Эксплуатация электрических машин и аппаратуры - Условия эксплуатации и выбор электрооборудования

В сельскохозяйственном производстве широко применяют электродвигатели трехфазного переменного тока. Наиболее распространены асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, они просты и надежны в эксплуатации.
В сельских электроустановках асинхронные электродвигатели с фазным ротором следует использовать лишь для привода рабочих машин с большими маховыми массами (пилорамы) или в случаях регулирования скорости вращения (обкаточные стенды и т. п ).
Выбор конструкции и исполнения электродвигателей определяется условиями их эксплуатации. В сельском хозяйстве эксплуатируют двигатели общепромышленного назначения, изоляция которых рассчитана на работу в нормальных условиях. Относительная влажность окружающей среды для этих двигателей не должна превышать 75%, температура окружающей среды в пределах от —40° до +403 С.
В сельскохозяйственном производстве электродвигатели эксплуатируют в условиях повышенной влажности при наличии паров аммиака и других вредных примесей в атмосфере животноводческих помещений, в условиях запыленности (на мельницах и зернотоках).
Известно, что в животноводческих помещениях нередко бывает повышенная влажность, что резко уменьшает сопротивление изоляции в электродвигателях и может быть причиной преждевременного выхода их из строя. Концентрация паров аммиака в животноводческих помещениях иногда во много раз превышает норму и оказывает разрушающее влияние на изоляцию электрооборудования.
Запыленность помещений отрицательно влияет на условия охлаждения электродвигателей, из-за чего они перегреваются. Действие частиц пыли приводит к увеличению воздушного зазора между статором и ротором, что связано с уменьшением мощности электродвигателя.
Будучи гигроскопичной, пыль, оседающая на изоляцию и токоведущие части, увеличивает их увлажнение.
В зимний период изоляция электродвигателей, работающих на открытом воздухе (пилорамы, дробилки и т. п.), а также электродвигателей зерноочистительных машин, погрузчиков, транспортеров, хранящихся прямо на рабочих машинах под открытым небом, подвергается резким колебаниям температуры и влажности окружающего воздуха, что также сказывается на сроке службы этих электродвигателей.

Наиболее широко распространены в сельском хозяйстве асинхронные короткозамкнутые электродвигатели защищенного исполнения серий А и А2 и электродвигатели закрытого  исполнения серий АО и АО2.

Рис. 107. Нагрузочная диаграмма шнекового транспортера.
Электродвигатели защищенного исполнения (А и А2) следует устанавливать в сухих помещениях — механических и в столярных мастерских и т. п. Двигатели серий АО и А02 надо использовать в запыленных и загрязненных помещениях — на зернотоках, кормокухнях, фермах крупного рогатого скота и др. На складе нефтепродуктов устанавливают электродвигатели во взрывобезопасном исполнении.
В отдельных особенно тяжелых условиях эксплуатации оправдано применение электродвигателей в химостойком (АО2Х) и влагоморозостойком (АО2ВМС) исполнении.
При выборе типа двигателя предпочтение отдают быстроходным электродвигателям с более высоким к. п. д.
Надежная и экономичная работа электродвигателя в значительной степени определяется правильным выбором его мощности. Эта мощность должна быть близка к ожидаемой нагрузке. Недогрузка асинхронных электродвигателей существенно снижает их технико-экономические показатели, значительно падают к. п д. и соsφ машин. Недогрузка наиболее отрицательно влияет на показатели двигателей малой мощности. Снижение коэффициента мощности вызывает загрузку сети реактивным током, недоиспользование установленных мощностей питающих трансформаторов и генераторов, увеличение потерь в линиях.
Снижение установленной мощности электродвигателя по сравнению с требуемой влечет за собой перегрев отдельных его частей и преждевременный выход двигателя из строя.
Потребные мощности наиболее распространенных сельскохозяйственных машин показаны в таблице 2.
Правильность выбора мощности электродвигателя может быть проверена снятием графика нагрузки. Графики нагрузки снимают амперметром в цепи статора или токоизмерительными клещами типа Ц-30. Обычно нагрузка основных сельскохозяйственных машин постоянного характера (рис. 107), проверка степени загрузки электродвигателя не затруднительна.

 Однако в хозяйствах есть и машины с резко переменной нагрузкой — дробилки, пилорамы и т. п.

