Эксплуатация электрооборудования

А.А. Гашенко

Конспект лекций

Кинель 2012

Лекция № 1

Общие вопросы эксплуатации электрооборудования

1. Основные понятия и определения теории эксплуатации электрооборудования.

2. Задачи и условия рациональной эксплуатации электрооборудования основных видов.

3. Причины и закономерности появления отказов в работе электрооборудования.

4.Система технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта электрооборудования.

1. Предметом изучения в курсе «Эксплуатация электрооборудования» служат основные закономерности, правила и способы выбора (комплектования), использования, технического обслуживания и ремонта электрооборудования в условиях сельского хозяйства, а также методы решения эксплуатационных задач.

Объектом изучения – это источник электроснабжения, определяющий качество электроэнергии; электроприемник; технологический объект, определяющий режимы использования и условия окружающей среды; служба эксплуатации, от которой зависит качество обслуживания, ремонта и других работ по обеспечению надежности электрооборудования. Система названных элементов составляет обобщенный объект изучения теории эксплуатации электрооборудования и обозначается И-Э-Т-С (источник – электроприемник – технологический объект – служба эксплуатации) (рис.1).

Рис. 1. Обобщенная схема системы И-Э-Т-С

Источник (И) – электрооборудование системы сельского электроснабжения.

Электроприемник (Э) — совокупность электрооборудования от ввода в помещение до рабочего органа или рабочей зоны технологического объекта, включающая три функциональных звена: Эи — устройство присоединения к источнику (внутренняя проводка, пускозащитная аппаратура, средство автоматики и т. п.); Эп — непосредственно электроприемник-преобразователь энергии (электрическая машина, электронагреватель и т. п.); Эт — устройство передачи энергии от электроприемника к технологическому объекту (в электроприводе — муфта или клиноременная передача, в облучающей установке — светильник и т. п.).

Технологический объект (Т) — любой объект сельскохозяйственного производства (ферма, инкубатор, теплица, зерносклад и т. д.), предназначенный для производства продукции или подготовки к ее производству.

Служба эксплуатации (С) — специалисты электротехнической службы (ЭТС) хозяйства или района, которые контролируют использование и осуществляют обслуживание (ремонт), а также их ремонтно-обслуживающая база.

Необходимость учета процесса комплектования на стадии эксплуатации обусловлена тем, что для изделий массового применения (электропривод, электроосветительная установка и т. п.) требования потребителей настолько разнообразны, что на стадии создания электрооборудования их нельзя учесть достаточно полно и заводу-изготовителю приходится ориентироваться на некоторые усредненные условия эксплуатации, которые иногда не совпадают с конкретной системой И—Э—Т—С. Чтобы в этом случае добиться качественного использования электрооборудования, эксплуатационный персонал должен проверить правильность его комплектования и при необходимости подобрать другие типоразмеры или режимы работы, наиболее подходящие для конкретных условий эксплуатации.

Электрооборудование — это совокупность электротехнических изделий, при работе которых в соответствии с назначением производится, преобразуется, распределяется или потребляется электрическая энергия (ГОСТ 8311-72).

Жизненный цикл электрооборудования состоит из трех периодов — разработки, создания и эксплуатации.

Эксплуатация электрооборудования — это совокупность всех фаз его существования после изготовления, включая транспортировку к месту применения, подготовку к использованию по назначению, техническое обслуживание, ремонт и хранение.

Производственная эксплуатация — процесс использования оборудования по своему назначению. В этом процессе участвует электротехнический персонал и персонал, обслуживающий технологические объекты (в кормоцехе — оператор, на насосной станции — дежурный и т. п.). Результат (продукция) производственной эксплуатации — преобразованная и переданная сельскохозяйственному технологическому объекту энергия (механическая, тепловая или световая).

Техническая эксплуатация — это процесс обеспечения и поддержания требуемого состояния оборудования при использовании или хранении.

Техническую эксплуатацию осуществляют специалисты электротехнической службы сельскохозяйственного предприятия. Результат (продукция) технической эксплуатации — эксплуатационная надежность электрооборудования.

Цель эксплуатации — обеспечение эффективной работы электрифицированных технологических объектов за счет поддержания требуемой надежности и рационального использования электрооборудования.

2. Главная цель эксплуатации электрооборудования, как показано в исходных положениях, это обеспечение эффективной работы технологических объектов за счет поддержания требуемой надежности и рационального использования электрооборудования.

В главной цели можно выделить три промежуточные цели — обеспечение требуемой надежности электрооборудования, рациональное использование электрооборудования, поддержание оптимального уровня затрат на эксплуатацию. Каждая из промежуточных целей предполагает решение ряда технических, технологических, социальных и организационных задач.

Решение технических задач связано с повышением качества оборудования за счет его совершенствования и своевременной замены устаревших изделий, улучшением обслуживания, оптимизацией режимов использования и внедрением автоматизации. Технологические задачи направлены на более тщательное согласование технологических процессов сельскохозяйственного производства с возможностями оборудования, на снижение энергоемкости процессов и повышение качества выпускаемой продукции. Социальные задачи состоят в улучшении моральных, трудовых и бытовых условий специалистов электротехнических служб (ЭТС). Организационные задачи направлены на совершенствование формы, структуры, принципов управления ЭТС; на улучшение способов выполнения технического обслуживания, текущих и капитальных ремонтов; на достижение четкого взаимодействия подразделений и специалистов службы.

3. Причины вызывающие отказы электрооборудования, подразделяют на объективные и субъективные. К субъективным причинам относят конструкционные, производственные и эксплуатационные, а объективным — внутренние и внешние дестабилизирующие воздействия.

Конструкционные причины отказов — ошибки при проектировании оборудования: нарушение требований стандартов, занижение запаса прочности, недостаточная проработка электрических схем или конструкций узлов. Производственные — нарушения технологии изготовления, применение некондиционных материалов, недостаточный контроль качества изделий и т. д.

