Меню

Подшипниковые токи в электрических машинах



Электрические разряды в подшипниках приводных электродвигателей

Повреждение подшипника контурными токами

Предприятия нефтедобычы и нефтепереработки широко используют в технологических процессах асинхронные электрические двигатели с полупроводниковыми регуляторами частоты, у которых есть неоспоримые преимущества перед двигателями постоянного тока. Тем не менее, применение частотных преобразователей имеет ряд особенностей, связанных с высокой частотой коммутации тиристоров. Прежде всего, это ускоренный износ и электрические разряды в подшипниках, вызываемые высокочастотными контурными токами, которые замыкаются с ротора на землю через подшипники.

Возникновение электрических разрядов в подшипнике обычно происходит в зоне контакта тел качения с внутренним или наружным кольцом. Это приводит к точечным расплавлениям поверхности (так называемым кратерам) в местах прохождения электрического тока и возникновению электрической дуги в смазочной пленке, что оказывают негативное воздействие на смазку, вызывая ее окисление и ускоренное старение.

Для защиты подшипников приводных электродвигателей ответственного оборудования от преждевременного износа и повышенной вибрации, ООО «ЮВТЕК» изготавливает токосъемные заземляющие кольца JUVTEK K27, не требующие технического обслуживания и рассчитанные на весь срок службы двигателя. Их применение позволяет полностью или частично отказаться от дорогостоящих токоизолированных подшипников и существенно увеличить ресурс работы стандартных подшипниковых узлов (до трех-четырех лет).

Кольцо заземляет контурные токи на корпус, токосъем осуществляется при помощи высокопрочного углеродного волокна. Время непрерывной эксплуатации JUVTEK K27 составляет более двухсот тысяч часов. Кольца имеют различные варианты исполнения и легко устанавливаются в условиях производства, в комплекте поставки имеется весь необходимый крепеж.

На электродвигателях мощностью до трехсот киловатт допускается использовать одно заземляющее кольцо, на более мощных агрегатах следует дополнительно устанавливать токоизолированный подшипник с противоположной стороны от привода.

Применение заземляющих колец JUVTEK К27 соответствует требованиям национальных и международных стандартов по защите подшипников электродвигателей: ГОСТ Р 55136-2012/ (IEK/TS 60034-25:2007) «Машины электрические вращающиеся. Часть 25. Руководство по конструкции и характеристикам машин переменного тока, специально предназначенных для питания от преобразователей».

Практикой подтверждено значительное увеличение срока эксплуатации обычных подшипников при использовании заземляющих колец ООО «ЮВТЕК». Изделия успешно применяются на электродвигателях, выпускаемых, в частности, на электромеханических заводах ПАО «НИПТИЭМ» (входит в контур управления АО «Электротехнический концерн «РУСЭЛПРОМ») во Владимире и АО «РЭД» в Челябинске.

Источник

П. ПАРАЗИТНЫЕ ТОКИ В ВАЛАХ И ПОДШИПНИКАХ

Из-за неравномерности зазора между ротором и статором, зазоров в стыках между пакетами активной стали и по другим причинам магнитная система машины в какой-то

Рис. 4.6. Схема прохождения токов, вызванных несимметрией магнитной системы машины:

в — поперечный разрез; б — продольный разрез; 1 — путь тока с большим индуктивным сопротивлением; 2 —путь тока с малым индуктивным сопротивлением

мере несимметрична. Если эту несимметричность условно изобразить в виде зазора в правой половине сердечника (рис. 4.6), то при повороте на 90° магнитные сопротивления для потоков CDi и Ф2 сравняются, а при дальнейшем вращении сопротивление для потока CDi станет меньше, чем для потока Ф2, потом вновь сравняется, затем станет меньше для потока Ф2 и т. д. Это приводит к изменению магнитных потоков и вызывает появление в теле ротора-токов, которые, если не принять мер, будут проходить не по пути / с большим индуктивным сопротивлением, а по пути 2 (черезподшипники и станину), имеющему значительно меньшее индуктивное сопротивление. Из-за малого сопротивления даже при малых значениях наведенной ЭДС токи по валу и подшипникам могут достигать нескольких тысяч ампер. Этот ток даже при меньших значениях вызвал бы повреждение червячных пар и подшипников турбины, а также под-

