Характеристика испытаний электрических машин на надежность

Виды испытаний.

Различают два вида испытаний на надежность — контрольные и определительные. Эти испытания проводятся на образцах, отобранных из серийно изготовленных электрических машин и трансформаторов, а в случае единичного производства — из изготовленных по типовой для предприятия технологии.
Контрольные испытания проводятся в целях определения соответствия количественных показателей надежности требованиям нормативных документов, технических условий или задания. Периодичность их проведения установлена стандартами на данное техническое изделие. Контрольные испытания проводятся выборочно, поэтому при принятии решения возможны ошибки первого рода, когда хорошая партия бракуется, и второго рода, когда плохая партия принимается. Вероятность ошибки первого рода а называется риском изготовителя, а вероятность ошибки второго рода р — риском заказчика (потребителя).
Определительные испытания проводят для вновь производимых изделий или после их модернизации. Они проводятся для нахождения фактических количественных показателей надежности. Кроме того, при определительных испытаниях можно оценить правильность принятых математических моделей надежности соответствующих изделий. Результаты определительных испытаний служат для оценки соответствия фактических показателей надежности техническим условиям.
Ресурс электрических машин составляет 20...50 тыс. ч, поэтому испытания на надежность могут затянуться на 5... 10 лет. Для сокращения сроков испытаний используются форсированные методы, однако при этом должно быть найдено соответствие (определены коэффициенты ускорения) между испытаниями в нормальных условиях и форсированными (ускоренными) испытаниями. В этих целях проводят исследования по определению коэффициентов ускорения, т.е. отношения времени испытаний в обычных условиях (гн) ко времени испытания в форсированных (ускоренных) режимах (/у).

Определение коэффициента ускорения:
1  — при ускоренных испытаниях; 2 — при испытаниях и нормальных условиях

При этом должно выполняться условие равенства значений вероятностей безотказной работы в обоих случаях, т.е. к = tH/ty
Основное требование, предъявляемое к ускоренным испытаниям, это идентичность процессов старения и износа по отношению к нормальным условиям, что в свою очередь означает идентичность законов распределения. Для этого необходимо знать функциональные зависимости коэффициентов ускорения ку и форсирования воздействующих факторов а также значение максимально возможных (с точки зрения сохранения адекватности физики процессов старения) коэффициентов ускорения.  Таким образом, в зависимости от сроков и возможностей испытания можно проводить их как в нормальных условиях, так и в ускоренных режимах, основываясь на знании коэффициентов ускорения.

Контрольные испытания.

Различают три основных метода проведения контрольных испытаний (вне зависимости от уровня форсирования): однократной и двукратной выборки и последовательного анализа.
В некоторых случаях проводятся ускоренные контрольные испытания в нормальных условиях. Эти испытания базируются на известной математической модели процесса. Методы контрольных испытаний определены ГОСТ 27.410—87** «Надежность в технике. Методы и планы статистического контроля показателей надежности по альтернативному признаку» и ГОСТ 27.411 — 81 «Надежность в технике. Одноступенчатые планы контроля по альтернативному признаку при распределении времени безотказной работы по закону Вейбулла».

Легче всего планируются контрольные испытания по методу однократной выборки, однако с точки зрения объема выборки изделий, необходимых для проведения испытаний, этот метод наименее экономичен. Контроль по методу двукратной выборки более экономичен, но это преимущество проявляется лишь при контроле больших партий с очень низкой или очень высокой надежностью. Однако в этом случае обработка результатов более трудоемка чем при одиночном контроле, поэтому метод двукратной выборки используется редко. Наиболее экономичным является метод последовательного анализа, при использовании которого средний объем выборки составляет 50... 70 % от объема при однократной выборке, но при несколько большем времени испытаний (этот недостаток можно устранить путем рациональной их организации).
Содержание контрольных испытаний на надежность в самом общем случае включает перечень показателей надежности, подлежащих контролю. Кроме того, для определения каждого конкретного показателя надежности необходимы следующие данные: приемочный Ра и браковочный Р уровни вероятностей безотказной работы, риски заказчика (3 и изготовителя а, метод проведения испытаний, план испытаний, перечень параметров, характеризующих состояние изделия, условия испытаний (значения воздействующих факторов, их последовательность, продолжительность и т.д.) и решающее правило. Основой при планировании контрольных испытаний являются таблицы зависимости уровня подтверждаемой вероятности безотказной работы от объема выборки и приемочного числа. Эти таблицы составляются на базе гипергеометрического закона распределения.
Возможен упрощенный план испытаний. В этом случае исходными данными являются число допустимых отказов с (приемочное число за время / испытаний); вероятность безотказной работы Р зв время / и риск заказчика р. Перед испытаниями проводят приработку машин (обычно в течение 100 ч), причем вышедшие из строя машины заменяют новыми. Иногда в целях сокращения объема выборки увеличивают продолжительность испытаний. Число с выбирают небольшим, чтобы не увеличивать объем выборки п, который определяют по табл.
В результате испытаний число отказов d должно быть не больше приемочного числа, т.е. d<c (решающее правило). Если решающее правило не выполняется (d > с), то результаты испытаний признаются отрицательными, т.е. данная партия машин не удовлетворяет заданным показателям надежности.
Ускоренные испытания в нормальных режимах проводят следующим образом. Допустим, что изделие (обычно это усилитель, преобразователь или коллекторный узел) характеризуется параметрическими отказами и имеет непрерывную характеристику «вход—выход». В качестве примера представим зависимость выходного параметра в функции времени:

