Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОБОРУДОВАНИЯ
Конспект лекций
для студентов специальности
5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства

Алматы 2014

СОСТАВИТЕЛЬ: И.В. Казанина. Теоретические основы эксплуатации энергоборудования. Конспект лекций для студентов специальности 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства. – Алматы: АУЭС, 2013. – 49 с.

В данном курсе лекций рассматриваются общие вопросы по эксплуатации энергооборудования, задачи и условия рациональной эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве. А также основные сведенья о надежность и технической диагностики энергооборудования, используемом в сельском хозяйстве.

Ил. 12, библиогр. - 8 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Гали К.О.

Печатается по плану издания НАО «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 год.

Содержание

1 Лекция. Общие вопросы по эксплуатации энергооборудования	4
2 Лекция. Задачи и условия рациональной эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве	8
3 Лекция. Основные сведенья об энергооборудование, используемом в сельском хозяйстве	12
4 Лекция. Экономия электроэнергии	16
5 Лекция. Надежность: основные понятия и определения	20
6 Лекция. Основные показатели безотказности объектов	24
7 Лекция. Методы определения надежности	28
8 Лекция. Основы рационального выбора и использования электрооборудования	32
9 Лекция. Основы технической диагностики	36
10 Лекция. Нагрев электрооборудования	40
11 Лекция. Диагностирование изоляции	44
Список литературы	49

1 Лекция. Общие вопросы по эксплуатации энергооборудования

Содержание лекции: основные сведения по энергооборудованию сельских установок.

Цели лекции: изучить основные понятия и определения теории эксплуатации.

Под эксплуатацией понимают наблюдение за работой сетей и оборудования, межремонтное обслуживание и ремонт, т.е. это система организационных и технических мероприятий, направленных на поддержание оборудования в исправном состоянии.

Эксплуатация электрооборудования — это совокупность подготовки и использования изделий по назначению, технического обслуживания, хранения и транспортировки. Основные задачи эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве — добиться бесперебойного, надежного и качественного электроснабжения всех объектов сельскохозяйственного производства, создать нормальные режимы работы электрооборудования, обеспечивающие его наилучшие технико-экономические показатели, повышать эксплуатационную надежность оборудования.

Главная задача эксплуатации электрооборудования — поддерживать его в исправном состоянии в течение всего времени эксплуатации и обеспечивать его бесперебойную и экономичную работу. Для выполнения этой задачи необходимо проводить плановое техническое обслуживание электрооборудования.

Рисунок 1.1- Вид электрооборудования в сельском хозяйстве

При эксплуатации электрооборудования его техническое состояние ухудшается из-за износов, поломок, нарушений регулировки, ослабления креплений и т. п. Даже незначительная неисправность, например, ненадежный контакт в электрической машине, может привести к выходу электрооборудования из строя, а в некоторых случаях — к аварии. Техническое обслуживание позволяет своевременно выявлять и устранять неисправности, возникающие в процессе эксплуатации, или причины, которые могут повлечь за собой неисправность. В сельском хозяйстве нашей страны применяется система планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования, используемого в сельском хозяйстве (ППРЭсх), — это совокупность, организационных и технических профилактических мероприятий по уходу, надзору за электрооборудованием, его обслуживанию и ремонту, проводимых с целью обеспечения безотказной работы.

Основные положения по организации эксплуатации электрооборудова- ния в сельском хозяйстве.

Сельскохозяйственное производство характеризуется специфическими условиями, как правило, тяжелыми для электрооборудования. Поэтому при эксплуатации электрооборудования особое внимание нужно обращать на следующее:

- правильный выбор электрооборудования по условиям среды, в которой оно работает, при этом необходимо учитывать режим работы;

- выбор мощности электрооборудования с учетом конкретных режимов его работы, особенно продолжительности его использования;

- обслуживание электрооборудования перед вводом в эксплуатацию, перед пуском, в процессе работы, после остановки;

- своевременное плановое проведение технического обслуживания с учетом режима работы;

- плановое проведение текущих ремонтов, сочетающееся с модернизацией электрооборудования с учетом конкретных данных эксплуатации по выявлению слабых мест, узлов в электрооборудовании и причин их появления, усиление этих элементов и повышение надежности электрооборудования;

- профилактические испытания электрооборудования и электроустано- вок, при этом необходимо учесть, что такие испытания могут быть проведены непосредственно на работающем электрооборудовании.

Организация эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве имеет различные формы. Техническим обслуживанием и текущими ремонтами электрооборудования колхозов занимаются Государственные комитеты по производственно-техническому обеспечению сельского хозяйства (бывшие объединения «Сельхозтехники»), сельскохозяйственные производственные энергетические объединения (предприятия) по сельской электрификации - «Сельхозэнерго» и электротехнические службы самих хозяйств (с высокоразвитым производством).

Состояние находящегося в эксплуатации электрооборудования и электрических сетей оказывает существенное влияние на работоспособность всего технологического оборудования сельского хозяйства и коммунально-бытового оборудования. В процессе использования электроустановки подвергаются действию различных эксплуатационных факторов, в результате чего изнашиваются и стареют, что приводит к отказам. Это связано с появлением неисправностей, обусловленных отклонением от нормальных режимов использования оборудования, изменением условий эксплуатации либо неправильным выбором и монтажом. Задачей эксплуатации электрохозяйства является поддержание работоспособного состояния оборудования, недопущение простоев из-за неисправностей.

В соответствии с ГОСТ в процессе эксплуатации предусматриваются два вида профилактических мероприятий - техническое обслуживание и ремонт. Техническое обслуживание имеет несколько видов - регламентированное, с периодическим контролем и постоянным контролем. Состав работ по обслуживанию определяется видом оборудования и включает в себя контроль в процессе работы и в период остановок с целью прогнозирования технического состояния электрооборудования, проверку его работоспособности, регулирование или под настройку узлов, замену износившихся деталей. Иными словами, система технического обслуживания и ремонта представляет собой совокупность технических средств, документации и исполнителей, необходимых для выполнения всех этих работ. Осмотры и наблюдение позволяют определить общее состояние электроустановки, а также уточнить объем работ при очередном плановом ремонте. Периодичность и объем осмотров обслуживания и ремонта установлена «Системой планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования сельскохозяйственных предприятий», а также «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей», а для оборудования, не вошедшего в упомянутые документы, используются сведения и указания заводов-изготовителей. При профилактических испытаниях осуществляют контроль за эксплуатационной надежностью находящихся в эксплуатации электроустановок для своевременного обнаружения отклонения от нормы контролируемых параметров. К таким испытаниям, например, относятся измерения параметров заземляющих устройств, изоляции электрооборудования, сопротивлений устройств выравнивания потенциалов в животноводческих помещениях и т.п.

Основные понятия и определения теории эксплуатации электрооборудования.

Основные понятия и определения теории эксплуатации электрооборудования определяются ГОСТом-25866-83 «Эксплуатация техники, термины и определения».

Рассмотрим 15 основных определений, которые необходимо знать при изучении дисциплины.

Эксплуатация - стадия жизненного цикла изделия, на которой реализуется, поддерживается и восстанавливается его качество.

Жизненный цикл изделия - совокупность разработки, изготовления, обращения, эксплуатации и утилизации изделия от начала исследования возможности его создания до окончания его применения. Отличительной особенностью эксплуатации является использование или ожидание использования изделия по назначению.

Ожидание использования по назначению - нахождение изделия в состоянии готовности к использовании по назначению, предусмотренное в нормативно-технической документации.

Техническое обслуживание - комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.

Ремонт - комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности изделий и восстановлению ресурсов изделий или их составных частей.

Техническая эксплуатация - часть эксплуатации, включающая транспортирование, хранение, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Производственная техническая эксплуатация, включает в себя эксплуатационное обслуживание, которое производится персоналом, обслуживающим электрифицированные рабочие машины и механизмы (очистка и осмотр до начала и после окончания работы, управление и контроль за работой механизмов и машин), и дежурное обслуживание, выполняемое дежурными электромонтерами (производство отключений и переключений, устранение мелких неисправностей, проведение необходимых регулировок).

Плановая техническая эксплуатация, включает в себя очистку, проверку, регулировку, смазку и при необходимости замену недолговечных, легкосъемных деталей (щеток, контактов, пружин и т.д.).

Средства эксплуатации - здания, сооружения, технические устройства, в том числе и инструмент, запасные части и эксплуатационные материалы, необходимые для эксплуатации изделия.

Система эксплуатации - совокупность изделий, средств эксплуатации, исполнителей и устанавливающей правила их взаимодействия документации, необходимых и достаточных для выполнения задачи эксплуатации.

Условия эксплуатации - совокупность факторов, действующих на изделие при его эксплуатации.

Ввод в эксплуатацию – событие, фиксирующее готовность изделия к использованию по назначению и документально оформленное в установленном порядке.

Начало эксплуатации - момент ввода изделия в эксплуатацию.

Снятие с эксплуатации – событие, фиксирующее невозможность или нецелесообразность дальнейшего использования по назначению и ремонта изделия, документально оформленное в установленном порядке.

Конец эксплуатации - момент снятия с эксплуатации.

2 Лекция. Задачи и условия рациональной эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве

Содержание лекции: основные сведения о формы технической эксплуатации ЭО.

Цели лекции: изучить основные виды работ при эксплуатации ЭО.

Задачи и условия рациональной эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве можно представить виде таблицы 2.1.

Таблица 2.1 - Основные задачи и цель эксплуатации электрооборудования

Параметры ЭО	Расшифровка параметра
Цель ЭЭО	- добиться наибольшей отдачи от электрооборудования, т.е. повысить эффективность с/х производства на основе электроэнергетики.
Главная задача ЭО	- поддерживать ЭО в технически исправном состоянии в течение всего периода эксплуатации.
Четыре основные задачи ЭЭО	1) организация работ по ТО и ТР; 2) повышение эксплуатационной надежности ЭО; 3) рациональное использование различных видов энергии; 4) совершенствование и расширение внедрения электроэнергии.
Основные мероприятия при эксплуатации ЭО	1) правильный выбор ЭО по мощности, для достижения наилучших технико-экономических показателей; 2) правильный выбор ЭО по конструктивному исполнению, для обеспечения надежной работы электрооборудования в различных условиях эксплуатации; 3) строгое соблюдение объемов и периодичности то в соответствии с требованиями системы ППР и ТО; 4) контроль за режимами работы ЭО и создание его оптимальной загрузки; 5) контроль за техническим состоянием ЭО, проведение периодических испытаний; 6) ведение технической документации, для учета объемов и периодичности проведения ТО, а также для учета количества и движения ЭО; 7) техническое обучение электротехнического и не электротехнического персонала хозяйства.

Формы технической эксплуатации ЭО.

В настоящее время можно выделить следующие подходы к эксплуатации ЭО в сельском хозяйстве (см. таблицу 2).