Рис. 4.7. Измерение напряжения для проверки состояния изоляции стула подшипника

шипников и вкладышей уплотнений генераторов. Поэтому у машин с горизонтальным валом под стул подшипника со стороны возбудителя и под подшипники возбудителя, а у вертикальных гидрогенераторов под лапы верхней крестовины устанавливаются изоляционные прокладки. Кроме того, подшипники изолируются от маслопроводов с установкой коротких участков труб с двумя изолированными фланцами, позволяющими контролировать состояние изоляции каждого маслопровода на работающей машине.

Сопротивление изоляции стула подшипника, измеренное перед сборкой подшипника, должно быть не менее 1 МОм, а для подпятников и подшипников гидрогенераторов — не менее 0,3 МОм. При работе генератора не реже чем 1 раз в месяц следует проверять по схеме рис. 4.7, не нарушена ли эта изоляция. При этом измеряется напряжение U\ на концах вала и Ui между изолированным стулом и плитой. При замере напряжения U2 сопротивление изоляции масляных пленок на подшипнике со стороны турбины и на том подшипнике, на котором производится измерение, закорачивают, как показано на рис. 4.7. Если напряжения U\ и

U2 равны, то изоляция стула подшипника исправна. Если же напряжение £/г равно нулю, то изоляция нарушена.

При работе паровой турбины вследствие трения лопаток последних ступеней ротора о пар происходит заряд ротора электричеством. Значение напряжения, которое может сообщить подобный заряд ротору, зависит от сопротивления изоляции масляной пленки подшипников и доходит до 800 В и выше. Напряжение, создаваемое зарядом ротора от пара, затрудняет обслуживание турбины, так как при прикосновении к валу, например при измерении частоты вращения ручным тахометром или при протирке деталей вблизи вала, персонал «бьет током». Искровые разряды электричества через масляную пленку повреждают поверхности червячных пар и выводят их из строя. Поэтому для отвода заряда с ротора турбины на его валу в доступном месте, а при отсутствии такой возможности и внутри корпуса подшипника устанавливается электрощетка, скользящая по валу и отводящая заряд на заземленный корпус. Обеспечение надежного контакта этой щетки с валом турбины не менее важно, чем поддержание в исправном состоянии изоляции подшипников.

Читайте также:  Для защиты от поражения электрическим током применяются изолирующие средства

Дата добавления: 2016-06-02 ; просмотров: 1694 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Защита подшипников от повреждений, вызванных прохождением электрического тока

Защита подшипников от повреждений, вызванных прохождением электрического тока

Электрически изолированные подшипники качения от компании NKE

ШТАЙЕР, Австрия, март 2015 г. Электрически изолированные подшипники качения кроме основных функций, присущих всем подшипникам, обладают также функцией электрической изоляции, которая встроена в подшипник и обеспечивает надежную защиту от прохождения через него электрического тока и предотвращает возникновение электрической эрозии материала подшипника. Типичные области применения таких подшипников включают электродвигатели, генераторы и другие электрические машины. Известный австрийский производитель подшипников качения, компания NKE Austria GmbH в своем ассортименте предлагает электрически изолированные подшипники качения в нескольких вариантах. В этом кратком экскурсе, Клаус Грисзенбергер, инженер-технолог компании NKE, объясняет причины прохождения электрического тока через подшипники качения, и рассказывает о симптомах повреждений подшипников и мерах противодействия этому, а также о свойствах и процессах производства электроизолированных подшипников.

