Эксплуатация бронетанкового вооружения и техники

изменении в широких пределах температуры, которая для изделий, установленных в силовом отделении, может достигать 120 °С, в условиях высокой влажности воздуха и в атмосфере, загрязненной парами топлива, масла, низкозамерзающей охлаждающей жидкости, а также при повышенной запыленности, при конденсации паров влаги.

В таких условиях помимо окисления контактов снижается электрическая и механическая прочность изоляционных материалов, что также способствует выходу из строя аппаратов и приборов.

Установлено, что отклонение температуры от нормальной приводит к ухудшению работы приборов. При повышении температуры увеличивается интенсивность отказов, так как механические свойства большинства материалов снижаются, падает сопротивление диэлектриков, изменяется диэлектрическая проницаемость, ухудшается качество влагозащитных покрытий. При понижении температуры изменяется вязкость смазок, что приводит к отказам подвижных элементов.

Все элементы системы электрооборудования работают в условиях повышенной вибрации в местах крепления, тряски и ударных нагрузок, вызываемых работой двигателя, колебанием корпуса машины при движении, а при ведении боевых действий – также воздействия ударов снарядов, осколков и ударной волны.

Работа приборов и аппаратов электрооборудования сопровождается пульсацией напряжения. Вибрирующие контакты регуляторов и реле вызывают появление токов высокой частоты, создающих излучение электромагнитной энергии. Поэтому электрические машины и аппараты снабжают фильтрами, защищающими радиоприемное устройство от помех или локализирующими их действие, а электрическая сеть – экранированными проводами.

Кроме того, в условиях возможного применения ядерного оружия необходимо предусматривать снижение влияния радиоактивного излучения на работу элементов электрооборудования. Наиболее чувствительны к излучению полупроводниковые приборы, в связи с этим их применяют в специальном радиационно стойком исполнении и размещают в наиболее защищенных от радиации местах машины.

Исправная работа элементов электрооборудования зависит также от биологической среды. Влияние биологических факторов наиболее ощутимо проявляется при содержании машин на хранении. В районах, где выпадает большое количество осадков (до 400 мм в год) при среднегодовой положительной температуре, создаются благоприятные условия для развития плесени, которая ускоряет коррозию металлических конструкций приборов. Для электрооборудования опаснынекоторыевиды насекомых, атакжегрызуны.

Эти и другие эксплуатационные условия и обстоятельства, в которых работают элементы электрооборудования, учитывают на различных стадиях их жизненного цикла. Однако, несмотря на осуществляемые мероприятия, отказы в электрических машинах, приборах и аппаратах возникают.

90

6.2. Факторы, влияющие на состояние аккумуляторных батарей при их эксплуатации

Особое место в системе электрооборудования занимают аккумуляторные батареи, которые остаются главным источником энергии, обеспечивающим функционирование различных потребителей, а в ряде машин они являются основным средством пуска двигателя.

При использовании аккумуляторных батарей их работоспособность изменяется вследствие уменьшения емкости из-за разряда, охлаждения электролита, а также в результате механических, температурных и электрохимических воздействий в течение срока службы батареи.

6.2.1. Зависимость работоспособности аккумуляторных батарей от величины разрядного тока

Емкость аккумуляторных батарей с повышением разрядного тока уменьшается, так как появляющийся при разряде сернокислый свинец PbSО4 имеет больший объем, чем вещества электродов, из которых он образуется (губчатого свинца Рb и его перекиси РbО2), поэтому размеры пор уменьшаются. Вследствие этого затрудняется доступ электролита к расположенной в глубине пор электродов активной массе, которая используется в рабочем процессе не полностью. Например, при стартерном режиме в рабочем процессе участвует не более 10–15 % всей активной массы.

Таким образом, поступление электролита внутрь электродов при больших токах становится недостаточным для образования соответствующего количества PbSО4. Следовательно, емкость аккумуляторной батареи уменьшится. Зависимость емкости батареи от величины разрядного тока показана нарис. 6.1.