Отказы по конструкционным и производственным причинам (или для упрощения конструкционные и производственные отказы) обычно выявляют в начальный период эксплуатации. Они могут быть обнаружены в процессе испытаний в заводских условиях.

Эксплуатационные причины отказов — низкая квалификация электромонтеров или персонала, использующего электрифицированные машины и механизмы, низкое качество питающего напряжения и т. п. Отказы по этим причинам проявляются в течение всего срока службы электрооборудования.

По характеру проявления отказы делят на внезапные и постепенные. Внезапные отказы характеризуются резким, скачкообразным ухудшением качества электрооборудования под воздействием внутренних дефектов, нарушений режимов работы или ошибок обслуживающего персонала. Обычно появлению внезапных отказов предшествуют скрытые изменения свойства или пиковые электрические (механические) перегрузки, которые не всегда удается обнаружить.

Для постепенных отказов характерны медленные изменения свойств элементов электрооборудования и связей между ними. Отказы — следствие старения, износа, накопления установленных повреждений и изменений параметров рабочего процесса. При помощи специальных приборов или специальных испытаний можно прогнозировать момент наступления отказов и применять соответствующие меры повышения надежности электрооборудования.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЯВЛЕНИЯ ОТКАЗОВ

Интенсивность внезапных и постепенных отказов, а следовательно, и суммарная интенсивность зависят от продолжительности эксплуатации изделия. Установлено, что для всех видов техники эта зависимость имеет три участка, характеризующих общую закономерность появления отказов (рис. 2.).

Участок 0—t1 называют периодом приработки. В это время проявляются конструкционные и производственные (технологические) отказы внезапного характера, а постепенные — практически отсутствуют. За счет устранения дефектных элементов и мест некачественной сборки, а также по мере приработки деталей интенсивность отказов снижается в конце периода до некоторого наименьшего значения (рис. 2.2, а).

Участок t1—t2 называют периодом нормальной эксплуатации. На этом интервале внезапные конструкционно-технологические отказы продолжают уменьшаться (рис. 2.2, а), но одновременно возрастает доля постепенных отказов (рис. 2.2, б). Суммарная интенсивность остается наименьшей и примерно одинаковой (рис. 2.2, в). Участок нормальной эксплуатации обычно в десятки раз продолжительнее периода приработки. На этом участке показатели надежности описывают экспоненциальным распределением случайных величин.

Участок t2—t3 называют периодом износа. На этом интервале преобладают постепенные отказы из-за износа и старения электрооборудования. Интенсивность отказов постепенно растет, причем темпы роста трудно прогнозировать. Для описания показателей надежности в большей мере подходят закономерности нормального распределения случайных величин.

В результате анализа закономерностей появления отказов можно сделать следующие выводы по организации рациональной эксплуатации электрооборудования. В период его приработки необходим более тщательный надзор за каждым элементом и постоянный контроль за режимом работы. В период нормальной эксплуатации нельзя нарушать периодичность обслуживания электрооборудования, так как это увеличит интенсивность отказов и преждевременно наступит период износа. Электрооборудование должно быть направлено в капитальный ремонт или снято с эксплуатации в начальный период износа.

4. Основным нормативным документом, регламентирующим организацию эксплуатации электрооборудования в сельском хозяйстве, служит система ППР и ТО.

Этот нормативный документ содержит классификацию условий эксплуатации энергетических установок в сельском хозяйстве,рекомендации по планированию, организации и учету работ при технической эксплуатации оборудования и данные о периодичности, типовом составе работ, трудоемкости и о расходе материалов при техническом обслуживании и ремонте практически всех видов оборудования, применяемого в сельском хозяйстве.

В систему ППР и ТО включены профилактические мероприятия и запланировано их выполнение в строго регламентированные сроки. Настоящей системой предусматрено техническое обслуживание с периодическим контролем, при котором контроль технического состояния электрооборудования выполняют с установленными в ней периодичностью и объемом, а объем остальных операций определяют техническим состоянием изделия в момент начала технического обслуживания. Структура работ в системе ППР и ТО содержит техническое обслуживание (оперативное и плановое), текущий и капитальный ремонты. Для некоторых видов электрооборудования предусматривают в качестве самостоятельных профилактических мероприятий осмотр и чистку.

Периодичность технического обслуживания и текущих ремонтов в системе ППР и ТО установлена по критерию минимума приведенных затрат за весь срок службы электрооборудования. При обосновании периодичности учтены следующие главные факторы: тип электрооборудования, условия окружающей среды и временные режимы работы оборудования. По этим факторам дифференцированы нормируемые периодичности. Например, в зависимости от их сочетания асинхронные двигатели могут иметь междуосмотровый период 1...3 мес, межремонтный период 9...24мес, ремонтный цикл 5...10 лет. При планировании ТО и ТР на местах допускается увеличение периодичности и совмещение их для электрооборудования разного типа при условии сохранения технического состояния оборудования на прежнем или более высоком уровне.

При планировании профилактических работ составляют графики ТО и ТР. Работу в течение года разбивают на недельные циклы с резервированием примерно 20 % общего недельного фонда Бремену на оперативное обслуживание.

Типовой состав работ в системе ППР и ТО приведен практически для всей номенклатуры используемого в сельском хозяйстве электрооборудования. В него включены те операции, которые обеспечивают качественное профилактическое обслуживание. Необходимость выполнения других операций уточняет электротехнический персонал при проведении работ.

Трудоемкость нормирована на разовое техническое обслуживание и один текущий ремонт для каждого типа электрооборудования в натуральных единицах трудозатрат. С целью сокращения объема расчетов при планировании работ ЭТС допускается использовать укрупненные (интегральные) показатели трудоемкости и периодичности выполнения профилактических мероприятий применительно к отдельным машинам и установкам. Приведены интегральные нормативы для основных сельскохозяйственных машин. На основании дифференцированных или интегральных нормативов определяют годовую трудоемкость работ путем суммирования разовых трудоемкостей в соответствии с периодичностью и структурой работ и рассчитывают необходимое число электромонтеров.