Основной причиной прохождения электрического тока в подшипнике качения является разность электрических потенциалов между наружным и внутренним кольцом подшипника, которая приводит к повреждению дорожек и тел качения, а также существенно ухудшает эксплуатационные характеристики подшипника. Обычно протекание электрического тока или возникновение электрического разряда в подшипнике происходит в зоне контакта тел качения с дорожками качения на внутреннем или наружном кольце. Это, в свою очередь, вызывает точечное расплавление поверхности материала в месте прохождения электрического тока или возникновения электрической дуги в смазочной пленке, так называемые кратеры. В результате возникает питтинговая коррозия, перенос частиц материала и местные микроструктурные повреждения в результате теплового стресса. По крайней мере, возникает очень тонкий слой эродированной (изъеденной кратерами) поверхности, что делает её чрезвычайно жесткой и склонной к растрескиванию. Этот процесс называется электрической эрозией и часто негативно влияет на подшипник в электромеханических областях применениях, таких как генераторы и электродвигатели, а также машины, которые приводятся в действие электродвигателем, насосы и редукторы. Кроме того, электрический разряд в смазочной пленке оказывает негативное воздействие на смазку. Базовое масло и присадки, содержащиеся в смазке, окисляются, о чем свидетельствует характерный черный цвет смазки. Преждевременное старение смазочного материала необратимо уничтожает его способность по формированию разделительной смазочной пленки между металлическими поверхностями. Повреждённые рабочие поверхности подшипника и потеря своих свойств смазкой приводят к быстрой потере работоспособности подшипника и к полному выходу его из строя.

Возможные причины нежелательного прохождения электрического тока через подшипники качения

Основные причины электрических разрядов нам уже известны. Результатом протекания электрического тока через подшипник также может служить асимметрия магнитного потока электрической машины, которая порождает низкочастотные напряжения между валом и корпусом машины. Такое прохождение электрического тока также может возникнуть в результате использования неэкранированных несимметричных электрических кабелей при неэффективном заземлении машины. Другой причиной является использование преобразователей частоты для управления электроприводом, основанных на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), которые генерируют высокочастотные синфазные напряжения в электрической машине, что также приводит к прохождению тока через подшипники качения. Наконец, еще одной возможной причиной является электризация вала и корпуса машины во время её работы с последующим электрическим разрядом через подшипники качения.

Симптомы повреждений и возможные меры противодействия

Характерные признаки электрической эрозии представляют собой серые, потускневшие участки на поверхности дорожек качения и тел качения подшипника. Расплавление материала с образованием кратеров и следы, наподобие гофрированной бумаги, также являются признаками электрической эрозии и возникают, главным образом, на поверхности дорожек качения подшипника. Повреждения из-за тока электрического разряда обычно сопровождаются появлением повышенного уровня шума при работе подшипников.

Для предотвращения такого рода повреждений, необходимо электрически изолировать посадочное место подшипника в корпусе или на валу. Однако, это влечет за собой дополнительные изменения в конструкции окружающих деталей. Простым и экономичным решением в этом случае является использование электрически изолированных подшипников качения NKE. Поскольку основные размерные параметры и характеристики электрически изолированных подшипников идентичны соответствующим неизолированным моделям подшипников, то их замена не потребует никаких изменений в общей конструкции машины.

Свойства и применение электрически изолированных подшипников

Электрическая изоляция подшипников NKE, с суффиксом SQ77 в условном обозначении подшипника, обеспечивается нанесением на детали подшипника электрической изоляции на основе керамической оксидной пленки. Обзор различных вариантов нанесения изолирующей пленки приведены ниже. Предлагаемые NKE электрически изолированные подшипники обладают точно такими же габаритами и техническими характеристиками, как и соответствующие типы неизолированных подшипников.

Наиболее важным преимуществом этих электроизолированных подшипников является более высокая эксплуатационная надежность, которая обеспечивается оптимальной защитой от электрической эрозии. Производство электрически изолированных подшипников обходится намного дешевле, чем, например, электрическое изолирование корпуса машины и валов. Эти подшипники взаимозаменяемы с обычными подшипниками качения, благодаря идентичным основным размерам и техническим характеристикам. Подшипники также позволяют снизить риск их повреждений из-за прохождения электрического тока и продлить их срок службы по сравнению с обычными подшипниками, установленными в электрических машинах. Надлежащая установка этих подшипников гарантирует отсутствие риска повреждения изоляционного покрытия.

