Испытания пневматического оборудования и электроизоляции подвижного состава

Для обеспечения надежности, техногенной безопасности и безаварийной эксплуатации подвижного состава (трамваев, троллейбусов, вагонов метрополитена и железных дорог) обязательным этапом технического обслуживания и ремонта является комплексный контроль механической прочности, герметичности и электрических характеристик элементов оборудования. В данный комплекс входят гидравлические и пневматические испытания сосудов, работающих под давлением, а также специфические методы проверки электрической изоляции цепей и обмоток электрических машин.

1. Испытания сосудов под давлением и трубопроводов. Испытаниям под давлением подвергают в основном трубопроводы и резервуары сжатого воздуха. Данные проверки направлены на подтверждение механической прочности конструкций и обнаружение локальных дефектов (сквозных трещин, непроваров и пор в сварных швах).

1.1. Пневматические и гидравлические испытания резервуаров. Испытания сжатым воздухом при высоком давлении представляют повышенную опасность из-за потенциального риска взрывного разрушения сосуда. В связи с этим пневматические испытания высокого давления разрешается проводить только в присутствии инспектора котлонадзора с применением специальных мер индивидуальной и коллективной защиты. Без применения особых предосторожностей допускается проведение пневматических испытаний при избыточном давлении не более 0,1 МН/м² (1 кГ/см²).

По причине повышенного риска пневмоиспытаний высоким давлением стараются избегать, отдавая приоритет более безопасному методу — гидравлическим испытаниям. Гидравлическим испытаниям подвергают резервуары сжатого воздуха подвижного состава трамвая и троллейбуса при контрольном давлении 1,2 МН/м² (12 кГ/см²). Во время испытания, стандартная продолжительность которого составляет 3 мин, сварные швы подвергают механическому воздействию — остукивают легкими ударами молотка.

Резервуар считают успешно выдержавшим гидравлические испытания при полном отсутствии течи и «слезок» — мелких просочившихся капель воды. Выявленные места течи обводят мелом, а после прекращения давления и сброса рабочей жидкости исправляют дефекты (производят вырубку дефектного участка с последующей заваркой). После проведения ремонтных работ резервуар подлежит обязательным повторным гидравлическим испытаниям.

Для проведения гидравлических испытаний применяют простейшие гидравлические прессы с насосами пневматического или ручного действия. После завершения гидравлического контроля резервуары подвергают окончательному испытанию сжатым воздухом при давлении 0,72 МН/м² (7,2 кГ/см²), что соответствует давлению срабатывания предохранительного клапана на вагоне. Кроме того, трубопроводы совместно с резервуарами и пневматическими приборами проверяют на утечку сжатого воздуха при рабочем давлении 0,6 МН/м² (6 кГ/см²). Для обнаружения утечек места соединений обмыливают: отсутствие плотности фиксируется по появлению пузырьков воздуха.

1.2. Контроль плотности и трещинообразования с помощью керосиновой пробы. К гидравлическим испытаниям относят также проверки различных негерметичных емкостей и корпусных деталей (картеров редукторов, корпусов букс и др.) на плотность материала и отсутствие сквозных микротрещин. При таких испытаниях наружную поверхность емкости покрывают водным раствором мела и тщательно высушивают. Внутрь корпуса наливают керосин, обладающий высокой проникающей способностью. Пористость и трещины уверенно обнаруживаются по темным пятнам просочившегося керосина, четко проявляющимся на белой меловой обмазке.

Таблица 1. Режимы и параметры испытаний пневматического и емкостного оборудования.

2. Методы испытания электрической изоляции. В настоящее время отсутствуют универсальные и исчерпывающие производственные методы испытания изоляции. Наиболее распространенными электрическими испытаниями являются проверка сопротивления изоляции и проверка ее диэлектрической прочности. Оба этих параметра зависят от совокупности эксплуатационных факторов, и их количественная величина в отдельности не позволяет сделать однозначные выводы о надежности изоляционной системы. Тем не менее оба метода являются базовыми и взаимодополняющими.

Измерения сопротивления изоляции позволяют выявить сквозные проводящие дорожки (следы перекрытий изоляции по ее объему или поверхности), а также повышенное увлажнение. Однако при наличии в изоляции значительных местных механических повреждений (трещин, проколов) ее сопротивление при низком напряжении может оставаться весьма высоким. В то же время поверхностное увлажнение, допустимое с точки зрения общего состояния изоляции, может стать причиной низкого значения сопротивления. По этой причине измерения сопротивления изоляции обязательно дополняют испытаниями ее диэлектрической прочности повышенным высоким напряжением.

2.1. Измерение сопротивления изоляции. Сопротивление изоляции измеряют мегомметрами или методом вольтметра. Для измерений сопротивления изоляции аппаратов и машин низковольтных цепей управления (до 50 В) используют мегомметры с напряжением 500 В. Для измерений высоковольтных силовых цепей применяют мегомметры на 1000 В. Все измерения производят строго при снятом напряжении. Проверяют сопротивление изоляции отдельных аппаратов и машин, а также отдельных цепей электрической схемы по отношению к «земле» (корпусу) и друг к другу. На время проверки изоляции проводки от нее отключают полупроводниковые приборы, аппараты и машины во избежание их повреждения.