Годовой трудоемкостью работ по технической эксплуатации электрооборудования определяют численность и структуру инженерно-технических работников ЭТС в хозяйствах. С этой целью в системе ППР и ТО даны условные единицы, которые представляют собой отношение усредненных годовых трудоемкостей технической эксплуатации различных электроустановок к годовой трудоемкости технической эксплуатации базовой электроустановки, принятой за эталон. Практика применения системы ППР и ТО подтверждает ее высокую эффективность. Строгое выполнение требований этой системы позволяет увеличить срок службы электрооборудования в 2...3 раза и снизить эксплуатационные расходы на 25...30 %.

Лекция 2

Дестабилизирующие и компенсирующие воздействия на электрооборудование

1. Классификация воздействий.

2. Влияние окружающей среды

3. Влияние технологических объектов

4. Влияние качества электрической энергии

1. В процессе эксплуатации на электрооборудование воздействуют многие факторы. Те из них, которые ухудшают его свойства и снижают надежность, называют дестабилизирующими воздействиями. Их число велико особенно в условиях сельского хозяйства. Наибольшее дестабилизирующее воздействие оказывают: окружающая среда, характер нагрузки, качество электрической энергии, нестабильная занятость в течение года и суток.

Условия эксплуатации — это совокупность всех внешних факторов, от которых зависит эффективность эксплуатации электрооборудования. К ним относят условия использования, окружающей среды, электроснабжения и обслуживания.

Условия использования зависят от особенностей технологического объекта. Их оценивают режимом работы, характером и уровнем нагрузки, занятости в течение суток, месяца и года, а также ответственности объекта, которую характеризуют размером технологического ущерба, возникающего при отказе электрооборудования.

Условия окружающей среды определяют дестабилизирующие воздействия на электрооборудование в период работы и простоя. В этой группе выделяют климатические условия, место размещения, запыленность, загазованность, влажность, уровень вибрации и другие воздействия, вызывающие ухудшение свойств электрооборудования.

Условия электроснабжения влияют на надежность работы электрооборудования. Их характеризуют качеством напряжения в установившемся и пусковом режимах.

Условия обслуживания определяют качество технического обслуживания, текущего и капитального ремонтов, оперативность устранения отказов и затраты ресурсов на все эксплуатационные работы.

Электротехническая служба должна компенсировать дестабилизирующие воздействия и поддерживать работоспособность электрооборудования на требуемом уровне. К воздействиям относят: правильное комплектование электроустановок, качественное и своевременное проведение технического обслуживания и ремонта, соблюдение нормативов хранения, правильный выбор режимов использования, своевременную замену и модернизацию оборудования.

Можно считать, что главной проблемой технической эксплуатации электрооборудования служит выбор и реализация мер по устранению или ослаблению дестабилизирующих воздействий.

2. ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Факторы внешней среды подразделяют на климатические, биологические и механические. Климатические факторы могут быть естественными — при размещении электрооборудования на открытом воздухе (наружные установки) — или искусственными — при размещении электрооборудования внутри сельскохозяйственных помещений (внутренние установки). Основные климатические параметры — температура, влажность и загрязненность атмосферы. По этим признакам Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилами технической эксплуатации (ПТЭ) предусмотрена классификация производственных помещений и наружных установок.

К производственным помещениям относят:

Сухие — помещения с относительной влажностью не выше 60 % (конторы, красные уголки, клубы, школы, больницы, жилые комнаты, подсобные помещения в ремонтных мастерских, отапливаемые склады, инкубатории и т. д.).

Влажные — помещения с относительной влажностью от 60 до 70 %, пары и конденсирующая влага выделяются лишь временно и притом в небольших количествах (залы столовых, лестничные клетки, сени и кухни жилых домов, неотапливаемые склады, чердаки и т. д.).

Сырые — помещения с относительной влажностью, длительно превышающей 75 % (овощехранилища, доильные залы, молочные, кухни столовых, животноводческие помещения, оборудованные установками микроклимата, и т. д.).

Особо сырые — помещения с относительной влажностью, близкой к 100 %, поверхности помещений покрыты влагой (моечные в мастерских, кормоцехи влажных кормов, теплицы, душевые), а также установки под навесом и в неотапливаемых помещениях со средой, практически не отличающейся от наружной.

Пыльные — помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль, оседающая на электрооборудовании и проникающая внутрь его (помещения для дробления концентрированных кормов, комбикормовые цехи и заводы и т.д.)

Особо сырые с химически активной средой — помещения с относительной влажностью, близкой к 100 %, с постоянным или длительным содержанием паров аммиака, сероводорода или других газов невзрывоопасной концентрации или образующих отложения, действующие разъедающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования (животноводческие помещения без микроклимата, склады минеральных удобрений и т. п.)

Пожароопасные (класс П) — помещения, в которых изготавливают, хранят, перерабатывают или применяют горючие вещества. При этом помещения, в которых сжигают твердое или газообразное топливо, например газовые котельные, не относят к пожароопасным.

С точки зрения требований к электрооборудованию различают следующие категории помещений этого класса:

класс П- 1 — помещения, в которых применяют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 45 °С (склады минеральных масел, установки по регенерации этих масел и др.);

класс П-2 — помещения, в которых выделяется горючая пыль или волокна, переходящие во взвешенное состояние, степень измельчения и влажности которых не превышает низшего предела взрыва — 65 г/м³ (деревообрабатывающие цехи, мало запыленные помещения мельниц и элеваторов, зернохранилища);

класс П-2а — помещения, в которых содержат твердые или волокнистые горючие вещества (дерево, ткани и др.), а также складские помещения, в которых на чердаках хранят сено и солому.