Читайте также:  Определение наличия блуждающих токов расценка в смете

Основной ассортимент электрически изолированных подшипников состоит из цилиндрических роликовых подшипников и радиальных шариковых подшипников, но и во все другие типы подшипников может быть добавлена функция электрической изоляции. Типичные области применения включают тяговые двигатели железнодорожного подвижного состава, общепромышленные электродвигатели и генераторы, особенно в сочетании с частотными преобразователями для управления приводами.

Процесс производства и принцип работы электроизолированных подшипников качения

В электрически изолированных подшипниках NKE изолирующее покрытие наносится на внешнее кольцо (суффикс SQ77 или SQ77C)

В электрически изолированных подшипниках NKE изолирующее покрытие наносится на внешнее кольцо (суффикс SQ77 или SQ77C) или в отверстие внутреннего кольца (суффикс SQ77E или SQ77H) с помощью плазменного распыления на основе технологии тонких пленок. Во время плазменного распыления, создается электрическая дуга между двумя электродами с соответствующей подачей газа. Плазменная струя служит средой для плавления и переноса с высокой скоростью мелкодисперсного порошка оксида алюминия (Аl2О3) на наружное или внутреннее кольцо подшипника. Для получения наиболее эффективного защитного диэлектрического покрытия, этим порошком также покрывают боковые грани кольца. В следующей финальной стадии этого процесса на изолирующий слой наносится защитная пленка, предохраняющая его от ударов и для предотвращения проникновение в него влаги.

Диэлектрический эффект изоляционного покрытия зависит от частоты напряжения, вызывающего прохождение вредных токов в подшипниках. В случае постоянного напряжения, электрически изолированный подшипник имеет определенное омическое сопротивление. Причем чем выше это сопротивление, тем ниже протекающий через подшипник электрический ток. Обычно величина сопротивления электроизолированных подшипников превышает 50 Мегаом, тем самым ограничивая протекающий ток до уровня, который не приводит к повреждению подшипника.

В случае переменного напряжения, на первый план выходит преимущество электроизолированного подшипника емкостного характера. Подшипник ведет себя примерно так, как в параллельной электрической цепи, состоящей из сопротивления и конденсатора с частотно-зависимым сопротивлением, называемом импедансом. Сопротивление определяет величину переменного тока, протекающего через подшипник для заданных значений напряжения и частоты. Здесь также сопротивление должно быть, как можно выше для того, чтобы снизить электрический ток до уровня, который не способен повредить подшипник.

Для достижения более высоких значений импеданса, сопротивление изоляционного слоя должно быть высоким, а его емкость должна быть низкой. Это может быть достигнуто путем увеличения толщины изоляционного покрытия и за счет сокращения общей площади изолируемой поверхности. Отсюда следует, что предпочтительно изолирующее покрытие нужно наносить на отверстие внутреннего кольца. Однако это покрытие обычно наносится на внешнюю поверхность наружного кольца из соображений экономии и из-за ограничений, накладываемых технологическим процессом нанесения покрытия. В большинстве случаев это все приводит к более чем адекватной защите от поражения подшипника электрической эрозией. Еще одним важным свойством покрытия является его электрическая прочность. В зависимости от версии, электрически изолированные подшипники NKE имеют электрическую прочность не менее 1000 В или 2000 В.

Автор: Клаус Грисзенбергер, инженер-технолог компании NKE Austria GmbH.

Кратеры на подшипниках Следы наподобие гофрированной бумаги на подшипниках

Прохождение электрического тока привело к образованию кратеров и следов наподобие гофрированной бумаги на внутреннем кольце подшипника качения и боковой поверхности качения цилиндрического роликового подшипника.

