Основные причины поломки вращающихся электрических машин и инструменты для их предотвращения

Работоспособность некоторых видов электрооборудования имеет первостепенное значение, и профилактика их неисправностей особенно важна. Рассмотрим основные причины поломки вращающихся электрических машин, а также инструменты, которые должны свести к минимуму время простоя дорогостоящего оборудования.

Причины выхода из строя вращающихся электрических машин
Пример вращающейся электрической машины

Вращающиеся электрические машины (ВЭМ) — генераторы, синхронные компенсаторы, электродвигатели разной мощности — работают в условиях больших токов и вибраций. В настоящее время существует тренд к увеличению мощности и стоимости некоторых ВЭМ. Все шире используются генераторы мощностью 1000 МВт, напряжением 20 кВ и стоимостью более $1 млн. Итогом роста мощности является увеличение тепловыделения, нагрузки на обмотки и статор, повышение вероятности повреждения изоляции и выхода ВЭМ из строя.

Согласно данным компании Fluke Corporation, наиболее частыми причинами выхода из строя ВЭМ являются разрушение обмоток изоляции и поломка подшипников. Механические повреждения возникают из-за неправильного монтажа конструкций ВЭМ, свободного или несбалансированного хода вала, износа подшипников и т. д. Возникающие вибрации приводят к поломке двигателя. Механические проблемы можно выявить по сильной вибрации или избыточному тепловыделению. 
Среди основных причин повреждения изоляции специалисты Fluke выделяют следующие:
  • слишком высокие нагрузки;
  • скачки и нессиметрия (ассиметрия) напряжений и токов;
  • блуждающие токи; 
  • гармонические искажения;
  • проблемы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, или PWM).

Перегрузка как причина выхода из строя электродвигателя 

Температурная деградация обмотки электродвигателя в результате перегрузки
Температурная деградация обмотки электродвигателя в результате перегрузки

Возникает из-за нагрузки выше расчетной и проявляется снижением крутящего момента и нагревом. Примерно 30% отказов электродвигателей связано с этой проблемой. При превышении температуры на 40 градусов Цельсия сверх нормальной для ВЭМ срок службы изоляции снижается примерно в 30 раз. Перегрузка приводит к чрезмерному нагреву отдельных деталей. Обнаружить это можно с помощью тепловизионного мониторинга и по превышению потребляемого тока. В последние годы на рынке появились новые компактные тепловизоры, которые хорошо подходят для регулярного обследования электрооборудования, например первый в мире мультиметр-тепловизор Fluke 279 FC.
 

Почему важна диагностика качества электроэнергии

Проблемы с качеством электроэнергии, от скачков напряжения и тока до гармонических искажений, вызывают повреждения изоляции ВЭМ. Выявить их можно в большинстве случаев только путём анализа качества электроэнергии на соответствие установленным нормам. По статистике компании – производителя электрооборудования BarkTech, мгновенные изменения напряжения и тока являются причиной 80% случаев простоя оборудования. Эти скачки могут длиться менее 1 миллисекунды, но при этом сокращать срок жизни оборудования в 2-3 раза. Проблема осложняется тем, что скачки могут происходить нерегулярно и иметь разные симптомы. Так, скачок может привести к пробою изоляции обмоток электродвигателя или появиться в управляющих кабелях — это не обязательно напрямую повредит оборудование, но может нарушить режим работы ВЭМ. 
Деградация части обмотки в результате неравномерного напряжения между фазами
Деградация части обмотки в результате неравномерного напряжения между фазами

Асимметрия напряжений и токов возникает, когда параметры трех фаз отличаются, что приводит к механической поломке ВЭМ, колебаниям крутящего момента и чрезмерному нагреву части обмоток. Например, из-за плохого контакта может увеличиваться сопротивление одной из обмоток, что приводит к росту силы тока на обмотках с меньшим сопротивлением. В результате появляется асимметрия тока, и некоторые обмотки подвергаются большей нагрузке и начинают чрезмерно нагреваться, даже при идеально сбалансированном напряжении.

Блуждающие токи — еще одна проблема, которая плохо поддается профилактике. Они возникают из-за разности потенциалов, могут проходить сквозь защитное заземление, приводить к быстрому питтингу (коррозии) подшипников, перегреву обмоток ВЭМ и отключению оборудования, причем причину такого отключения очень сложно обнаружить.

Гармонические искажения — это частотные помехи, которые отличаются от основной частоты цепи. ВЭМ не могут использовать «паразитные» гармоники из-за чего колеблется крутящий момент, перегреваются обмотки, появляется шум, начинает сбоить система управления. Итогом являются повреждение и пробой изоляции, остановка оборудования. Единого решения для борьбы с гармоническими искажениями, а также другими проблемами, связанными с изменениями параметров тока, не существует, поэтому необходимо обеспечивать постоянный контроль за качество электроэнергии. 
 

Инструменты для диагностики качества электроэнергии

Диагностика проводится по множествам параметров с помощью специальных приборов, таких как линейка анализаторов качества электроэнергии от компаний PITE Tech и Fluke Inc. Трехфазный регистратор потребляемой мощности Fluke 1738 в режиме online регистрирует более 500 параметров качества электроэнергии. Данные можно отправлять в базу данных для последующего анализа. Анализатор PITE-3561-3000A способен выполнить длительный мониторинг до 40 суток с записью результатов на карту памяти. Зачастую именно в ходе изучения статистики измерений обнаруживаются гармонические искажения, асимметрия тока или другие проблемы.