Объем выборки л для р= 0,1

Таблица 7.2
Объем выборки л для р = 0,2

Таблица 7.3
Объем выборки л для р = 0.3

Для ускоренных испытаний устанавливают более узкие пределы отклонения 6' = б //л, где т = 1,5 ...5,0. Следовательно, среднее время /у, необходимое для достижения 5', будет меньше /н, а его значение можно найти из выражения (7.10).
Методика контрольных испытаний на надежность рассчитана на подтверждение вероятности безотказной работы изделия P(t) за время /, заданное в технических условиях. Комплектование выборка производится методом случайных чисел с использованием соответствующих таблиц. Методика позволяет сократить время испытаний за счет форсирования воздействующих на износ машины факторов во время испытаний (в случае ускоренных испытаний).

Планирование испытаний.

Образцы изделий для испытаний отбираются из числа принятых техническим контролем завода с обязательным прохождением приработки. Испытания рекомендуется проводить круглосуточно в форсированном режиме. Во время испытаний проводятся регламентные и профилактические работы, предусмотренные инструкциями по эксплуатации.
Задают приемочное число с и по табл. при известной из технических условий вероятности P^(t) безотказной работы за время t для соответствующего значения р определяют необходимый для испытаний объем выборки л, комплектующейся по таблице случайных чисел.
Пусть необходимо подтвердить Pit) = i) = 0,9 при р = 0,3 за t = 5000 ч. Тогда по табл. 7.3 для р = 0,3 при с = 0 и Р (/) = 0,9 находим, что объем выборки п = 12.
Все изделия, входящие в объем выборки л, испытывают в течение времени /и и по результатам испытаний делают вывод о соответствии данной партии машин заданным показателям надежности. Если число отказов при испытаниях d < с, то результат признается положительным, если d> с — отрицательным.
В случае отрицательного результата иногда удается подтвердить заданные показатели надежности партии, для чего необходимо изменить план испытаний. Пусть для предыдущего случая число отказов d = I (d > с). Изменим план испытаний, приняв с{ - I. Тогда по табл. 7.3 найдем новое значение пх = 24. Проводим испытания новых изделий (/;, - п = 12) в течение времени Если за это время ни одно изделие не отказало, то результаты испытаний следует считать положительными, поскольку выполнено решающее правило для второго плана испытаний (с, = d).
Если предприятие не располагает необходимым для испытаний объемом выборки л, то необходимо увеличивать время испытаний /н, поскольку при этом объем выборки уменьшается по сравнению с заданным (г, > г).
Ускоренные испытания являются циклическими. Уровни воздействующих факторов выбираются так, чтобы обеспечить заданный коэффициент ускорения. Значение коэффициента ускорения задается в зависимости от интервала варьирования воздействующих факторов, предполагаемой продолжительности испытаний и возможностей его реализации на данном предприятии. Одна из методик проведения промышленных ускоренных испытаний асинхронных двигателей определена ГОСТ 16709—71 «Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные трехфазные крановые. Методы определения средней наработки до отказа и вероятности безотказной работы».
Определительные испытания, как и контрольные могут проводиться в нормальных режимах или ускоренно. Поскольку при определительных испытаниях необходимо рассчитать неизвестную вероятность безотказной работы Р или найти закон распределения отказов, их длительность превышает длительность контрольных испытаний. В ряде случаев можно продолжить контрольные испытания до отказа всех машин выборки (d = л)» переводя их тем самым в разряд определительных.

