Кафедра

 

 

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:

 

 

4.

 

 

 

 

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

 

1.

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

 

 

4.

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

 

 

4.

 

 

 

 

 

Лекция 6

 

1. Приемка воздушных линий в эксплуатацию и их осмотры

2. Профилактические измерения и проверки

3. Причины отказов воздушных линий

4. Ремонт воздушных линий

 

1.

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

3.

 

4.

 

 

 

 

Лекция 7

 

1. Приемка кабельных линий в эксплуатацию и их осмотры

2. Методы определения мест повреждения на кабельных линиях. прожигание кабелей

3. Ремонт кабельных линий

4. Профилактические испытания и измерения

 

1.

 

 

 

 

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

4.

 

 

 

Лекция 8

Эксплуатация силовых трансформаторов и распределительных устройств

 

1. Прием в эксплуатацию трансформаторных подстанций и их осмотр

2. Техническое обслуживание и текущий ремонт трансформаторных подстанций

3. Техническое обслуживание и текущий ремонт распределительных устройств

4. Способы повышения эксплуатационной надежности трансформаторов

 

1.