Нанесение изолизующего покрытия на подшипники NKE

О компании NKE Austria GmbH

NKE Austria GmbH

Компания «NKE Austria GmbH» является производителем высококачественных подшипников с центральным офисом в городе Штайер (Австрия). Компания была основана в 1996 г. группой ведущих сотрудников бывшей компании «Steyr Wälzlager». Сегодня компания NKE производит стандартные и специальные подшипники для всех отраслей промышленности. Основные сферы деятельности компании охватывают проектирование, разработку новой продукции, производство компонентов и сборку изделий, контроль качества продукции, логистику, продажи и маркетинг. Производственные мощности компании сосредоточены в г. Штайер. Завод компании сертифицирован по стандартам ISO 9001:2008 (проектирование, разработка, производство и реализация подшипников), а также по стандартам ISO 14001:2004 и OHSAS 18001.

Компания предлагает:

  • Широкий ассортимент стандартных подшипников
  • Подшипники, изготовленные по специальному заказу
  • Техническую поддержку потребителей (технические консультации, проектирование, послепродажное обслуживание, обучение и многое другое)

Сеть по сбыту продукции компании NKE насчитывает 15 международных представительств и свыше 240 дистрибьюторов в более чем 60 странах мира.

Источник

Паразитные токи в валу и подшипниках электрических машин

Содержание материала

  • Паразитные токи в валу и подшипниках электрических машин
  • Устранение паразитных токов
  • Проверка целости изоляции подшипников
  • Размагничивание вала

А. ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ПАРАЗИТНЫХ ТОКОВ
Паразитные токи в подшипниках электрических машин могут быть вызваны различными причинами. С этим явлением приходится встречаться главным образом в крупных синхронных машинах, реже — в асинхронных двигателях и машинах постоянного тока.
Токи в подшипниках опасны тем, что образующиеся в масляном слое между шейками вала и вкладышами маленькие электрические дуги разъедают поверхности шеек и вкладышей, перенося баббит на шейки вала, что вызывает чрезмерный нагрев подшипников и даже расплавление заливки вкладышей. Кроме этого, электрическое действие тока портит масло, вызывая его почернение. Это также увеличивает нагревание подшипников.
Такие же повреждения шеек валов и вкладышей могут быть и от других причин, неэлектрического характера; к ним следует отнести недоброкачественность баббитовой заливки, наличие воды в масле, кислотность масла, ненормальные условия работы вкладышей и т. д. Поэтому для установления действительной причины повреждений приходится чатсто применять метод последовательного исключения отдельных причин.
Ниже приводятся основные причины появления паразитных токов в валу и подшипниках.
1. Несимметрия магнитного поля машин. Из-за несимметрии магнитного поля может иметь место при вращении ротора пульсирующий поток в замкнутом контуре, образованном валом ротора / (рис. 1), подшипниками 2, фундаментной плитой 3 и масляными зазорами подшипников. Так как сопротивление этой цепи незначительно, то возникающая даже небольшая ЭДС вызывает в ней циркуляцию значительных токов. Индуктированная ЭДС может достичь нескольких десятых долей вольта, а иногда нескольких вольт. Если электрическая машина соединена с другой машиной, то вызванный указанной ЭДС ток может повредить подшипники или другие части второй машины.

Читайте также:  Наиболее опасный ток при напряжении до 500 вольт

Путь прохождения токов в подшипниках
Рис. 1. Путь прохождения токов в подшипниках
Рис. 2. Магнитные линии при наличии стыков в стали статора
Стыки в сегментах статорной стали
Рис. 3. Стыки в сегментах статорной стали
Рис. 4. Путь магнитных линий при неравномерном зазоре между ротором и статором

