Способ охлаждения электрических машин

В соответствии с ГОСТ 20459—87 обозначается латинскими буквами 1С и последующей группой знаков из одной буквы и двух цифр. Латинская буква обо­значает вид хладагента, используемого для охлаждения: А (или отсутствие буквы) — воздух, N — азот, Н - водород," С — угле­кислый газ, F — фреон, W - вода, V — трансформаторное масло, Кг — керосин.

Первая цифра обозначает устройство цепи для циркуляции хладагента (от 0 до 9). Например: 0 — свободная циркуляция хла­дагента между машиной и окружающей средой; 4 — первичный хладагент циркулирует по замкнутому контуру внутри машины и отдает тепло через поверхность корпуса вторичному хладагенту — окружающей среде; 7 — первичный хладагент циркулирует по зам­кнутому контуру и отдает тепло вторичному хладагенту, не являющемуся окружающей средой, в охладителе, встроенном в электрическую машину.

Вторая цифра определяет способ перемещения хладагента (от 0 до 9). Например: 0 — свободная конвекция хладагента за счет раз­ницы температур при незначительном вентилирующем действии ротора; 1 — самовентиляция за счет вентилирующего действия ротора; 5 — вентиляция при помощи встроенного вентилятора, имеющего независимое от охлаждаемой машины питание; 8 — движение хладагента осуществляется за счет относительного движе­ния машины через хладагент.

Способ охлаждения силовых трансформаторов имеет в соответ­ствии с ГОСТ 11677 — 85* буквенное обозначение и зависит от вида изолирующей и охлаждающей среды. Различаются масляные и сухие (воздушные) трансформаторы; трансформаторы, запол­ненные жидким негорючим диэлектриком; трансформаторы с ли­той и с элегазовой изоляцией.

Сухие трансформаторы имеют четыре условных обо­значения системы охлаждения: С — естественное воздушное при открытом исполнении: СЗ — то же при защищенном исполнении; СГ — то же при герметичном исполнении; СД — воздушное с принудительной циркуляцией воздуха.

Масляные трансформаторы имеют восемь различных систем охлаждения: М — с естественной циркуляцией масла и воз­духа; Д — с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха; МЦ — с естественной циркуляцией воздуха и с принудительной циркуляцией масла с ненаправленным потоком масла; НМЦ — то же, что МЦ. но с направленным потоком масла; ДЦ — с принудительной циркуляцией воздуха и масла (с ненаправ­ленным потоком): НДЦ — то же, что ДЦ, но с направленным потоком масла; Ц — с принудительной циркуляцией воды и масла (с ненаправленным потоком): НЦ — то же, что Ц, но с направ­ленным потоком масла.

Трансформаторы с жидким негорючим диэлек­триком имеют три системы охлаждения: Н — естественное ох­лаждение; НД — то же, что Н, но с принудительной циркуляци­ей воздуха; ННД — с принудительной циркуляцией воздуха и направленным потоком жидкого диэлектрика.

Конструктивное исполнение электрических машин по способу монтажа оговорено в ГОС Г 2479—79*. Условное обозначение это­го исполнения состоит из латинских букв IM и четырех цифр (от I до 9 — первая цифра и от 0 до 9 — остальные). Первая цифра обозначает конструктивное исполнение машины. Например: 1 — машина на лапах с подшипниковыми щитами; 3 — машина без лип с подшипниковыми щитами; 5 — машина без подшипнико­вых щитов; 7 — машина на лапах со стояковыми подшипниками; 8 — машины с вертикальным валом.

Вторая и третья цифры обозначают способ монтажа. Например: 00 — машина устанавливается выходным концом вала горизон­тально влево; 03 — машина устанавливается выходным концом вала вертикально вверх: 07 — машина устанавливается выходным кон­цом вала горизонтально вправо.

Четвертая цифра обозначает исполнение выходного конца вала. Например: 0 — машина не имеет выходного конца вала; I — име­ет один цилиндрический конец вала: 2 — имеет два цилиндричес­ких конца вала; 3 — имеет один конический конец вала; 5 — име­ет один фланцевый конец вала.

