Влияние на сроки службы вращающихся машин проявляется в основном через превышение температуры обмоток над допустимым значением, что вызывает ускоренное старение изоляции. Нагрев обмоток обусловлен одновременным воздействием температуры окружающей среды, относительной загрузки машины по мощности βм, отклонением напряжения δU, напряжениями обратной последовательности U2 и высших гармоник Uv . Четыре последних параметра определяют превышение температуры обмоток над температурой окружающей среды.
Наибольший нагрев происходит при полной загрузке двигателя βм = 100 % и нижней границе допустимого отклонения напряжения δU = –5 %. При таких значениях этих параметров любой вклад других факторов приведет к недопустимому повышению температуры обмоток. При снижении загрузки двигателя и повышении напряжения на его вводе возникает запас температурного воздействия, в пределах которого допустимо воздействие определенных уровней напряжения обратной последовательности и (или) высших гармоник. Токи обратной последовательности и высших гармоник в обмотках двигателей определяются не только значениями U2 и Uv , но и кратностью пускового тока, поэтому допустимые значения U2 и Uv будут зависеть от типа двигателя. На основании довольно старых исследований [25] (хотя физические процессы нагрева проводников током не изменяются) запасы температурного воздействия по загрузке двигателя Аβ и по отклонению напряжения АδU можно принять следующими (большие значения для двигателей с 2 kп = 4,5 и меньшие для двигателей с kп= 7):
Этот запас не должен превышать температурного воздействия обратной последовательности и высших гармоник, определяемого по формуле
Например, при βм = 70 % и δU = +5 % запас температурного воздействия для двигателя с kп = 4,5 в соответствии с приведенными данными составляет Аβ + АδU = 12 + 10,5 = 22,5. При отсутствии высших гармоник допустимое напряжение обратной последовательности определяется из формулы (8.26), приобретающей вид: A2 = 1,2U2 = 22,5, откуда U2доп = 18,8 %. При отсутствии обратной последовательности допустимое напряжение пятой гармоники определяется как 2 5 1,2 /5 22,5 А U v = = , откуда U5доп = 42 %.
Из приведенных результатов следует, что допустимые с точки зрения нагрева обмоток оборудования параметры электроэнергии отнюдь не ограничиваются допустимыми показателями КЭ (ПКЭ), устанавливаемыми в стандартах для сетей общего назначения.
В синхронных машинах наиболее критичной с точки зрения температурного режима является обмотка возбуждения. Ток возбуждения практически не зависит от загрузки машины по активной мощности, а определяется ее реактивной нагрузкой. Общий нагрев этой обмотки определяется потерями мощности от тока возбуждения и дополнительными потерями от токов обратной последовательности и высших гармоник в обмотках статора, вызывающих аналогичные токи и в роторе машины. Очевидно, что перегрев обмотки возбуждения и сокращение срока службы машины от этих дополнительных потерь будут иметь место лишь при полной загрузке машины по реактивной мощности. Аналогично обстоит дело и с трансформаторами, в которых основным фактором нагрева также является их загрузка.
Во многих случаях на практике загрузка двигателей и трансформаторов ниже номинальной, а располагаемая реактивная мощность синхронных машин используется не полностью. В этих случаях снижение сроков службы оборудования происходит лишь при значительном снижении КЭ.
Срок службы оборудования связан с превышением температуры обмотки соотношением:
Некоторые виды оборудования (осветительные лампы, конденсаторные батари и т. п.) не имеют «внутреннего» регулирования, представляя собой постоянное сопротивление. Нагрузка этих устройств практически постоянна, поэтому сокращение сроков их службы при отклонении параметров электроэнергии от нормативных значений всегда имеет место. Например, срок службы ламп накаливания зависит от напряжения в 14-й степени. Ниже приведен относительный срок службы ламп накаливания t сл при различных отклонениях напряжения в сторону его повышения:
