CC BY
5УДК 621.313.13
Д.С. Данилов, А.О. Рогожников
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: [email protected]
ПРОБЛЕМА ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ ИХ ДЛИТЕЛЬНОМ ЗАСТОЕ В УСЛОВИЯХ АГРЕССИВНОЙ СРЕДЫ
В данной статье проводится сравнение классического подхода к контролю сопротивления изоляции электродвигателей с автоматизированным устройством контроля. При измерении сопротивления изоляции на судах выявляются наиболее частые проблемы: старение изоляционного материала, появление в нем трещин; перетирание соединительных проводов; сквозная коррозия корпусов, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик при работе электроприводов, а также их пуске. Также следует отметить важную роль человека при взаимодействии с контрольно-измерительными приборами и электрическим оборудованием. При отказе электродвигателей их замена или ремонт являются экономически невыгодным решением, с точки зрения нерациональных растрат бюджета компании, в то время как можно разработать и внедрить более практичный вариант предпускового автоматического замера уровня сопротивления изоляции перед пуском электродвигателя для предотвращения и минимизации выхода из строя электрооборудования, что позволит сохранить больше средств для распределения на нужды судна по различным вахтенным службам.
Ключевые слова: микроконтроллер; сопротивление изоляции; сравнение цены устройства и электродвигателей.
D.S. Danilov, A.O. Rogozhnikov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
THE PROBLEM OF STARTING ELECTRIC MOTORS WITH THEIR PROLONGED STAGNATION IN AN AGGRESSIVE ENVIRONMENT
The classical approach to monitor the insulation resistance of electric motors with an automated monitoring device is compared in the article. When measuring insulation resistance on ships, the most common problems are identified as: aging of the insulating material, the appearance of cracks in it; chafing of connecting wires; rotting of housings, which leads to deterioration in performance characteristics during operation of electric drives, as well as their start-up. It should also be noted that humans play an important role when interacting with instrumentation and electrical equipment. If electric motors fail, their replacement or repair is an economically unprofitable solution from the point of view of irrational waste of the company's budget, while it is possible to develop and implement a more practical option for pre-start automatic measurement of the insulation resistance level before starting the electric motor, to prevent and minimize electrical equipment failure, which will save more funds for distribution for the ship needs among various watch services.
Key words: microcontroller; insulation resistance; device and electric motors price comparison.
Развитие судостроительной и судоремонтной отраслей является приоритетной государственной задачей. В соответствии с требованиями постановления Правительства Российской Федерации от 26 мая 2021 г. № 786 «О системе управления государственными программами Российской Федерации» сформирована новая структура государственных программ [1]. В рамках программы развития судостроения и судоремонта сформированы основные задачи:
- разработка и внедрение новых прорывных разработок, необходимых для создания морской, речной техники и техники для освоения шельфовых месторождений;
Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития
- развитие инжиниринга в судостроительной промышленности до уровня, сопоставимого с уровнем стран-лидеров судостроения.
Данное исследование направлено на внедрение современных инновационных и экономически обоснованных разработок систем защиты и управления ответственного электропривода.
Будучи практикантом-электриком нефтеналивного танкера «Сократ», компании «МОРТРАСТ», одному из авторов довелось быть свидетелем выхода из строя электродвигателя насоса ВРШ по причине пробоя изоляции, к/з, перегорания обмоток. Цена за перемотку трехфазного электропривода мощностью 50 кВт составила порядка 70 тыс. руб., а его замена покупкой аналога была бы существенно дороже, что могло быть предупреждено устройством предпускового замера сопротивления изоляции и последующего пуска при значении выше 500 кОм и его запрета при значении данного параметра изоляции ниже установленного.
В период промысла или же экспедиции суда находятся в различных сезонных погодных условиях: высокая и предельно низкая температура, сильная влажность и засуха, что может негативно сказываться на параметрах изоляции электрооборудования [2]. Также централизованный контроль сопротивления изоляции затруднен по причине разветвленности судовой сети и разнородности нагрузок. В связи с этим необходим местный контроль изоляции [3].
Наряду с контролем сопротивления изоляции необходимо отметить и человеческий фактор воздействия на судовые машины. Последствием некорректных действий человеческого фактора является ошибка, которая может завершиться поломкой механизма, главного или вспомогательного.
Около 10-15% всех отказов напрямую являются последствиями ошибок персонала, а общий процент негативного влияния звена «человек - машина» достигает 30%.
Абсолютное количество аварий составляло от 380 в 1980 г. до 120 в 2004 г., поломки и отказы судовых технических средств при этом составляли в среднем 32%. Отказы техники отмечены как нарушения правил технической эксплуатации (ПТЭ). Поскольку нарушения указаны в качестве причин аварийности, можно допустить, что они завершились поломкой или отказом техники. Одновременно необходимо учесть, что поломки произошли по вине человеческого фактора, т. к. нарушать установленные правила может только человек [4, 5].