Таблица 2.2 - Формы технической эксплуатации ЭО
Техническая эксплуатация определяемая отказом ЭО	Техническая эксплуатация, определяемая интервалом времени	Техническая эксплуата-ция, определяемая техническим состоянием ЭО
Отказ ЭО	Поддержание рабочего состояния электрооборудования путем проведения профилактических мероприятий на основе типового объема работ	Техническая эксплуатация, определяемая потребностями ЭО
Этот метод получил широкое распространение из-за того, что электротехнические службы хозяйств занимаются практически только устранением аварий и оперативным обслуживанием электрооборудования	Система ППР и ТО	Автоматический контроль за техническим состоянием ЭО
	Периодичность проведения работ определяется статистическими исследованиями и ущербами от отказов ЭО

Основные виды работ при эксплуатации ЭО.

При эксплуатации ЭО в сельскохозяйственных предприятиях должны выполняться следующие виды работ:

- техническое обслуживание (ТО);

- текущий ремонт (ТР);

- капитальный ремонт (КР);

- дежурное обслуживание (ДО);

-.периодические контрольные измерения и испытания в электроэнергетических установках, находящихся в эксплуатации;

- обучение производственного персонала правильным и безопасным методам работ.

Рассмотрим более подробно некоторые из перечисленных видов работ:

1) техническое обслуживание - комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании.

Техническое обслуживание выполняют на месте установки электрооборудования. При подготовке электрооборудования к хранению, а также непосредственно после его окончания обслуживание проводят, если период хранения продолжается более 2 месяцев. В сельском хозяйстве следует проводить и сезонное техническое обслуживание для подготовки электрооборудования к использованию в осенне-зимний и весенне-летний периоды, учитывая неравномерность распределения объемов работ по обслуживанию. В период массовой проверки при больших объемах работ, как правило, привлекаются специализированные организации.

В процессе эксплуатации выполняют следующие виды ТО, которые можно объединить в таблицу.

Таблица 2.3 - Виды ТО

Техническое обслуживание
Производственное ТО		Плановое ТО
Эксплуатационное ТО	Оперативное ТО
1. Очистка и осмотр ЭО до начала и после окончания работ 2. Управление и контроль за работой машин и механизмов	1. Производство отк-лючений и переклю-чений 2. Устранение мелких неисправностей 3. Проведение необ-ходимых регулировок 4. Контроль за выпо-лнением правил технической эксплуатации производственными рабочими	1. Осмотр 2. Очистка 3. Испытания 4..Диагностика техни-ческого состояния 5.мПростейшие регу-лировки 6. Мелкий ремонт, связанный с заменой некоторых деталей оборудования без его разборки и снятия с места установки
Персонал, обслуживающий электрифицированные машины и механизмы	Оперативный персонал ЭТС	Электромонтеры группы ТО

2) Текущий ремонт - комплекс операций, при котором обеспечивается поддержание электрооборудования в работоспособном состоянии в период гарантированной наработки до очередного планового ремонта.

При текущем ремонте выполняют очистку, замену и ремонт быстро изнашивающихся частей, а также регулировку узлов и механизмов. Текущий ремонт является основным видом ремонта и производится на месте установки оборудования с его остановкой и отключением от электросети, но без полной разборки. При капитальном ремонте, наиболее полном и сложном, производится полная разборка оборудования, восстановление или замена изношенных деталей и узлов, регулировка, наладка и испытания в объеме требований ПТЭ электроустановок потребителей или заводских инструкций. В процессе капитального ремонта может быть осуществлена модернизация электроустановки, под которой понимают ее изменение и усовершенствование для приведения в соответствие с современными требованиями, например, увеличение мощности, производительности технологического оборудования, надежности, экономичности и долговечности. Модернизация выполняется только после технико-экономической оценки с учетом работоспособности технологического оборудования. Для различных видов электроустановок устанавливаются необходимые периодичности технического обслуживания и ремонта. Периодичность может исчисляться днями, месяцами. Для отдельных видов электрооборудования существует ежедневное техническое обслуживание.

При проведении ТР выполняют все операции ТО, кроме этого, выполняют:

- разборку;

- очистку деталей и узлов;

- проводят их дефектовку;

- производят замену или ремонт изношенных и поврежденных деталей;

- устраняют другие неисправности;

- производят сборку изделия;

- его регулировку и послеремонтные испытания.

Во избежание неоправданных операций по разборке и сборке оборудования необходимо максимально использовать диагностические методы контроля состояния энергооборудования.

ТР выполняют за счет и по смете эксплуатационных расходов.

Текущий ремонт осуществляют в электроремонтных цехах, в мастерских колхозов и совхозов, а также на пунктах технического обслуживания животноводческих комплексов, станциях технического обслуживания оборудования животноводческих ферм, в инженерно-технических комплексах, в ремонто- эксплуатационных пунктах либо на месте установки электрооборудования. Текущий ремонт выполняется в плановом порядке по утвержденным графикам за счет и по смете эксплуатационных расходов.

3) капитальный ремонт - вид ремонта, осуществляемый с целью восстановления исправности и полного или близкого к полному восстановлению ресурса оборудования или сети. Как наиболее сложный вид ремонта он должен производится централизованно, высоко квалифицированным персоналом.

3 Лекция. Основные сведенья об энергооборудование, используемом в сельском хозяйстве

Содержание лекции: виды энергооборудования, используемого в сельском хозяйстве.

Цели лекции: иметь представления о процессе эксплуатации ЭО.

Сельскому электрику необходимо эксплуатировать воздушные линии 0,4 кВ (BЛ 0,4 кВ), выполненные на типовых железобетонных и деревянных опорах, кабельные линии 0,4 кВ (KЛ 0,4 кВ), проложенные в земле, а также распределительные устройства напряжением до 1 кВ (РУ 0,4 кВ) трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, если они не переданы на баланс государственных организаций, которые в этом случае их и обслуживают.

а - КТП мощностью 25-160 кВ • А; б - КТПП мощностью 160-400 кВ - А; 1 - ВЛ 10 кВ; 2 - концевая опора 10 кВ; 3 - разъединитель; 4 - КТП; 5 - КТПП; 6 - портал ввода высо-кого напряжения; 7 - портал ввода низкого напряжения; 8 - опора 0,4 кВ; 9 - В Л 0,4 кВ; 10 - заземляющее устройство ниже 40°С и в других случаях, связанных с опасностью повреж-дений линии.

Рисунок 3.1 - Установка комплектных трансформаторных подстанций тупикового типа напряжением 10/0,4, кВ

РУ 0,4 кВ содержат панельные и шкафные щиты с рубильниками, предохранителями, автоматическими выключателями и измерительными приборами. Простейшая распространенная конструкция установки комплектной трансформаторной подстанции КТП-10/0,4 кВ показана на рисунке 3.1. Подстанция устанавливается на специальном металлическом или железобетонном основании в зависимости от конструкций. Рядом с ней устанавливаются концевые опоры воздушных линий, а в траншее монтируется заземляющее устройство, к которому присоединяются трансформатор подстанции, распределительные устройства 10 и 0,4 кВ, металлические элементы опор и разъединителей, а также нулевой провод электросети низкого напряжения. На рисунке 3.1 указаны также общие габаритные размеры подстанций и другие размеры, необходимые для установки остальных элементов.

Техническое обслуживание (осмотры) электрических сетей проводят, как правило, без отключения напряжения. При этом проверяют состояние трассы, убирают посторонние предметы, проверяют ее противопожарное состояние. Осматривают состояние проводов, чтобы не было обрывов, оправлений отдельных проволок или вспучивания верхнего повива проводов (фонарей). Иней, подтаявший на месте соединения проводов, указывает на их нагрев - за такими местами необходимо тщательно следить. Ночью можно заметить свечение неисправных соединений или искрение по поверхности неисправных изоляторов. Необходимо убедиться в отсутствии на них сколов и ожогов в нормальном положении на крюках. Далее проверяют провисание проводов, состояние разрядников, заземляющих спусков, прочность вязки бандажей. Внеплановые осмотры осуществляют после грозы, сильного ветра или обильного снегопада, при транспортировке вблизи линии непредусмотренных крупногабаритных грузов и механизмов, во время ледохода, половодья, пожаров вблизи линии, при гололеде или морозе

В КЛ 0,4 кВ требуется наблюдать за состоянием кабельных трасс, за состоянием выходов на стены и опоры, в проходы через стены, состоянием кабельных муфт, контролировать нагрузку, параметры окружающей среды при прохождении в воздухе, подключения и т.д.

РУ 0,4 кВ нуждаются в периодической очистке от пыли и грязи. Особое внимание уделяется контактным соединениям. Техническое обслуживание отдельных электроаппаратов, входящих в РУ 0,4 кВ, рассмотрено ниже. Во время осмотра подстанции обращается внимание на характер гудения трансформатора, отсутствие подтекания и выброса масла. Проверяется наличие предупредительных надписей и знаков, противопожарного инвентаря, целостность ограждений, замков и лестниц. Контактные соединения со следами перегрева или окисления разбирают, очищают, если нужно, смазывают и собирают вновь. Два раза в год, весной и осенью, окрашенные металлические поверхности шкафов и конструкций подстанции очищают от ржавчины и вновь окрашивают для защиты от коррозии. В процессе обслуживания и ремонта производятся установленные измерения и испытания, проверка вторичных цепей коммутации и световой сигнализации.

Все работы на токоведущих частях электроустановок или вблизи них выполняются в соответствии с правилами техники безопасности после выполнения организационных и технических мероприятий, обеспечивающих их безопасность.

Заземляющие устройства (ЗУ) занимают важное место в комплексе технических средств охраны труда и нормального функционирования электроустановок. Они обеспечивают электробезопасность людей и животных, надежность работы электрооборудования, молниезащиту линий электропередачи, трансформаторных подстанций, зданий и сооружений.

Заземляющие устройства представляют собой совокупность заземлителей и заземляющих проводников. К искусственным заземлителям относят специально закладываемые в землю, к естественным - находящиеся в земле и используемые для целей заземления. Заземляющие проводники предназначены для присоединения заземляемых элементов к заземлителям. Эти проводники выделяются из других, как специально предназначенные для заземления, кроме случаев, специально оговоренных в строительных нормах и правилах. Например, в качестве проводников могут быть использованы металлические конструкции зданий, арматура железобетонных строительных конструкций и фундаментов, металлические конструкции производственно-технологического назначения, стальные трубы электропроводок, алюминиевые оболочки кабелей, металлические кожухи, короба и лотки электропроводок, металлические стационарно проложенные трубопроводы любого назначения, кроме трубопроводов с горючими и взрывоопасными веществами, смесями и газами, а также канализации и отопления зданий и сооружений. Не допускается использовать в качестве заземляющих проводников несущие тросы тросовой электропроводки, металлические оболочки трубчатых проводов, металлорукава, броню и свинцовую оболочку кабелей. Заземлители, как правило, выполняют из металлических вертикальных электродов диаметром не менее 10 мм, соединенных между собой горизонтальным заземлителем из того же металла либо стальной полосой толщиной не менее 4 мм. Размеры ЗУ определяются из условия необходимого сопротивления току промышленной частоты по соответствующим расчетным формулам. В отдельных случаях допускается использовать в качестве дополнительных заземлителей свинцовые оболочки кабелей, если их проложено не менее двух, причем заземлителями они становятся лишь через некоторое время после постепенного разрушения их джутовой оплетки. В ЗУ следует проверять надежность контактных соединений, ремонтировать поврежденные, производить периодические измерения сопротивлений. В тщательном уходе нуждаются заземляющие проводники и их присоединения к заземляемым элементам, болтовые соединения. Сопротивление ЗУ трансформаторной подстанции измеряется персоналом хозяйства, если она находится на его балансе.

