Среди оборудования систем водоснабжения и водоотведения резервные электродвигатели насосных станций занимают особое место. В отличие от постоянно работающих машин, резервный парк подолгу простаивает и подвергается жесткому воздействию микроклимата помещений. Как показывает практика
эксплуатационных служб, длительный простой во влажной среде – одна из главных причин снижения сопротивления изоляции и преждевременного выхода двигателей из строя.
Большинство стандартных систем изоляции обмоток легко впитывает влагу из воздуха. Влага снижает поляризационный индекс (PI) и коэффициент абсорбции (DAR), а при образовании конденсата процессы деградации резко ускоряются. Нормативы (в т.ч. ПУЭ) предписывают применять для сырых помещений
двигатели с влагостойкой изоляцией, однако на практике в резерве часто стоят обычные, а то и вовсе бывшие в эксплуатации и перемотанные машины. Влияние же длительного хранения для такого оборудования часто недооценивается.
Цель данной статьи – на реальных примерах разобрать, как конструктивное исполнение и качество ремонта асинхронных двигателей влияют на живучесть изоляции в условиях повышенной влажности.
Влияние микроклимата станций: где изоляция разрушается быстрее по естественным причинам?
Надежность изоляции резервных машин напрямую зависит от климата помещения.
Канализационная насосная станция (КНС) имеет подземный машинный зал (глубина ~8 м), где на момент измерений температура воздуха была +9,7 °C, влажность 59%. Следовательно точка росы при таком «климате» находится около +2,1 °C.
Водопроводная насосная станция (ВНС) имеет наземное здание исполнение машинного зала, где температура +11,6 °C, влажность 54,4%, а точка росы находится на +2,7 °C.
Казалось бы, запас до выпадения конденсата (точки росы) есть на обоих объектах. Но статические цифры не отражают главного врага изоляции – суточных перепадов температур.
В наземной ВНС температура внутри здания сильно зависит от погоды на улице. Ночью помещение и массивные металлические корпуса двигателей остывают (подача воды осуществляется только днём в течение нескольких часов). Под утро температура обмоток может сравняться с точкой росы что приведёт к
выпадению конденсата. Днем воздух прогревается, влага испаряется. Возникают температурные «качели» (циклическая конденсация), которые буквально втягивают влагу в микротрещины лака, вызывая отслоение изоляции.
В подземной КНС ситуация иная. Грунт вокруг станции обеспечивает стабильную температуру без резких скачков. Конденсат на обмотках не выпадает. Однако постоянно высокая влажность приводит к медленному капиллярному впитыванию влаги в поры изоляционного лака.
Объекты и методика контроля
В исследовании участвуют 8 асинхронных двигателей (Таблица 1) с короткозамкнутым ротором, хранящиеся в вышеописанных условиях. Выборка охватывает новые машины (рис.1), перемотанные (с разным сроком хранения, рис.2), двигатель во взрывозащищенном исполнении (рис. 3) и старый в работе (рис.4а).
Таблица 1. Паспорт исследуемых двигателей
№
Обозначение
Место
Группа
Примечание
1
АМН280М4
ВНС
Новые (завод)
Без наработки
2
5А160М2
КНС
Новые (завод)
~0,5 года в работе, ~1 год в резерве
3
АИР260М6
КНС
Новые (завод)
~0,5 года в работе, ~1 год в резерве
4
7АМН315
КНС
Свежая перемотка
В работу не вводился, резерв < 0,5 года
5
4А «104105»*
КНС
Перемотка, долгое хранение
Резерв > 1 года
6
4А «10454»*
КНС
Перемотка, долгое хранение
Резерв > 1 года
7
ВАО
КНС
Взрывозащита (вид «m»)
Шахтный (компаундная заливка), в резерве ~20 лет
8
4А225М8
ВНС
Старое общепромышленное
Длительная эксплуатация (работа по часам)
*На двигателях отсутствует шильдик
Рис. 1. Внешний вид АИР260М6 и 5А160М2Рис. 2. Внешний вид двигателей 4А 104105 (А) и 4А 10454 (Б)Рис. 3. Внешний вид двигателя ВАО
Измерения проводились измерителем параметров электроизоляции ТМ-2501 (рис. 4) при испытательном напряжении 500 В, в течении 10 минут. При построении характеристики RISOCHAR интервал для каждой точки (Char) был выставлен на 15 секунд.
а)
б)
Рис.4. Общий вид процесса измерения в машинном зале ВНС (а) и КНС (б).
Результаты измерений
Данные замеров сведены в Таблицу 2, а кривые восстановления напряжения представлены на графиках (рис. 5-11).
Таблица 2. Сводные результаты измерений изоляции
Двигатель
Группа
R15, ГОм
R60, ГОм
DAR
R600, ГОм
PI
IL(60), нА
АМН280М4 (ВНС)
Новые
10,02
23,46
2,34
79,74
3,40
22,59
5А160М2 (КНС)
Новые
5,704
13,52
2,37
47,00
3,48
39,21
АИР260М6 (КНС)
Новые
4,671
12,73
2,73
51,86
4,07
41,63
7АМН315 (КНС)
Перемотка свежая
3,520
5,233
1,49
9,904
1,89
101,3
4А 104105 (КНС)
Перемотка, резерв
2,36
16,97
7,19
179,5
10,58
31,23
4А 10454 (КНС)
Перемотка, резерв
1,954
6,301
3,22
-
-
84,12
ВАО (КНС)
Взрывозащита
2,629
5,194
1,98
10,69
2,06
102
4А225М8 (ВНС)
Старое в работе
0,08 (89 МОм)
0,1 (98 МОм)
1,10
0,15 (156 МОм)
1,59
5397 (5,4 мкА)
Рис. 5. RISOCHAR двигателя АМН280М4 (ВНС)Рис. 6. RISOCHAR двигателя 5А160М2 (КНС)Рис. 7. RISOCHAR двигателя АИР260М6 (КНС)Рис. 8. RISOCHAR двигателя 7АМН315 (КНС)Рис. 9. RISOCHAR двигателя 4А 104105 (КНС)Рис. 10. RISOCHAR двигателя ВАО (КНС)Рис. 11. RISOCHAR двигателя 4А225М8 (ВНС)
Анализ результатов
Новые двигатели с заводской пропиткой (вакуум-нагнетательной)
Показывают отличные результаты (DAR > 2,3; PI > 3,4). Заводская вакуумная пропитка формирует плотный монолитный слой без капилляров, поэтому даже год в сырой КНС не приводит к критическому увлажнению.
