книги из ГПНТБ / Лившиц, П. С. Скользящий контакт электрических машин (свойства, характеристики, эксплуатация)

делий к конкретным условиям их использования и по оценке обеспечиваемых ими эксплуатационных характе­ ристик. Среди последних наиболее полно будет анали­ зироваться характеристика скорости изнашивания элек­ трощеток, поскольку сам факт ее получения свидетель­ ствует о том, что большинство других показателей ра­ боты скользящего контакта удовлетворяет предъявляе­ мым к ним требованиям.

Скорость изнашивания электрощетки г/щ, вычисляе­ мая как отношение величины ее абсолютного износа Д/гщ к промежутку времени ДГ, в течение которого этот износ образовался достаточно полно, характеризует из­ носоустойчивость отдельного электроугольного изделия. Для целей практики подобная оценка является недоста­ точной; здесь необходимо располагать сведениями об износе всех используемых в тех или иных условиях элек­ трощеток. Значения и щ всех этих электрощеток распре­ делены по закону, описываемому уравнением (1-1). Сле­ довательно, для оценки износа всех используемых в изу­ чаемых условиях электроугольных изделий можно вос­ пользоваться параметрами расположения и рассеяния соответствующего распределения. Параметром располо­ жения распределения является величина средней скоро­ сти изнашивания электрощеток г;щ ; параметром рассея­ ния распределения служит величина среднего квадратического отклонения о, *„щ . Значение этих двух параметров позволяет вычислить весьма важную для практи­ ческих целей максимально возможную величину скоро­ сти изнашивания электрощетки:

^щ.макс = = : ~\~ Зз^щ .

Последняя используется в расчетах показателей на­ дежности и долговечности электроугольных изделий.

Щетки для машин электрических станций и подстан­ ций. Производство электроэнергии в нашей стране со­ средоточено на крупных электрических станциях, где в качестве основных агрегатов используются синхронные турбо- и гидрогенераторы. С помощью первых произво­ дится около 80% всей вырабатываемой в СССР элек-

* Доказательство излагаемых здесь положений о законе распре­

электрощеток, дающих фактические сведения для вычисления зна­ чений г?щ и 0„щ, подробно изложено в [Л. 1-4].

150

Т а б л и ц а 9-1

троэнергии. Остальные 20% приходятся на долю гидро­ генераторов. Современные турбогенераторы проектиру­ ются и работают при частоте вращения 3 000 об/мин и имеют следующие основные характеристики (табл. 9-1).

Изготовленные в последние годы уникальные гидро­ генераторы характеризуются следующими основными по­ казателями (табл. 9-2):

Т а б л и ц а 9-2

В схеме возбуждения турбо- и гидрогенераторов используется скользящий контакт типа «электрощетка — контактное кольцо», принципиальная особенность кото­ рого состоит в том, что в нем отсутствуют процессы ком­ мутации и на каждом отдельном кольце работают ком­ плекты электрощеток только одной полярности. Помимо отмеченного, работа скользящего контакта в рассматри­ ваемых условиях имеет еще другие специфические осо­ бенности. Одна из них определяется весьма значительной окружной скоростью на поверхности скольжения кон­ тактных колец турбогенераторов, которые по условиям прочности приходится изготавливать из стальных поко­ вок. Другая особенность состоит во все возрастающем

151

количестве электрощеток, устанавливаемых на отдель­ ном кольце. Это количество на современных турбогене­ раторах мощностью 300—500 МВт, имеющих токи воз­ буждения 3—5 тыс. А, доходит соответственно до 40—65 штук, и вопрос о токораспределении между таким чис­ лом параллельно соединенных электрощеток приобретает первостепенное значение.

Для обеспечения удовлетворительной работы узла токосъема в специфических условиях использования его на мощных синхронных генераторах различными зару­ бежными фирмами предложены электрощеточные мате­ риалы, сведения о которых приведены в табл. 9-3.

Все описанные здесь материалы относятся ко I I — I V классам, т. е. не содержат металлических компонентов. В некоторые из них введены пропитывающие вещества. Так, например, материал марки HM6R образован путем пропитки материала марки НМ6 небольшим количеством особого масла. В состав материала марки НМ100 вхо­ дит определенное количество политетрафторэтилена. Электрощетки марки EGOR получены в результате про­ питки маслом материала марки EGO [Л. 9-1].