2. Виды технического обслуживания

Техническое обслуживание включает регулярные осмотры элек­трического и электромеханического оборудования и технические мероприятия в соответствии с рекомендациями завода-изготови­теля, проводимые по специальному графику и программе. В со­став ТО входят также ремонты оборудования, различающиеся по своему объему. Поскольку ТО за исключением внешних осмотров проводится на неработающем оборудовании при снятом напря­жении, то графики ТО должны быть согласованы с графиками работы основного технологического оборудования.

Электрическое и электромеханическое оборудование по своему функциональному назначению делится на основное и вспомогательное. К основному относится оборудование, без которого невозможно проведение нормального технологического процесса по выпуску продукции. К вспомогательному относится электрическое и элект­ромеханическое оборудование, служащее для улучшения условий труда и повышения его производительности, а также для соблюде­ния экологических или иных нормативов производства. Его отказ не приводит к перерывам в основном технологическом процессе.

Основная цель ТО, как указывалось ранее, заключается в обес­печении надежной работы, исключающей поломки и отказы элек­трического и электромеханического оборудования. Однако эти аварии могут происходить не только по причине плохой эксплуа­тации, но и вследствие нарушения стандартов качества электри­ческой энергии, содержащихся в ГОСТ 13109—97. Аварии и отка­зы приводят к материальным и экономическим ущербам на про­изводстве. Поэтому выявление причин отказов и аварии также является задачей эксплуатации. Для этого необходимо проводить мониторинг качества электроэнергии, чтобы энергоснабжающие компании несли свою долю ответственности за нарушение усло­вий договора энергоснабжения.

Поскольку стоимость ТО входит в себестоимость готовой про­дукции, то вопрос о необходимом объеме ТО в настоящее время является в большинстве случаев чисто экономическим. На сегод­няшний день существуют три системы ТО:

· практически без обслуживания («не трогай, пока не сломает­ся»);

· планово-предупредительная система обслуживания и ремон­тов (ППР);

· обслуживание с ремонтами по мере необходимости.

Первый вид ТО встречается применительно к вспомогательному электрооборудованию типа освещения, вентиляции и электронаг­ревательных устройств. Стоимость такого оборудования, как прави­ло, невелика, что позволяет иметь на предприятии его необходи­мый резерв и проводить в случае надобности его быструю замену.

Второй вид ТО на сегодня является основным. Он применяется для основного и большей части вспомогательного оборудования. ППР предусматривает плановые (по графику) осмотры и ремон­ты электрического и электромеханического оборудования. При этом контроль за текущей нагрузкой, качеством электроэнергии и дру­гими режимными параметрами не предусматривается. Функции контроля за отклонением режимных параметров от расчетных воз­лагаются на системы зашиты оборудования.

Основным недостатком системы ППР является возможность отправки в ремонт исправного оборудования, поскольку оценка его износа осуществляется косвенным путем по количествен­ным показателям. Так, для коммутационных аппаратов критери­ем износа служит число отключений (включений) без учета то­ков отключения, которые и определяют их износ. Для электри­ческих машин и трансформаторов критерием является время работы без учета реальной нагрузки и т.д. А поскольку стоимость ТО входит в себестоимость продукции, то стремление к умень­шению издержек производства приводит к стремлению умень­шить стоимость ТО за счет рационализации ремонтов. В этой свя­зи в начале 1990-х годов в мировую практику начал внедряться третий вид ТО.

Третий вид ТО обеспечивает необходимый уровень надежнос­ти работы оборудования при минимальной стоимости обслужи­вания. Применение этого вида ТО требует мониторинга режимов работы электрического и электромеханического оборудования, а также контроля условий окружающей среды. Мониторинг осуще­ствляется с помощью системы датчиков, сигналы от которых пе­редаются на микропроцессоры и далее на ЦВМ пункта управле­ния. Последняя с помощью математических моделей надежности обрабатывает полученную информацию и выдает данные по уров­ню надежности и необходимости ремонта оборудования. К достоин­ствам этого вида ТО относится выведение из эксплуатации только того оборудования, ремонт которого объективно необходим. В пер­вую очередь этот вид ТО распространяется на наиболее ответ­ственное и дорогостоящее оборудование.