Однако, внутри группы есть различия. АМН280М4 (новый, без наработки) даёт лучшие показатели, чем машины из КНС, простоявшие год. У АИР260М6 R60 снижено вдвое, ток утечки удвоен. Это первый признак медленного диффузионного увлажнения даже без циклической конденсации.
Двигатели после стандартной ремонтной перемотки
Свежеперемотанный 7АМН315 (в резерве менее полугода) уже показал пограничные значения: DAR = 1,49, PI = 1,89. Ток утечки в 4 раза выше, чем у нового мотора. Причина: обычная ремонтная пропитка (окунание или кистевая) оставляет микропоры в лаке, которые быстро втягивают влагу. Двигатель после
перемотки требует обязательной просушки рабочим током, иначе в сыром помещении он быстро отсыреет.
Аномалия качественного ремонта: 4А 104105 vs 4А 10454
Два перемотанных мотора (рис. 3) пролежали рядом в КНС больше года. У одного (4А 10454) началось поверхностное увлажнение (R15 упало до 1,95 ГОм). А вот второй (4А 104105) показал феноменальные параметры сухой изоляции: DAR = 7,19, PI = 10,58, токи утечки минимальны. Это доказывает, что если
ремонтное предприятие использует качественные компаунды и соблюдает технологию (возможно, вакуумирование), то отремонтированный двигатель по влагостойкости не уступит новому заводскому.
Взрывозащищенное исполнение (ВАО)
Двигатель ВАО (рис. 4) простоял в КНС 20 лет. Его показатели (DAR = 1,98, PI = 2,06) полностью в норме. Секрет заключается в компаундной заливке обмоток (взрывозащита вида «m»). Обмотка залита монолитным компаундом без открытых пор. Двигателю просто нечем «дышать»,
поэтому влага внутрь не попадает. Для резервного парка такая конструкция – идеальный вариант.
Старый двигатель в наземной насосной (4А225М8)
Наихудшие результаты: сопротивление упало до мегаом (98 МОм), DAR = 1,10 (ниже нормы), огромный ток утечки (5,4 мкА). Причина кроется в циклической конденсации (температурные качели в наземном здании ВНС), усугубленной регулярными нагревами и остываниями от работы по часам. Влага проникла
глубоко в изоляцию, вызвав необратимое старение лака
Таблица 3. Сводка по группам рассмотренных электродвигателей
Группа
Причина набора влаги
DAR
R60, ГОм
Ток утечки
Новые (завод)
Медленная диффузия снаружи
2,3-5,3
11-24
~ 20 нА
Обычная перемотка
Капиллярное впитывание в поры лака
1,4-1,5
5-6
80-100 нА
Качественная перемотка
Влага почти не впитывается
7
17
~30 нА
Взрывозащита (компаунд)
Герметизация исключает контакт с влагой
2
5-6
~100 нА
Старое общепром. (ВНС)
Конденсат + перепады температур
< 1,2
0,1
5,4 мкА
Практические выводы и рекомендации
Правильный выбор резервного парка. Покупая двигатель, который большую часть жизни проведет в сыром резерве, отдавайте предпочтение машинам с заводской вакуум-нагнетательной пропиткой (ВНП) или двигателям во взрывозащищенном исполнении с компаундной заливкой обмоток.
Входной контроль после ремонтов. Рядовая перемотка сильно уступает заводской изоляции по влагостойкости. Принимая двигатель из ремонта, обязательно требуйте проведения замеров DAR и PI. Значение DAR < 1,5 – повод отправить мотор на досушку, а в случае отсутствия
улучшений показателей – вообще на повторную перемотку.
Место хранения имеет значение. Хранить двигатели в подземной КНС (стабильная температура) безопаснее, чем в наземной ВНС (суточные перепады температур и обильный конденсат). В наземных зданиях не ставьте резервные двигатели возле холодных наружных стен, неутепленных ворот и
на сквозняках.
Периодичность контроля. В наземных ВНС (из-за перепадов температур) сопротивление изоляции резерва нужно мерить чаще – не реже 1 раза в квартал (особенно весной и осенью). В подземных КНС увлажнение идет медленно, поэтому достаточно контрольных замеров 1 раз в
полугодие.
Благодарности
Директору филиала «Кировское ПУВКХ» ГУП ДНР «ВОДА ДОНБАССА» Попову Виктору Ивановичу за разрешение провести измерения и помощь в организации замеров.
Персоналу участка транспортировки и очистки стоков за помощь в проведении замеров на объектах предприятия.
Авторы:
Попов Марк Викторович (Санкт-Петербург, Российская Федерация) – аспирант кафедры электроэнергетики и электромеханики Санкт-Петербургского горного университета императрицы Екатерины II
Янковский Владимир Владимирович (г. Кировское, Российская Федерация) – главный энергетик филиала «Кировское ПУВКХ» ГУП ДНР «ВОДА ДОНБАССА»