В сельском хозяйстве действует огромное количество электродвигателей, преимущественно серий А02 и 4А. Условия работы электродвигателей в сельском хозяйстве характеризуют как тяжелые следующие факторы: повышенная влажность, наличие в воздухе животноводческих помещений агрессивных газов и пыли в кормоцехах и предприятиях по переработке зерна, повышенная частота возникновения технологических перегрузок, неполнофазные режимы работы, большой диапазон колебаний питающего напряжения, резкие перепады температур и повышенная влажность, недостаточный уровень оснащения двигателей защитными устройствами, невысокий уровень технического обслуживания. Обслуживание электродвигателей в целом несложно, но должно быть систематическим. Необходимо следить за нормальным охлаждением и нагревом электродвигателей. Электродвигатель не должен работать с перегрузкой сверх номинальной, должен иметь надежное крепление на фундаменте, не должен испытывать повышенной вибрации. Валы электродвигателя и приводимой машины должны быть надежно соединены. Подшипники подлежат обязательному заполнению смазкой.

Охлаждение обеспечивается при отсутствии нагрева двигателя от постороннего источника тепла (например, солнца, электроводонагревателя и т.п.), исправности вентилятора; корпус должен быть очищен от пыли и грязи. Закрытые обдуваемые электродвигатели имеют между кожухом вентилятора и охлаждающими ребрами станины вентиляционные каналы. Они легко засоряются, что приводит к нарушению охлаждения, поэтому при работе в запыленном воздухе (на зерноперерабатывающих, кормоприготовительных, деревообрабатывающих и других машинах) электродвигатели периодически нужно очищать от пыли, что может осуществляться работниками соответствующих производств. Защита от солнца выполняется путем установки козырька или зонта, от других источников тепла - теплоизолирующими перегородками. При этом следует иметь в виду, что закрывать электродвигатель сплошным кожухом нельзя, поскольку при этом нарушается тепло- и воздухообмен и двигатель перегревается.

При осмотрах электродвигатель очищается, проверяется его крепление, заземление и зануление, электропроводка и пуско-защитная аппаратура, а также связь с рабочей машиной. При этом у обслуживающего персонала следует поинтересоваться состоянием, работой и неисправностями рабочей машины для того, чтобы в дальнейшем учесть особенности режима работы машины и их действие на электродвигатель, а неисправности устранить. Работы, не относящиеся к электрооборудованию, выполняются соответствующими ремонтными службами и специалистами. В процессе обслуживания проверяется состояние вводной коробки электродвигателя - она очищается, чтобы не возникло проводящих мостиков из грязи и пыли между зажимами колодки. Обращается внимание на состояние выводных проводников и их изоляционных втулок и на плотность затяжки зажимных гаек на болтах. Если на месте соединения выводного провода с электросетью появилась затвердевшая изоляция, т.е. потерявшая свою эластичность, то это верный признак перегрева этого места. В таком случае соединение разбирается, проверяется и затем собирается заново. Конкретное содержание технического обслуживания и ремонта устанавливается для различного оборудования заводами-изготовителями.

4 Лекция. Экономия электроэнергии

Содержание лекции: основные принципы экономии электроэнергии.

Цели лекции: изучить основные способы и методы экономии электроэнергии.

Вопросы экономии электроэнергии приобретают в настоящее время особое значение.

Следует отметить, что экономия электроэнергии не есть простое ограничение полезного ее потребления.

Экономия электроэнергии должна состоять:

- из уменьшения потерь электроэнергии;

- из снижения энергоемкости продукции.

Во всех случаях мероприятия по экономии электроэнергии необходимо рассматривать с народнохозяйственных позиций. Другими словами, следует внедрять только те мероприятия, которые окупятся не более чем за нормативный срок окупаемости, равный 6,6 года. Это означает, что дополнительные затраты на экономию электроэнергии оправданы, если экономия электроэнергии составляет не менее 100 кВт´ч в год в течение нормативного срока окупаемости.

Эффективность производства достигается при снижении себестоимости продукции, одной из составляющих которой являются затраты на электроэнергию. Кроме того, неэффективно затраченная электроэнергия приводит к перегрузкам энергосистемы и повышению потерь энергии в ней. А эти потери в конечном счете - бесполезно сгоревшие уголь, нефть, торф или газ на электростанциях, напрасно истраченный труд и износ оборудования на гидроэлектростанциях, израсходованное дорогостоящее ядерное горючее на атомных станциях.

Общими критериями для оценки резервов экономии электроэнергии являются уровень электровооруженности труда, уровень технологии производства, число часов использования в году мощностей электроустановок, постоянная разработка и реализация различных мероприятий по совершенствованию технических и организационных сторон электрификации, состояние и уровень эксплуатации электроустановок.

Специалист-электрик, энергетические службы хозяйств постоянно должны контролировать и при необходимости решать следующие задачи:

1) вести тщательный учет электроэнергии на всех объектах и установках;

2) в случае необходимости применять двухтарифные счетчики;

3) отключать установки, работающие на холостом ходу;

4) автоматизировать производственные процессы, использующие электрооборудование;

5) контролировать правильность выбора электродвигателей в зависимости от потребной мощности на валу рабочих машин и агрегатов, в случае незагруженности двигателей заменять их на менее мощные;

6) использовать установки компенсации реактивной мощности, в том числе непосредственно у мощных электродвигателей;

7) правильно выбирать количество, тип и мощность ламп светильников общего и местного освещения, обеспечивать своевременную их очистку от пыли и грязи, ремонт;

8) повсеместно, где допускает технология производства, использовать установки программного управления освещением, например, «искусственные сутки» в птицеводческих и других помещениях, применять фотореле при управлении дежурным и уличным освещением, а также демпферные автоматические выключатели для включения освещения в подъездах и на лестницах;

9) строго и корректно решать вопросы использования мощного электротермического оборудования, как правило, после соответствующего разрешения электроснабжающих организаций;

10) добиваться снижения потерь тепла в помещениях из-за неисправностей оборудования, окон и дверей, несовершенства строительных конструкций, улучшать системы вентиляции и не допускать уноса тепла, автоматизировать системы электрообогрева;

11) увеличивать загрузку насосов, либо заменять электродвигатели, одновременно ликвидировать утечки воды в системе водоснабжения, вводить оборотное водоснабжение;

12) налаживать эксплуатацию электрооборудования [9].

Составление плана организационно-технических мероприятий.

Успешная работа по экономии электроэнергии связана с разработкой плана организационно-технических мероприятий.

Нам необходимо определиться в том, что относят к организационно-техническим мероприятиям:

К организационно-техническим мероприятиям условно относят те мероприятия, на осуществление которых не требуется сверхнормативных капитальных вложений или эксплуатационных издержек.

На следующем этапе определим цель составления этого плана.

Цель - выявление очагов потерь или нерационального использования электроэнергии и разработка конкретных эффективных способов наибольшей экономии электроэнергии.

Очаги потерь или нерационального использования электроэнергии выявляют путем анализа состояния эксплуатации электрооборудования и потребления электроэнергии. К известным способам экономии электроэнергии можно отнести: поддержание электрооборудования в исправном состоянии; выбор и поддержание оптимальных режимов работы оборудования; автоматизация технологических процессов; внедрение новой энергосберегающей техники и технологии.

Выявление очагов потерь или мест нерационального использования электроэнергии.

Одной из главных задач руководителя электротехнической службы хозяйства является рациональное использование электрической энергии, ее экономия при выполнении тех или иных технологических процессов. В это понятие входит и снижение потерь электрической энергии.

Выявить очаги потерь электроэнергии бывает довольно сложно. Однако существуют методы, упрощающие этот процесс. Среди них можно выделить: функционально-стоимостной анализ (ФСА); метод контрольных вопросов (МКВ).

Следует отметить, что правильно провести ФСА довольно сложно не-подготовленному специалисту. Для его выполнения следует обращаться к специалистам - инженерам ФСА. Однако таких специалистов, к сожалению, в сельскохозяйственном производстве нет, их просто не готовили и не готовят. И другой аргумент, этот метод предпочтительнее применять для решения сложных, глобальных проблем. Поэтому более предпочтительным в таком случае будет использование метода контрольных вопросов (МКВ). Контрольные вопросы (КВ) могут изменяться пользователем и применяться в удобной для него форме.

Размещение и степени защиты оболочки электрооборудования.

Надежную эксплуатацию электрооборудования можно обеспечить только в том случае, если оно будет в надлежащей мере защищено от вредного влияния окружающей среды. Особенно важен правильный выбор электрооборудования в сельскохозяйственном производстве, где почти всегда имеются факторы, не совместимые с нормальной работой незащищенного оборудования.

Выбранное оборудование должно соответствовать условиям окружающей среды. Для удовлетворения этих требований промышленность выпускает разнообразное по исполнению оборудование. Категории размещения оборудования обозначаются цифрами. Эти обозначения регламентируются ГОСТ «Машины, приборы и др. технические изделия. Исполнения для различных климатических категорий, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды».

В сельском хозяйстве используется оборудование исполнения У, предназначенное для районов с умеренным климатом. В зависимости от места его размещения при эксплуатации, это климатическое исполнение подразделяется на категории.

Все электрические машины и электрооборудование выпускаются в климатических исполнениях, предназначенных для работы в определенных макроклиматических условиях, и разделены на категории в зависимости от места установки и эксплуатации. Климатическое исполнение делится: на умеренное - У, тропическое - Т, умеренно холодное - УХЛ. Категорий размещения насчитывается пять: 1 - на открытом воздухе; 2 - в помещениях, колебания температуры и влажности в которых несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе, например, под навесами; 3 - в помещениях с естественной вентиляцией без искусственного микроклимата; 4 - в отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых помещениях; 5 - в помещениях с повышенной влажностью, где возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолках.

Степени защиты оболочки электрооборудования учитывают производственные факторы, воздействующие на них. Они характеризуются соответствующими условными обозначениями по степени защиты как от соприкосновения с токоведущими частями персонала, так и от попадания внутрь оболочек посторонних тел, пыли и воды. Условное обозначение степени защиты состоит из букв IP и двух цифр.

Степень защиты. Способ защиты, обеспечиваемый оболочкой от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов и (или) воды и проверяемый стандартными методами испытаний.

Код IP. Система кодификации, применяемая для обозначения степеней защиты, обеспечиваемых оболочкой от доступа к опасным частям, попадания внешних твердых предметов, воды, а также для предоставления дополнительной информации, связанной с такой защитой.