Рис. 6.1. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от величины разрядного тока (номинальная емкость батареи 70 А·ч)

91

Из анализа графика видно, что следует избегать продолжительного разряда аккумуляторных батарей большими токами, как при работе стартера. Если двигатель прогрет, то ток стартера Iст = 600–800 А. При прокрутке охлажденного двигателя величина тока стартера Iст = 1000–1500 А. В силу этого обстоятельства непрерывная прокрутка коленчатого вала двигателя разрешается не более 5–7 с. Повторное использование стартера разрешается не раньше чем через 15 с. За время «отдыха» происходят перемешивание и выравнивание плотности электролита, прилегающего непосредственно к активной массе, с остальным электролитом в бачке. Благодаря этому кислота может продиффундировать глубже в пластину.

Установлено, что при пуске двигателя стартером расходуется в среднем 3–7 % номинальной емкости батарей. Для восстановления их первоначального уровня работоспособности необходима работа генератора в зарядном режиме в течение 20–50 мин. Из этого примера видно, что надо всегда разумно расходовать имеющуюся емкость батарей.

6.2.2. Зависимость работоспособности аккумуляторных батарей от температуры окружающей среды

В зависимости от температуры электролита меняется его вязкость. При понижении температуры от +30 до 0 °С вязкость электролита возрастает в два раза, а при понижении температуры до –30 °С – в восемь раз по сравнению с ее первоначальной величиной, что приводит к снижению скорости проникновения электролита в поры электродов, и, как следствие, уменьшается толщина слоя активной массы, учаcтвующей в рабочем процессе. В результате емкость аккумулятора уменьшается.

Для батарей типа 6-СТ-140Р при понижении температуры на 1 °С емкость уменьшается примерно на 1 %. Кроме того, возрастает внутреннее сопротивление электролита. При температуре –25 °С оно в два раза больше, чем при температуре +20 °С. Ввиду этого емкость аккумулятора, гарантируемая заводом-изготовителем, соответствует определенному режиму разряда, плотности электролита и его температуре. Емкость аккумулятора достигает максимальной величины при некоторой оптимальной для данного режима разряда плотности электролита: оптимальная плотность электролита примерно равна 1,32. В целях увеличения срока службы стартерных батарей при эксплуатации их в центральных районах плотность электролита в начале разряда принимают равной 1,27.

Снижение плотности электролита при работе батарей увеличивает вероятность их замерзания при отрицательных температурах окружающей среды. Температура замерзания электролита в зависимости от его плотности приведена на рис. 6.2.

Как видно из графика, во избежание размораживания батарей, эксплуатируемых в среднеевропейской зоне, плотность электролита должна быть не менее 1,22.

92

Рис. 6.2. Зависимость температуры замерзания электролита от его плотности

Плотность электролита при разряде батареи снижается прямолинейно, поэтому допустимая степень разряженности батарей Кдоп может быть подсчитана по формуле

где изм, зap, разр – плотность электролита, измеренная аккумуляторным денсиметром в момент измерения в полностью заряженной батарее, соответствующая разряду батареи на 100 %.

Подставив в формулу (6.1) значения вышеописанных величин ( зар = = 1,27; изм = 1,22; разр = 1,07), получим значение допустимой степени разряда батареи Кдоп = 25 %.

Из этого вытекает требование, что разряд батарей в зимнее время должен быть не более 25 %.

6.2.3. Зарядный баланс аккумуляторных батарей

Качество и надежность работы системы электроснабжения связаны со скоростным режимом работы генератора, приводимого во вращение двигателем. Последний имеет переменный режим работы, и этот фактор ставит в определенную зависимость подзаряд аккумуляторных батарей от генератора для быстрого восстановления энергии, которая расходуется при подготовительных работах, связанных с пуском двигателя, при техническом обслуживании машины, а также в других случаях.