Взрывоопасные (класс В) — помещения, в которых по условиям технологического процесса могут образовываться взрывоопасные смеси газов или паров с воздухом или горючей пылью или волокон с воздухом (сильно запыленные помещения мельниц и т. п.). С точки зрения требований к электрооборудованию различают следующие категории помещений этого класса:

класс В—1— помещения, в которых взрывоопасные смеси могут образовываться при нормальных, недлительных режимах работы (хранение и переливание легковоспламеняющихся и горючих жидкостях, содержащихся в открытых сосудах, и т. п.);

класс В—1а — помещения, в которых взрывоопасные смеси могут образовываться только в аварийных ситуациях или при неисправном электрооборудовании (аккумуляторные, нефтебазы и т. п.);

класс В— 2—помещения, в которых образуются взрывоопасные смеси горючей пыли или волокон во взвешенном состоянии с воздухом при нормальных недлительных режимах работы (загрузка или разгрузка технологических аппаратов и т. п.).

К наружным установкам относят:

Пожароопасные (класс 2—3) — установки, в которых при няют или хранят горючие жидкости с температурой вспышки зов выше 45 °С (открытые или под навесом склады мине ^ масел, угля, торфа, дерева и т. д.).

Взрывоопасные (класс В—1г) — установки, где взрывоопасные смеси образуются только в результате аварии или неисправности (нефтебазы и т. п.).

Почти 50 % всех видов электрооборудования размещены во влажных, сырых и очень сырых сельскохозяйственных помещениях. Под воздействием влаги ухудшаются свойства изоляции, создаются условия для образования на деталях электрооборудования плесени. При относительной влажности выше 60 % активно проявляется атмосферная коррозия металлов.

В животноводческих помещениях с естественной вентиляцией условия для работы электрооборудования наиболее тяжелые, так как относительная влажность в них приближается к 100 %, а содержание наиболее агрессивного компонента (аммиака) превосходит зоогигиеническую норму в несколько раз (до 10), всегда имеют место сероводород и углекислый газ.

эсть среды, аммиак, всегда содержащийся в атмосфере животноводческих помещений, и резкопеременные температуры оказывают отрицательное воздействие на электрооборудование, особенно на его изоляцию, вызывают повышенную коррозию металлических частей, в том числе подшипниковых узлов электродвигателей. В результате такого воздействия сокращается срок службы электрооборудования.

Около 10 % электрооборудования работает в атмосфере с повышенной запыленностью (на зернотоках, мельницах, в кормоцехах и т. п.). Наличие в пыли абразивных частиц приводит к повышенному износу вращающихся элементов оборудования. Пыль многих материалов хорошо поглощает из атмосферы агрессивные газы и влагу, что приводит к образованию коррозии, снижению сопротивления изоляции и пробою по поверхности. Осаждающаяся пыль ухудшает теплоотдачу электрооборудования, вызывает повышенный нагрев изоляции и сокращает срок службы электрооборудования.

3. Технологические объекты, использующие электрооборудование, влияют на него не только через окружающую среду. Каждому объекту свойствен ряд специфических воздействий.

Использование электрооборудования характеризуют его занятостью в течение суток и в течение года, нагрузочными и пусковыми режимами, а также требованиями электрифицированных объектов к его надежности.

Сельскохозяйственное производство имеет ярко выраженный сезонный характер и суточную цикличность работ технологического оборудования. Эти особенности ограничивают годовое число часов использования электрооборудования. Например, около 30% двигателей используют менее 500 ч/год, 50% — до 1000 и лишь остальные — более 1000 ч/год. Часть двигателей (12%) работают всего 1,5...2,0 ч/сут. Средняя продолжительность использования в сельском хозяйстве не превышает 800 ч/год, хотя двигатели проектируют на занятость в течение 1500 ч/год.

По режимам работы электроприводы технологических объектов могут иметь восемь вариантов: продолжительный S1, кратковременный S2, повторно-кратковременный S3 и т. д. Эти режимы обычно учитывают при расчете мощности электродвигателя. В действительности они существенно влияют на эксплуатационные свойства асинхронного двигателя. Например, режим ^крайне неблагоприятен при работе во влажной среде, так как из-за малого периода работы температура не достигает установившегося значения и изоляция не успевает высохнуть. Режимы S4... S8 вызывают тепловые, коммутационные и механические воздействия на обмотку и подшипники из-за частых пусков и реверсов.

Условия пуска оценивают не только кратностью пускового момента, но и частотой пусков: от 0,2 до 10 пусков в час.

Коэффициент загрузки асинхронного двигателя в сельском хозяйстве может быть менее или более 1. Около 30 % электроприводов имеют случайный характер нагрузки, при котором нарушается стабильность всех процессов в асинхронном двигателе.

Уровень вибраций рабочих машин может превышать 10 мм/с. Для обобщенной оценки перечисленных факторов условия эксплуатации разделяют на легкие, нормальные, жесткие и особо жесткие. Легкие условия: один или несколько факторов ниже номинального значения. Жесткие условия: один из факторов (например, запыленность) выше номинального значения. Особо жесткие условия: два и более факторов выше номинального значения.

Перечисленные условия учитывают в первую очередь при разработке электроустановок, предусматривая для особо жестких условий дополнительные способы повышения надежности электрооборудования. Однако даже при таком подходе интенсивность отказов и долговечность асинхронного двигателя с зависят от условий эксплуатации.

Технологические объекты существенно отличаются друг от друга по последствиям отказов электрооборудования. Например, на птицеводческих фабриках внезапный выход из строя электрооборудования наносит большой материальный ущерб, в небольших ремонтных мастерских — ущерб незначителен.