Первая означает степень защиты от соприкосновения и попадания посторонних тел, вторая - от проникновения воды. В настоящее время имеется восемь степеней защиты: 0 - защита отсутствует; 1 - защита от преднамеренного доступа внутрь оболочки и попадания предметов диаметром не менее 50 мм от вертикально падающих конденсирующихся капель воды; 2 - защита от прикосновения пальцами и попадания предметов диаметром не более 12 мм, от капель воды, падающих на оболочку, наклоненную не более чем на 15° к вертикали; 3 - защита от соприкосновения с инструментом и попадания предметов диаметром не менее 2,5 мм, от дождя, падающего на оболочку, наклоненную не более чем на 60°; 4 - то же диаметром не менее 1 мм, от брызг воды в любом направлении; 5 - полная защита от соприкосновений и вредных отложений, от струй воды на оболочку через наконечник в любом направлении; 6 - полная защита от соприкосновений и проникновения пыли, от воздействий, характерных для палубы корабля; 7,8 - защита от воды при полном погружении.

От правильного выбора климатического исполнения и степени защиты зависит очень многое: нормальное и правильное функционирование электрических машин и электрооборудования, их долговечность и надежность, количество обслуживающего персонала, запасных частей, материалов и оборудования, электрическая безопасность для людей и животных, взрыво- и пожарная безопасность на производствах, в зданиях и сооружениях, удобство обслуживания, эксплуатации и ремонта, экономия электроэнергии и других топливно-энергетических ресурсов.

5 Лекция. Надежность: основные понятия и определения

Содержание лекции: основные термины и определения понятия «надежность».

Цели лекции: изучить порядок решения задач надежности.

При анализе и оценке надежности, в том числе и в электроэнергетике, конкретные технические устройства именуются обобщенным понятием «объект». Объект - это предмет определенного целевого назначения, рассматриваемый в периоды проектирования, производства, эксплуатации, изучения, исследования и испытаний на надежность. Объектами могут быть системы и их элементы, в частности технические изделия, устройства, аппараты, приборы, их составные части, отдельные детали и т.д.

Термины и определения «надежность» трактуется, как свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Как видно из определения, надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его пребывания может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость или определенное сочетание этих свойств.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Сохраняемость - свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Указанные важнейшие свойства надежности характеризуют определенные технические состояния объекта. Различают пять основных видов технического состояния объектов.

Исправное состояние. Состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неисправное состояние. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Работоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Неработоспособное состояние. Состояние объекта, при котором значения хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние. Состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна , либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта (изделия) из одного вышестоящего технического состояния в нижестоящее обычно происходит вследствие событий: повреждений или отказов. Совокупность фактических состояний объекта, к примеру, электроустановки, и возникающих событий, способствующих переходу в новое состояние, охватывает так называемый жизненный цикл объекта, который протекает во времени и имеет определенные закономерности, изучаемые в теории надежности.

Согласно ГОСТ 27.002-89, отказ - это событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Переход объекта из исправного состояния в неисправное не связан с отказом.

В ГОСТ введено еще одно понятие, отражающее состояние объекта, - дефект. Дефектом называется каждое отдельное несоответствие объекта установленным нормам или требованиям. Дефект отражает состояние, отличное от отказа. В соответствии с определением отказа, как события, заключающегося в нарушении работоспособности, предполагается, что до появления отказа объект был работоспособен. Отказ может быть следствием развития неустраненных повреждений или наличия дефектов: царапин; потертости изоляции; небольших деформаций.

В теории надежности, как правило, предполагается внезапный отказ, который характеризуется скачкообразным изменением значений одного или нескольких параметров объекта. На практике приходится анализировать и другие отказы, к примеру, ресурсный отказ, в результате которого объект приобретает предельное состояние, или эксплуатационный отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил или условий эксплуатации. При расчетах и анализе надежности широко используются термины «элемент» и «система». Под элементом понимается часть сложного объекта, которая имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющую определенную частную функцию в интересах сложного объекта, который по отношению к элементу представляет собой систему.

Например, изолятор в гирлянде изоляторов выполняет роль элемента, а гирлянда изоляторов - это система. На трансформаторной подстанции выключатели, отделители, разъединители, силовые трансформаторы и т.п. являются элементами, а сама подстанция является системой. Из приведенных примеров видно, что в зависимости от уровня решаемой задачи и степени объединения анализируемых аппаратов и устройств определенный объект может в одном случае быть системой, а в другом - элементом. Так при анализе надежности трансформатора его можно "разложить" на множество элементов: обмотки высокого и низшего напряжения, высоковольтные и низковольтные вводы, магнитопровод, бак трансформатора и т.д. С другой стороны, для трансформаторной подстанции трансформатор удобнее представить как элемент, у которого есть свои характеристики надежности, нормативно-техническая документация, требования к эксплуатации.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 для количественной оценки надежности применяются количественные показатели оценки отдельных ее свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные показатели, характеризующие готовность и эффективность использования технических объектов (в частности, электроустановок).

Эти показатели позволяют проводить расчетно-аналитическую оценку количественных характеристик отдельных свойств при выборе различных схемных и конструктивных вариантов оборудования (объектов) при их разработке, испытаниях и в условиях эксплуатации. Комплексные показатели надежности используются главным образом на этапах испытаний и эксплуатации при оценке и анализе соответствия эксплуатационно-технических характеристик технических объектов (устройств) заданным требованиям. На стадиях экспериментальной отработки, испытаний и эксплуатации, как правило, роль показателей надежности выполняют статистические оценки соответствующих вероятностных характеристик В данном пособии отказ объекта рассматривается как случайное событие, то есть заданная структура объекта и условия его эксплуатации не определяют точно момент и место возникновения отказа. Принятие этой, более распространенной, концепции предопределяет широкое использование теории вероятностей

Порядок решения задач надежности.

Надежность технического объекта любой сложности должна обеспечиваться на всех этапах его жизненного цикла: от начальной стадии выполнения проектно-конструкторской разработки до заключительной стадии эксплуатации. Основные условия обеспечения надежности состоят в строгом выполнении правила, называемого триадой надежности: надежность закладывается при проектировании, обеспечивается при изготовлении и поддерживается в эксплуатации. Без строгого выполнения этого правила нельзя решить задачу создания высоконадежных изделий и систем путем компенсации недоработок предыдущего этапа на последующем.

Если в процессе проектирования должным образом не решены все вопросы создания устройства или системы с заданным уровнем надежности и не заложены конструктивные и схемные решения, обеспечивающие безотказное функционирование всех элементов системы, то эти недостатки порой невозможно устранить в процессе производства и их последствия приведут к низкой надежности системы в эксплуатации. В процессе создания системы должны быть в полном объеме реализованы все решения, разработки и указания конструктора (проектировщика).

Важное значение в поддержании, а точнее в реализации необходимого уровня надежности имеет эксплуатация. При эксплуатации должны выполняться установленные инструкциями условия и правила применения устройств, к примеру, электроустановок; своевременно приниматься меры по изучению и устранению причин выявленных дефектов и неисправностей; анализироваться и обобщаться опыт использования устройств.

Обычно на типовые устройства массового производства (трансформаторы, выключатели, разъединители и т.д.) завод-изготовитель задает основные показатели надежности: среднюю наработку до отказа; интенсивность отказов; среднее время восстановления; технический ресурс и др. [4].

Очевидно, на любом предприятии должна быть программа обеспечения надежности, разрабатываемая для каждого этапа жизненного цикла устройства (системы). Одним из важнейших документов, в значительной мере гарантирующим сохранение высокого уровня надежности электроустановок в эксплуатации, являются «Правила эксплуатации электроустановок потребителей»

Каждому этапу разработки или модернизации системы соответствует определенный уровень расчета надежности. Как правило, выделяют три уровня расчетов: прикидочный; ориентировочный; окончательный. В таблице 5.1 показана примерная связь этапов разработки и уровней расчетов надежности систем автоматики и полупроводниковой техники [5].

Таблица 14.2 - Этапы разработки и уровни расчетов надежности

Этапы разработки системы	Уровень расчета
Предэскизный проект. Разработка технического задания	Прикидочный расчет с целью определения норм надежности
Эскизный проект	Ориентировочный расчет норм надежности
Технический проект	Окончательный расчет с учетом режимов работы элементов и факторов, воздействующих на систему
Рабочий проект	Окончательный вариант расчета с учетом дополнительных факторов, зависящих от принятых схемных и конструктивных решений
Готовый объект (стендовые и натурные испытания)	Экспериментальная оценка уровня надежности объекта. Выявление узлов с недостаточной надежностью. Введение необходимых коррективов в схему и конструкцию. Внесение поправок в окончательный расчет

6 Лекция. Основные показатели безотказности объектов

Содержание лекции: основные определения показателей безотказности объектов.

Цели лекции: знать формулы характеризующие показатели безотказности объектов.

Вероятность безотказной работы.

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в пределах заданий наработки отказ объекта не возникает. На практике этот показатель определяется статистической оценкой

(6.1)

где N_o - число однотипных объектов (элементов), поставленных на испытания (находящихся под контролем); во время испытаний отказавший объект не восстанавливается и не заменяется исправным;

n(t) - число отказавших объектов за время t.

Из определения вероятности безотказной работы видно, что эта характеристика является функцией времени, причем она является убывающей функцией и может принимать значения от 1 до 0.

График вероятности безотказной работы объекта изображен на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – График функции Р(t)

Как видно из графика, функция P(t) характеризует изменение надежности во времени и является достаточно наглядной оценкой. Например, на испытания поставлено 1000 образцов однотипных элементов, то есть N_o=1000 изоляторов.

При испытании отказавшие элементы не заменялись исправными. За время t отказало 10 изоляторов. Следовательно P(t)=0,99 и наша уверенность состоит в том, что любой изолятор из данной выборки не откажет за время t с вероятностью P(t) = 0,99.

Отметим, что не всегда в качестве наработки выступает время (в часах, годах). К примеру, для оценки вероятности безотказной работы коммутационных аппаратов с большим количеством переключений (вакуумный выключатель) в качестве переменной величины наработки целесообразно брать количество циклов «включить» – «выключить». При оценке надежности скользящих контактов удобнее в качестве наработки брать количество проходов токоприемника по этому контакту, а при оценке надежности движущихся объектов наработку целесообразно брать в километрах пробега. Суть математических выражений оценки P(t), Q(t), f(t) при этом остается неизменной.

Средняя наработка до отказа.

Средней наработкой до отказа называется математическое ожидание наработки объекта до первого отказа T₁.

Вероятностное определение средней наработки до отказа [13] выражается так:

используя известную связь между f(t), Q(t) и P(t), запишем , а зная, что , получим: + . Полагая, что , и учитывая, что Р(0)=1, получаем:

. (6.2)

Таким образом, средняя наработка до отказа равна площади, образованной кривой вероятности безотказной работы P(t) и осями координат. Статистическая оценка для средней наработки до отказа определяется по формуле

, ч , (6.3)

где N_o - число работоспособных однотипных невосстанавливаемых объектов при t=0 (в начале испытания);

t_j - наработка до отказа j-го объекта.

Отметим, что, как и в случае с определением P(t), средняя наработка до отказа может оцениваться не только в часах (годах), но и в циклах, километрах пробега и другими аргументами.

Интенсивность отказов.

Интенсивность отказов - это условная плотность вероятности возникновения отказа объекта, определяемая при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не наступил. Из вероятностного определения следует, что

. (6.4)

Статистическая оценка интенсивности отказов имеет вид:

, (6.5)

где - число отказов однотипных объектов на интервале , для которого определяется ;

- число работоспособных объектов в середине интервала (см. рисунок 6.2).