В дальнейшем будет рассматриваться система ППР как наибо­лее распространенная в настоящее время.

3. Виды и причины износов электрического и электромеханического оборудования

В процессе эксплуатации происходит износ электрического и электромеханического оборудования. Условно по характеру физических процессов, лежащих в его основе, можно выделить три вида износа: механический, электрический и моральный.

Механический износ является следствием длительных и много­кратных знакопостоянных или знакопеременных механических воз­действий на отдельные узлы и детали оборудования. В результате этих воздействий их первоначальные форма и качество ухудша­ются. Так, в электрических машинах подвержены износу трущие­ся детали — коллектор, контактные кольца, щетки, подшипники, шейки валов, а в электрических аппаратах — контактные поверх­ности, пружины и лр. Под влиянием перечисленных воздействий истирается изоляция в местах выхода проводников обмотки из пазов электрических машин, смежных витков обмоток трансфор­маторов и электрических аппаратов. Абразивное истирание узлов и деталей оборудования происходит под влиянием твердых час­тиц (пыли), содержащихся в окружающей атмосфере.

Электрический износ приводит к невосстанавливаемой потере электроизоляционными материалами своих изоляционных свойств. Износ изоляции происходит под действием четырех основных факторов: тепловых, электрических, механических, а также ок­ружающей среды. С повышением температуры уменьшаются меха­ническая прочность твердой изоляции и коэффициент теплопе­редачи, при тепловом расширении изоляции ослабляется ее струк­тура, возникают внутренние термомеханические напряжения, которые особенно велики в жестко связанных изоляционных си­стемах со значительно отличающимися коэффициентами тепло­вого расширения. В процессе износа в изоляции могут накапли­ваться продукты ее распада, приводящие к появлению газовых пузырей и проводящих примесей, которые снижают ее пробив­ное напряжение. Тепловое воздействие делает твердую изоляцию уязвимой для механических воздействий.

Электрические воздействия на изоляцию определяются уров­нем напряжения оборудования. Наибольшее влияние на износ оказывают коммутационные и атмосферные перенапряжения, которые приводят к резко неравномерному распределению на­пряжения вдоль катушки (обмотки) и могут вызвать ее пробой. Неравномерное распределение напряжения характерно и для об­моток электрических машин, питаемых от преобразователей ча­стоты с широтно-импульсной модуляцией. Условия работы изо­ляции ухудшаются вследствие атмосферных воздействий, в час­тности влаги и вредных химических примесей, содержащихся в окружающем воздухе. Наличие влаги в изоляции может суще­ственно уменьшить механическую прочность твердой изоляции, усилить процессы ионизации, ускорить ее химическое старение.

Механические воздействия появляются из-за вибрации обо­рудования, из-за протекания переменных токов по его обмот­кам, приводящим к возникновению в них знакопеременных электродинамических усилий, из-за центробежных сил в под­вижных и вращающихся частях. Причем механические усилия, действующие на твердую изоляцию в аварийных режимах (как пра­вило, в режимах короткого замыкания), могут в сотни раз пре­восходить усилия, действующие в нормальных режимах.

В результате этих воздействий может происходить пробой изо­ляции, а на частях оборудования, не находящихся в нормальных условиях под напряжением, могут появляться высокие электри­ческие потенциалы. Устранение этого вида износа обычно требует капитального ремонта электрического и электромеханического оборудования.

Моральный износ обусловлен появлением в эксплуатации ново­го оборудования, характеризующегося более высокими технико-экономическими показателями (большие КПД, производитель­ность, меньшая стоимость, более высокая надежность работы и т.д.). В этих условиях дальнейшее использование устаревшего оборудо­вания является нецелесообразным из-за повышенных издержек, приводящих к более высокой стоимости готовой продукции по сравнению со стоимостью аналогичной продукции, произведен­ной на новом, технически более совершенном оборудовании. Толь­ко изменением конструкции и улучшением технических показа­телей действующего оборудования при капитальном ремонте в про­цессе модернизации можно продлить сроки его экономически оправданной эксплуатации.