В отечественной практике задача обеспечения нор­ мальной работы скользящего контакта турбогенераторов ранее решалась путем использования электрощеток ма­ рок 611М, ЭГ4, ЭГ14 и в отдельных случаях ЭГ74.

В последние годы применяют электрощетки новых ма­ рок 61 ЮМ и ЭГ2АФ, обладающие следующими характе­ ристиками:

колец положительной полярности снабжаются электро­

используемых на контактных кольцах турбогенераторов, посвящен ряд публикаций. Так, в [Л. 9-2] сообщается, что наблюдения за работой нескольких десятков турбо-

152

генераторов отечественного и зарубежного производства показали, что параметры кривой распределения скорости изнашивания используемых на них электроугольных из­ делий имеют значения, указанные в табл. 9-4.

Приведенные цифры свидетельствуют о том, что ско­ рость изнашивания связана с мощностью агрегатов и ее численные значения для изделий марок 611М и ЭГ4 воз­ растают пропорционально росту мощности. Очевидно, что область применения электрощеток перечисленных марок должна ограничиваться установками мощностью менее 100 МВт. Более мощные агрегаты должны ком­ плектоваться, щетками марок 61 ЮМ и ЭГ2АФ, устанав­ ливаемых по правилу, описанному ранее. При соблюде­ нии изложенной рекомендации обеспечивается удовлет­ ворение всех прочих требований, предъявляемых к эле­ ментам скользящего контакта турбогенераторов.

Оценка эксплуатационных свойств электрощеток рас­ сматриваемого назначения, используемых на электро­ станциях Англии содержится в [Л. 9-3]. Авторы [Л. 9-3], обследовав работу 35 турбогенераторов мощностью от 23 до 200 МВт, установили, что параметры кривых рас­ пределения скорости изнашивания четырех марок элек­ трощеток, условно обозначенных литерами А, В, С и D, равны значениям, указанным в табл. 9-5.

В [Л. 9-1] отмечается, что средняя скорость изнаши­ вания щеток, эксплуатируемых на контактных кольцах турбогенераторов в Англии, достигает 8,5 мм/1 000 ч.

Приведенные значения скорости изнашивания элек­ трощеток, используемых на английских электростанциях,

154

находятся в противоречии с режимами эксплуатации турбогенераторов, которые должны работать непрерыв­ но в течение весьма продолжительного периода времени. Для устранения этого противоречия в Англии предложе­ но два способа увеличения продолжительности непре­ рывной работы скользящего контакта турбогенераторов.

весьма значительной высоты [Л. 9-1]. Сменный щеткодер­ жатель несет в себе электрощетку, предварительно при­ тертую к профилю контактной поверхности кольца. Этот щеткодержатель устанавливается на машину взамен сни­ маемого с нее держателя с износившейся электрощеткой. Второй способ реализуется путем применения электро­ щеток, радиальный размер которых достигает 80, 100 и даже 133 мм. Ресурс таких изделий равен соответствен­ но 65, 85 и ПО мм; естественно, что при данной износо­ устойчивости материала срок их службы оказывается весьма значительным. Применение электроугольных из­ делий со столь значительным ресурсом оказывается возможным только в том случае, когда машина оборудо­ вана соответствующими щеткодержателями. От послед­ них требуется, чтобы оказываемое ими нажатие на элек­

ходным устройством, позволяющим использовать «высо­ кие» электрощетки.

К числу возможных способов облегчения условий ра­ боты элементов скользящего контакта на контактных кольцах относятся также устройство на рабочей поверх­ ности кольца спиральных канавок, сверление в теле

155

электрощеток радиальных отверстий и нанесение на их контактных поверхностях тангенциальных прорезей. Пе­ речисленные мероприятия снижают давление воздушного клина в зоне контакта, уменьшают температуру контак­ тирующих элементов, выравнивают распределение тока между отдельными электрощетками и уменьшают ско­ рость их изнашивания. Для достижения последнего ре­ зультата необходимо позаботиться о том, чтобы края спиральных канавок на поверхности контактного кольца были тщательно закруглены.