При измерении сопротивления изоляции методом вольтметра проверяемые обмотки подключают к напряжению контактной сети, а сердечник (корпус) — к минусовому проводу контактной сети или «земле» через вольтметр с известным внутренним сопротивлением Rв. Сопротивление изоляции обмотки R (в МОм) рассчитывается по формуле:

где U и Uв — соответственно напряжение сети и показание вольтметра.

2.2. Испытание диэлектрической прочности корпусной изоляции. Электрическую прочность корпусной изоляции электрических цепей, аппаратов и тяговых электродвигателей проверяют переменным током промышленной частоты от повысительного трансформатора мощностью не менее 2 кВА (напряжением 220/3000 В). Трансформатор подключают к сети переменного тока 220 В через двухполюсный рубильник и магнитный пускатель, а регулировку осуществляют через автотрансформатор, позволяющий плавно повышать испытательное напряжение от нуля до расчетной величины.

По требованиям техники безопасности испытания электрической прочности изоляции проводят в специальной испытательной камере, дверь которой сблокирована с магнитным пускателем. Блокировка представляет собой электрический контакт, замыкающийся только при закрытии двери. Дополнительно дверь камеры механически блокируется заземляющим разъединителем. Испытательное напряжение контролируют на стороне низкого напряжения вольтметром с учетом коэффициента трансформации.

Технология проведения испытания состоит в следующем. Щупы высоковольтных выводов присоединяют к выводам обмотки и корпусу испытуемого объекта. Напряжение плавно повышают от нуля до испытательного значения, выдерживают в течение 1 мин, затем плавно снижают до нуля, после чего трансформатор отключают и отсоединяют щупы. На пробой изоляции указывает резкое падение напряжения во вторичной обмотке трансформатора. Для ограничения тока при пробое в цепь щупов включают буферное сопротивление и амперметр, который может служить индикатором пробоя вместо вольтметра.

3. Контроль междувитковой и междуслойной изоляции обмоток. 3.1. Применение аппарата СМ-ВЭИ. Для испытания электрической прочности междувитковой и междуслойной изоляции обмоток применяют различные специализированные приборы. Наиболее эффективным является аппарат СМ-ВЭИ (как показано на рис. 1), представляющий собой генератор импульсов высокой частоты с крутым фронтом волны, питающийся от сети переменного тока 127 или 220 В промышленной частоты.

Высокая крутизна фронта импульсов обеспечивает междувитковое напряжение до 500 В, достаточное для пробоя ослабленной или дефектной изоляции. Принцип действия аппарата основан на сравнении полного сопротивления двух одинаковых обмоток или двух идентичных частей одной обмотки. Схема аппарата обеспечивает попеременную подачу импульсов в обе сравниваемые обмотки, которые формируют изображение на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Если обе обмотки совершенно одинаковы и не имеют дефектов, то осциллограммы от обоих импульсов на экране трубки сливаются в одну сплошную линию (рис. 1, г, кривая 1). Если же одна из обмоток имеет дефект, импульсы будут различаться, и на экране появятся две расходящиеся линии (рис. 1, г, кривая 2). Каждому виду дефекта (витковое замыкание, обрыв, неправильное соединение концов секций, плохая пайка обмотки в петушках коллектора и др.) соответствует своя характерная форма кривых, что позволяет не только выявить дефект, но и точно определить его характер.

Для контроля якорных обмоток применяют универсальные приспособления с тремя электродами (рис. 1, в). Электроды устанавливают на коллекторе якоря и прижимают пружинами. Настройку приспособления для проверки якорей различных диаметров производят путем перемещения электродов в держателях, при этом расстояние между крайними электродами всегда остается равным полюсному делению. При проверке обмотки импульсы подаются поочередно от среднего электрода к каждому из крайних.

Рис. 1. Аппарат СМ-ВЭИ и приспособление к нему для испытания на междувитковое замыкание обмотки якоря: а — общий вид аппарата (1 — экран электронно-лучевой трубки; 2 — ручка регулировки напряжения, подаваемого на испытуемые обмотки; 3 — ручка настройки резкости изображения на экране трубки; 4 — выключатель развертки луча на экране трубки; 5 — выключатель анодного напряжения; 6 — выводы к пластинам времени; 7 — выключатель синхронного двигателя переключателя; 8 — выводы к пластинам явления; 9 — заземление; 10 — ручка емкости Cр для устранения естественной несимметрии испытуемых обмоток; 11 — шнур с вилкой для включения прибора в питающую сеть переменного тока); б — упрощенная схема аппарата (ГИ — генератор импульсов; ЭТ — электронно-лучевая трубка; ИО — испытуемая обмотка; Н — накал трубки; СП — синхронный переключатель; Cф — конденсатор-фильтр; Cр — конденсатор настройки; ПВ — пластины времени; ПЯ — пластины явления; Э — экран трубки); в — приспособление для контроля якорных обмоток; г — характер кривых на экране электронно-лучевой трубки (1 — при отсутствии витковых замыканий; 2 — при замыкании одного витка; 3 — при коротком замыкании обмотки).