Приведенная классификация износов электрического и элект­ромеханического оборудования является в известной мере услов­ной, так как все три типа износа нельзя рассматривать в отрыве друг от друга. Например, на механический износ токоведуших ча­стей сильное влияние оказывают плотность тока, температура и влажность окружающей среды; на электрический износ изоляции сильное влияние оказывают механические факторы (вибрация, термомеханические усилия, абразивный износ). На ухудшение тех­нических характеристик оборудования и, следовательно, на его моральный износ оказывает влияние степень его механического и электрического износа. Тем не менее раздельный анализ видов износа электрического и электромеханического оборудования позволяет более полно выявить физические факторы, лежащие в основе этих процессов, выработать меры по ослаблению их влия­ния на работу оборудования.

4. Классификация ремонтов электрического и электромеханического оборудования

Важнейшим условием правильной эксплуатации электричес­кого и электромеханического оборудования является своевремен­ное проведение планово-предупредительных ремонтов и перио­дических профилактических испытаний_.

Наряду с повседневным уходом и осмотром оборудования в соответствии с системой ППР через определенные промежутки времени проводят плановые профилактические осмотры, проверки (испытания) и различные виды ремонта. С помощью системы ППР оборудование поддерживается в работоспособном состоянии, ча­стично предотвращаются случаи его отказа. При плановых ремон­тах в результате модернизации оборудования улучшают его тех­нические параметры.

При планировании и организации ремонтов следует иметь в виду, что электрическое и электромеханическое оборудование может иметь ремонтопригодную и неремонтопригодную конструкцию. В последнем случае вместо ремонта оборудования осуществляют его замену.

По объёму ремонты делятся на текущие, средние и капи­тальные. К текущим относятся ремонты, проводимые во время эксплуатации оборудования для гарантированного обеспечения его работоспособности и состоящие в замене и восстановлении его отдельных частей и в их регулировке. Текущий ремонт проводится на месте установки оборудования с его остановкой и отключением. При среднем ремонте проводится полная или частичная разборка оборудования, ремонт и замена изношенных деталей и узлов, вос­становление качества изоляции. В этом случае достигается восста­новление основных технических показателей работы оборудования. При капитальном ремонте проводится полная разборка оборудова­ния с заменой или восстановлением любых его частей, включая обмотки, при этом достигается полное (или близкое к нему) вос­становление ресурса оборудования. В настоящее время в основном используют два вила ремонта: текущий и капитальный, хотя для отдельных видов оборудования предусмотрен и средний ремонт.

По назначению ремонты делятся на восстановительный, реконструкцию и модернизацию. Восстановительный ремонт осу­ществляется без изменения конструкции отдельных узлов и всего устройства в целом. Технические характеристики оборудования остаются неизменными. При реконструкции возможны изменение конструкции отдельных узлов и замена отдельных материалов, из которых они изготовлены, при практически неизменных техни­ческих характеристиках оборудования. При модернизации благода­ря замене и усовершенствованию существующих узлов и приме­няемых материалов предполагается существенно улучшить техни­ческие характеристики оборудования, приблизив их к характеристикам нового современного оборудования.

По методу проведения ремонты делятся на принуди­тельный и послеосмотровый. Принудительный метод применяется в основном для ответственного оборудования. Суть его состоит в том, что через определенные промежутки времени электрическое и электромеханическое оборудование в обязательном порядке под­вергают капитальному ремонту, также через определенные про­межутки времени проводят текущие и средние ремонты в соот­ветствии с длительностью ремонтного цикла и его структурой. При этом ресурс оборудования между ремонтами полностью не ис­пользуется, и в ремонт может попасть исправное оборудование. Поэтому данный вид ремонта является наиболее дорогим.