Рис. 108. Нагрузочная диаграмма ДКУ.
Нагрузка дробилки ДКУ при обработке различного сырья колеблется от 4 до 30 кВт. В этом случае степень загрузки необходимо определять по методу эквивалентного тока:

где Iэ — эквивалентный ток двигателя, а;
Iп — значение тока при времени tn (рис. 108).
Номинальный ток электродвигателя должен быть несколько больше полученного из формулы эквивалентного тока.
Таблица 2

Для обеспечения нормальной загрузки крупных электродвигателей, работающих в особо тяжелых условиях, необходимо устанавлbвать амперметр в цепь статора. Регулируя величину загрузки рабочей машины, можно обеспечить длительную работу электродвигателя.
При выборе пускозащитной аппаратуры к электродвигателям предпочтение следует отдавать магнитным пускателям, у них следующие преимущества перед рубильниками. Они обеспечивают: дистанционное управление электроустановкой;
нулевую защиту, то есть защиту от исчезновения напряжения в сети или его значительного снижения;
защиту от перегрузок с использованием тепловых реле.
Электропромышленность изготовляет магнитные пускатели типа ПМЕ и ПА. они могут быть рекомендованы для эксплуатации в сельском хозяйстве.
Пускатели типа ПМЕ рассчитаны для работы при температуре окружающего воздуха от —40 до 4-40° С, относительной влажности не более 90% при 20° и не более 50% при 40° С.
Магнитные пускатели серии ПМЕ для электродвигателей небольшой мощности можно выбирать по таблице 3.
Таблица 3

Заводы изготовляют пускатели этой серии открытыми, защищенными и пылебрызгонепроницаемыми.
Характеристика нагревательных элементов к этим пускателям дана в приложении 26 В качестве пускозащитной аппаратуры к более мощным электрическим двигателям используют магнитные пускатели серии ПА.
Величину магнитного пускателя (габариты) выбирают с учетом мощности управляемого электродвигателя (табл. 4).
Таблица 4

Обозначения пускателей этой серии несколько отличаются от обозначений пускателей серии П:
ПА — серия; первая цифра — габарит (3, 4, 5, 6); вторая цифра — исполнение (1 — открытое, 2 — защищенное, 3 — пылезащищенное, 4 — пылебрызгонепроницаемое); последняя цифра — наличие тепловых реле и функции пускателя (1 — нереверсивный без реле, 2 — нереверсивный с реле, 3 — реверсивный без реле, 4 — реверсивный с реле).
Например, ПА-344 означает магнитный пускатель третьей величины, пылебрызгонепроницаемого исполнения, реверсивный, с встроенными тепловыми реле.
Характеристика тепловых реле для пускателей этой серии указана в приложении.
Для электродвигателей с номинальными токами до 50 а можно использовать автоматические выключатели типа АП-50. Для защиты от перегрузок их снабжают тепловыми расцепителями, для защиты от коротких замыканий — электромагнитными. Тепловой расцепитель можно устанавливать на различные токи срабатывания.
В качестве пусковой аппаратуры для электродвигателей мощностью до 4,5 кВт используют нажимные (ручные) пускатели типа ПНВ-30 (32 или 34), представляющие собой небольшой рубильник закрытого типа, ножи которого включаются и выключаются при нажатии соответствующей кнопки. Первая цифра означает трехполюсный; вторая 0 — открытого исполнения; 2 — защищенного; 4 — пылеводонепроницаемого.

В сухих непыльных помещениях применяют рубильники, пакетные выключатели и переключатели, которые выбирают по номинальному току электроустановки. При этом токи короткого замыкания разрываются предохранителями.
Для электродвигателей с короткозамкнутым ротором плавкий предохранитель выбирают по формуле:

где Iпуск — пусковой ток электродвигателя а, который в 4—6 раз
больше поминального.
При тяжелых условиях пуска (электродвигатель центрифуги) приходится завышать ток предохранителя, то есть знаменатель дроби берут меньше (1,6—2). Некоторые сведения по предохранителям даны в приложении.
Для сельскохозяйственных производственных помещений с нормальными условиями среды можно рекомендовать следующие пусковые и защитные аппараты:
автоматические выключатели серии АП-50 защищенного исполнения (АП-50-ЗТМ), рубильники серки РБ открытого исполнения (РБ21, РБ22, РБ31, РБ32) для установки в шкафах и ящиках, пакетные выключатели серии ВПК защищенного исполнения (ВПК2- 10, ВПКЗ-10, ВПКЗ-25), пакетные выключатели серии ПВ открытого исполнения (ПВЗ-10, ПВЗ-25, ПВЗ-60, ПВЗ-100), резьбовые предохранители серии ПРС защищенного исполнения (ПРС-10, ПРС-25, ПРС-60, ПРС-100), предохранители серий НПН и ПН-2 открытого исполнения для установки в шкафах и ящиках (НПН-15, НПН-60, ПН2-100, ПН2-250), магнитные пускатели серий ПМЕ и ПА защищенного исполнения и открытого исполнения для установки в шкафах и ящиках, пускатели серии ПНВ защищенного исполнения.
В сельскохозяйственных помещениях с влажностью до 100% при отсутствии в воздухе примесей аммиака следует использовать автоматические выключатели АП-50 в пыленепроницаемом исполнении. Аппаратуру открытого исполнения устанавливают в ящиках и шкафах пылеводозащитного исполнения, магнитные пускатели серии ПМЕ используют в пылебрызгонепроницаемом исполнении и серии ПА в пылезащищенном исполнении.
В сырых и особо сырых производственных помещениях при наличии в воздухе аммиака в количестве до 0,09 г/м3 следует использовать:
автоматические выключатели АП-50 пыленепроницаемого тропического исполнения (АП-50Т-ЗМТ), магнитные пускатели серии ПМЕ открытого и защищенного тропического исполнения (ПМЕ-000Т, ПМЕ-100Т, ПМЕ-200Т), магнитные пускатели серии ПА открытого и пылезащищенного тропического исполнения (ПА-310Т и др.), пакетные выключатели серии ГПВ герметизированного тропического исполнения (ГПВЗ-10Т, ГПВЗ-25Т, ГПВЗ-60Т).
Для наружной установки (под навесом) следует использовать автоматические выключатели серии АП-50 в пыленепроницаемом исполнении, рубильники и предохранители для установки в шкафах пылеводонепроницаемого исполнении, магнитные пускатели серий ПME и ПА в пылебрызгонепроницаемом исполнении.
При выборе кабелей и проводов необходимо учитывать, что допустимую токовую нагрузку на провод (кабель) определяют из соотношения:
где Iнд — длительно допустимая токовая нагрузка на провод (кабель) при нормальных условиях прокладки.
Значения токовых нагрузок проводов и кабелей указаны в приложениях.
— поправочный коэффициент, учитывающий изменение условии прокладки проводов и кабелей и фактическую температуру окружающей среды.
Нормальная температура окружающей среды при прокладке проводов и кабелей на воздухе +25 и при прокладке кабелей в земле или в воде +15°С.
При фактической температуре воздуха или земли поправочный коэффициент определяют в зависимости от нормированной температуры проводов или жил кабелей.
Для проводов с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией и для кабелей в свинцовой или полихлорвиниловой оболочке с резиновой изоляцией допустимая температура нагрева жил 4-55°, для голых проводов +70° С.
Для голых проводов поправочный коэффициент на фактическую температуру рекомендуется применять только в случаях значительного отклонения температуры от нормальной.
Действительная потеря напряжения в проводах и кабелях, выбранных из условий нагрева, не должна превышать допустимой потери напряжения. Допустимую потерю определяют с учетом действующих норм отклонениями напряжения на зажимах в сети потребления энергии.
Таблица 5

В сельских электросетях напряжение на зажимах токоприемников не должно повышаться больше чем на +7,5% и снижаться больше —7,5% от номинального напряжения сети.
Электрическую сеть проектируют так, чтобы отклонения напряжения при максимальной нагрузке не превосходили —7,5%, а при минимальной нагрузке, которую принимают равной 0,25 от максимальной, не превосходили +7,5%.
Для определения допустимой потери напряжения составляют таблицы отклонений напряжения для всех элементов сети, начиная от источника электроснабжения и кончая потребителем. Примером может быть таблица 5.
Как видно, допустимая потеря напряжения в низковольтной сети 4,5% от номинального напряжения сети.
Для определения потери напряжения в проводах линии используют выражение:

где U — потери напряжения, в;
I— ток в линии, а;
l — длина линии, км;
r — активное сопротивление 1 км провода или жилы кабеля, omIkmIcm, приложение 41; х — индуктивное сопротивление 1 км провода или жилы кабеля, от/км;
cosφ — коэффициент мощности.
В практических расчетах индуктивное сопротивление кабельных линий можно принимать равным 0,07—0,08 Ом/км, воздушных при напряжении выше 1000 в — 0,4 Ом/км, а при напряжении до 1000 в — 0,3 Ом/км.
Потерн напряжения в трансформаторах принимают равными 4—5% при 100%-ной загрузке и 1—1,2590 при нагрузке 2590.
Надбавки на трансформаторах берут соответственно отпайкам обмотки высшего напряжения.
Определенную по приведенной формуле действительную потерю напряжения сравнивают с допустимой.
Если действительная потеря напряжения превышает допустимую, необходимо увеличить сечение провода или жилы кабеля.
Области применения различных проводов и кабелей, рекомендуемых для использования в сельском хозяйстве, указаны в таблице 6.