5.1.3. Дефекты электрооборудования и методы их определения
В зависимости от конструкции у электрооборудования встречаются дефекты обмоток, токособирательной системы (коллекторов, щеток, контактных колец), механической части (подшипников, валов, корпусов и др.) и активной стали.
Основные причины повреждений электрооборудования
неправильное проектирование электроустановки (несоответствие конструкции машины условиям работы, недостаточная мощность, неправильная защита машины и т. д.);
неправильный монтаж оборудования (плохие фундамент, крепление и др.);
неправильная эксплуатация, низкая культура обслуживания (нарушение условий пуска, режима работы, смазывания, несвоевременное обслуживание и ремонт и др.).
Примерно половина электродвигателей отказывает из-за несоответствия конструкции условиям сельскохозяйственного производства и работы на двух фазах. Остальные электродвигатели отказывают вследствие низкой культуры эксплуатации — перегрузки, аварии, несвоевременного обслуживания и др.
Дефекты обмоток, ИХ ПРИЧИНЫ И СПОСОбЫ определения. Из-за повреждения обмоток происходит 85...95 % отказов асинхронных электродвигателей.
Основные дефекты обмоток: сгорание изоляции, витковое замыкание (замыкание внутри обмотки), замыкание обмотки на корпус, обрыв или плохой контакт обмотки, неправильное соединение обмоток.
Сгорание и з о л я ц и и происходит из-за больших токов. Ток может увеличиваться при перегрузках, работе на пониженном напряжении, обрыве одной фазы на ходу двигателя, витковом замыкании, загрязнении обмоток и т. д.
Витковые замыкания и замыкания на корпус бывают из-за местного разрушения изоляции, которое может произойти в результате трения витков между собой и о корпус, загрязнения изоляции металлической пылью, которая при работе машины вибрирует и перетирает изоляцию, пробоя изоляции из-за перегрузки машины и увлажнения изоляции.
Обрыв обмотки встречается чаще у машин малой мощности, так как их провода имеют малое сечение. Он может произойти из-за местного повреждения провода: пережога при изготовлении, в результате чего медь становится хрупкой; наличия насечек и других дефектов, к которым медь очень чувствительна. Обрыв — это также следствие плохой пайки или сварки.
Каждый из рассмотренных дефектов может быть выявлен несколькими методами.
Сгорание изоляции можно определить внешним осмотром, измерением ее сопротивления и испытанием электрической прочности.
Замыкания обмоток на корпус определяют с помощью мегомметра, контрольной лампы и вольтметра, а также методом падения напряжения. Мегомметром поочередно проверяют сопротивление изоляции каждой фазы относительно корпуса. Если у какой-либо фазы сопротивление равно нулю, то, значит, она имеет замыкание на корпус.
Контрольную лампу или вольтметр включают последовательно с проверяемой обмоткой и корпусом и поочередно подают напряжение на каждую фазу и корпус машины. Если лампа горит, а вольтметр показывает напряжение, то данная обмотка имеет замыкание на корпус.
Рассмотренными способами можно выявить наличие замыкания на корпус, но не установить место замыкания. Обычно в машинах малой мощности не ищут место замыкания, а перематывают всю обмотку. В машинах средней и большой мощности экономически целесообразна замена части обмотки. Для обнаружения замкнутой части (места замыкания) обмоткя применяют метод падения напряжения.
Витковьте замыкания обмоток определяют методами симметрии, вольтметра (трансформации), электромагнита и шарика.
Метод симметрии основан на измерении и сравнении полных сопротивлений обмоток. Если в фазах нет повреждений, то у них будут одинаковые полные сопротивления: Z1=Z2=Z3 Полное сопротивление состоит из активного ти иядуктивбого ХL сопротивлений, т. е.
Если какая-либо фаза имеет витковое замыкание, то уменьшаются ее активное и индуктивное сопротивления, а следовательно, и полное сопротивление. Измерение проводят на переменном токе. С помощью амперметра и вольтметра измеряют токи напряжение в каждой фазе и определяют ее сопротивление Z= U/I. Можно не определять сопротивление, а сравнивать значения токов в фазах при постоянном напряжении (U-const) или, наоборот, сравнивать в них падения напряжений при пропускании одинакового тока по каждой фазе. Если нет витковых замыканий, то при U-const I1=I2=I3, а при I соnst U1=U2=U3.