N_i- число работоспособных объектов в начале интервала ;
- число работоспособных объектов в конце интервала .

Рисунок 6.2 – Схема для определения N_ср

Средняя наработка на отказ.

Этот показатель относится к восстанавливаемым объектам, при эксплуатации которых допускаются многократно повторяющиеся отказы. Эксплуатация таких объектов может быть описана следующим образом: в начальный момент времени объект начинает работу и продолжает работу до первого отказа; после отказа происходит восстановление работоспособности, и объект вновь работает до отказа и т.д. На оси времени моменты отказов образуют поток отказов, а моменты восстановлений - поток восстановлений.

Средняя наработка на отказ объекта (наработка на отказ) определяется как отношение суммарной наработки восстанавливаемого объекта к числу отказов, происшедших за суммарную наработку:

, (6.6)

где t_i - наработка между i-1 и i-м отказами, ч;

n(t) - суммарное число отказов за время t.

Параметр потока отказов.

Этот показатель также характеризует восстанавливаемый объект и по статистическим данным определяется с помощью формулы:

, (6.7)

где n(t₁) и n(t₂) - количество отказов объекта, зафиксированных соответственно, по истечении времени t₁и t₂.

Параметр потока отказов представляет собой плотность вероятности возникновения отказа восстанавливаемого объекта. Отказы объектов возникают в случайные моменты времени, и в течение заданного периода эксплуатации наблюдается поток отказов. Существует множество математических моделей потоков отказов. Наиболее часто при решении задач надежности электроустановок используют простейший поток отказов - пуассоновский поток [13, 15]. Простейший поток отказов удовлетворяет одновременно трем условиям: стационарности, ординарности, отсутствия последствия.

Стационарность случайного процесса (времени возникновения отказов) означает, что на любом промежутке времени вероятность возникновения n отказов зависит только от n и величины промежутка , но не зависит от сдвига по оси времени. Следовательно, при вероятность появления n отказов по всем интервалам составит

Ординарность случайного процесса означает, что отказы являются событиями случайными и независимыми. Ординарность потока означает невозможность появления в один и тот же момент времени более одного отказа, то есть .

Отсутствие последствия означает, что вероятность наступления n отказов в течение промежутка не зависит от того, сколько было отказов и как они распределялись до этого промежутка. Следовательно, факт отказа любого элемента в системе не приведет к изменению характеристик (работоспособности) других элементов системы, если даже система и отказала из-за какого-то элемента.

7 Лекция. Методы определения надежности

Содержание лекции: основные методы для определения показателей надежности системы.

Цели лекции: изучить коэффициентный и экспериментальный метод.

Системы, как отмечалось, представляют собой совокупности из множества элементов. Определение показателей надежности системы является более сложной задачей, чем определение надежности отдельного элемента. Для ее решения разработаны разнообразные методы. Классификация методов еще окончательно не сформировалась. Все методы определения надежности предполагают моделирование системы. Приемы построения модели в известной степени характеризуют методы расчета надежности и могут составить основу их классификации.

Первую группу составляют расчеты по основным теоремам вероятности на основе структурно-функциональных схем системы. Вторая группа - методы теории марковских процессов, моделирующих динамику изменения состояний системы. Третья группа - статистическое моделирование случайного процесса перехода системы от состояния к состоянию (метод Монте-Карло).

Существует два основных метода определения надежности: экспериментальный и коэффициентный. Экспериментальный метод применяется при определении надежности нового оборудования, а коэффициентный метод применяется при определении надежности уже работающего оборудования.

Экспериментальный метод дает наиболее полное представление о надежности оборудования, о причинах отказов, о слабых звеньях и способах повышения надежности. Однако для получения достоверных экспериментальных данных часто необходимо затрачивать много времени и привлекать другие значительные ресурсы. Самый доступный источник экспериментальных данных - это систематические или специально спланированные наблюдения при нормальной эксплуатации оборудования. Для реализации такого метода необходима дополнительная подготовка персонала, благодаря которой исключаются неправильное заполнение донесений об отказе оборудования, неполные сведения об условиях эксплуатации или ошибки в обработке данных.

Планирование эксплуатационных испытаний или наблюдений необходимо выполнять в следующей последовательности:

- установить признак отказа объекта. Например, для лампы накаливания это может быть снижение светового потока на 15% при номинальном напряжении или перегорание нити накала; для электродвигателя - нагрев изоляции выше класса нагревостойкости или перегорание обмотки, или заклинивание ротора и т.п.;

- выбрать определяющий показатель надежности для изучаемого объекта. Например, если оборудование, предназначено для использования в течение определенного времени или оперативного применения, определяющим показателем служит вероятность безотказной работы; для объектов, потеря работоспособности которых влечет большой ущерб, на первое место выходит интенсивность отказов;

- определить условия испытаний по электрическим нагрузкам, режимам работы, окружающей среде и т.п.;

- установить способ контроля работоспособности: обычный, непрерывный, периодический;

- определить число изучаемых объектов N (по ГОСТ 27.502-88; по нижеприведенной методике);

- выбрать способ замены отказавших объектов. ГОСТ 27.002-83 устанавливает три плана замен: U - не заменяются; R - заменяются немедленно; M - восстанавливаются в ходе испытаний;

- выбрать правило окончания испытаний. ГОСТ 27.002-83 предусматривает следующие варианты: Т - после истечения заданного времени; r - после наступления r-го отказа; Т_å - после заданной наработки; r_å - после отказа всех объектов.

Планы испытаний на надежность обозначают условно в виде букв: [NUT], [Nur], [NRT] и т.д. Первая позиция обозначает объем выборки, вторая - способ замены отказавших объектов, третья - правило окончания испытаний. Например, план испытаний на надежность имеет вид [NuM(t₀, t_э)], в этом случае N=1, т.е. испытывается одно изделие, которое восстанавливается после каждого отказа. Испытания продолжаются до достижения r₀ отказов или наработки t_э. В случае, когда число отказов r (за наработку t<t_э) достигает r₀ , испытания на надежность прекращаются и принимается решение о несоответствии изделия требованию к индивидуальному показателю безотказности, т.е. решение о том, что изделие является браком и должно подлежать замене. При числе отказов rза наработку t_э меньше r₀изделие признается соответствующим требованиям к показателю безотказности.

Для расчета объема выборки задаются относительной ошибкой (обычно принимают d=0,05) и выбирают доверительную вероятность (обычно принимают b=0,80; 0,90; 0,95).

Коэффициентный метод. Главная задача теории эксплуатации энергетического оборудования заключается в определении надежности его элементов и систем в конкретных условиях эксплуатации при известных показателях конструктивной надежности.

Объект изучения при решении такой задачи можно представить как устройство преобразования конструктивной интенсивности отказов элемента или системы «l_к»в эксплуатационную «l_э» под действием двух групп факторов: дестабилизирующих и компенсирующих. В первой группе основными и хорошо изученными являются воздействия энергосистемы (факторы U), окружающей среды (факторы С) и режимов использования (факторы V). Во второй группе обычно учитывают положительные воздействия электротехнического персонала за счет проведения технических обслуживаний и ремонтов (факторы П) и устройств защиты от аварийных режимов (факторы Z). обобщенная математическая модель имеет вид:

. (7.1)

Инженерный расчет основывается на использовании в модели коэффициентов надежности и влияния.

Коэффициент надежности представляет собой отношение интенсивности отказов изучаемого элемента l_j к интенсивности отказов некоторого базового элемента l_б:

. (7.2)

Обычно за базовый элемент принимают резистор типа ОМЛТ с номиналом от 1 до 10 КОм, мощностью 0,25 Вт. Для него l_б=2´10^-71/ч. Коэффициенты надежности основных видов электрооборудования приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1- Коэффициенты надежности основных видов электрооборудования

№	Наименование оборудования	Коэффициент надежности
1	Трансформаторы силовые
	на одну обмотку	2,5
	в целом	15,0
2	Электродвигатели:
	Постоянного тока	82,5
	асинхронные	64,0
3	Выключатели автоматические	5,0
4	Рубильники (в целом)	4,0
5	Контакторы и магнитные пускатели (в целом)	45,0
6	Кнопка управления	5,0

Коэффициенты влияния К_в_i показывают, как изменяется интенсивность отказов изучаемого элемента при изменении дестабилизирующих или компенсирующих факторов. Они являются безразмерными. При номинальных условиях эксплуатации К_в_i=1,0, т.е. эксплуатационная и конструктивная интенсивность отказов равны. Для других условий 0< К_в_i <1.

С учетом изложенных положений можно перейти от обобщенной модели к расчетной формуле:

, (7.3)

где n – число учитываемых факторов.

Для коэффициентов влияния можно использовать универсальную формулу

, (7.4)

где - фактическое значение учитываемого фактора в долях от номинального;

r_i - коэффициент чувствительности интенсивности отказов к изменению фактора (показывает, во сколько раз изменяется интенсивность при изменении значения фактора на 1%).

Таким образом, для расчета интенсивности отказов коэффициентным методом необходимо определить коэффициент надежности и коэффициенты влияния (см. таблица 7.2), а затем по формуле (7.3) вычислить искомую эксплуатационную надежность. Если известна конструкционная надежность, то отличие расчета состоит лишь в том, что принимают .

Таблица 7.2 - Значение коэффициентов влияния для электроприводов

№	Эксплуатационные воздействия	Значение фактора,	Коэффициент чувствительности, r_i
1	Качество напряжения		r₁=-2,0
2	Условия окружающей среды: легкие	a₂=0,6¸0,7	r₂=1,0
	нормальные	a₂=1,0	r₂=1,0
	тяжелые	a₂=2,5¸3,0	r₂=1,0
	особо тяжелые	a₂=10¸12	r₂=1,0
3	Загрузка	a₃=Р_ф/Р_н	r₃=3,0 (э.д. 4А) r₃=4,0 (э.д. АО2, А2)
4	Качество технической эксплуатации	a₄=N_ф/N_н	r₄=1,0
5	Тип устройства защиты: ТРН	a₅=0,5	r₅=1,0
	УВТЗ-1	a₅=0,25	r₅=1,0
	УВТЗ-5	a₅=0,1	r₅=1,0

Примечание: классификация условий окружающей среды по методике ВИЭСХ; U_ф(U_н), P_ф(P_н), N_ф(N_н) - фактические (номинальные) значения напряжений, мощности и числа электромонтеров, соответственно.

8 Лекция. Основы рационального выбора и использования электрооборудования

Содержание лекции: выбор электрооборудования по экономическим критериям.

Цели лекции: изучить методику оптимального комплектования.

Выбор электрооборудования по экономическим критериям.

Одним из способов повышения надежности работы электрооборудования является его правильный выбор. При выборе электрооборудования электроприводов необходимо учитывать: мощность, необходимую для привода рабочей машины; исполнение электродвигателя; модификацию электродвигателя; устройство защиты электродвигателя.

В связи с массовостью применения электроприводов даже незначительные погрешности выбора, в конечном счете, приводят к огромному суммарному ущербу.

