Повышение эксплуатационной надежности электровозов за счет снижения увлажненности изоляции тяговых электродвигателей на основе электрокинетических явлений

Введение. В период года с преобладанием отрицательных значений температуры окружающего воздуха существует высокая вероятность пробоя изоляции тяговых электродвигателей электровозов, при этом неизбежно снижение эксплуатационной надежности электровоза в целом. Примерно в 70 % случаев пробои изоляции происходят из-за увлажнения обмоток и коллектора. Цель работы — исследование возможности повышения эксплуатационной надежности электровозов за счет снижения увлажненности изоляции коллекторных тяговых электродвигателей постоянного тока на основе электрокинетических явлений (электроосмоса) с отработкой фактических параметров процесса электроосмотической сушки.

Материалы и методы. Получены опытные данные на основе проведения испытаний на реальных тяговых электродвигателях в сервисном локомотивном депо. Для реализации технологии электроосмотической сушки применялось устройство для увлажнения обмоток и коллектора электродвигателя, разработанное авторами, а также штатные приборы для измерения сопротивления изоляции тяговых электродвигателей.

Результаты. Выполненные исследования показали, что электроосмотическую сушку целесообразно проводить при напряжении 3000 В; сушка эффективна при обдуве от электрокалориферных установок, совместное использование электроосмотической и электрокалориферной сушки за первые два-три часа повышает сопротивление изоляции на 20-40 %; электроосмотическая сушка показывает наибольшую скорость нарастания сопротивления изоляции при подключении ее к обмоткам с сопротивлением ниже 500 кОм; расход электроэнергии при использовании электроосмотической сушки совместно с электрокалориферной снижается на 60 %, а затраты времени — на 20 %.

Обсуждение и заключение. Технология сушки найдет применение в условиях сервисного локомотивного депо в цехах при проведении ТР-1 и при эксплуатации тягового электроподвижного состава в условиях низких значений температуры окружающего воздуха. Возможно применение сушки при горячем отстое электровозов, эффективность этого способа потребует опытного подтверждения. Применение предлагаемой технологии повышения сопротивления увлажненной изоляции позволит снизить количество отказов тяговых электродвигателей за счет использования электрокинетических явлений, обеспечивая повышение надежности электровозов.

1. Патент № 2661333 Российская Федерация, МПК Н02К 15/12 (2006.01). Способ сушки изоляции тяговых электродвигателей электровоза: № 2017109358: заявл. 20.03.2017: опубл. 16.07.2018 / Неустроев П. П., Шатравин К. М., Ушаков В. А.; патентообладатель ООО «Уральские локомотивы». 11 с. EDN: https://www.elibrary.ru/pfreul.

2. Патент № 2324278 Российская Федерация, МПК Н02К 15/12 (2006.01). Способ сушки изоляции электрических машин: № 2006143925: заявл. 11.12.2006: опубл. 10.05.2008 / Коноваленко Д. В., Упырь Р. Ю., Худоногов А. М. 4 с. EDN: https://www.elibrary.ru/zjeswd.

3. Everett D. H. Manual of symbols and terminology for physico-chemical quantities and units. Appendix II: Definitions, terminology and symbols in colloid and surface chemistry. Pure and Applied Chemistry. 1972;31(4):577-638. https://doi.org/10.1351/pac197231040577.

4. Немировский А. Е., Кичигина Г. А., Сергиевская И. Ю. Электроосмотическая сушка и влагозащита электрооборудования // Федоровские чтения —2017: XLVII Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы, Москва, 15—17 ноября 2017 г. М.: Издательский дом МЭИ, 2017. С. 166-170 EDN: https://www.elibrary.ru/xrdgod.

5. Устройство электроосмотической сушки изоляции обмоток электродвигателей 0,4 кВ для экспериментальных исследований / А.Е. Немировский [и др.] // Федоровские чтения—2020: L Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы, Москва, 17-20 ноября 2020 г. М.: Издательский дом МЭИ, 2020. С. 285-290 EDN: https://www.elibrary.ru/sqehwx.

6. Повышение эффективности электроосмотической сушки изоляции активной части трансформаторов / А. Е. Немировский [и др.] // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электро-технологии (ПЭЭЭ - 2017): V Всерос. науч.-техн. конф. (к 50-летнему юбилею кафедры «Электроснабжение и электротехника» Института энергетики и электротехники), Тольятти, 1-2 ноября 2017 г. Тольятти: Тольяттинский гос. ун-т, 2017. С. 399-407 EDN: https://www.elibrary.ru/zruckp.

7. Иванов А. В. Электроосмотическая влагозащита электро-двигателей // Электропитание. 2010. № 2. С. 63-64 EDN: https://www.elibrary.ru/yzmuoj.

8. Немировский А. Е., Бугаков В. Г., Мороз Н. К. Устройство электроосмотической сушки изоляции электродвигателей, анализирующее амплитудно-частотные характеристики тока электроосмоса // Сборник научных трудов института: в 2-х т. Вологда: Вологодский политехн. ин-т, 1998. Т. 1. С. 78-82 EDN: https:// www.elibrary.ru/ylouvs.

9. Кириллов С. В. Электроосмотическая сушка трансформаторов (опыт Мичуринской дистанции электроснабжения) // Локомотив. 2014. №1 (685). С. 46 EDN: https://www.elibrary.ru/ rzttfj.

10. Усков Я. А. Электроосмотическая сушка изоляции обмоток в трансформаторе // Материалы межрегиональной научной конференции X ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых, Вологда, 23 ноября 2016 г.: в 4 т. / Вологодский гос. ун-т. Вологда: Вологодский гос. ун-т, 2016. Т. 1. С. 54-58 EDN: https://www.elibrary.ru/yilrdv.

11. Mills I., Cvita T., Homann K., Kallay N., Kuchitsu K. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. Second ed. Oxford: International Union of Pure and Applied Chemistry; 1993. 165 p.

12. McNaught A. D., Wilkinson A. Compendium of Chemical Terminology. IUPAC Recommendations. Second ed. Hoboken: Blackwell Science; 1997. 464 p.

13. Delgado Angel V., Arroyo Francisko J. Electrokinetic Pheno-mena and Their Experimental Determination: An Overview. In: Delgado Angel V., ed. Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis. Boca Raton: CRC Press; 2002. p. 1-54. https://doi.org/10.1201/9781482294668.

14. Kijlstra J., van Leeuwen H. P., Lyklema J. Effects of surface conduction on the electrokinetic properties of colloids. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. 1992;88(23):3441-3449. https://doi.org/10.1039/ft9928803441.

15. Hunter R. J. Zeta Potential in Colloid Science. Principles and Applications. London: Academic Press; 1981. 386 p.