Подбор электроугольных изделий для контактных ко­ лец гидрогенераторов значительных трудностей не со­ ставляет. Обычно здесь используются материалы группы «А» классов I I I и IV, средняя скорость изнашивания ко­ торых лежит в пределах от 2,5—5,0 мм на 1 ООО ч экс­ плуатации.

Помимо скользящего контакта «электрощетка — коль­ цо» в цепи возбуждения турбо- и гидрогенераторов на­ ходится еще один контакт, образованный деталями ще- точно-коллекторного узла возбудителей. В отечественной промышленности в настоящее время эксплуатируются турбовозбудители разных типов (табл. 9-6).

Возбудители, мощность которых не превышает 200— 250 кВт, вполне удовлетворительно работают со щетка­ ми, индекс коммутации которых близок к единице (мар­ ки ГЗ, ЭГ4, 611М). Более мощные возбудители требуют применения злектрощеток с повышенной коммутирующей способностью, например ЭГ74.

156

' Могут применяться также материалы марок 07, G9, Е5, Е8, Е13 и Е14. 2 Могут применяться также материалы марки EG16.

3 Могут применяться также материалы марок RE54, 8618, F8B, F10, Е3500, Е4 647.

Параметры кривой распределения скорости изнаши­ вания электрощеток марки ЭГ4, используемых на воз­ будителях турбо- и гидрогенераторов отечественного производства, имеют значения, указанные в табл. 9-8.

Основным видом электрооборудования подстанций являются, как известно, трансформаторы. На многих подстанциях с целью повышения значения cos <р и под­ держания напряжения сети на заданном уровне уста­ навливаются специальные компенсаторы реактивной мощности. Последние представляют собой синхронные машины явнополюсного типа горизонтального исполне­ ния с воздушным и водородным охлаждением, работаю-

157

щие в качестве генераторов реактивной мощности. Эти генераторы или, как их еще называют, синхронные ком­ пенсаторы в соответствии с ГОСТ 609-66 делятся на две

шей мощности, предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе с колебаниями температуры от —40 до +40°С, охлаждаются водородом. К числу конструк­ тивных особенностей мощных синхронных компенсаторов относятся встроенные в щиток опорные подшипники и выносные контактные кольца, заключенные в специаль­ ный кожух. Вентиляция, естественно, осуществляется по замкнутому циклу. Возбуждение — не зависимое от от­ дельного агрегата. Пуск в большинстве случаев произво­ дится от сети без дополнительных разгонных двигателей. Основные характеристики эксплуатируемых в отечест­ венной промышленности синхронных компенсаторов приведены в табл. 9-9.

Элементы электрического скользящего контакта пер­ вых пяти из числа перечисленных типов синхронных ком­ пенсаторов работают в среде обычного воздуха. В по­ добных условиях подбор марки электрощеток осущест­ вляется так же, как при решении несколько ранее опи­ санной аналогичной задачи по отношению к контактным кольцам турбогенераторов. Только здесь вместо разно-

158

Скользящий контакт синхронных компенсаторов ти­ пов КСВ37500-11 и КСВ75000-11 работает в объеме, за­ полненном водородом. Особенности работы электриче­ ского контакта в водородной среде были рассмотрены ранее. Основываясь на графиках рис. 5-7,г и данных табл. 5-7, а также обобщая опыт эксплуатации синхрон­ ных компенсаторов с водородным охлаждением, пред­ ставляется возможным дать следующие рекомендации по обеспечению их нормальной работы [Л. 5-12]: а) в каме­ ре контактных колец относительная влажность водорода должна поддерживаться в интервале 15—40%; б) кон­ тактные кольца должны изготавливаться из бронзы мар­ ки БР.АЖ9-4.

При соблюдении изложенных рекомендаций в рас­ сматриваемых условиях могут применяться электрощет­ ки марки ЭГ4, работающие со средней скоростью изна­ шивания до 5 мм/1 000 ч эксплуатации. Значительно бо­ лее высокими эксплуатационными свойствами обладают созданные специально для данной цели электрощетки марки ЭГ74АФ, которые могут эксплуатироваться при

159