14.4. Факторы, влияющие на надежность рудничного электрооборудования

ГОСТ 18311—80 определяет условия эксплуатации электрооборудования как совокупность значений физических величин, являющихся внешними факторами и влияющих на его работу.

К основным воздействующим факторам условий эксплуатации относятся: температура; относительная влажность и запыленность воздуха; перепады температуры; атмосферное давление; скорость воздушной струи; вибрационные и ударные нагрузки; перемещения в процессе эксплуатации.

Условия работы электрооборудования определяются категорией применения электрических аппаратов, качеством напряжения, числом пусков, режимом работы электроустановок и т. п.

Анализ причин выхода из строя электрооборудования, эксплуатирующегося на угольных и рудных шахтах, показал, что климатические и механические факторы, а также условия работы оказывают существенное влияние на его надежность.

В соответствии с ГОСТ и рядом отраслевых нормативных документов условия эксплуатации электрооборудования классифицированы по степеням жесткости. Установлено 15 степеней жесткости по положительной температуре, 9 —по отрицатель­ной, 20—по вибрационным нагрузкам, 4—по ударным нагрузкам, 8 —по относительной влажности и т. д.

Высокая надежность и эффективность электрооборудования могут быть обеспечены в том случае, когда принятые в процессе проектирования технические решения (технические параметры, конструкция, технология изготовления, виды испытаний) соответствуют строго оговоренным условиям (степеням жесткости) эксплуатации.

В соответствии с этим при разработке учитывается рабочая и предельная температура, влажность воздуха, воздействие капежа, запыленность воздуха, агрессивность среды, скорость воздушной среды, вибрационные и ударные нагрузки и др. Например, средняя годовая рабочая температура (° С) воздуха в шахтах может быть принята: в основных выработках 12; в за­боях 15; в камерах подстанций 18.

Рудничное электрооборудование разрабатывается и изготавливается в различных исполнениях: при размещении его на поверхности под навесом (например, У2: климатическое исполнение У, категория размещения 2); в подземных выработках (У5); в районах с холодным климатом: на поверхности под навесом ХЛ2, в подземных выработках ХЛ5.

Наряду с указанными показателями качество напряжения оказывает значительное влияние на показатели надежности электрооборудования. Показателями качества напряжения являются отклонение частоты, отклонение и колебание напряжения, несинусоидальность формы кривой напряжения, колебание частоты, смещение нейтрали и несимметрия напряжения основной частоты.

14.5. Причины отказов рудничного электрооборудования

Сбор статистических данных в процессе эксплуатации рудничного электрооборудования и его анализ позволяют выявить наиболее характерные причины отказов электродвигателей, пускозащитной аппаратуры, трансформаторов и трансформаторных подстанций, кабелей.

Исследования показали, что наибольшее число отказов у комбайновых двигателей приходится на долю статорной обмотки и вводных коробок, загрязненных угольной пылью, редукторным маслом, подшипниковой смазкой и залитых водой.

В обмотках статора таких электродвигателей основная часть пробоев изоляции секций на корпус приходится на уголки секций вблизи выхода их из паза. Пазовая часть секции из-за электродинамических ударов и термомеханического трения о стенки паза изнашивается сильнее, чем лобовые части. Пробои витковой изоляции отмечаются только в лобовых частях и отсутствуют в пазовой части при любой стадии старения изоляции. Следует отметить, что выплавление алюминиевых обмоток ротора у двигателей ЭДК, например, наблюдается в 2 раза реже, чем у двигателей ЭДКО с более высокой скоростью нарастания температуры.

Появившаяся в процессе эксплуатации несоосность ротора и статора может привести к «затиру» ротора о статор.

Наиболее характерные повреждения подшипников комбайновых электродвигателей при нормальной работе—усталостные повреждения и бринелирование поверхностей качения. Попадание в смазку подшипников угольной и породной пыли, частиц металла приводит к образованию вмятин на поверхности качения. Происходит абразивный износ, постепенно приводящий к усталостному выкрашиванию. Под влиянием температуры и механической нагрузки смазка подшипника постепенно стареет, вязкость ее снижается, что может привести к его биению, заклиниванию и затиру ротора.

У электродвигателей серии ВАО наиболее характерным видом повреждений является обугливание витковой изоляции из-за теплового воздействия. Витковые замыкания характерны для лобовой части обмотки статора со стороны соединения сек­ций. Межфазные и витково-межфазные замыкания происходят в соединениях секций и выводных концах лобовых частей обмоток. Из других характерных повреждений следует отметить корпусные замыкания, заклинивание подшипников, вентилятора о кожух, обрыв сети и т. п.

К основным отказам рудничных взрывобезопасных электрических аппаратов (распредустройства, автоматические выключатели, магнитные станции, пускатели и др.) следует отнести отказы схем дистанционного управления, механизмов свобод­ного расцепления, силовых контактов, отключающих катушек.

Отказы в схемах дистанционного управления вызваны прежде всего отказами отдельных ее элементов из-за влияния жестких условий окружающей среды и низкого качества питающего напряжения. У резисторов и полупроводниковых

элементов наблюдается отказ типа обрыв, у конденсаторв—короткое замыкание, у дросселей и стабилизаторов—витковое замыкание. До 95 % отказов наблюдается из-за некачественного соединения или пайки.

Причинами отказов различного рода реле является разрегулировка контактов, образование на их поверхности непроводящей пленки из-за коррозии и загрязнения, сваривание контактов. Для маломощных реле характерны ложные срабатывания под действием ударных и вибрационных нагрузок. Однако основная доля отказов приходится на включающие катушки.

Причиной отказов дросселей, трансформаторов является разрушение изоляции обмоток, происходящее под влиянием повышенной температуры и влажности, вибрационных и ударных нагрузок.

При анализе отказов трансформаторных подстанций и трансформаторов было установлено, что наибольшее число отказов подстанций приходится на автоматические выключатели и блоки защиты БЗП-1А. В указанных аппаратах наимотки ВН на корпус, витковые замыкания обмотки ВН, витковые замыкания отключающей катушки автоматического выключателя. Интенсивность отказов в среднем составляет 13,3-10^-5 1/ч (при наработке на отказ—7500 ч).

Отказы шахтных гибких кабелей чаще всего происходят из-за механических повреждений изоляции (до 85%). Однако из-за увлажнения изоляции в концевых разделках, соединительных муфтах и счалках наблюдаются также электрические пробои и снижение сопротивления изоляции. Этим объясняется довольно ограниченный срок службы гибких кабелей.

Для бронированных кабелей с бумажной изоляцией характерны отказы из-за пробоя изоляции в проходных и вводных муфтах, из-за механических повреждений в выработках падающими кусками породы, транспортными средствами и при креп­лении выработок.

Для кабелей напряжением выше 1000 В можно рекомендовать следующие данные по интенсивности отказов (на 100 м), 1/ч: стволовые λ_с = 2,4/10^-5; в наклонных выработках λ_н=(6,5÷9,0)10^-5, в горизонтальных выработках

λ _Г = (3,7÷6,7) 10^-5 .

Для кабелей напряжением до 1000 В данные значительно выше и составляют, 1/ч: для гибких комбайновых λ_к = 58,0·10^-5; гибкие в лавах λ_л = 29,2·10^-5; гибкие в выработках λ_в=12,5 10^-5 ; бронированные 10,0·10^-5.