В настоящее время предлагаемые методики выбора электрооборудования предписывают строго рассчитывать их энергетические параметры. При этом особенности рабочих машин и условий эксплуатации учитываются приближенно. Это было оправдано на первом этапе развития электрификации, но сейчас, при возросших требованиях к электроприводу, требуется учитывать большое число факторов и связей.

Предлагаемая методика оптимального комплектования электроприводов может быть использована для выбора не регулируемых по частоте вращения асинхронных электродвигателей серии «4А» и аппаратуры управления ими. Кроме этого, электродвигатели не должны иметь особых требований к пуску и торможению.

Методика оптимального комплектования электроприводов состоит из следующих этапов: подготовка исходных данных; выбор мощности электродвигателя; выбор частоты вращения электродвигателя; выбор модификации электродвигателя по пусковому моменту и скольжению; проверка устойчивости пуска и перегрузочной способности; выбор устройства защиты; выбор передаточного устройства.

Рассмотрим более подробно все эти этапы.

Подготовка исходных данных. Для оптимизации электропривода нам необходимо собрать следующие сведения: условия использования; дестабилизирующие воздействия; условия электроснабжения; уровень технической эксплуатации.

Условия использования включают в себя: назначение; эквивалентную мощность рабочей машины, кВт; частоту вращения вала рабочей машины, n, об/мин; пусковой, номинальный и максимальный моменты, Нм; занятость в течение суток, tс, час; занятость в течение года, m, месяц; номинально допустимый простой при отказе электропривода, tд, час.; технологический ущерб, выраженный в долях от стоимости капитального ремонта электродвигателя, v, о.е.

Дестабилизирующие воздействия включают в себя: условия эксплуатации (по классификации ВИЭСХ - легкие, нормальные, тяжелые); климатические условия; интенсивность отказов, l, год^-1; структуру аварийных ситуаций, a₁, о.е.; увлажнение и агрессивное воздействие среды, a_у; неполнофазный режим, a_н; перегрузку, a_п; затормаживание ротора, a_т; прочие ситуации, a_пр.

Условия электроснабжения должны включать в себя следующие данные: мощность трансформатора трансформаторной подстанции, Sтр, кВА; длину и марку проводов линии низкого напряжения, L[км], q[мм²]; напряжение на зажимах электродвигателей, U, В.

Данные о уровне технической эксплуатации должны содержать следующие сведения: периодичность и затраты на обслуживание; затраты на капитальный ремонт; время восстановления работоспособности электропривода после отказа, tв, час.

Выбор мощности электродвигателя. Для этого необходимо определить коэффициент нагрузки электродвигателя «b». Его определяют, учитывая занятость «m» и технологический ущерб «v» по номограммам, приведенным на рисунке 8.1 [1].

Рисунок 8.1 - Номограмма для определения коэффициента нагрузки электродвигателя

Определив коэффициент нагрузки «b», по формуле определяют расчетную мощность: Рр=Р/b, и по таблице 8.1 с учетом условий эксплуатации выбирают такой электродвигатель, интервал оптимальных нагрузок которого включает расчетную мощность Рр. Если из-за малых значений tc и v окажется, что Р < Рн, то допустимую перегрузку следует проверить по фактической температуре окружающей среды.

Выбор электродвигателя по условиям окружающей среды. Нам необходимо определить допустимую относительную стоимость К’д электродвигателя специального исполнения (сельскохозяйственного, химостойкого и т.п.). Ее определяют по номограмме, приведенной на рисунке 8.2.

Таблица 8.1 - Оптимальные интервалы нагрузок электродвигателей серии 4А

Номинальная мощность, кВт	Интервал нагрузок в зависимости от условий эксплуатации, кВт
Номинальная мощность, кВт	Легкие	Нормальные	Тяжелые
1,1	0,60.....1,10	0,50.....1,00	0,45.....0,95
1,5	1,11.....1,50	1,01.....1,40	0,96.....1,30
2,2	1,51.....2,20	1,41.....1,95	1,31.....1,90
3,0	2,21.....3,00	1,96.....2,70	1,91.....2,60
4,0	3,10.....4,00	2,71.....3,70	2,61.....3,50
5,5	4,10.....5,50	3,71.....5,20	3,51.....5,00
7,5	5,60.....7,50	5,21.....6,30	5,01.....6,00
11,0	7,51....11,0	6,31....10,00	6,01.....9,20
15,0	11,10....15,0	10,10....13,50	9,21....12,50
18,5	15,10....18,5	13,60....17,00	12,51....16,00
22,0	18,60....22,0	17,10....20,00	16,01....19,00

Для этого необходимо знать интенсивность отказов «l», долю отказов из-за увлажнения «a_у», технологический ущерб «v». Далее необходимо найти прейскурантную стоимость «К_с» электродвигателя специализированного исполнения и вычислить фактическую относительную стоимость:

К_дф=К_с/К_о,

где К_о - стоимость электродвигателя основного исполнения IP44 такой же мощности.

Если фактическая относительная стоимость меньше допустимой, т.е. если К_дф < К’д, то целесообразно выбрать электродвигатель специализирован- ного исполнения. В противном случае следует остановиться на электро-двигателе основного исполнения, так как удорожание из-за применения электродвигателя специализированного исполнения не компенсируется достигаемым снижением затрат на его капитальный ремонт за нормативный срок службы.

Рисунок 8.2 - Номограмма электродвигателя специального исполнения

Выбор устройства защиты. Нам необходимо определить целесообраз- ность использования того или иного вида защиты электрооборудования. Для этого необходимо определить допустимую относительную стоимость устройства защиты «К_з^*». Ее определяют по рисунку 8.3. Причем необходимо учесть интенсивность отказов «l», технологический ущерб «v» и ожидаемую добротность защиты Р_з, т.е. долю устраняемых отказов. Эти данные можно выбрать из таблицы 8.2.

Рисунок 8.3 - Номограмма для определения допустимой относительной стоимости устройства защиты

Таблица 8.2 - Характеристика сельскохозяйственных машин по возможным технологическим ущербам и аварийным ситуациям

Рабочая машина	v	l	a_у	a_н	a_п	a_т	a_пр
1	2	3	4	5	6	7	8
Дробильные и режущие: дробилки, жернова, измельчители, корнерезки и т.п.	2,0 1,0	0,35 0,30	0,20 0,10	0,20 0,25	0,30 0,20	0,20 0,20	0,10 0,25
Смешивающие и разделяющие: сортировки, триеры, кормосмесители, грануляторы.	1,0 0,5	0,30 0,25	0,20 0,10	0,20 0,20	0,15 0,30	0,20 0,20	0,25 0,20
Транспортирующие с ручной загрузкой-разгрузкой.	1,0 0,5	0,40 0,25	0,10 0,10	0,10 0,10	0,40 0,30	0,30 0,10	0,10 0,40
Вентиляционные установки	2,2 0,3	0,25 0,15	0,30 0,20	0,30 0,30	0,10	0,20 0,10	0,20 0,30
Насосные установки водоснабжения	2,0 1,0	0,25 0,25	0,45 0,45	0,15 0,15		0,15 0,15	0,25 0,25
Оборудование доильных установок и молочных залов	5,0	0,30	0,10	0,15	0,10	0,50	0,15
Прочие рабочие машины	0,3	0,30	0,20	0,20	0,20	0,10	0,30

Примечание: в числителе - для животноводства, в знаменателе - для растениеводства; для поточных линий технологический ущерб 1,5...2,5 раза больше чем указанный в таблице.

После этого находят по прейскуранту стоимость «Кз» принимаемой защиты и ее фактическое значение:

К_зф*=К_з/К_д,

где К_д - стоимость выбранного электродвигателя.

Если фактическая стоимость защиты меньше ее допустимой стоимости, то устройство проходит по технико-экономическому критерию, т.е.

К_зф*<К_з .

В противном случае целесообразно выбрать другое, менее дорогое устройство защиты.

9 Лекция. Основы технической диагностики

Содержание лекции: основные определения и способы технической диагностики.

Цели лекции: изучить контроль работоспособности и диагностирование систем с одиночным отказом.

Техническая диагностика - наука о распознавании состояния технической системы, включающая широкий круг проблем, связанных с получением и оценкой диагностической информации.

Основной задачей технической диагностики является распознавание состояния технической системы в условиях ограниченной информации.

Иногда техническую диагностику называют безразборной, т.е. диагностикой, осуществляемой без разборки изделия.

При эксплуатации электрооборудования диагностирование применяет- ся для определения необходимости и объема ремонта, сроков замены сменных деталей и узлов, стабильности регулировок, а также при поиске причин отказов.

Диагностирование электрооборудования при проведении ТО и ТР. Определение неисправностей и причин отказов простого электрооборудования, у электротехнического персонала не вызывает особых затруднений. Этому же способствуют и операции, проводимые при плановом ТО.

Для выявления причин неисправностей сложного электрооборудования и сложных электрических схем рекомендуется составлять алгоритмы поиска, в которых указывается наиболее рациональная последовательность выполнения операций. Эта последовательность обеспечивает минимальные затраты времени и средств для проведения поиска неисправностей.

Для поиска неисправностей наиболее распространены следующие способы: последовательного функционального анализа; половинного разбиения; вероятностно-временной способ.

Способ последовательного функционального анализа основан на определении основных функций контролируемого электрооборудования или схемы. Путем проверки функциональных параметров отыскивают отклонения и устанавливают отказавший элемент.

Этот способ достаточно прост, нагляден, однако последовательность поиска неисправности не оптимальна.

Для электрооборудования с последовательным соединением элементов часто применяют способ половинного разбиения. Согласно этому способу вначале определяют элемент, разделяющий объект контроля примерно на 2 части, вероятность возникновения отказа которых примерно одинаковы. Затем в неисправной половине объекта вновь находят элемент, разделяющий эту половину на части, имеющие одинаковую вероятность возникновения отказа. Такие операции проводят до обнаружения отказа.

Вероятностно-временной способ поиска неисправностей обычно применяют для сложных объектов и схем. Информативной основой этого способа являются данные о вероятности отказов или вероятности безотказной работы элементов или вероятности безотказной работы элементов и затрачиваемое на их проверку время. Для проведения поиска по структурной или электрической схеме электрооборудования строят функциональную модель, а затем составляют матрицу неисправностей. Эта матрица обычно имеет следующий вид:

- в верхней части матрицы размещают перечень всех основных признаков неисправностей;

- в строках - перечень причин отказов или отказавших элементов, изменение состояния которых может вызвать признаки неисправностей.

Поиск неисправностей начинается с проверки элемента, имеющего наименьшее отношение времени проверки к вероятности отказа и продолжительности до тех пор, пока не будет найден отказавший элемент. Построенная таким образом программа обеспечивает минимальные затраты времени на поиск неисправности.

Профилактические испытания обязательны при эксплуатации всех электроустановок. Они позволяют обнаружить неисправности, которые не могут быть установлены при помощи осмотра, т.к. иногда они не имеют внешних проявлений. Своевременное устранение таких неисправностей предупреждает возникновение аварий и повреждение оборудования в период между ремонтами.

Объем профилактических испытаний электрооборудования включает в себя следующие операции:

1) Сопротивление изоляции силовых проводок и проводок электрического освещения измеряют 1 раз в 2 года в помещениях с нормальной средой и 1 раз в год в остальных помещениях. Сопротивление не должно быть менее 0,5 МОм (мегаомметр на 1000 В).