Методом вольтметра (трансформации) определяют витковое замыкание следующим образом: концы двух фаз соединяют вместе. Их начала присоединяют к сети, а вольтметр - к выводам оставшейся третьей фазы. Если в обмотках первой и второй фаз нет витковых замыканий, то создаваемые ими магнитные потоки равны. А так как они направлены навстречу друг к другу и взаимно уничтожаются, то в третьей обмотке не будет индуцироваться ЭДС и вольтметр покажет нуль. Если в обмотке первой или второй фазы имеются витковые замыкания, то их магнитные потоки не будут равны, так как сила тока в обмотках одинакова, а индуктивность, пропорциональная числу витков, разная. В этом случае появляется результирующий магнитный поток, который будет наводить ЭДС в третьей фазе — вольтметр покажет напряжение.
Для определения наличия витковых замыканий в обмотке третьей фазы необходимо соединить ее с первой или второй фазой.
Методы симметрии и вольтметра служат для обнаружения витковых замыканий без разборки машины, но с помощью их нельзя определить место замыкания.
Метод электромагнита (индукционный метод) основан на наведении (индуцировании) ЭДС в испытуемой обмотке с помощью вспомогательного электромагнита, который ставят на зубцы в расточку статора так, чтобы он прилегал к ним как можно плотнее. При прохождении по обмотке электромагнита переменный ток создает переменный магнитный поток, который замыкается через статор машины и сердечник электромагнита. Этот поток наводит ЭДС в нитках исследуемой секции. Если секция замкнута, то в ней появится ток, а вокруг проводника с током возникнет свой магнитный поток. На паз с секцией накладывают стальную пластину. Она дребезжит, показывая замкнутую секцию.
Если на паз с замкнутой секцией поставить второй вспомогательный электромагнит, то в его обмотке будет наводиться ЭДС. Если включить в эту обмотку лампу, то она будет гореть при наличии замыкания в обмотке секции. На таком принципе основано устройство портативного дефектоскопа типа ПДО с двумя вспомогательными магнитами и неоновой лампой. Недостаток этого метода — необходимость исследовать каждую секцию (передвигать магнит и пластину по расточке).
Метод шарика применяют для обнаружения витковых замыканий обмоток статоров машин переменного тока. На обмотку статора подают симметричное трехфазное напряжение, равное 1О...3О % номинального. В результате этого возникает круговое вращающееся магнитное поле. Если внутрь статора бросить стальной шарик, то он будет вращаться по направлению магнитного поля. Нет коротких замыканий в секциях — шарик будет вращаться равномерно. Если есть витковое замыкание, то в замкнутой секции будет протекать ток короткого замыкания, который создает местный переменный поток. Последний затормаживает шарик, и он будет вращаться неравномерно (может остановиться).
Обрыв обмоток определяют с помощью мегомметра (при обрыве мегомметр покажет сопротивление R= ), контрольной лампы (при обрыве лампа не горит), вольтметра (при обрыве он не показывает напряжение) и вспомогательного электромагнита. Последний метод используют для обнаружения обрывов в стержнях короткозамкнутых роторов электродвигателей. Разрыв стержня легко обнаруживают посредством стальной пластины. В этом случае она не притягивается, так как по разорванному стержню ток не проходит и не создается поле.
Обрыв стержней в короткозамкнутом роторе определяют также в режиме короткого замыкания двигателя методом симметрии токов. Затормаживают ротор, к статору подводят напряжение, пониженное в 5...6 раз по сравнению с номинальным. В каждую фазу включают амперметр. Проворачивают ротор. При исправных обмотках статора и ротора показания всех амперметров одинаковы и не зависят от положения ротора. При обрыве стержней в роторе показания приборов различны и изменяются с его поворотом. Различные показания амперметров, не зависящих от положения ротора, указывают на повреждение обмотки статора (витковое замыкание, неправильное соединение и др.).
Плохой контакт, обусловленный некачественной пайкой, приводит к местному повышению сопротивления, что можно обнаружить по более сильному местному нагреву или измерением омического сопротивления обмоток. При хорошем качестве паек сопротивление обмоток различных фаз не должно отличаться более чем на 2 %.
Неправильное соединение обмоток определяют методом шарика или симметрии.
Если в соединении обмотки статора допущены ошибки, то вращающееся магнитное поле вообще не будет создаваться (при грубых ошибках) или будет возникать не круговое, а эллиптическое вращающееся магнитное поле. В первом случае шарик в статоре не будет вращаться, а во втором — будет вращаться, но неравномерно.
Ошибки в соединении обмотки фазы приводят к несимметрии фаз, т. е. их полные сопротивления будут не равны.