93

При низкой частоте вращения коленчатого вала двигателя напряжение генератора ниже ЭДС аккумуляторных батарей и генератор отключается от сети (режим I). В таком режиме все потребители питаются только от аккумуляторных батарей, разряжая их.

С переходом на более высокий интервал частот вращения (режим II) генератор еще не может отдавать полной мощности, поэтому часть нагрузки также покрывается за счет разряда батарей. Лишь при частоте вращения, превышающей начальную частоту вращения полной мощности генератора, и происходит заряд аккумуляторных батарей.

Зарядный баланс характеризуется коэффициентом баланса Кб, который определяется по формуле

Кб Сср100 %,

Сном

где Сном – номинальная емкость аккумуляторных батарей, А·ч. Здесь

Сср iз з iр р,

где iз и ip – усреднение по времени соответственно зарядного и разрядного токов, А;

τз и τp – относительное время соответственно заряда и разряда (τз = = 0,95–0,80; τp = 0,05–0,20).

Величина тока iв зависит от степени заряженности аккумуляторных батарей и температуры электролита. Например, когда С = 90 %, то iз = 10–15 А, с понижением С до 60–65 % iз возрастает до 60–80 А. Помимо этого практически прекращается заряд аккумуляторных батарей, если они находятся в охлажденном состоянии, имея температуру ниже –10 °С. От условий эксплуатации зависит и величина тока ip, лежащая в среднем в интервале от 20 до 40 А.

Относительное время заряда аккумуляторных батарей iз находится как частное от деления общего времени заряда tз на суммарное время заряда и разряда t∑. Аналогично определяется и величина tp, только в числитель подставляется значение общего времени разряда tp.

6.2.4. Основные изменения, происходящие в аккумуляторных батареях

При эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в результате различных воздействий возникают изменения в состоянии батарей, которые полностью или частично теряют свою работоспособность за счет разряда, понижения уровня электролита в аккумуляторах, износа активной массы и др. Кроме того, возможны механические повреждения.

94

В зависимости от срока службы емкость аккумуляторных батарей не остается постоянной. С увеличением срока службы снижается емкость аккумулятора, что обусловлено изменением состояния активной массы. Первоначально емкость увеличивается на 15–20 %, как это видно из графика, изображенного на рис. 6.3, а через три–четыре года работы емкость батарей постепенно снижается. Это происходит в результате разработки пор активной массы при зарядах и разрядах аккумулятора. В процессе эксплуатации аккумулятора активная масса положительных электродов разрушается и выпадает на дно в виде шлама. У отрицательных электродов активная масса уплотняется, вследствие чего уменьшается ее пористость и ухудшается электрический контакт с решетками.

Рис. 6.3. Зависимость емкости аккумуляторной батареи от срока службы

Выпадение шлама и разрушение сепараторов приводят к короткому замыканию электродов различной полярности, которое устраняется только при ремонте.

К концу срока службы аккумуляторные батареи обычно отдают не менее 90 % номинальной емкости, приведенной к температуре +25 °С. В связи с тем что до окончания гарантийного срока батареи сохраняют достаточную работоспособность, основанием для выбраковки аккумуляторных батарей, отработавших свой срок, должна быть объективная оценка их технического состояния.

При длительном содержании батарей в разряженном состоянии, оголении электродов в результате чрезмерного понижения уровня электролита, наличия посторонних примесей, а также в результате систематического недозаряда батарей происходит сульфатация электродов – образование труднорастворимого крупнокристаллического сульфата свинца не только на поверхности в виде белого слоя, но и в толще электродов (отрицательные электроды покрываются белым налетом, а активная масса положительных электродов приобретает белую окраску).

95

Емкость сульфатированного аккумулятора понижается, так как доступ электролита в глубокие слои активной массы затруднен. В таком аккумуляторе интенсивно увеличивается внутреннее сопротивление, а напряжение батареи при включении стартера резко снижается, не обеспечивая пуск двигателя. При заряде сульфатированных аккумуляторов резко повышается температура электролита (из-за большого внутреннего сопротивления), банки «кипят», а батарея не набирает положенной емкости.