3.2. Проверка катушек полюсов с помощью индукционных трансформаторов. Испытания на междувитковые замыкания катушек полюсов тяговых электродвигателей в процессе малого ремонта выполняют без выемки из остова (как показано на рис. 2, а). Выводные кабели катушек подключают к вторичной обмотке трансформатора 220/36 В. Индуктивную катушку 1 с подсоединенным к ней вольтметром 2 подносят поочередно к полюсам испытуемых катушек. О наличии повреждений судят по показаниям стрелки вольтметра: при междувитковых замыканиях показание вольтметра уменьшается вследствие размагничивающего действия короткозамкнутых витков, а при полном закорачивании катушки стрелка вольтметра устанавливается на ноль. Эффективность данного метода невысока из-за малости создаваемых междувитковых напряжений на переменном токе промышленной частоты.

Испытания на междувитковые замыкания снятых катушек производят на специальном трансформаторе (рис. 2, б). Ярмо трансформатора состоит из неподвижной части 2, поворотной верхней части 4 и сменного сердечника 7, изготовляемого нескольких размеров для испытания катушек различных типов.

Для установки испытуемой катушки 8 в трансформатор его верхнюю часть 4 поднимают за рукоятку 6, поворачивая вокруг шарнира 3. Катушка 1 трансформатора состоит из двух секций, подключенных к зажимам а и б переключателя 5, что позволяет выдержать порядок испытания, предупреждающий короткое замыкание трансформатора при коротком замыкании испытуемой катушки.

Вначале переключатель 5 ставят в положение а. При этом первичный магнитный поток в трансформаторе создается только одной секцией катушки, и ток, потребляемый из сети, невелик даже при глухом коротком замыкании испытуемой катушки. Если же последняя не имеет замкнутых витков, стрелка амперметра А будет находиться около нуля. В этом случае переключатель устанавливают в положение б, и в ярме создается большой магнитный поток, позволяющий обнаружить замкнутые витки. О наличии замкнутых витков судят по разности показаний амперметра при включении трансформатора без испытуемой катушки и с ней. При отсутствии витковых замыканий оба показания амперметра будут одинаковы, а при наличии замыканий — второе показание намного больше первого.

Рис. 2. Испытание катушек полюсов тяговых двигателей на междувитковое замыкание: а — без выемки из остова; б — снятых катушек на специальном трансформаторе.

3.3. Применение седлообразных электромагнитов. Для испытаний на междувитковое замыкание обмотки якоря тяговых двигателей часто используют седлообразные электромагниты (как показано на рис. 3). Седлообразный электромагнит имеет два полюсных наконечника 1 и 4, установленных на опорной конструкции 7 (один из наконечников иногда выполняют передвижным). Якорь 3 устанавливают на роликах 2 конструкции 7. Катушка 6 электромагнита питается от генератора переменного тока с частотой 500–1000 Гц и создает переменный магнитный поток Ф, пронизывающий якорь.

При наличии в якоре короткозамкнутой секции C в ней индуцируется ток и создается поток Фп, замыкающийся через пазы, в которых находятся стороны секции C. Замыкая поочередно соседние зубцы стальной пластинкой 10 или электромагнитом 9 с измерительной обмоткой, подключенной к милливольтметру или телефону, обнаруживают короткозамкнутую секцию: в первом случае — по дребезжанию стальной пластинки, во втором — по показанию милливольтметра или появлению звука в телефоне Т.

Во время проверки якорь 3 легко проворачивается от руки на роликах 2. При настройке установки для проверки якорей другого диаметра используют винт 5, которым сдвигают или раздвигают полюсные наконечники 1 и 4, и муфты 8, которыми регулируют установку якоря по высоте и зазор между якорем и полюсными наконечниками.

Достоинством электромагнита является возможность точно найти короткозамкнутую секцию, однако его пропускная способность невелика. Кроме того, для питания электромагнита требуется источник повышенной частоты (500–1000 Гц), так как при питании от сети промышленной частоты ЭДС, индуцируемая в секциях, недостаточна для уверенных заключений о состоянии обмотки.

Рис. 3. Седлообразный электромагнит для проверки на междувитковое замыкание: 1, 4 — полюсные наконечники; 2 — ролики; 3 — проверяемый якорь; 5 — регулировочный винт; 6 — катушка электромагнита; 7 — опорная конструкция; 8 — муфты регулировки; 9 — электромагнит с измерительной обмоткой; 10 — стальная пластинка.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Д. И. Бондаревский, В. М. Кобозев.

Источник: Эксплуатация и ремонт подвижного состава городского электрического транспорта

Даный материал будет полезен студентам высших технических учебных заведений специальности «Городской электрический транспорт», инженерно-техническим работникам, а также специалистам по проектированию, эксплуатации и ремонту трамвайных и троллейбусных депо.