В животноводческих и птицеводческих помещениях, а также на зернотоках и зерноскладах микроорганизмы, насекомые и грызуны повреждают узлы аппаратуры, электрические провода, выполненные из органических материалов, и выводят из строя всю электроустановку.

Сказанное выше поясняет влияние технологических объектов на работу электрооборудования.

4. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Электроснабжение сельских потребителей имеет свои особенности. В отличие от промышленных потребителей с трехфазной нагрузкой, питающихся от кабельных сетей, сельские потребители питаются от воздушных разветвленных электрических сетей. Сельскиепотребители имеют относительно небольшие, но равные по мощности нагрузки, которые удалены одна от другой на большие расстояния даже в пределах одного хозяйства.

Неравномерный график потребления электроэнергии в течение суток усложняет проблему получения высокого качества электроэнергии, увеличивает потери энергии в сельских электроустановках. Использование однофазной осветительной нагрузки и однофазных силовых потребителей (сварочных трансформаторов, электродрелей, бытовых электронасосов, электродвигателей, электроплит и т. п.) всегда приводит к неравномерности токов по фазам и, как следствие, к несимметрии напряжения по фазам.

В сельскохозяйственном производстве применяют полупроводниковую технику с нелинейными характеристиками. Это приводит к появлению гармонических составляющих и искажений синусоидальной формы кривой напряжения в сетях и вызывает дополнительные потери мощности и электроэнергии в сельских установках.

Таким образом, схемы электроснабжения сельских потребителей, их структура и режим работы имеют особенности, которые снижают качество электроэнергии и увеличивают ее потери.

Показатели качества электрической энергии (ГОСТ 13109-87):

отклонение частоты — разность между фактическим и номинальным значениями, усредненная за 10 мин. Допустимо отклонение частоты ±0,1 Гц в номинальном режиме;

колебание частоты — разность между наибольшим и наименьшим значениями частоты при достаточно быстром ее изменении (не менее 0,2 Гц/с). Допустимо колебание частоты не более 0,2 сверх отклонения частоты;

отклонение напряжения — разность между фактическим и номинальным значениями напряжения за длительный промежуток времени.

Норма отклонения напряжения: на зажимах электродвигателей в пределах от —5 до +10 %, остальных электроприемников ±5 %. Исследованиями ВИЭСХ установлено, что указанные нормы следует принимать для крупных животноводческих ферм и комплексов. В других случаях электроснабжения сельского хозяйства отклонение напряжения на зажимах электродвигателей от —7,5 до +10%, на зажимах остальных электроприемников ±7,5%. Эти нормы утверждены специальной инструкцией Минэнерго;

колебания напряжения — кратковременные и частые отклонения напряжения. Например, при шести колебаниях в час их значение не должно превышать 2 % сверх допустимого отклонения напряжения;

несинусоидальность формы кривой напряжения — отношение действующего значения напряжения всех высших гармоник к действующему значению напряжения основной гармоники. Это отношение должно быть не более 0,05;

смещение нейтрали — отношение напряжения нулевой последовательности к фазному напряжению прямой последовательности:

должно быть не более 5 %);

несимметрия напряжений — отношение напряжения обратной последовательности к прямой: ( — не более 5%).

Из всех показателей первостепенное значение имеют отклонение и колебание напряжения, так как они в большей мере влияют на технико-экономические параметры всех видов электрооборудования.

5. Особенности технической эксплуатации.

Для обеспечения надежной работы разрабатывают и приме-ют на практике систему технической эксплуатации электрооборудования. Система эксплуатации — это совокупность взаимосвязанных средств, документации, технического обслуживания и ремонта и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделий, входящих в эту систему

(ГОСТ 18322-78).

На основе существующих положений о технической эксплуатации изделий создают системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования в тех отраслях народного хозяйства, где его используют. При этом важное значение имеет правильный выбор основных характеристик системы: принципа технической

структуры ремонтного цикла, периодичности работ, типового состава операций обслуживания и ремонта, трудоемкости и стоимости работ.

Принцип технической эксплуатации — правиловыбора момента контроля и восстановления свойств оборудования. Известны три принципа: послеотказовый, профилактический и послесмотровый.

Послеотказовый принцип — это обслуживание по необходимости, когда восстановительные работы осуществляют лишь после выхода из строя электрооборудования; плановые профилактические мероприятия не проводят.

Профилактический принцип состоит в том, что независимо от технического состава электрооборудования проводят профилактические мероприятия в плановые сроки; при выходе из строя элементов или устройств в целом осуществляют их восстановление (замену).

Профилактические мероприятия могут быть или регламентными. В первом случае их выполняют через строго определенные календарные периоды независимо от режима использования электрооборудования. Во втором — после регламентированной наработки, учитывающей загрузку, суточную, сезонную и годовую занятость электрооборудования.

Послесмотровый принцип — это обслуживание по состоянию электрооборудования, при котором в плановом порядке проводят лишь диагностические проверки (осмотры), а необходимые профилактические (восстановительные) работы назначают с учетом фактического состояния оборудования.

Структура ремонтного цикла — этосовокупность и последовательность работ, выполняемых при технической эксплуатации оборудования. В соответствии с ГОСТ 18322-78 основными эксплуатационными работами служат: техническое обслуживание, текущий ремонт и капитальный ремонт.

Техническое обслуживание (ТО) — это комплекс операций для "поддержания исправности или работоспособности оборудования при его использовании по назначению, хранении и транспортировании. Цель ТО — обеспечение исправности (работоспособности) за счет своевременного устранения мелких неисправностей, которые могут вызывать отказ. ТО проводят на месте установки оборудования без нарушения технологического производственного процесса.

Текущий ремонт (ТР) — это ремонт, выполняемый для обеспечения или восстановления работоспособности изделия и состоящий в замене или восстановлении отдельных его частей. Цель ТР — обеспечение работоспособности всего изделия за счет своевременной замены недолговечных элементов (частичное восстановление). ТР выполняют на месте установки электрооборудования или в ремонтной мастерской.

