект характерен при пластических деформациях практически любых твердых материалов. Энергию излома или пластической деформации изоляции обнаруживают с помощью тензодатчиков или чувствительных микрофонов и преобразуют в электрический сигнал. Данные о скорости эмиссии, в общем числе вспышек, их амплитуде накапливаются в памяти персонального компьютера. Специальная компьютерная программа обрабатывает полученные данные и определяет состояние изоляции. По амплитуде импульсов акустической эмиссии выдается результат о размерах дефектов в изоляции, а по частоте – об их числе.
Существуют и другие методы диагностики изоляции обмоток электрических машин. В ряде лабораторий исследуется возможность диагностирования изоляции с помощью физико-химических методов анализа охлаждающих сред. В этом случае с помощью спектрофотометра анализируется состояние воздуха в электрических машинах с воздушным охлаждением. В ряде случаев возможно исследование изоляции с помощью инфракрасной спектроскопии.
3.3 Бортовые железнодорожные методы контроля
Вышеописанные методы контроля изоляции требуют либо отсутствия рабочего напряжения, либо не учитывают конструктивных особенностей электрических машин, поэтому на данный момент невозможно применить их в условиях эксплуатации на электровозах.
На сегодняшний день на локомотивах отсутствуют какие либо бортовые средства контроля изоляции, кроме возможности косвенного определения температур обмоток по учету токов системой МСУД.
Результаты исследований надежности тяговых электродвигателей электровозов свидетельствуют о необходимости ввода бортовых систем контроля температуры, дающих информацию о тепловом состоянии ТЭД непосредственно в эксплуатации и обеспечивающих благодаря этому более полный и точный диагноз и прогноз состояния ТЭД [8].
Для повышения надежности электровоза необходимо введение такой системы контроля температуры ТЭД, которая соответствует принципам многокоординатности, непрерывности и многоуровневости.
Принцип многокоординатности предполагает контроль температуры достаточного множества наиболее «уязвимых» узлов и элементов тяговых двигателей (якорь, компенсационная обмотка, моторно-якорные и моторно-осевые подшипники и т.д.). Принцип непрерывности предполагает непрерывный или дискретный, с достаточным периодом по времени. Объективный контроль температуры лимитирующих элементов оборудования. Это обеспечивает получение своевременной информации о перегреве оборудования возможность адекватной реакции на него локомотивной бригады (защитной аппаратуры), исключающей повреждение или ускоренный износ (старение) оборудования во всех эксплуатационных случаях, в том числе и в тех, когда температура нарастает до критического значения в течении десятков секунд и менее [8].
Многоуровневость системы дает возможность локомотивной бригаде выполнить прогноз нарастания температуры во времени и принять объективное решение о последующих действиях, позволяющих исключить сбой движения, особенно на лимитирующих перегонах с расчетными подъемами при сохранении оборудования в работоспособном состоянии.
Определение температуры в условиях эксплуатации может быть выполнено методами непосредственного и косвенного контроля. Первый метод предполагает сложные технические решения в отношении потенциальной развязки. При косвенном методе измерения температуры проводятся на изолированном от высокого напряжения участке. Они не дают такой точности как непосредственные измерения, но в процессе эксплуатации более применимы.
Системный анализ надежности предельно нагруженного оборудования электровоза показал, что наиболее нагруженной в тепловом отношении является якорная обмотка тягового электродвигателя. В связи с этим при контроле ТЭД нужно в первую очередь контролировать именно эту обмотку.
Известные методы контроля температуры вращающихся элементов электрических машин представлены на рисунке 3.6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