Вследствие плохого крепления аккумуляторной батареи на машине происходят разрушение сепараторов и обрыв электродов от бареток внутри аккумуляторов. Кроме того, при неудовлетворительном уходе окисляются выводные зажимы из-за того, что они не смазаны техническим вазелином или произведена недостаточная затяжка наконечников проводов.

Батареи разряжаются не только при работе потребителей, но и в результате саморазряда, который происходит при положительных температурах окружающей среды и достигает 0,3–1 % в сутки.

Естественный саморазряд является следствием процессов, связанных в основном с появлением местных токов на поверхности электродов или между решеткой и активным веществом электродов.

Саморазряд считается повышенным, если потеря емкости за то же время составляет более 2 %. В условиях войсковой эксплуатации причинами повышенного саморазряда могут быть загрязнение электролита посторонними примесями или наружной поверхности батарей электролитом, топливом, хранение батарей в условиях высоких положительных температур. На величину саморазряда влияет и величина исходной плотности электролита. С уменьшением плотности саморазряд снижается. Кроме того, установлено, что при температурах ниже 0 °С саморазряд значительно уменьшается, практически исчезая при –15 °С. Это явление позволяет упростить обслуживание батарей в зимнее время.

Наряду с этим при положительных температурах быстрее понижается уровень электролита вследствие испарения одного из его компонентов. В отдельных случаях за 10–15 дней уровень его может понизиться на 8–10 мм, что приводит к разрушению электродов и их сульфатации. Поэтому следует своевременно проверять уровень электролита и при необходимости доливать в аккумуляторы дистиллированную воду.

Износ аккумуляторных батарей заключается в коррозии положительных электродов, короблении электродов и выкрашивании из них активного вещества.

В процессе правильной эксплуатации аккумулятора решетка положительных электродов медленно корродирует, превращаясь в активную массу. Это вызвано тем, что при заряде аккумуляторных батарей ток окисляет губчатый свинец Рb в месте соприкосновения его с электролитом и превращает его в перекись РbО2. Из-за этого систематического явления оползает активное вещество, поэтому уменьшается емкость и значительно повышается внутреннее сопротивление батарей.

96

Коробление электродов происходит в результате чрезмерно большой величины зарядного и разрядного токов, повышенной температуры электролита, нарушения правил пуска двигателя стартером (частые длительные включения стартера) и т. п. При этом активное вещество электродов по площади и толщине преобразуется неравномерно и соответственно неравномерно изменяет свой объем. Положительные электроды коробятся больше и чаще. От этого их активное вещество растрескивается и быстрее выпадает из ячеек электродов. Уменьшение количества активного вещества электродов ведет к уменьшению емкости аккумуляторных батарей.

Выкрашивание активного вещества и разрушение электродов – следствие многократного изменения объема активного вещества в связи с преобразованиями, происходящими при заряде и разряде, а также ухудшением сцепления частиц активного вещества между собой и с решеткой. Подобное явление ускоряется в случае длительного перезаряда. Ввиду меньшей механической прочности положительных электродов при перезаряде их активное вещество разрушается гораздо быстрее, чем активное вещество отрицательных электродов.

Внешними признаками выкрашивания активного вещества электродов являются резкое понижение емкости батареи, малое время ее разряда, быстрое нарастание плотности электролита до нормального значения при заряде, электролит становится мутным и приобретает коричневую окраску.

6.3. Изменение состояния электрических цепей

Электрическая цепь включает в себя совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока.

Наибольшее влияние на работоспособность потребителей оказывает повышенное сопротивление в электрических цепях. Сопротивление цепи определяется по формуле

r r1 rпер,

где r1 – сопротивление проводов (r1 = const), Ом; rпер – переходное сопротивление, Ом.