Капитальный ремонт (КР) — это ремонт, выполняемый для восстановления исправности изделия и полного или близкого к полному восстановлению ресурса любых его частей, включая базовые. Такие работы выполняют специализированные электроремонтные предприятия.

Кроме перечисленных работ электротехническая служба любого хозяйства выполняет оперативно-дежурное обслуживание, консервацию и расконсервацию электрооборудования при его хранении, контрольные измерения и профилактические испытания.

При оперативно-дежурном обслуживании обеспечивают быстрое (оперативное) устранение отказов электрооборудования, а также проведение любых отключений, переключений и изменений электрических схем, вызванных производственной необходимостью. В условиях сельского хозяйства разрешено оставлять оборудование на объектах (машинах), но перед длительным простоем оно должно быть законсервировано. После такого хранения электрооборудование расконсервируют и вновь включают в работу.

Трудоемкость типовых работ. Нормы трудоемкости обслуживания и ремонта зависят, во-первых, от типового содержания работ, во-вторых, от мощности, исполнения и других ремонтных особенностей, например сложности ремонта электрооборудования.

Первый фактор учитывают в ходе аналитически-экспериментального нормирования на основе изучения производительности обслуживающего персонала непосредственно на рабочем месте. Для этого проводят фотографию рабочего времени (непрерывное измерение затрат времени исполнителем в течение рабочего дня) или хронометраж (измерение затрат рабочего времени на выполнение отдельных операций). На основе этих данных разрабатывают обоснованные нормативы трудозатрат на отдельные операции или на виды работ некоторого базового электрооборудования.

Сложность ремонта учитывают различными способами. Обычно ее оценивают в относительных величинах путем сопоставления трудоемкости ремонта (обслуживания) каждого оборудования с трудоемкостью таких же работ для базового оборудования, принятой за единицу измерения. При этом можно выделить и оценить трудозатраты на разовые и отдельные работы для каждого вида и типоразмера электрооборудования при помощи условных единиц ремонта (у.е.р.).

За у.е.р. приняты трудозатраты на один вид работ для трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя закрытого исполнения мощностью 5 кВт, напряжением 380/220 В и частотой вращения магнитного поля статора 1500 об/мин.

Нормативная трудоемкость у.е.р. составляет для технического обслуживания 0,5; текущего ремонта — 4,8; капитального ремонта 12,5 чел. • ч. Для любого электрооборудования установлены коэффициенты (категории) перевода в у.е.р.

Комплексное нормирование выполняют в условных единицах электрооборудования (у.е.э.). При этом учитывают не разовые, а годовые трудозатраты на все виды эксплуатационных работ для некоторого комплекса электрооборудования, используемого в условиях сельского хозяйства.

За у.е.э. принято отношение усредненных годовых трудоемкостей различных видов технического обслуживания и ремонта к годовой трудоемкости технического обслуживания и ремонта базовой электроустановки.

За базовую (эталонную) электроустановку принят комплект энергооборудования электропривода с двигателем мощностью до 10 кВт, используемого в открытых установках. Нормативная трудоемкость у.е.э. составляет 18,6чел.-ч/год и имеет следующую примерную структуру: оперативное обслуживание — 2...3, техническое обслуживание — 5...6, текущий ремонт —7...9, капитальный ремонт— 1...3чел. -ч/год. Другие комплекты электрооборудования переводят в у.е.э. при помощи коэффициентов пересчета.

Лекция 3

Основы рационального выбора и использования электрооборудования

1. Общие сведения по основам рационального выбора и использования электрооборудования

2. Выбор электрооборудования по техническим параметрам

3. Выбор электрооборудования по экономическим критериям

4. Выбор типа защиты электрооборудования

1. Правильный выбор электрооборудования — необходимое условие его успешной эксплуатации. При проектировании комплексной электрификации сельского хозяйства электрооборудование выбирают исходя из требований его качественного функционирования и наименьших затрат на электрифицированный объект. Однако по некоторым причинам это не всегда обеспечивает высокую эффективность эксплуатации выбранного электрооборудования.

Методика выбора оборудования в общем случае заключается в определении фактических данных о качестве электроснабжения, режиме работы и других условиях эксплуатации и сопоставления этих данных с параметрами электрооборудования. Решение о выборе принимают по принципу ограничения или оптимизации.

Принцип ограничения состоит в том, что электрооборудование считают пригодным, если номинальные значения его параметров больше или равны (для некоторых параметров — меньше или равны) фактическим значениям соответствующих величин при эксплуатации. Например, асинхронный электродвигатель выбирают по мощности на основании условия Р_н > Р_ф, где Р Р_ф — номинальное и фактическое значения мощности выбранного электродвигателя.

Принцип оптимизации основан на изучении вариантов возможных решений и выборе такого электрооборудования, которое обеспечивает наилучший результат электрификации объекта или процесса. При этом критерием оптимальности могут быть технические параметры и экономические критерии.

2. Основные технические характеристики, учитываемые при выборе электрооборудования: климатическое исполнение и категория размещения; степень защищенности от попадания посторонних предметов и влаги; номинальные параметры (напряжение, ток, мощность, частота вращения и т. д.); дополнительные параметры (пусковые свойства, перегрузочная способность, защитные характеристики и т. д.).

Выбор по климатическому исполнению и категории размещения. Электротехнические изделия, выпускаемые промышленностью, предназначены для использования в определенном климатическом районе и в определенном месте размещения, в зависимости от их исполнения.

Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках и озерах, имеют следующие климатические исполнения для макро-климатических районов: У — с умеренным климатом; ХЛ — с холодным климатом; ТВ — с влажным тропическим климатом; ТС — с сухим тропическим климатом; Т — с влажным и с сухим тропическим климатом; О — общеклиматическое исполнение.