При определении закона распределения отказов испытания проводятся до выхода из строя всех машин (d= п). При этом фиксируется время наработки каждой из машин выборки п. Далее строится экспериментальная гистограмма частоты отказов в функции времени, по которой с помощью критериев согласия определяется закон распределения отказов.
Практические вопросы

1. Как установить щетки на геометрической нейтрали машины постоянного тока?
2. Какие существуют методы определения области безыскровой работы?
3. Что означает отклонение средней линии области безыскровой работы вверх (вниз) от оси абсцисс?

4  Как установить ротор синхронной машины в положение, при котором поток реакции якоря направлен по продольной (поперечной) оси?

1. В чем заключается сущность методов определения максимального вращающего момента асинхронного двигателя?
2. Какие существуют виды испытаний на надежность и какие цели ставятся при их проведении?
3. В каком случае результаты контрольных испытаний на надежность считаются положительными?

Транспортирование и хранение электрических машин
С завода-изготовителя оборудование, как правило, поступает заказчику в упаковке, предохраняющей его от воздействия окружающей среды в процессе транспортирования и хранения.  Первую Группу составляют склады, в которых обеспечиваются достаточно комфортные (легкие) условия хранения оборудования (группа А) вторую группу — склады, обеспечивающие менее комфортные (средние) условия хранения (группа С), третью и четвертую группы - склады, обеспечивающие достаточно жесткие (группа Ж) и особо жесткие (группа ОЖ) условия хранения оборудования. При этом группа А имеет три подгруппы хранения (1; 1.1 и 1.2), группа Ж — три подгруппы (Ж1, Ж2 и ЖЗ), группа ОЖ — четыре (ОЖ1, ОЖ2, ОЖЗ и ОЖ4).
В инструкциях завода-изготовителя указываются допустимые условия и предельный срок хранения оборудования, при которых не нарушается его работоспособность. Поэтому перед приемкой на хранение следует проверить сохранность упаковки (консервации) и в случае необходимости восстановить ее, а также проверить комплектность поступившего оборудования и соответствие условий его хранения требованиям завода-изготовителя. Нарушение условий хранения может привести к повреждению отдельных элементов оборудования, связанному с коррозией его металлических деталей, окислением контактных поверхностей и др. Естественно, допускается изменение условий хранения на более легкие по сравнению с предусмотренными заводом-изготовителем.
Электрические машины на период транспортирования и хранения консервируют для защиты от коррозии. Консервации подвергаются поверхности изделий из черных и цветных металлов, а также резьбовые и штифтовые отверстия, из которых вынуты болты и штифты. В зависимости от материала и конфигурации защищаемых поверхностей для консервации могут применяться пластичные и жидкие смазки, легкоснимаемые лакокрасочные покрытия, парафинированная бумага, синтетические пленки и др.

Рис. 1. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (степень зашито 1Р44Л способ охлаждения IC0141, способ монтажа IM1001):
1 — станина; 2 рым болт; 3 — сердечник статора; 4 — сердечник ротора: 5 —  кожух: 6 и 10 — подшипниковые шиты; 7— вентилятор; 8~ балансировочный  грузик; 9 м 13— подшипники; 11 — вал ротора; 12— шпонка; 14 вентиляционная лопатка; 75 — короткозамыкаюшее кольцо; 16 — лобовая часть обмотки статора

 
По условиям транспортирования и хранения электрические машины можно условно разбить на два конструктивных типа: машины со шитовыми (рис. 1) и со стояковыми (рис. 2) подшипниками. У машин первого типа подшипниковый узел встроен в корпус машины и она может транспортироваться в собранном виде. Как правило, в этом случае используются подшипники качения. У машин второго типа подшипники расположены вне корпуса машины в своих собственных корпусах. В большинстве случаев здесь используются подшипники скольжения. Машины первого типа, как правило, транспортируются и хранятся в собранном виде, машины второго типа — разобранными на отдельные узлы. При транспортировании (особенно на большие расстояния) особое внимание должно быть уделено сохранности подшипников качения, поскольку из-за вибрации и ударов может происходить их бринеллирование (появление лунок на дорожках качения) и наклеп. Поэтому при транспортировании по железной дороге машины рекомендуется устанавливать поперек платформы.