Значение переходного сопротивления может увеличиваться в десятки раз из-за того, что с течением времени поверхность контактов покрывается окисной пленкой или же происходят их подгорание и ослабление в местах крепления. Эти причины вызывают повышенный нагрев проводов. Все это приводит к возрастанию величины сопротивления rпер, поэтому к зажимам потребителя подается меньшее напряжение и, как следствие, происходит ухудшение характеристик потребителя.

Величина переходных сопротивлений определяется по падению напряжения ∆U на участке цепи под нагрузкой:

97

U i(r1 rпер),

где i – сила тока, А.

Величина силы тока в заданных условиях колеблется незначительно. Поэтому при определении величины переходных сопротивлений на отдельных контактах либо в цепях в целом пользуются установленными нормативами падения напряжения.

В электрической цепи наряду с другими устройствами важное место занимают провода. В процессе эксплуатации снижаются прочность и сопротивление их изоляции. В условиях ударных и вибрационных нагрузок это приводит к разрушению изоляции и коротким замыканиям.

Обычно ухудшение качества изоляции является следствием трех основных причин:

длительного теплового воздействия, поскольку в отдельных случаях изоляция нагревается до 150 °С, что приводит к потере ее эластичности. Поэтому если изоляция подверглась нагреву, то она должна быть заменена вне зависимости от того, каким в данный момент обладает сопротивлением;

воздействия ГСМ, так как некоторые провода могут смачиваться нефтепродуктами;

старения изоляции, в особенности если она изготовлена из резины, которая при длительном хранении становится жесткой и хрупкой.

Из вышеперечисленных причин вытекает требование – при определении технического состояния электрооборудования необходимо проверять сопротивлениеизоляции проводовнаиболее ответственных электрическихцепей.

6.4. Закономерности старения изоляции обмоток электрических машин

Надежность электрических машин (генератор или двигатель) в значительной степени определяется надежностью их обмоток, которая, в свою очередь, зависит от состояния изоляции. Последняя работает в сложных, часто весьма неблагоприятных условиях.

Основной характеристикой изоляции, определяющей надежность работы электрических машин, является ее электрическая прочность.

В процессе использования электрических машин, а также во время их хранения и транспортирования изоляция подвергается разнообразным внешним воздействиям, приводящим к ухудшению изоляции обмоток электрических машин.

Необратимые изменения структуры и химического состава изоляции, происходящие под действием различных причин, приведенных в табл. 6.1, в совокупности называются ее старением. Процесс ухудшения свойств изоляции в результате старения называется износом.

98

Возможны повреждения изоляции и не связанные с износом: продавливание, прорезание ее острыми кромками металлических деталей, образование трещин вследствие значительных напряжений при изгибе и т. п. Такие местные дефекты часто развиваются сравнительно быстро и приводят к пробою изоляции задолго до существенного ухудшения ее свойств во всем объеме вследствие электрического или термоокислительного разрушения.

Вдругих случаях они возникают и развиваются на фоне общего старения изоляции, происходящего под совокупным воздействием температуры, влаги и химически активных сред.

Таким образом, скорость старения изоляции определяется в основном эксплуатационными условиями и свойствами применяемых материалов. Необходимо отметить, что процессы старения изоляции поддерживают и активизируют друг друга.

Изоляционные конструкции, прошедшие период приработки и не имеющие скрытых дефектов, практически не имеют отказов вследствие внезапного пробоя. Разрушается изоляция постепенно, причем ведущее место принадлежит процессам теплового старения. Даже при сравнительно невысоких температурах, когда термоокислительная деструкция незначительна, под действием тепла происходят усыхание изоляции, испарение летучих компонентов из связующих, уменьшение эластичности изоляции, повышение ее хрупкости.

Последнее способствует развитию процессов механического старения.

Визоляции появляются трещины и другие дефекты; она расслаивается и разрыхляется, что создает условия для ионизационных явлений. Разрушение

99