Асимметрия магнитного потока имеет место из-за чисто конструктивных недостатков или по причинам эксплуатационного характера. К конструктивным причинам относятся, например, наличие стыков в активной стали при разъемном статоре или наличие в последнем осевых вентиляционных каналов. При наличии стыков (рис. 2) число магнитных линий, замыкающихся через стыки (линии 2 и 4), может оказаться меньшим, чем число магнитных линий, замыкающихся через другие части системы (линии I и 3). Наличие стыков в сегментах статорной стали (рис. 3) может также служить причиной появления токов в подшипниках.
Причинами эксплуатационного характера являются, например, неравномерный зазор между ротором и статором или короткие замыкания в катушках полюсов, создающие магнитную асимметрию. При неравномерном зазоре (рис. 4) магнитные линии стремятся замкнуться по пути наименьшего сопротивления, охватывая вал ротора. При вращении ротора контур «вал — подшипники — плита» пронизывается переменным магнитным потоком и в нем индуктируется ЭДС.
2. Униполярная индукция. Токи в подшипниках могут возникнуть от продольного намагничивания вала синхронной машины при коротком замыкании части витков в одном из полюсов, вследствие чего часть магнитного потока замыкается через шейки вала, подшипники и фундаментную плиту. При вращении вала машины в результате униполярной индукции возникает местный постоянный ток, замыкающийся через шейку вала в подшипниках (рис. 5). Продольное намагничивание вала может произойти и от намагничивающего действия токоотводов, находящихся вблизи вала.
Мера, принимаемая обычно против подшипниковых токов,— изоляция подшипниковых стояков от фундаментной плиты — не препятствует протеканию местных токов от униполярной индукции.

Местный ток в шейке вала и подшипнике от униполярной индукции
Рис. 5. Местный ток в шейке вала и подшипнике от униполярной индукции
Короткое замыкание в обмотке ротора турбогенератора
Рис. 6. Короткое замыкание в обмотке ротора турбогенератора вследствие одновременного замыкания обмотки на корпус и заземления цепи возбуждения 1 — возбудитель; 2 и 3 — подшипники турбогенератора; 4 — изоляция подшипника
Для устранения или уменьшения токов от униполярной индукции следует размагнитить вал либо изменить расположение токоотводов.
3. Короткое замыкание в обмотке ротора (якоря) через подшипники. Это имеет место в случае замыкания обмотки ротора (якоря) на вал при одновременном заземлении во внешней цепи ротора. На рис. 6 показан такой случай для ротора турбогенератора. В результате замыкания обмотки ротора на его бочку в точке а и заземления цепи возбудителя / в точке б ток протекает через неизолированный подшипник 2 (путь тока показан стрелками).
В подобных случаях повреждение шеек вала и подшипниковых вкладышей может быть весьма значительным, что потребует немедленного ремонта.
4. Электрический заряд роторов турбогенераторов от действия пара на ротор турбины. При зарядке ротора турбины паром на валу роторов агрегата появляется высокое напряжение. Значение его зависит от состояния масляной пленки, через которую заряд стекает в землю. Между валом и подшипниками иногда наблюдается проскакивание искры. Измерение сопротивления изоляции подшипника показывает полную ее исправность. Напряжение же между валом и корпусом машины, если измерить его магнитоэлектрическим вольтметром с большим внутренним сопротивлением (200 кОм и больше), оказывается больше напряжения между кольцами ротора. Пики напряжения по осциллограммам достигают 400 В и более. Результаты измерения сильно зависят от внутреннего сопротивления вольтметра, которым производится измерение. При измерении вольтметром с меньшим сопротивлением напряжение понижается, а при включении лампы накаливания между валом и корпусом генератора показания вольтметра падают до нуля; лампа при этом не загорается. Несмотря на значительные напряжения от электростатических зарядов, вызываемый ими ток обычно не представляет опасности вследствие незначительной мощности источника.
Чтобы обслуживающий персонал не испытывал неприятного ощущения при соприкосновении с валом агрегата, рекомендуется установить на валу со стороны турбины щеточку, заземляемую через сопротивление порядка 100 Ом.
Из всех рассмотренных паразитных токов наибольшую опасность представляют токи вследствие несимметрии магнитного поля машины.

Источник