Для обеспечения надежной работы в особых производственных условиях выпускают электрооборудование сельскохозяйственного (С) и химостойкого (X) исполнения.

Категории размещения электрооборудования обозначают следующими цифрами: 1 — для работы на открытом воздухе; 2 — для работы в помещениях, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе, например в палатках, кузовах, прицепах, металлических помещениях без теплоизоляции, а также в кожухе комплектного устройства категории 1 или под навесом (отсутствие прямого воздействия солнечной радиации и атмосферных осадков на изделие); 3 — для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, воздействие песка и пыли существенно меньше, чем на открытом воздухе; 4 — для работы в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями; 5 — для работы в помещениях с повышенной влажностью.

Выбор по степени защиты. Степень защиты от соприкосновения с токоведущими или движущимися частями, находящимися внутри корпуса электротехнических изделий, от попадания посторонних предметов и проникновения в корпус влаги в соответствии с ГОСТ 14254-96 условно характеризуют буквами 1Р и двумя цифрами (например, 1Р23, 1Р54 и т. п.). Эти обозначения проставляют на корпусах изделий или на табличках с паспортными данными.

Первая цифра после 1Р обозначает степень защиты от соприкосновения персонала с движущимися частями оборудования и от попадания внутрь его твердых посторонних тел. Вторая цифра обозначает степень защиты оборудования от проникновения внутрь корпуса воды.

Электротехнические изделия сельскохозяйственного назначения согласно ГОСТ 19348-82 должны иметь степень защиты IР23, IРЗО, IР31, IР41, IР44, IР51, IР54 и IР55. Кожухи вентиляторов охлаждения электродвигателей должны иметь степень защиты не ниже 1Р20. Рекомендации для выбора электрооборудования по условиям окружающей среды регламентированы в руководящих технических материалах РТМ 105/23/46/70/16-0-153-81.

Выбор по напряжению. В сельском хозяйстве в основном применяют трехфазный переменный ток напряжением 380/220 В. Все электроприемники выбирают из условия равенства напряжения (номинального и сети). В отдельных случаях для облегчения пуска двигателя схему обмоток переключают со звезды на треугольник и для этих-целей выбирают двигатель с номинальным напряжением 660/380 В.

Выбор по мощности или току. Электродвигатели выбирают из условия равенства его номинальной мощности Р_н.дв и мощности, потребляемой рабочей машиной или рабочим органом машины, Р_м. Решающее значение при этом имеет характер нагрузочной диаграммы электропривода.

При длительной неизменной нагрузке двигатель выбирают по фактической потребляемой мощности; при мало изменяющейся во времени нагрузке, имеющей коэффициент вариации менее 20 %, двигатель выбирают по средней мощности; при переменной нагрузке — по расчетной эквивалентной мощности, т. е. такой постоянной мощности, которая эквивалентна фактической переменной по нагреву двигателя (этому условию удовлетворяет среднеквадратичная мощность).

Зная расчетную мощность машины (Р_рм) (фактическую, среднюю или среднеквадратичную), по каталогу выбирают электродвигатель стандартной мощности (Р_нлв), имеющий мощность, ближайшую большую по сравнению с расчетной. В общем случае условие выбора имеет вид Р_н _дв > Р_р _м. Выбранный двигатель проверяют на перегрузочную способность, на возможность пуска, по частоте пусковых операций.

Электрические аппараты (рубильники, автоматические выключатели и магнитные пускатели) выбирают по току главных контактов из условия

где — номинальный ток i-го аппарата; I_ра6 — рабочий ток коммутируемой цепи.

Кроме этого, аппараты выбирают по току устройств защиты из условия , где — отношение номинального тока плавкой вставки или уставки защиты к рабочему току защищаемой цепи.

Электронагревательные установки (ЭНУ) выбирают по мощности из условия Рн.эну Ррэну, где Рн.эну — номинальная мощность ЭНУ; Ррэну — расчетная мощность ЭНУ. Расчетную мощность определяют из уравнения теплового баланса помещения или технологического процесса.

3. Электротехническая промышленность выпускает большое число исполнений и типоразмеров взаимозаменяемых видов электрооборудования. Выбирая его по техническим характеристикам, можно найти несколько вариантов изделий, удовлетворяющих одним и тем же исходным данным. задача выбора по техническим характеристикам имеет несколько решений. Чтобы среди равноценных по техническим возможностям решений найти оптимальный вариант, применяют выбор электрооборудования по экономическим параметрам.

Положительные или отрицательные последствия выбора могут сказываться не только на работоспособности или экономических показателях электрооборудования, но и на других, связанных с ним элементах системы электроснабжения технологического объекта. Поэтому при выборе по экономическому критерию необходимо рассматривать совокупность элементов, названную ранее системой И—Э—Т—С.

Исходные данные, характеризующие элементы системы, разделяют на четыре группы: 1 — условия электроснабжения (мощность потребительской подстанции, длина и марка проводов низковольтной линии и т. п.); 2 — условия использования (назначение привода, эквивалентная мощность и частота вращения рабочего органа машины, занятость в течение суток и года, допустимая продолжительность простоя из-за отказа, размер технологического ущерба и т. п.); 3 —дестабилизирующие воздействия (климатические условия, характер окружающей среды, интенсивность и структура аварийных режимов и т. п.); 4 — показатели технической эксплуатации (затраты на обслуживание, интенсивность отказов, фактическая продолжительность устранения отказов и т. п.).

Выбор электрооборудования по исполнению. Пусть первоначально для электропривода рабочей машины выбран электродвигатель общего назначения. Требуется определить по критерию приведенных затрат экономическую целесообразность применения на этой машине двигателя такой же мощности, но сельскохозяйственного исполнения.