Рис. 2. Синхронный генератор (степень зашиты 1Р22, способ охлаждения IC01, способ монтажа FM7312):
1 — вал; 2 и 3 — головка и стояк подшипника: 4 — кожух, 5 корпус; 6 и 8 — сердечник и обмотка статора; 7— шпилька; 9 — полюс; 10— лопатка вентиля тора; 11 крестовина ротора: 12 — контактные кольца; 13 — клиноременная передача; 14 — возбудитель

Синхронные машины и асинхронные двигатели с фазным ротором в собранном виде обычно хранятся на складах группы Л в районах с умеренным климатом и на складах группы Ж3 — в районах с тропическим климатом, асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором хранятся в собранном виде на складах групп С и ЖЗ, машины постоянного тока — в собранном виде на складах групп Л и ЖЗ.
Статоры крупных машин переменного тока, магнитные системы крупных машин постоянного тока, кожухи, шиты, маховики и вентиляторы хранят на складах групп С и ЖЗ, стояковые подшипники, роторы крупных электрических машин, аппараты и шиты управления — на складах групп Л и ЖЗ, фундаментные плиты — на складах групп Ж2 и ОЖ2.
Масляные трансформаторы и маслонаполненные электрические аппараты отправляются заводом-изготовителем полностью собранными и залитыми маслом. Крупные высоковольтные трансформаторы отправляются частично демонтированными (без расширителя и высоковольтных вводов), залитыми маслом ниже крышки. Надмаслянное пространство внутри бака заполняется инертным газом или сухим воздухом.
Масляные трансформаторы, а также демонтированные на время транспортирования крупные узлы и детали (расширитель, выхлопная труба, маслоочистительные и термосифонные фильтры и т. п.) транспортируются без упаковки на открытых железнодорожных платформах. Они должны быть надежно защищены от попадания влаги на всех этапах перевозки вплоть до монтажа на месте установки. Вводы напряжением до 35 кВ, комплектующая аппаратура и приборы, система охлаждения, крепежные изделия и запасные части отправляют упакованными вместе с трансформатором, Маслонаполненные вводы класса напряжения 66 ..750 кВ транспортируют на место установки трансформатора в упаковке завода- изготовителя вводов.
Сухие трансформаторы и электрические аппараты транспортируются в собственной упаковке, гарантирующей их сохранность от механических повреждений и непосредственного воздействия влаги при транспортировании и хранении.
После доставки масляного трансформатора к месту хранения (но не более чем через 10 дней) проверяют состояние изоляции трансформатора и проводят его подготовку к монтажу или дли тельному хранению. При длительном нахождении активной части трансформатора без масла состояние изоляции ухудшается, а вое становление ее характеристик требует значительного времени и материальных затрат.
Уровень масла в расширителе трансформаторов, транспортируемых с полностью залиты маслом, должен находиться в пределах контролируемого уровня по маслоуказателю. Пробивное напряжение масла марки i К в баке трансформатора должно быть не ниже 50 кВ/мм, тангенс угла потерь (tg б) — не более 0,02 при 70 С Пробивное напряжение масла в баке контактора устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) должно быть не менее 45 кВ/мм, влагосодержание — не более 0,0025 %. При удовлетворительных результатах проверки свойств масла трансформатор разрешается хранить до начала монтажа без ограничения срока.
У трансформаторов, не полностью залитых маслом, проверяется герметичность надмаслянного пространства, пробивное напряжение, tg 5 и содержание влаги в масле, а также параметры масла в баке контактора устройства РПН Характеристики масла должны соответствовать указанным ранее требованиям. При отсутствии избыточного давления или вакуума бак проверяют на герметичность и при необходимости герметичность восстанавливается.   Если при проверках выявляются отклонения от норм, принимают меры по устранению причин, приведших к ухудшению состояния изоляции, и ускорению монтажа трансформатора.   Сами силовые трансформаторы, а также трансформаторы тока должны храниться под навесом (группа ОЖ4) в собственных кожухах герметически закрытых и залитых маслом. Комплектующая аппаратура, крепеж, специальный инструмент, сухие вводы напряжением ..35 кВ хранят в заводской упаковке в закрытом сухом помещении (гр ЖЗ). Маслонаполненные вводы хранят в вертикальном положении и следят за отсутствием течи и нормальным уровнем масла по маслоуказателю.
Оборудование маслоохладителей обычно размещают под навесом на открытом воздухе (группа ОЖ4), при этом охладители и термосифонные фильтры должны иметь заглушки на фланцах. Вентиляторы и электрические двигатели с соответствующей консервацией хранят в ящиках.
Сроки хранения оборудования должны быть сведены к минимуму поскольку время хранения увеличивает стоимость и входит в гарантийный срок. Идеальным вариантом является монтаж «с колес», при котором оборудование поступает с завода-изготовителя прямо на монтажную площадку, минуя стадию хранения.