Факторами, приводящими к технологическим нарушениям, являются игнорирование или неправильная реакция на работу предупредительной сигнализации на главном щите управления, недостаточный уровень знаний о причинах срабатывания релейной защиты и автоматики и принципа действий защит, пренебрежение использованием средств защиты, неправильное обращение с рабочими инструментами и нарушения при установке устройств переносного заземления [6].
Путем минимизации участия человека при взаимодействии с электрическими машинами во время предпусковых измерений сопротивления перед пуском в работу возможно сократить количество испорченных электроприводов. Возможно это сделать, собрав устройство по приемлемой цене для предпускового замера уровня сопротивления изоляции и автоматического пуска при удовлетворительных показаниях [7-9].
Цены электроприводов на рынке Петропавловска-Камчатского варьируются от 7 755 руб. до 20 413 руб. на электромоторы мощностью от 1,1 до 5,5 кВт в магазине «Снабкомплект».
В интернет-магазинах russian.alibaba.com, nauticexpo.com цены на электродвигатели мощностью от 1 кВт до 130 кВт варьируются от 8 100 руб. до 200 000 руб.
В таблице ниже приведены средние цены по рынку на электронные детали и компоненты для сборки устройства.
Список деталей для устройства по предупреждению опасного пуска в работу электродвигателя
Детали для устройства Количество, шт. Цена, руб.
Повышающий преобразователь напряжения 8000302 12 В в 450-500 1 659
Микроконтроллер марки «Arduino» модель UNO 3 1 341
Амперметр постоянного тока 85с1-а 1 731
Усилитель сигнала напряжения высокоточный AD620 1 438
Сопротивление на 9 Мом 1 70
Шунт прецизионным сопротивлением 1 Ом 1 10
Твердотельное реле до 480 В, с управляемым сигналом в 3-40 В, током до 50 А 6 3 000
Блок питания 12 В 1 953
Итого 6 202
Исходя из приведенных данных, можно сделать вывод, что цена устройства для автоматизированного пуска электродвигателя по предпусковому контролю сопротивления изоляции была бы почти в 12 раз дешевле, чем перемотка сгоревших обмоток двигателя, и почти в 18 раз дешевле, чем покупка новой электрической машины по средней стоимости на рынке от самого дорогого до самого дешевого.
Такое устройство является универсальным для любого типа двигателя, независимо от его характеристик. Весь контроль может осуществляться из ЦПУ, без отвлечения от контроля электрических параметров иного оборудования судна, что повысит безопасность мореплавания и понизит влияние человеческого фактора при эксплуатации судового электрооборудования [10].
Литература
1. Постановление Правительства Российской Федерации от 26 мая 2021 г. № 786 «О системе управления государственными программами Российской Федерации» // Собрание законодательства РФ. - 26.05.2023; в ред. от 02.08.2023.
2. Власов А.Б. Исследование изоляции судовых электрических машин в процессе эксплуатации и судоремонта. - Вестник МГТУ. - 2008. - Т.11, № 3. - С. 475-482.
3. Матвеев Ю.В. Контроль сопротивления изоляции судовых электроэнергетических систем с применением теории массового обслуживания. - Вестник МГТУ. - 2019. - Т. 22, № 4. - С. 496-502.
4. Соболенко А.Н., Турищев И.П., Гомзяков М.В., Москаленко О.В. Анализ технических отказов на рыбопромысловых судах в Дальневосточном регионе. - Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. - 2019. - № 3. - С. 48-55.
5. Белов О.А. Интегрированные системы технической диагностики электроустановок // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2013. - № 25. - С. 5-8.
6. Шиханов Р.А., Макашева С.И. Электробезопасность: современные тренды в вопросах подготовки персонала электроустановок // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. - 2023. -№ 1 (34). - С. 72-78.
7. Белов О.А., Богославский И.С., Преданцев Э.А. Оптимизация элементной базы системы автоматики золотоизвлекающей фабрики ЗАО «Тревожное зарево» // Наука, образование, инновации: пути развития: Материалы Седьмой всерос. науч.-практ. конф. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2016. - С. 112-114.
8. Белов О.А., Марченко А.А., Труднев С.Ю. Анализ расчетно-аналитических методов прикладных задач технической безопасности // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2015. - № 4. - С. 7-15.
9. Белов О.А. Аналитический обзор факторов эффективной эксплуатации морского транспорта // Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития: Материалы Междунар. науч.-техн. конф.: в 2-х частях. - 2019. - Ч. 1. - С. 5-9.
10. Белов О.А. Оценка технической готовности системы с учетом влияния человеческого фактора // Вестник Камчатского государственного технического университета. - 2014.- № 30. -С.11-16.