Дефекты токособирательной системы, их причины и способы определения. В токособирательной системе (коллекторах, контактных кольцах, щетках с щеткодержателями и др.) могут быть следующие повреждения: искрение щеток; перегрев коллектора подгорание отдельных пластин или всей поверхности коллектора деформация и биение коллектора и контактных колец; износ коллектора и контактных колец; замыкание колец и пластин на корпус и между собой; неисправности щеточного механизма.
Искрение щеток возможно из-за плохой их пришлифовки и загрязнения трущихся поверхностей щеток и коллектора, неравномерного износа и биения коллектора или контактных колец, выступания из коллектора миканитовой изоляции или отдельных пластин коллектора, несоответствия размеров щеток размерам обойм щеткодержателя, заниженного или завыщенного давления пружин на щетки, неправильной установки и несоответств марки щеток режиму работы и типу электрической машины и др.
Искрение обнаруживают внешним осмотром. Оно отрицательно сказывается на работе машины. При этом быстро разрушаются щетки и поверхность коллектора или колец.
Перегрев и подгорание коллектора вызывает повышенное искрение щеток. Перегрев также может быть от слишком большого давления щеток, плохой обработки поверхности коллектора — она должна быть ровной, гладкой. Подгорание отдельных пластин коллектора связано с обрывом или внутренним замыканием обмотки, плохой пайкой или выплавдением припоя из петушков.
Перегрев и подгорание коллектора обнаруживают внешним осмотром. Деформация и биение коллектора или колец— следствие неравномерного износа, несоосности вала и коллектора или колец. Кроме того, биение может быть при чрезмерном износе коллектора, ослаблении его прессовки. Деформацию и биение обнаруживают с помощью микрометра и индикатора часового типа.
Износ коллектора и контактных колец—наиболее распространенный дефект. Износ имеет неравномерный характер, сопровождается появлением кольцевых дорожек, биения и т. д. Износ следствие трения щеток. Он зависит от правильной расстановки щеток, усилия их прижатия, искрения и т. д.
Износ определяют микрометром. Износ колец не должен превышать 50 % их первоначальной толщины. Допустимый износ коллектора составляет 28.. .30 % первоначальной высоты пластин.
Замыкание пластин и колец на корпус и между собой — следствие потери изоляционных свойств миканитовых прокладок и их механических повреждений из-за повышенного нагрева коллектора. Замыкание между пластинами последнего может произойти вследствие загрязнения его медно-угольной пылью.
Неисправности щеточного механизма: износ и выкрашивание щеток; износ и оплавление обоймы щеткодержателя; ослабление пружин; повреждение изоляции пальцев, крепящих щеткодержатели к траверсе; повреждение траверс.
Дефекты щеточного механизма определяют осмотром, измерением размеров и т. д. давление пружин на щетки (прижатие щеток) проверяют с помощью динамометра.
Дефекты активной стали, их причины и методы определения. Сердечники статоров и роторов электрических машин и магнитопроводы трансформаторов изготавливают из листовой электротехнической стали толщиной 0,35...О,5О мм. Листы изолируют с двух сторон и собирают в пакеты нужной формы и размера в соответствии с конструкцией машины. Неисправности сердечников и магнитопроводов: повреждение межлистовой изоляции; замыкание листов стали между собой; ослабление прессовки пакетов стали и посадки сердечников на валу; изгиб и поломка зубцов машин.
Повреждение межлистовой изоляции происходит в результате ее старения, механического воздействия, длительного и неправильного хранения. Состояние межлистовой изоляции определяют внешним осмотром, а также по потерям в стали, которые устанавливают испытанием машины на холостом ходу.
Замыкание листов стали между собой чаще всего происходит из-за наличия заусенцев, вмятин и других механических повреждений, наличия между листами каких-либо посторонних металлических или токопроводящих частиц, пробоя изоляции обмотки на корпус.
У электродвигателей замыкание листов часто бывает из-за трения ротора (якоря) о статор, что служит следствием износа подшипников или изгиба вала.
Ослабление прессовки и посадки стали обычно происходит из-за перекоса и выпадения отдельных распорок в вентиляционных каналах, ослабления стяжных болтов, отлома и выпадения отдельных зубцов стали. В результате ослабления прессовка часто наблюдается распушение зубцов, появление так называемого веера. Работа электрических машин и трансформаторов с этими дефектами сопровождается гудением, треском, дребезжанием и т. д. Эти дефекты обнаруживают внешним осмотром.