Анализаторы качества электроэнергии
Анализаторы качества электроэнергии

Проблемы с широтно-импульсной модуляцией (PWM) возникают в результате рассогласования нагрузки из-за неправильных установки и выбора компонентов или износа оборудования. Итогом может быть пробой изоляции обмоток ВЭМ. Для выявления проблемы используются цифровые осциллографы, такие как Fluke ScopeMeter 190. Также применяются специализированные приборы, например ручной детектор PDS Insight для диагностики частичных разрядов, разработанный компанией HVPD для тестирования ВЭМ.

Приборы, которые помогут выявить пробой изоляции и проблемы с ШИМ
Приборы, которые помогут выявить пробой изоляции и проблемы с ШИМ 

Рекомендации по поддержке работоспособности вращающихся электрических машин

Эксперты Fluke рекомендуют придерживаться четырех главных правил, которые помогут избежать поломки ВЭМ и отключения оборудования. 
Прежде всего, нужно документировать технические характеристики и производительность оборудования. Также следует документировать результаты измерения ключевых параметров работы оборудования после установки, ремонта и обслуживания, замены узлов. Это создаст «точки отсчета», которые помогут анализировать изменение параметров с течением времени.

Нужно создать справочную базу данных измерений, чтобы быстро выявлять негативные тенденции в изменении параметров работы ВЭМ.
На основе статистики измерений необходимо определить базовый тренд, отклонение от которого может означать проблему в работе ВЭМ. Это важно для своевременного выявления неисправности и ее устранения до того, как она приведет к остановке оборудования.

Если вам нужна профессиональная консультация, просто отправьте нам сообщение:


* - Обязательное для заполнения
Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами

Смотрите также:

 

Последние новости

18.08.2023

Основная задача блока нагрузки постоянного тока - тестирование различных источников электропитания: АКБ, блоков питания, преобразователей напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения, солнечных батарей, генераторов и других устройств. Нагрузочный блок является, по сути, программируемой (динамической) нагрузкой.

12.04.2023

Когда идёт речь о вопросах безопасности людей предпочтительнее использовать методики измерений, хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении десятилетий. Применительно к заземлению таким методом является измерение сопротивления с помощью комбинации амперметра и вольтметра (рекомендуемый ГОСТ Р 50571.16-2007). Иногда такой метод называют «трёхпроводным» (или «трёхзажимным»). Существует и более точная его модификация, именуемая «четырёхпроводным» («четырёхзажимным») методом. Как правило, оба метода могут быть реализованы в одном измерительном приборе.

27.03.2023

Требуется защита кабельных соединений от перегрева? У нас есть решение!  Огнестойкий мат изготовлен из органической керамической силиконовой резиновой композитной ленты и фарфорового неорганического материала, который придает изделиям защитные свойства: проявляет теплопроводность при комнатной температуре и теплоизоляцию при высокой температуре

01.03.2023

Для полного понимания влияния ветра (или принудительной конвекции) на поверхность необходимо понимать основной принцип теплопередачи. Тепловая энергия всегда перемещается из точки с более высокой температурой в точку с более низкой температурой, за исключением случаев, когда другая сила изменяет направление этого движения.

12.02.2023

Одним из важнейших параметров аккумуляторной батареи является объем энергии, который она может запасать/отдавать определенной нагрузке или, другими словами, емкость аккумуляторной батареи. Для проверки реальной емкости аккумуляторных батарей наиболее эффективным является метод разрядки батареи с помощью специального прибора - блока нагрузки. Чтобы оценка состояния АКБ была выполнена верно, очень важно выбрать правильную модель блока нагрузки для вашего конкретного случая. Прочитать подробнее о методе разрядки АКБ вы можете в нашей предыдущей статье. Чтобы помочь вам выбрать правильную модель блока нагрузки, у Kongter есть несколько рекомендаций.

02.02.2023

Компания «СвязьКомплект» начинает прием заказов на поставку трассоискателей известного мирового производителя RIDGID. Трассоискатели RIDGID – незаменимые инструменты при поиске различных подземных коммуникаций (трасс кабелей, трубопроводов), а также при проведении земляных работ. Узнай больше...

25.01.2023

Компания «СвязьКомплект» начинает поставки тепловизоров Guide Sensmart, внесенных в Госреестр СИ. В номенклатуре недорогие портативные модели, тепловизоры для смартфона, а также высокоэффективные профессиональные тепловизионные камеры (до 2000°C).

29.11.2022

Блок нагрузки переменного тока – это часть электрического испытательного оборудования, используемого для имитации электрической нагрузки для тестирования источника электроэнергии без подключения его к нормальной рабочей нагрузке. Во время тестирования блок нагрузки подключается к выходу источника питания, такого как электрогенератор, аккумулятор или фотоэлектрическая система, вместо его обычной нагрузки. Блок нагрузки обеспечивает поддержание параметров нагрузки с характеристиками, аналогичными стандартной рабочей нагрузке тестируемого прибора, в то же время рассеивая выходную мощность, которая в нормальном режиме потребляется нагрузкой.

27.10.2022

Компания «СвязьКомплект» начинает продажи муфт холодной усадки для кабельных линий среднего напряжения 6/10-35 кВ. Муфты производятся под маркой «ИМАГ» и поставляются на замену аналогичной продукции компании 3М.

20.09.2022

Воздушные ЛЭП весьма уязвимы для всевозможных воздействий. Но наиболее распространенным видом аварий на них являются однофазные замыкания на землю (ОЗЗ). Так называют вид повреждения, при котором одна из фаз трехфазной системы замыкается на землю или предмет, электрически связанный с землей. По статистике, на ОЗЗ приходится до 90% всех электрических повреждений ЛЭП.