При послеосмотровом методе ремонта электрическое и элект­ромеханическое оборудование подлежит капитальному ремонту только после осмотра и профилактических испытаний во время очередной ревизии или текущего ремонта. Ресурс оборудования используется при этом методе ремонта полностью, поэтому сто­имость ремонтов меньше. Однако из-за возможности внеочеред­ного незапланированного ремонта усложняется процесс его про­ведения и может увеличиться его длительность. С принудительного на послеосмотровый метод ремонта можно переводить оборудова­ние массового применения, не отнесенное к основному и имею­щее достаточный обменный парк.

По форме организации ремонты разделяются на цент­рализованную, децентрализованную и смешанную формы. При централизованной форме ремонт, испытания и наладка электричес­кого и электромеханического оборудования осуществляются спе­циализированными ремонтно-наладочными предприятиями без использования местных ремонтно-эксплуатационных служб. К этой форме ремонта относится и фирменное ТО (в настоящее время проводится в отношении ответственного импортного оборудова­ния). Усовершенствование этой формы ремонта предполагает со­здание центрального обменного фонда оборудования и расшире­ние его номенклатуры, а также распространения сферы услуг ре­монтных предприятий на проведение текущих ремонтов и профилактического обслуживания. Централизованная форма ре­монта обеспечивает наиболее высокое качество работ.

При децентрализованной форме ремонт, испытания и наладка оборудования осуществляются ремонтными службами предприя­тия, на котором установлено это оборудование. При смешанной форме ремонта часть работ выполняется централизованно (сто­ронними организациями), а часть — децентрализованно (собствен­ными ремонтными службами). Степень централизации зависит от характера предприятия, типа и мощности оборудования.

При планировании ремонтного производства вводится поня­тие ремонтного цикла, определяемого календарным временем между двумя плановыми капитальными ремонтами. Для вновь вводимо­го в эксплуатацию оборудования под ремонтным циклом пони­мается календарное время от ввода в эксплуатацию до первого планового капитального ремонта.

Продолжительность ремонтного цикла определяется условиями эксплуатации, требованиями к показателям надёжности, ремонтопригодностью, правилами технической эксплуатации и инструкциями завода-изготовителя электрического и электромеханического оборудования. Обычно ремонтный цикл исчисляется , исходя из восьмичасового рабочего дня при 41-часовой рабочей неделе ( для оборудования специализированных производств в расчёт ремонтного цикла может быть введён конкретный график работы этого оборудования). Реальная сменность работы оборудования и условия его работы учитываются соответствующими эмпирическими коэффициентами.

При определении длительности ремонтного цикла используют график распределения частоты отказов λ технических изделий от времени t, так называемую «кривую жизни» (рис.3). На этом графике можно выделить три области: область / — время послеремонтной приработки, когда вероятность появления отказов по­вышается из-за возможного применения при ремонте некачествен­ных материалов, несоблюдения технологии ремонта и т.п.; об­ласть 2 — нормальный этап работы оборудования с практически неизменной частотой отказов во времени, область 3 — время ста­рения отдельных узлов и оборудования в целом.

Рис.3. «Кривая жизни» технического изделия.

Для предотвращения отказов при эксплуатации в период при­работки осуществляют замену дефектных узлов и деталей исправ­ными и, если это возможно, приработку отдельных узлов. Для от­ветственного оборудования приработку проводят непосредственно на заводе-изготовителе или ремонтном предприятии. В период нор­мальной эксплуатации (область 2) происходят внезапные отказы, которые носят случайный характер. В дальнейшем увеличение час­тоты отказов оборудования связано с его износом и физическим старением (область J), при которых наблюдается существенное ухуд­шение рабочих свойств изоляции, электрических контактных по­верхностей, подшипников и механически нагруженных узлов. По­этому длительность ремонтного цикла не должна превышать дли­тельности нормального этапа участка работы (область 2).