2) Испытания изоляции проводок повышенным напряжением (1000 В промышленной частоты) в течение 1 минуты 1 раз в три года. Для этой цели можно использовать мегаомметр напряжением 2500 В.

3) При вводе электрооборудования в эксплуатацию после его капитальных ремонтов и перестановки необходимо проверять фазировку и целостность электрических цепей.

4) Сопротивление изоляции электродвигателей, аппаратов и цепей вторичной коммутации измеряют в сроки, установленные лицом, ответственным за электрохозяйство. Для электродвигателей до 500 В необходимо использовать мегаомметр на 1000 В.

5) Элементы заземляющих устройств, находящиеся в земле, осматривают со вскрытием грунта выборочно не реже 1 раза в год. Цепь между заземлением и заземляющими элементами проверяют не реже 1 раза в год.

6) Сопротивление пробивных предохранителей проверяют при вводе в эксплуатацию, ремонте электрооборудования и если есть предположение, что предохранители сработали.

7) Сопротивление петли «фаза-нуль» в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью проверяют при вводе в эксплуатацию и далее не реже 1 раза в 5 лет. Сопротивление должно быть таким, чтобы ток однофазного короткого замыкания превышал не менее чем в три раза номинальный ток ближайшей плавкой вставки и в 1,2 раза ток отключения максимального расцепителя соответствующего автоматического выключателя. Более подробно рассмотрим самый доступный способ диагностирования. Это диагностирование изоляции электрических машин, аппаратов и электрических проводок путем измерения сопротивления изоляции.

Контроль работоспособности и диагностирование систем с одиночным отказом.

Известно о существовании одного отказа, задана матрица тестов «Т» и вероятности отказов каждого элемента - q_i, i=1,..., n. Необходимо выбрать некоторую группу тестов, достаточную для отыскания отказавшего элемента и определить условный порядок последовательного применения тестов этой группы (программу) так, чтобы средние значения суммарной стоимости проведения процедуры поиска было минимально.

Приближенный алгоритм при произвольных пересекающихся тестах. Пусть к началу М-го шага проверки проведена последовательность тестов:

d^(М-1)={t₁,...t_(M-1)}, и задача сводится к отысканию отказавшего элемента в подмножестве W^(М-1).

Алгоритм отыскания единственного отказавшего элемента заключается в следующем:

1) Определяются величины q_j⁽⁰⁾ - условные вероятности отказа именно j-го элемента, если в проверяемом множестве ровно один отказавший элемент:

2) Для каждого существенного теста вычисляется вероятность неуспешного исхода в проверяемом подмножестве:

3) Для каждого существенного теста t_i находят связанные с ним затраты c учетом того, что проведена последовательность тестов s⁽⁰⁾. Затраты на проведение теста могут как возрастать, так и убывать.

4) Для каждого теста t_i определяют величины: .

5) Выбирают такой тест t_k, для которогоминимальны: .

6) Применяется тест t_k, если:

а) t_k заканчивается успешно, то сводится к поиску отказавшего элемента в подмножестве .

б) t_kзаканчивается неуспешно, то задача сводится к поиску отказавшего элемента в подмножестве:

Если подмножество W⁽¹⁾ состоит из одного элемента, то отыскание отказавшего элемента заканчивается.

7) Фиксируется новая последовательность примененных тестов s⁽¹⁾, которая содержит предыдущую последовательность s⁽⁰⁾ и последний примененный тест t_k.

8) К подмножеству W⁽¹⁾, начиная с п.1, применяется процедура проверки с соответствующей заменой верхнего индекса (0) на индекс (1). Процедура проверки продолжается до тех пор, пока в п.6 на некотором шаге k не сформируется подмножество W^(k), которое состоит из единственного элемента.

Процессы контроля можно классифицировать по ряду признаков:

1) По глубине локализации отказов различают процессы контроля работоспособности системы в целом и диагностирования с целью определения состояния каждого элемента.

2) По способу проведения процесс контроля можно разделить на последовательные и комбинационные. В первом случае выбор каждого следующего теста или окончание процедуры производится в соответствии с некоторой условной программой по результатам предыдущих проверок. Во втором случае истинное состояние ОК определяется после применения всей совокупности выбранных заранее тестов.

3) Последовательность процедуры контроля обычно оценивается двумя типами критериев оптимальности: минимумом средних затрат на реализацию программы и минимумом максимального значения этой величины. Критерием оптимальности комбинационного поиска служат обычно суммарные затраты на его проведение.

4) При априорном определении множества допустимых состояний ОК принимают 2 гипотезы: в ОК возможен отказ не более одного элемента; возможны произвольные комбинации одновременно отказавших элементов.

5) По совокупности элементов, оставшихся непроверенными после проведения контроля, различают контроль, полным или неполным охватом элементов ОК.

10 Лекция. Нагрев электрооборудования.

Содержание лекции: контроль за температурными режимами электрооборудования.

Цели лекции: знать формулы характеризующие температурные режимы

Контроль за температурными режимами электрооборудования.

Электрические машины, трансформаторы и другие электроаппараты нагреваются под действием тока, проходящего по обмоткам и токоведущим частям, и вследствие перемагничивания стальных сердечников. Выделяемое тепло воздействует на изоляцию электроустановок. Так как элементы электрооборудования выполняют из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, в них могут возникать усилия, вызывающие опасные деформации.

Чтобы устранить вредное воздействие температуры на изоляцию, ее нужно правильно выбрать по нагреву. Соединения (контакты) токоведущих частей нужно устраивать очень тщательно, а для устранения деформации в распределительных устройствах использовать температурные компенсаторы.

При нормальных режимах работы и при коротких замыканиях электрооборудования наименьшее влияние нагрева испытывает фарфоровая изоляция, однако фарфор очень чувствителен к неравномерному нагреву из-за плохой его теплопроводности. Вследствие температурных расширений на границе нагретого и холодного мест возникают тепловые напряжения, под действием которых в фарфоре могут образовываться трещины.

Особенно чувствительна к нагреву изоляция на органической основе (бумага, пряжа, ткани и т. п.), поэтому в эксплуатации и при ремонте необходимо избегать применения такой изоляции.

В эксплуатации необходимо следить за тем, чтобы температура изоляции не превосходила предельных значений. Обычно для этого достаточно не допускать превышения нагрузки машины и оборудования сверх номинальной при нормальной температуре охлаждающего воздуха.

Величина, обратная сроку службы изоляции, называется износом изоляции. Она показывает, какая часть полного срока службы израсходована за год. Износ (в процентах) за какой-либо промежуток времени определяют по формуле:

( 10.1)

где Т промежуток времени в долях года; А — срок службы изоляции при температуре, равной нулю.

Электрооборудование, как правило, работает при переменных нагрузке и температуре охлаждающей среды, при этом износ

( 10.2)

Среднюю температуру обмоток электрооборудования можно определить по изменению их сопротивления на постоянном токе. Для этого применяют метод вольтметра и амперметра (наиболее простой, но менее точный) или измерительные мосты. Местные температуры можно измерить ртутными или спиртовыми термометрами (первые для измерения температур частей электрооборудования, находящихся в зоне переменных магнитных полей, применять не следует), термометрами манометрического типа и термодетекторами (термопарами и термосопротивлениями).

Использование электрооборудования оценивают, сравнивая фактическое полезное потребление или преобразование электроэнергии с потенциально возможным Wв за некоторый период времени (как правило, за год):

( 10.3)

где Rи — коэффициент использования электрооборудования.

Значение коэффициента зависит от многих факторов. Их взаимосвязь может быть записана в следующем виде:

( 10.4)

где τ_с — продолжительность использования оборудования за сутки;

τ_r— продолжительность использования оборудования за год;

β - загрузка оборудования;

Rг - коэффициент технической готовности, характеризующий простой оборудования из-за неисправностей и отказов;

τ_п - принятая при проектировании продолжительность использования установленной мощности оборудования в течение года;

Rн - коэффициент, характеризующий надежность оборудования;

Rк - коэффициент каталожной неувязки.

В уравнении (10.4) числитель представляет факторы, которые характеризуют фактическое потребление энергии, а знаменатель — нормативные (проектные) значения. Если принять, что полному использованию оборудования соответствует Rи =1, а достигнутый уровень Rи <1, то формальная задача улучшения использования заключается в определении таких значений параметров, когда числитель и знаменатель равны между собой.

Есть три направления в решении этой задачи.

Первое из них — вариация числителя при заданном знаменателе, то есть создание таких условий эксплуатации, когда фактическое потребление энергии каждым электроприемником достигает проектного (нормативного). Практическая реализация этого направления возлагается на службу эксплуатации. Это достигается за счет увеличения загрузки оборудования β, увеличения времени работы τ_r в году, улучшения технического обслуживания Rг.

Второе направление — при заданном числителе изменяют знаменатель, то есть находят наилучшее значение параметров оборудования на стадии проектирования. Очевидно, что такое решение возлагается на разработчиков и изготовителей электрооборудования.

Наконец, третье направление — вариация и числителя, и знаменателя, то есть режимы эксплуатации приближают к номинальным параметрам оборудования, а эти параметры, в свою очередь, выбирают в соответствии с условиями эксплуатации. Этот вариант требует творческого сотрудничества эксплуатационников и разработчиков электрооборудования.

Для осуществления первого направления, повышения эффективности использования, важно выбрать режимы работы электрооборудования. Например, при увеличении загрузки трансформатора или электродвигателя достигается положительный эффект — улучшается использование, но вместе с этим наблюдаются отрицательные последствия — возрастают потери электроэнергии. Какой же должна быть нагрузка? Чтобы ответить на этот вопрос, надо найти критерий наилучшего решения. Он называется критерием оптимальности, а само решение — оптимальным.

Среди многих критериев (срок службы, частота отказов, затраты на капитальный ремонт и др.) следует принимать наиболее общий. При оптимизации использования электрооборудования таким критерием является сумма годовых затрат, связанных с эксплуатацией изделия, отнесенная к полезно потребленной энергии за этот период, то есть действительная цена потребленного киловатт-часа.

Эксплуатация считается наилучшей (оптимальной), если достигнута наименьшая цена потребленной энергий.

В общем случае эта цена включает тариф на электроэнергию и дополнительные удельные затраты, связанные с амортизационными отчислениями, заработной платой электрикам, затратами на запасные части и материалы, стоимостью потерь электроэнергии. Каждое из слагаемых зависит от особенностей эксплуатации или параметров электрооборудования. Если учесть эти связи, то получится следующее уравнение действительной цены потребленной электроэнергии:

( 10.5)

где ц — тариф на электроэнергию;

р_к.з, р_х.х — приведенные потери короткого замыкания и холостого хода;

а — время максимальных потерь короткого замыкания, приведенное к полному времени работы;

τ_с, — продолжительность работы в течение суток (ч) и года (дней);

β — загрузка оборудования;

3 — постоянные затраты нa эксплуатацию, приведенные к мощности оборудования (амортизационные отчисления, зарплата персонала и т. Д.).