В первом варианте двигатель имеет балансовую стоимость К1, годовые затраты на его капитальный ремонт Зре_М1, технологический ущерб У1. Во втором варианте стоимость двигателя возрастет до К_г (из-за более надежного исполнения), но затраты на капитальный ремонт и размер ущерба снизятся соответственно до Зре_М2 и У2. Прочие составляющие приведенных затрат сравниваемых вариантов можно принять одинаковыми — З_пр.

С учетом изложенного запишем уравнения приведенных затрат рассматриваемых вариантов:

Лекция № 4

Элементы теории надежности

1.Основные понятия и определения теории надежности

2. Показатели надежности

3. Вероятностные характеристики показателей надежности

4. Простейшие методы расчета надежности

Лекция 5

Техническая диагностика ЭО

1. Основные понятия и определения

2. Диагностика изоляции

3. Диагностика состояния контактов и обмоток

4. Диагностирование при ТО и ТР

1. Техническая диагностика — наука о методах и средствах распознавания технического состояния и обнаружения неисправностей (дефектов) изделий.

Техническое диагностирование — это процесс распознавания состояния объекта, конечным результатом которого служит заключение о техническом состоянии объекта, то есть какой-либо технический диагноз: асинхронный двигатель исправен, в обмотке фазы С1...С4 имеется витковое замыкание; изоляция увлажнена и т. п.

Диагностические и контролируемые параметры (признаки) — это характеристики объекта, используемые для определения его технического состояния. Определяющие диагностические параметры — параметры, по которым получают наиболее полные сведения о работоспособности объекта, оценивают его состояние в

целом (например, по температуре нагрева двигателя судят о его общем состоянии). По вспомогательным параметрам оценивают лишь отдельные свойства объекта или место неисправности (например, по сопротивлению изоляции судят лишь о состоянии электрической части электрооборудования).

Способ (алгоритм) диагностирования — это совокупность и последовательность действий (экспериментов), позволяющих определить техническое состояние объекта. При эксперименте на объект подают некоторое воздействие и измеряют диагностические параметры или контролируют диагностические признаки. По результатам наблюдений определяют состояние объекта. Например, испытывая изоляцию повышенным напряжением и наблюдая за током утечки, делают заключение об ее исправности.

Системы диагностирования (СД) — это совокупность объекта, способов и средств диагностирования. По назначению и виду решаемой диагностической задачи их условно разделяют на профилактические, дифференциальные, функциональные и прогнозирующие.

Профилактические СД предназначены для выявления в процессе эксплуатации дефектных деталей и элементов, выработавших свой ресурс, т. е. тех элементов объекта, параметры которых близки к предельно допустимым значениям (для выявления слабых мест объекта без вывода его в ремонт). С этой целью систематически проводят плановые профилактические испытания.

Дифференциальные СД служат для обнаружения отдельных неисправностей при плановом техническом обслуживании и ремонте электрооборудования. По полученным результатам уточняют вид необходимого ремонта (текущий или капитальный) и состав его операций. Для дифференциального диагностирования применяют приборы общего и специального назначения. Простейшими омметрами (мегаомметрами) выявляют неисправности — обрыв, замыкание в проводах, контактах, изолирующих и других элементах электрооборудования. Специальными приборами контроля влажности (ПКВ) определяют степень увлажнения изоляции, а приборами типа высокочастотного измерителя (ВЧФ) — витковые замыкания в обмотках электрических машин. Кроме того, дифференциальное диагностирование проводят при помощи таблиц характерных неисправностей, которые есть в справочной литературе или в техническом описании конкретного электрооборудования.

Функциональные СД предназначены для оценки качества функционирования и работоспособности путем определения комплекса эксплуатационных свойств (характеристик) электрооборудования при контрольных, типовых или специальных испытаниях и сопоставления их с номинальными или нормируемыми значениями. Например, при контрольных испытаниях асинхронного двигателя определяют сопротивление обмоток постоянному току, сопротивление изоляции, ток и потери холостого хода, напряжение и потери короткого замыкания. Если измеренные параметры находятся в пределах установленных допусков, то двигатель признают работоспособным.

Прогнозирующие СД позволяют предсказать состояние изделия в будущем и определить вероятный момент появления отказа. Для этого оценивают остаточный ресурс элементов на основании информации о закономерностях изменения параметров в период, предшествующий прогнозу. Например, для подшипника известно фактическое и предельное значение зазора. Разделив разность этих значений на скорость изнашивания подшипника, получают его остаточный ресурс, по которому легко определить ожидаемую дату отказа подшипника. Однако надежное прогнозирование освоено лишь для простейших случаев. При эксплуатации электрооборудования создание прогнозирующих СД связано с рядом методических трудностей, обусловленных сложностью процессов старения и износа электроустановок.

В известной мере прогнозирование реализуют при профилактическом испытании, так как статистические данные подтверждают высокую вероятность безотказной работы до очередного испытания того электрооборудования, которое успешно выдержало текущее профилактическое испытание.

Одно из главных направлений дальнейшего совершенствования технической эксплуатации энергооборудования в сельском хозяйстве — более широкое внедрение в практику СД. Уже сейчас в целом в профилактической системе ППР и ТО (планово-предупредительные ремонты и техническое обслуживание) предусмотрен для отдельных видов электрооборудования в составе работ по техническому обслуживанию контроль с целью прогнозирования его состояния до следующего технического обслуживания. В последующем с помощью СД можно перейти к более прогрессивной пос-леосмотровой эксплуатации.

2. Под действием электрического поля в изоляции происходят сложные процессы. Во-первых, из-за присутствия в диэлектриках свободных зарядов, обусловленных примесями и дефектами строения, в изоляции всегда возникает ток сквозной проводимости i_из, во-вторых, происходит замедленная поляризация, т. е. смещение и поворот связанных дипольных молекул, создающих ток абсорбции iаб. В-третьих, происходит мгновенная поляризация, представляющая собой упругое смещение и деформацию электронных оболочек атомов и ионов и создающая ток смещения iс.