При планировании структуры ремонтного цикла (видов и пос­ледовательности чередования плановых ремонтов) исходят из сле­дующих соображений. В каждом виде электрического и электроме­ханического оборудования наряду с быстро изнашивающимися уз­лами и деталями (щетки, подвижные и неподвижные контакты, подшипники и др.), восстановление которых обычно проводится путем их замены на новые или в результате незначительного ре­монта, имеются узлы и детали с большим сроком износа (обмот­ки, механические детали, коллекторы и т.п.), восстановление ко­торых проводится путём достаточно трудоемкого и занимающего много времени ремонта. Поэтому во время эксплуатации электри­ческого и электромеханического оборудования между капитальны­ми ремонтами оно подвергается нескольким более легким текущим (или средним) ремонтам. Проведение текущих ремонтов, как пра­вило, не требует специальной остановки основного технологичес­кого оборудования, в то время как капитальный ремонт при отсут­ствии резервного оборудования связан с приостановкой основного технологического процесса. Поэтому длительность ремонтного цик­ла следует по возможности согласовывать с межремонтным перио­дом основного технологического оборудования.

Обычно ремонты планируют на календарный год с разбивкой по кварталам и месяцам. Такое планирование называется теку­щим. Наряду с текущим осуществляется и оперативное планиро­вание с использованием сетевых графиков.

5. Классификация помещений с электроустановками

Под электрическими установками понимается совокупность электрических машин, аппаратов, линий и вспомогательного обо­рудования, предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи и распределения электрической энер­гии, а также для преобразования ее в другой вид энергии. Иными словами, все электротехническое и электромеханическое обору­дование подпадает под определение «электрические установки», и к нему применяются соответствующие нормы и правила, ого­воренные в Правилах устройства электроустановок.

По условиям электробезопасности электрические установки разделяются по уровню рабочего напряжения на установ­ки с напряжением до 1 кВ и установки с напряжением свыше 1 кВ. По месту размещения электрические установки могут быть откры­тыми (или наружными) и закрытыми (или внутренними). В первом случае электрические установки не защищены от атмосферных воз­действий, во втором — защищены. Установки, защищенные сетка­ми или навесами, относятся к открытым.

В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения с электрическими уста­новками разделяются на три группы. К первой относятся помеще­ния с повышенной опасностью, в которых имеется одно или несколько условий, создающих повышенную опасность: нали­чие сырости или токопроводяшей пыли (относительная влаж­ность воздуха длительно превышает 75%. а пыль может оседать на проводах и попадать внутрь машин и аппаратов): наличие то-копроводящих полов (металлические, земляные, кирпичные ит. п.); наличие высокой температуры (температура постоянно превышает +35 ^QC); возможность прикосновения человека к име­ющим соединения с землей металлическим конструкциям зданий и технологическим механизмам с одной стороны и к металличес­ким корпусам электрических установок — с другой.

Ко второй группе относятся особо опасные помещения, в ко­торых имеется: особая сырость (относительная влажность воздуха близка к 100%, потолок, пол и стены покрыты влагой); химичес­ки активная или агрессивная среда (длительно содержатся агрес­сивные пары, газы и жидкости, разрушающие изоляцию и токо-велущие части электрических установок); два или более условий повышенной опасности.

К третьей группе относятся помещения без повышенной опас­ности (отсутствуют условия повышенной или особой опасности). Территории, на которых размещаются наружные электрические установки, относятся к особо опасным помещениям.

Помещения, предназначенные для монтажа и эксплуатации электрического и электромеханического оборудования, должны удовлетворять следующим требованиям:

1) Расстояние между элемен­тами здания и перемещаемыми к месту монтажа электрическими установками должно быть не менее 0,3 м по вертикали и не менее 0,5 м по горизонтали.

2) Ширина проходов между электрическими установками и элементами здания — не менее I м. Для оборудова­ния с напряжением до 1 кВ ширина прохода между машинами и щитами управления должна быть не менее 2 м, а при открытых дверцах щита — не менее 0,6 м.

3) В помещениях с электрическими установками должны быть предусмотрены площади для ремонта и монтажа оборудования, а также необходимые для этого грузоподъемные механизмы. Мон­таж электрического и электромеханического оборудования дол­жен проводиться так, чтобы при его работе шум и вибрации не превышали допустимых пределов.