Из уравнения (10.5) можно определить оптимальную загрузку оборудования, то есть такое значение β, при котором Rг=τ_r. Для этого в соответствии с правилами исследования функций вычисляют первую производную по β и результат приравнивают нулю. Из полученного уравнения определяют оптимальную загрузку:

. ( 10.6)

Уравнение устанавливает связь между эксплуатационными факторами, поэтому его называют эксплуатационной экономической характеристикой. Эта характеристика наглядно оценивает сложившиеся режимы работы и условия эксплуатации.

Оптимальный режим работы электропривода и подстанции соответствует номинальной нагрузке в течение расчетного (проектного) числа часов использования установленной мощности. При этом действительная цена электроэнергии, например, для электропривода мощностью 4,5 кВт равна 1,4 тенге/кВт•ч и для подстанции с трансформатором TM-400/10-0,55 тенге/кВт•ч.

При оптимальном использовании двигателя эксплуатационные затраты на электропривод составляют 40% стоимости электроэнергии, потребленной за год.

Отступление от оптимального режима увеличивает действительную цену электроэнергии, например, при β = 0,8 и τ_r=100 ч в год, что характерно для электроприводов в животноводстве, каждый киловатт-час обходится хозяйству в 7 раз дороже. Для подстанции, имеющей β = 0,5 и τ_r- 1000 ч в год, цена каждого преобразованного киловатт-часа в 5 раз превышает минимально возможное значение.

Эксплуатационные экономические характеристики позволяют наметить и оценить пути повышения эффективности использования электрооборудования. Следовательно, для электрооборудования, применяемого сезонно, надо принудительно формировать годовой график работы. С этой целью можно организовывать совмещенное использование одних и тех же электродвигателей или трансформаторов, то есть зимой в животноводстве, летом в растениеводстве.

По характеристикам также видно, что увеличение загрузки на 20...30 % против номинальной практически не увеличивает общие затраты на эксплуатацию. Поэтому перегрузки электрооборудования экономически оправданы. Их значение нужно выбирать из условия целесообразного перегрева изоляции.

Сельскохозяйственное производство в полной мере оснащено электрооборудованием. Организация его оптимального использования позволит повысить эффективность сельской электрификации.

11 Лекция. Диагностирование изоляции

Содержание лекции: основные представления о диагностике изоляции.

Цели лекции: знать способы и средства диагностирования изоляции.

Профилактические испытания обязательны при эксплуатации всех электроустановок. Они позволяют обнаружить неисправности, которые не могут быть выявлены осмотром, так как иногда не имеют внешних проявлений. Своевременное устранение таких неисправностей предупреждает повреждение оборудования в период времени между ремонтами и аварии.

Объем профилактических испытаний следующий:

- Сопротивление изоляции силовых проводок и проводок электрического освещения измеряют один раз в 2 года в помещении с нормальной средой и один раз в год в остальных помещениях. Сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм (мегомметр на 1000 В). Не реже одного раза в 3 года изоляцию проводок испытывают повышенным напряжением 1000 В промышленной частоты в течение 1 мин. При отсутствии источника питания промышленной частоты пользуются мегомметрамм на напряжение 2500 При вводе оборудования в эксплуатацию после его капитальных ремонтов и перестановки проверяют фазировку и целостность цепей.

- Сопротивления изоляции электродвигателей, аппаратов и цепей вторичной коммутации измеряют в сроки, установленные лицом, ответственным за электрохозяйство. Для электродвигателей напряжением до 500 В используют мегомметр на 1000 В, сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм.

- Элементы заземляющего устройства, находящегося в земле, осматривают со вскрытием грунта выборочно в сроки, устанавливаемые ответственным за электрохозяйство, но не реже одного раза в год. Цепь между заземлениями и заземляющими элементами проверяют не реже одного раза в год.

- Сопротивление пробивных предохранителей проверяют при вводе в эксплуатацию, ремонте оборудования и если есть предположение, что предохранители сработали.

- Сопротивление петли фаза - нулевой провод в установках до 1000 В с глухим заземлением нейтрали проводят при пуске в эксплуатацию и далее не реже одного раза в 5 лет. Значение сопротивления должно быть таково, чтобы ток однофазного замыкания не менее чем в 3 раза превышал номинальный ток ближайшей плавкой вставки и в 1,5 раза ток отключения максимального расцепителя соответствующего автоматического выключателя.

Способы и средства диагностирования изоляции. В процессе испытаний проводятся многочисленные измерения. Стандарты не предъявляют особо высоких требований к точности электрических измерений при испытании электрических машин, т.к. не имеет смысла, чтобы она была выше точности других измерений. Приборы для измерения сопротивления изоляции могут быть класса «2,5».

Сопротивление изоляции является очень изменчивой величиной, однако это не параметр электрической машины: оно только характеризует состояние изоляции в данный момент, и ее измерение имеет одну цель:

- установить возможность проведения испытаний машины без повышенного риска ее повреждения; однако абсолютных критериев минимально допустимого значения сопротивления изоляции не существует.

Изменчивость сопротивления изоляции определяется тем, что оно сильно зависит от многих факторов, в первую очередь от температуры изоляции и от ее влажности; оба этих фактора понижают ее значение, но если первый можно измерить, то второй никакой количественной оценке не поддается, а качественная оценка второго параметра сама является результатом измерения.

Сопротивление изоляции обмоток электрических машин особо не нормируется. Основным критерием при суждении о допустимом состоянии изоляции обмоток является сравнение сопротивления изоляции в процессе эксплуатации. При этом температура, при которой производятся измерения, должна быть одинаковой:

t₁=t₂=....=t_n,

где n - очередной номер измерений, продолжительность измерения должна быть равна одной минуте.

Если сопротивление изоляции уменьшилось более чем на 30 %, по сравнению с предыдущим, то сопротивление изоляции считается недопустимым.

Более подробно объем, периодичность и другие нормы испытаний электрооборудования приводятся в первом разделе ПУЭ.

При 20^оС сопротивление изоляции обмоток должно быть не меньше определяемого по формуле (но не менее 0,5 МОм):

где U_ном- номинальное напряжение электрооборудования, В;

Р - мощность электрооборудования, кВА или кВт.

Для того чтобы привести допустимое значение сопротивления изоляции (0,5 МОм) при 20^оС к температуре 75^оС, необходимо воспользоваться коэффициентами, приведенными в таблице 18.3.

Таблица 11.1 - Коэффициенты приведения сопротивления изоляции к одной температуре

Разность температур	5	10	15	20	25	30	35	40
Коэффициент приведения	1,23	1,50	1,80	2,25	2,75	3,40	4,15	5,10

Как воспользоваться таблицей 10.1? Для этого найдем разность температур: 75 - 20 = 55^оС. Из таблицы 10.1 определим значение коэффициентов приведения, в том случае если разность температур более 40^оС, можно принять два или более коэффициента приведения. В нашем случае 55^о можно разбить на две составляющих - 25^о и 30^о, в первом случае коэффициент приведения равен 2,75, а во втором - 3,40. Тогда общий коэффициент приведения равен 2,75´3,40=9,35. Значит, сопротивление изоляции при 20^оС должно быть равно - 0,5´9,35=4,7 МОм.

Рассмотрим другой пример, когда измерения производились при 20^оС и были равны 0,5 МОм. В этом случае сопротивление изоляции при 75^оС будет равно: 0,5/9,35=0,053 МОм, что значительно меньше допустимого значения.

Приблизительно оценить значения сопротивления изоляции при рабочей температуре (75^оС), можно пользуясь следующим правилом: в случае измерения сопротивления изоляции при температуре ниже рабочей, сопротивление изоляции следует удваивать на каждые полные или не полные 20^оС разности между рабочей температурой и той температурой, при которой выполнялись измерения.

Схемы замещения электрической изоляции электроустановок.

Согласно методике измерения сопротивления изоляции: при измерении сопротивления изоляции одной фазы две другие фазы должны быть заземлены.

В общем случае схему замещения электрической изоляции можно представить в виде, показанном на рисунке 11.1.

Рисунок 11.1 - Схема замещения электрической изоляции в общем виде

Если при измерении сопротивления изоляции одной фазы, например «фазы А», одна из двух других фаз будет заземлена, например «фаза С», то схема замещения приведенная на рисунке 11.1 примет следующий вид (см. рисунок 11.2):

Рисунок 11.2 - Схема замещения электрической изоляции при заземленной фазе С

Для схемы замещения, представленной на рисунке 11.2., можно составить эквивалентную схему замещения, которую удобнее всего использовать для проведения расчетов. Эта эквивалентная схема замещения приведена на рисунке 11.3.

Рисунок 11.3 - Эквивалентная схема замещения

Таким образом, при измерении сопротивления изоляции одной из фаз мы измеряем эквивалентное сопротивление изоляции относительно корпуса и других фаз.

Для того чтобы сделать правильный вывод о состоянии изоляции электрической машины мы должны придерживаться некоторых правил, одно из которых необходимо по правилам техники безопасности, а от выполнения другого зависит правильность выводов о состоянии изоляции. Эти правила можно сформулировать следующим образом:

1) Измерения необходимо производить поочередно для каждой электрически независимой цепи, при соединении всех остальных цепей с корпусом.

2) Каждая цепь после измерения сопротивления ее изоляции соединяется с корпусом машины на время не менее 15 секунд при мощности машины до 1000 кВт (или кВА) и не менее 1 минуты при более высокой мощности и не менее 3 минут при применении мегаомметра на 2500 В.

Список литературы

1. Ерошенко Г.П., Медведько Ю.А., Таранов М.А. Эксплуатация энергооборудования сельскохозяйственных предприятий: Учебник для вузов.- Ростов-на-Дону: ООО Терра. 2006.

2. Ерошенко Г.П., Коломиец А.П., Кондратьева Н.П., Медведько Ю.А., Таранов М.А. Эксплуатация электрооборудования: Учебник для вузов. - М.: КолосС. 2005.

3. Куско А. Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии. - М.: «Додэка-XXI», 2010.

4. Будзко И.А. и др. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: «Колос», 2000.

5. Киреев М.И., Коварский А.И., Монтаж и эксплуатация электрооборудования станций, подстанций и линий электропередачи. – М.: Энергоатомиздат, 1991.

6. Пособие по изучению правил техники безопасности электростанций и сетей (Электрооборудование). – М.:, 1999.

7. Правила устройства электроустановок. – М.: Энергия, 1999 Алиев И.И. Справочная книга по электротехнике и электрооборудованию. – М.: 2000.

8. Алиев И.И. Справочная книга по электротехнике и электрооборудованию. – М., 2000.

Сводный план 2013 г., поз. 238

Ирина Владимировна Казанина

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГОБОРУДОВАНИЯ
Конспект лекций
для студентов специальности 5В081200 - Энергообеспечение сельского хозяйства

Редактор Л.Т. Сластихина
Специалист по стандартизации Н.К. Молдабекова

Подписано в печать ________
Формат 60х84 1/16
Тираж 50 экз.
Бумага типографская №1
Объем 3,1 уч.-изд.л.
Заказ ________. Цена 1550 тг.

Копировально-множительное бюро
некоммерческое акционерное общество
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013, Алматы, ул. Байтурсынова, 126